Приближенный тепловой баланс плавки ферромолибдена

Для проверки тепловой стороны процесса дается приближенный расчет теплового баланса плавки.

 

Приход тепла

1. Теплота окисления кремния:Si + O₂ = SiO₂; ∆Н = -206000 кал,или 206000 / 28 = 7357 ккал на 1кг Si.Окисление 24,8кг кремния дает:

 

Q₁ = 7357 ∙ 24,8 = 182454.

 

2. Теплота окисления алюминия:2Al + 3 / 2O₂ = Al₂O₃; ∆Н = - 393300 кал,или 7280 ккал на 1кг Al.Всего окислилось:4,45 ∙ 0,09 ∙ 0,95 + 33,06 ∙ 0,02 ∙ 0,5 = 4,51 кг.При окислении выделилось тепла:

 

Q₂ = 7280 ∙ 4,51 = 32833,

 

0,5 это 50% Alиз ферросилиция, окисленного кислородом воздуха.

 

3. Теплота образования железа:FeO + SiO₂ = FeSiO₃; ∆Н = - 5900 кал,

или 82 ккал на 1кг FeO; при связывании 19,98кг FeO выделится тепла:

Q₃ = 82 ∙ 19,98 = 1638.

 

4. Теплота образования силиката алюминия:Al₂O₃ + SiO₂ = Al₂SiO₃; ∆Н = - 45950 кал,или 450 ккал на 1кг Al₂O₃; при связывании 12,43 Al₂O₃ выделится тепла:

 

Q₄= 450 ∙ 12,43 = 5594.

 

5. Теплота образования силиката кальция: CaO + SiO₂ = CaSiO₃; ∆Н = - 21750 кал,на 1кг CaO выделится тепла:

 

Q₅ = 338 ∙ 12,21 = 4737.

 

Cуммарный приход тепла:

 

Q_с = 182454 + 32833 + 1638 + 5594 + 4737 = 227256.

 

Расход тепла

1. Диссоциация трехокиси молибдена до молибдена:

 

МоО₃ → Мо +1 / 2О₂; ∆Н = 180400 кал,

 

или 1258 ккал на 1кг MoO₃; на диссоциацию 75,74кг МoO₃ требуется затратить тепла:

 

Q₁ = 1258 ∙ 75,74 = 95281кДж.

 

2. Диссоциация окиси железо до закиси:Fe₂О₃ → 2FeO + 1 / 2О₂; ∆Н = 66200 кал, или 419 ккал на 1кг Fe₂O₃; на диссоциацию 15,0кг Fe₂O₃; требуется тепла:

 

Q₂ = 419 ∙ 15 = 6285кДж.

 

3. Диссоциация окиси железо до железо:2 / 3Fe₂О₃ → 4 / 3Fe +О₂; ∆Н = 130133 кал, или 1216 ккал на 1кг Fe₂O₃; на диссоциацию 10,0кг Fe₂O₃ требуетсятепла:

 

Q₃ = 1216 ∙ 10 = 12160кДж.

 

4. Диссоциация закиси железа до железа:FeO → Fe + 1 / 2O₂; ∆Н = 64500 кал, или 896 ккал на 1кг FeO; на диссоциацию 4,0кг закиси железа требуется тепла:

 

Q₄ = 896 ∙ 4,0 = 3584кДж.

5. Диссоциация силиция железа до железа:FeSi → Fe + Si; ∆Н = 19200 кал, или 343 ккал на 1кг Fe; в 33,06кг 75% - го ферросилиция в силицид связано все железо, т.е.: 33,06 ∙ 0,2286 = 7,56Дж, на диссоциацию силицида железа требуется тепла:

 

Q₅ = 343 ∙ 7,56 = 2593 кДж.

 

6. Диссоциация кремнезема до кремния: SiO₂→ Si + О₂; ∆Н = 206000 кал, или 3433 ккал на 1кг SiO₂; на диссоциацию требуется тепла:

 

Q₆ = 3433 ∙ 0,85 = 2918 кДж.

 

7. Теплосодержание ферромолибдена при 1850⁰.

 

Наплавление 1 моля молибдена требуется затратить 6600 кал тепла;нагрев 1 моля молибдена от 20 до 1850° требует тепла:

 

q =¹⁸⁵⁰₂₀∫ C_pdt = ¹⁸⁵⁰₂₀∫(5,81 + 1,15∙10^-3t - 0.347 ∙ 10⁵t^-2)dt = 14290кДж.

 

Теплосодержание 1кг молибдена:q_Mo = 6660 + 14290 / 96 = 218кДж.   

 

Теплосодержание железа:q_Fe= 22,26 + 0,1942 ∙ 1850 = 381кДж.

