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:
Qс = 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∫ Cpdt = 185020∫(5,81 + 1,15∙10-3t - 0.347 ∙ 105t-2)dt = 14290кДж.
Теплосодержание 1кг молибдена:qMo = 6660 + 14290 / 96 = 218кДж.
Теплосодержание железа:qFe= 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:
Qс = 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! |
Мы поможем в написании ваших работ!