Использование в доменной шихте металлсодержащих добавок из шлаковых отвалов (стр. 3 из 14)

Практически все виды продукции при переработке отвальных шлаков находят применение в различных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами. Массовыми видами являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, оборотный и магнитный продукты и металлоконцентрат для доменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения и мелиоранты для сельского хозяйства. В меньших объемах из отвальных шлаков производятся абразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалы для фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнители и пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.д.

2 Расчет доменной шихты

В последнее время, в связи с повышением стоимости шихтовых материалов, транспортных расходов, все более актуальными являются поиски заменителей компонентов железорудной шихты.

Это особенно важно для ОАО «Уральская сталь» (ОХМК), так как он удален на значительные расстояния от месторождений железных руд и ГОКов. А между тем, в непосредственной близости от ОХМК находятся отвалы железистых шлаков ООО «Южно - Уральской Горно-перерабатывающей компании» (ЮУГПК).

Особенно перспективными представляются высокие абразивные характеристики сталеплавильных шлаков, что позволяет прогнозировать целесообразность проведения дальнейших исследований с целью последующей организации производства абразивных материалов для струйной обработки поверхностей в судостроении (судоремонте), энергетике и других отраслях. Интересным представлялось бы в этом плане сотрудничество с инофирмами: поставка необходимого для подготовки производства абразивов оборудования с последующей оплатой поставки оборудования готовой продукцией.

2.1 Расчёт шихты с использованием металлоконцетрата

Химический состав чугуна, принимаемый на основании опытных данных представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Состав чугуна

Содержание элементов, %
Si	Мп	Р	S	С	Fe
0,55	0,57	0,08	0,08	3,05	95,70

Расход сухого кокса без выноса составляет 434 кг.

Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Химический состав шихтовых материалов доменной плавки с металлоконцентратом

Наименование	Химический состав, %
материала	Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	P	S	Cr2O3	TiO2	Fe2O3	W
металлоконцентрат	55,00	0,00	13,10	1,50	17,50	5,40	5,630	0,120	0,100	1,23	0,400	0,00	2,00
агломерат ОХМК	54,76	14,10	9,16	1,12	10,51	1,62	0,247	0,022	0,042	0,00	0,00	63,22	0,00
окатыши Лебединские	65,90	2,50	6,00	0,08	0,27	0,44	0,046	0,017	0,005	0,00	0,014	90,6	0,00
кокс (зола)	8,51	0,00	46,20	17,20	7,40	3,11	0,710	0,327	1,370	0,00	0,00	23,68	2,70

Определяется масса элементов в чугуне:

М_i = М_чугуна [ i ], (2.1)

где [ i ] – содержание в чугуне элементов (здесь и далее в долях единицы).

М_{Fe чугуна} = 1000 ∙ 0,957 = 943,6 кг;

М_{Mn чугуна} = 1000 ∙ 0,0057 = 5,7 кг ;

М_{Si чугуна}1000 ∙ 0,0055 = 5,5 кг.

Расход рудной смеси:

а) масса золы кокса:

М_{з. к.} = М_кокса∙[А]_кокса, (2.2)

где [А]_кокса – содержание в коксе золы, кг

М_{з. к.} = 434∙0,104 = 45,10 кг;

б) вносится железа золой кокса:

М_{Fe з.к.} = М_{з. к.}∙[Fe]_з.к., (2.3)

где [Fe]_з.к. – содержание железа в золе кокса, кг.

М_{Fe з.к.} = 45,1 ∙ 0,0851 = 3,08 кг,

где 0,0851 - содержание железа в золе кокса, доли ед.;

в) в соответствии с составом шихтовых материалов и опытными данными выход шлака составляет 378 кг/т, с содержанием FeO 0,37 %;

г) переходит железа в шлак:

, (2.4)

М_{Fe шлака} = 378 ∙ 0,0037 ∙ 56/72 = 1,09 кг,

где 56 - атомная масса железа; 72 - молекулярная масса FeO;

д) должно быть внесено железа рудной смесью:

М_{Fe р.с.} = М_{Fe чугуна} + М_{Fe шлака} – М_{Fe з.к.}, (2.5)

М_{Fe р.с.} = 957,0 + 1,09 – 3,8 = 957,3 кг;

е) расход рудной смеси:

, (2.6)

кг;

ж) расход рудной смеси с учётом выноса в колошник (принимаем вынос равным 2%, он определяется качеством шихтовых материалов, технологией доменной плавки и изменяется от 1 до 10%) составляет:

, (2.7)

кг.