 

Теплосодержание ферромолибдена при 1850⁰С:218 ∙ 0,5821 + 381 ∙ 0,3928 = 277кДж.

 

86,76 кг сплава содержит тепла:

 

Q₇= 277 ∙ 86,76 = 24032кДж.

 

8. Теплосодержание шлака при 1850⁰.

 

q= 0,286 ∙ t = 0,286 ∙ 1850 = 530кДж.

 

106,22кг шлака содержит тепла:

 

Q₈= 530 ∙ 106,22 = 56296кДж.

 

Суммарный расход тепла составит:

 

Q_с = 95281 + 6285 + 12160 + 3584 + 2593 + 24032 +2918 +56296 = 203149кДж.

 

Избыток тепла 227256 -203149=25107 ккал (10,6% приходной части баланса) остается для нагрева материалов и покрытия тепловых потерь.Для проверки удельного расхода тепла вычтем из приходной части баланса сумму

первых пяти расходной части и разделим на вес колоши: 227256 - (95281 + 6285 + 12160 + 3584 + 2593 + 2918) / 194,28 = 537кДж. Тепловой баланс процесса плавки ферромолибдена приведен в таблице 2.5.

Приход			Расход
статья	ккал	%	статья	ккал	%
Окисление кремния	182454	80,3	Диссоциация окислов и силицидов железа	122821	54,0
Окисление алюминия	32833	14,4	Теплосодержание сплава	24032	10,6
Образование силикатов	11969	5,3	Теплосодержание шлака	56296	24,8
			Нагрев материалов, испарение и тепловые потери	24107	10,6
Итого	227256	100,0	Итого	227256	100,00

 

Таблица 2.5 - Тепловой баланс процесса плавки ферромолибдена

 

Расчет шихты выплавки ферромолибдена предлагаемым методом

Состав исходных материалов, необходимых для плавки ферромолибдена, приведены в таблицах 2.6 и 2.7.

Расчет ведется на 100кг обоженного молибденового концентрата. На основании практических данных принимаем:

 

1) переход молибдена в сплав 99,0%, в шлак в виде корольков сплава 0,2%, в улет в виде МоО₃ - 0,80%;

2) использование кремния на восстановление 98%, переход в сплав2%;

3) 80% меди переходит в сплав; 20% - в улет;

4) переход железа из концентрата в сплав 40%, в шлак 58% в улет2%;

5) переход серы в сплав 50%, в улет 50%;

6) переход фосфора концентрата в сплав 40%, в улет 60%;

7) алюминия расходуется на восстановление 94%, переходит в сплав 1%, окисляется кислородом воздуха 5%;

8) 10% кремнезема концентрата и железной руды восстанавливаетсяалюминием, кремний переходит в сплав. 

 

Таблица 2.6 - Состав шихтовых материалов

 

 

Шихтовые материалы	Химический состав, %
	MoO3	FeO	SiO2	CuO	S	P2O5		Al2O3
Концентрат молибденовый обоженный	58	22,8	7,0	1,0	0,1	0,1		11,01
Железная руда	-	-	2,0	-	-	0,02		-
Известь	-	-	2,5	-	0,1	0,1		1,0
Плавиковый шпат	-	-	5,0	-	-	-		2,00
Шихтовыематериалы		Химический состав, %
		Fe2O3	CaO	CaF2	MgO	CO2	H2O
Концентрат молибденовый обоженный		-	-	-	-	-		-
Железная руда		97,00	0,98	-	-	-		-
Известь		0,60	92,00	-	3,30	0,20		0,20
Плавиковый шпат		-	-	93,00	-	-		-

Таблица 2.7 - Состав шихтовых материалов

 

Материалы	Состав, %
	Fe	C	Si	Al	Cu	S	P	FeO
Железная стружка	96,0	0,20	0,14	-	-	0,02	0,04	3,6
Ферросилиций 75% - ный	22,9	0,09	75,0	2,00	-	-	0,05	-
Алюминиевая крупка	2,0	-	1,0	95,0	2,0	-	-	-

 

Расчет количества восстановителя

Определяем количество кислорода, которое необходимо связать при восстановлении молибденового концентрата.

До молибдена восстанавливается:

 

58 ∙ 0,992 = 57,53.

 

При этом освобождается кислорода 57,53 ∙ 48/ 144 = 19,18 восстанавливается 57,53 - 19,18 = 38,35кг Мо.

До железа восстанавливается 100 ∙ 0,228 ∙ 0,40 = 9,12кг FeO, при этом освобождается кислорода 9,12 ∙ 16 / 72 = 2,03, переходит в сплав 9,12 – 2,03 = 7,09кг Fe.

До меди восстанавливается 100∙ 0,1∙ 0,8 = 0,8кг СuО,приэтом освобождается кислорода 0,8 ∙ 16 / 80 = 0,16; переходит в слав 0,8 - 0,16 = 0,64кг Cu.

До фосфора восстанавливается 100 ∙ 0,0009 ∙ 0,4 = 0,036кг H₂O₅, при этом освобождается кислорода 0,036 ∙ 80 / 142 = 0,02 переходит в слав 0,036 - 0,02 = 0,016кг Р.

Всего требуется связать кислорода 19,17 + 2,03 + 0,16 + 0,02 = 21,38кг.

Принимаем, что 90% кислорода связывается кремнием, а 10% алюминием.

Потребуется кремния: 0,9 ∙ 21,38 ∙ 28 / 32 = 16,84.

Требуется 75%-го ферросилиция с учетом перехода кремния в сплав:

 

16,84 / 0,75 ∙ 0,98 = 22,91.

 

Потребуется алюминиевой крупки 21,38 ∙ 0,10 ∙ 54 / 0,95 ∙ 0,94 · 48 = 2,7.

Переходит в слав, кг:

 

                    Мо………..58 ∙ 0,99 ∙ 96 / 144 = 38,28

Fe…(9,12 – 2,03) + 22,91 ∙ 0,2286 + 2,7 ∙ 0,02 = 12,38

Cu……... (0,8 + 3,32 ∙ 0,02) ∙ 0,8 = 0,69

Р……………… 0,036 - 0,002 = 0,016

Всего……………………………51,36

 

При содержании молибдена 60% вес сплава из 100кг концентрата составит:

 

38,36 / 0,6 = 63,93кг.

 

Необходимо добавить железа 63,93 - 51,36 = 12,57кг.

Недостающее количество железа вносится железной стружкой и рудой. Принимаем, исходя из практических данных, что стружкой вносится 70% недостающего железа, или 12,57 ∙ 0,7 = 8,8кг; требуется стружки 8,8 / 0,96 = 9,16кг.

Из окиси железа руды должно быть восстановлено 12,57 -8,8 = 3,77кг железа, требуется окиси железа 3,77 ∙ 160 / 112 = 5,38кг.

При восстановлении окислов концентрата кремнием получается высококремнеземистый тугоплавкий шлак. Для уменьшения вязкости шлака (понижение температуры плавления), 60% вводимой железной руды восстанавливается до окиси железа.

Требуется внеси окиси железа: 5,38 / 0,40= 13,45кг или железной руды 13,45 / 0,97= 13,86кг.

Отнимается кислорода при восстановлении, кг:

Fe₂O₃ доFe………… 13,45 ∙ 0,40 ∙ 48 / 160 = 1,61

Fe₂O₃ доFeO………..13,45 ∙ 0,60 ∙ 16 / 160 = 0,81

                     Итого………………………………………. 2,42 кг

 

Для связывания кислорода потребуется:

 Ферросилиция…….2,42 ∙ 0,9 ∙ 28 / 32 / 0,75 = 2,54кг с учетом перехода кремния в сплав 2,54 / 0,98 = 2,6 кг.

Алюминия…………2,42 ∙ 0,1 ∙ 54 / 48 / 0,95 = 0,28кг с учетом использования алюминия 0,28 / 0,94 = 0,3кг.

 

Восстанавливается алюминием:

SiO₂ концентрата………..100 ∙ 0,07 ∙ 0,1 = 0,7 (восстанавливается при этом кремния 0,85 ∙ 28 / 60 = 0,40кг).

SiO₂ железной руды……. 13,86 ∙ 0,02 ∙ 0,1 = 0,03кг.

Требуется для этого алюминия 0,85 ∙ 108 / 180 = 0,51кг или алюминиевой крупки 0,51 / 0,95 ∙ 0,94 = 0,57кг.

Общая потребность в ферросилиции 22,91 + 2,6 = 25,5кг.

Общая потребность в алюминиевой крупке 3,13 + 0,3 + 0,57 = 4,кг.

 

Расчет количества и состава сплава

Расчет веса и состава ферромолибдена приведен в таблице 2.8.

 

Таблица 2.8 - Расчет веса и состава ферромолибдена

 

Элемент	Переход в сплав, кг
	Из концентрата	Из ферросилиция	Из алюминия
Mo	38,35	-	-
Fe	7,09	25,5 ∙ 0,2286 = 5,83	4 ∙ 0,02 = 0,08
Si	0,7 ∙ 28 / 60 = 0,32	25,5 ∙ 0,75 ∙ 0,02 = 0,38	4 ∙ 0,01 = 0,04
Al	-	25,5 ∙ 0,02 ∙ 0,5 = 0,25	4 ∙ 0,95 ∙ 0,01 = 0,04
Cu	0,8 ∙ 0,8 = 0,64	-	4 ∙ 0,02 ∙ 0,8 = 0,06
C	-	25,5 ∙ 0,0009 = 0,023	-
P	0,016	25,5∙ 0,0005 = 0,012	-
S	0,1 ∙ 0,5 = 0,05	-	-
50% алюминия из ферросилиция переходит в сплав, 50% окисляется кислородом воздуха

 

Продолжение таблицы 2.8

Элемент	Переход в сплав, кг
	Из железной стружки	Из железной руды	Итого	Состав сплава %
Mo	-	-	38,35	58,26
Fe	8,8	3,77	25,57	38,85
Si	9,16 ∙ 0,0014 = 0,013	0,03 ∙ 28 / 60 = 0,02	0,77	1,17
Al	-	-	0,3	0,45
Cu	-	-	0,7	1,06
C	9,16 ∙ 0,002 = 0,02	-	0,04	0,06
P	9,16∙ 0,0004 = 0,004	-	0,03	-
S	9,16 ∙ 0,0002 = 0,003	-	0,052	-
	Всего:	-	65,82	100,0

 

 

Элемент	Переход в сплав, кг
	Из концентрата	Из железной руды	При окислении ферросилиция	При окислении алюминия
SiO2	100 ∙ 0,07 ∙ 0,9 = 6,3	13,86 ∙ 0,02 ∙ 0,9 = 0,25	25,5∙ 0,75 ∙ 0,98 ∙ 60 / 28 = 40,16	-
Al2O3	100 ∙ 0,11 = 11	-	25,5 ∙ 0,02 ∙ 0,5 ∙ 102 / 54 = 0,48	4∙ 0,95 ∙ 0,99 ∙ 102 / 54 = 7,1
FeO	22,8 ∙ 0,58 = 13,24	25 ∙ 0,6 ∙ 144 / 160 = 7,26	-	Из железной стружки: 9,16 ∙ 0,036 = 0,33
CaO	-	13,86 ∙ 0,0098 = 0,13	-	-
CaF2	-	-	-	-
P2O5	-	13,86 ∙ 0,0002 = 0,002	-	-
S	-	-	-	-
Mo	-	-	-	-
MgO	58 ∙ 0,002 ∙ 96 / 144 = 0,07	-	-	-
	30,61	7,65	40,64	7,43

Таблица 2.9 - Расчет веса и состава шлака

  

 

 

 Продолжение таблицы 2.9

Элемент	Переход в сплав, кг
	Из извести	Из шпаты	Итого	Состав шлака %
SiO2	13 ∙ 0,013 = 0,169	1 ∙ 0,03 = 0,03	46,9	47,23
Al2O3	13 ∙ 0,01 = 0,13	1 ∙ 0,02 = 0,02	17,7	17,82
FeO	13 ∙ 0,006 ∙ 144 / 160 = 0,07	-	20,9	21,0
CaO	13 ∙ 0,92 = 11,96	-	12,1	12,18
CaF2	-	1 ∙ 0,93 = 0,93	0,93	0,93
P2O5	13 ∙ 0,001 = 0,013	-	0,015	0,015
S	13 ∙ 0,001 = 0,013	-	0,013	0,01
Mo	-	-	0,1	0,1
MgO	13 ∙ 0,031 = 0,43	-	0,43	0,43
	12,946	1,0	99,3	100,0

 

 

Материальный баланс

Задано, кг

 

Получено, кг

Концентрата……………100,00            Сплава……65,82

Ферросилиция 75% - го..25,5        Шлака………99,3

Железной стружки……..9,16 Улет…………1,25

Алюминиевой крупки….4 Невязка……...0,13

Железной руды………...13,86

(0,07%)

Извести………………….13,00

Плавикового шпата……1,00                Всего…………166,5

Всего…………………….166,5

 

Расход материалов на 1 т ферромолибдена, кг:

      Концентрата………….100 / 65,82 ∙ 1000 = 1519 (51% Mo)

      Ферросилиция 75% - ного ……..25,5 / 65,82 ∙ 1000 = 387

      Алюминиевой крупки……………..4 / 65,82 ∙ 1000 = 61

      Железной стружки………………….9,16 / 65,72 ∙ 1000 = 139

      Железной руды …………………13,86 / 86,76 ∙ 1000 = 210

      Плавикового шпата……………………1 / 86,76 ∙1000 = 15,19

      Извести………………………………13 / 65,82∙ 1000 = 197,5

 

---

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 518; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!