Расчёт количества шлакообразующих приведён в таблице 2.3.

М_{i р.с.} = M_р.с.∙[ i ]_р.с., (2.8)

М_{i з.к.} = M_з.к.∙[ i ]_з.к.; (2.9)

М_{i шлакообр.} = М_{i р.с.} + М_{i з.к.}. (2.10)

Таблица 2.3 - Количество шлакообразующих

Материал	Количество, кг	SiO2		А12О3		СаО		MgO
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Руд. смесь	1668,38	28,26	160,3	2,71	19,3	28,28	175,7	7,46	38,60
Зола кокса	45,1	46,20	20,83	17,20	7,75	7,40	3,33	3,11	1,40
Итого	—	—	180,0	27,1	179,1	40,0

Израсходовано кремнезема на Si переходящий в чугун (по реакции SiO₂ +2C = Si +2CO ):

, (2.11)

В шлак переходит кремнезема:

, (2.12)

= 180,0 – 11,79 = 168,21 кг.

Основность шлака:

, (2.13)

.

Количество серы в шлаке:

а) вносится серы материалами шихты:

М_{S шихты} = М_р.с.∙[S]_шихте + М_кокса∙[S]_кокса, (2.14)

М_{S шихты} = 1635,0 ∙ 0,0002+434,0 ∙ 0,0176 = 7,96 кг;

б) принимаем, что в шлак переходит 85% серы, т.е.:

М_{S шлака} = М_{S шихты}∙0,85, (2.15)

М_{S шлака}= 7,96 ∙ 0,85 = 6,77 кг.

Количество МnО в шлаке:

а) поступает в печь марганца:

М_Mn = М_р.с.∙[Mn]_р.с. + М_з.к.∙[Mn]_з.к., (2.16)

М_Mn = 1154 ∙ 0,00247+231 ∙ 0,00046+311 ∙ 0,0563+45,1 ∙ 0,0071=12,67 кг;

б) степень восстановления марганца в зависимости от химического состава чугуна составляет 45–78%.

Степень восстановления марганца составляет:

, (2.17)

;

в) в шлак (в виде МnО) переходит марганца шихтовых материалов:

М_{Mn в шлак} = М_Mn – M_{Mn чугуна} – М_{Mn в газ}, (2.18)

М_{Mn в шлак} = 12,67 – 5,7 = 6,97 кг;

г) количество МnО в шлаке:

, (2.19)

Количество FeO в шлаке:

, (2.20)

Химический состав шлака предоставлен в таблице 2.4.

Пересчитываем полученный состав шлака на три компонента (СаО, SiO₂ и Аl₂О₃), наносим этот состав шлака на соответствующие диаграммы (плавкости, вязкости и температур плавления) и проверяем физические свойства шлака.

Проверка содержания серы в чугуне:

М_{S в чугуне} = М_{S шихты} ∙h_{S в чугун}, (2.21)

М_{S в чугуне} = 7,96 ∙ 0,09 = 0,720 кг или 0,045%.

Содержание серы не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,05%).

Таблица 2.4 – Характеристика шлака

Компоненты шлака	Колличество
	кг	%
SiO2	168,21	40,20
Al2O3	27,10	7,13
CaO	179,10	40,20
MgO	40,00	9,72
MnO	6,97	1,62
FeO	1,40	0,37
S	6,77	0,76
Итого	429,60	100,00

Проверка содержания фосфора в чугуне:

М_{Р в чугуне} = М_р.с.∙[P]_р.с. + М_з.к.∙[P]_з.к., (2.22)

М_{Р в чуг}= 1154 ∙ 0,00022 + 311 ∙ 0,0012 + 231 ∙ 0,00017 + 45,1 ∙ 0,00327 = 0,8 кг или 0,07%.

Содержание фосфора не выходит за допустимые пределы (в чугуне 0,08%).

Окончательный состав чугуна (на величину разницы в содержании фосфора в окончательном и заданном составах изменить содержание углерода) приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Химический состав полученного чугуна

Содержание элемента, %
Si	Mn	P	C	S	Fe
0,55	0,57	0,07	3,06	0,045	95,70

Расход влажного (2% Н₂О) кокса с учётом выноса составит: