Расчет шихты для ферросилиция марки ФС75

Расчет шихты для ФС75

1. Исходные данные

Состав сплава в соответствии с ГОСТ 1415-93 приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав ферросилиция марки ФС75

Марка	Массовая доля, %
	кремний	угле- род	сера	фосфор	алю- миний	Марга- нец	хром
		Не более
ФС75	74 - 80	0,1	0,02	0,04	3,5	0,4	0,3

Расчёт шихты и материального баланса производится на основании практических данных о распределении элементов между продуктами плавки (металл-шлак-улёт). Распределение компонентов приведено в таблице 2.

Таблица 2 - Распределение компонентов

Наименование Коэффициента	Si	Fe	Al	Ca	Mg	P	S
Коэффициент извлечения в металл, %	90,0	98,0	65,0	40,0	0,0	50,0	1,0
Коэффициент перехода в шлак, %	2,0	1,0	20,0	45,0	20,0	0,0	0,0
Улёт, %	8,0	1,0	15,0	15,0	80,0	50,0	99,0

Состав исходных сырьевых материалов приведён в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав сырьевых материалов

Материал	Содержание компонентов, % вес
	Влага на рабочую массу, Wr	Зола на рабочую массу, Аr	Летучие на горючую массу, Vг	SiO2	Fe2O3	Al2O3
Кварцит				98,4	0,40	0,53
Кокс	6,5	10,8	2,0	-	-	-
Зола кокса				50,0	10,0	30,0
Электродная масса	-	5,0	15,0	-	-	-
Зола электро-дной массы	-	-	-	48,68	16,23	26,37
Уголь ДМ	8,0	4,2	34,0	-	-	-
Зола угля	-	-	-	54,8	11,0	22,8

Продолжение таблицы 3

Материал	Содержание компонентов, % вес
	CaO	MgO	P2O5	S	C	Σ
Кварцит	0,50	0,16	0,008	-	-	100
Кокс	-	-	-	-	80,7	100
Зола кокса	5,0	4,0	0,5	0,5	-	100
Электродная масса	-	-	-	-	80,0	100
Зола электродной массы	7,10	0,30	0,3	1,02	-	100
Уголь ДМ	-	-	-	-	53,8	100
Зола угля	6,4	2,8	1,8	0,4	-	100

В процессе производства ферросилиция предусмотрена 40-а %-ая замена кокса длинопламенным углём. В этом случае при расчёте состава шихты целесообразно ввести такой компонент, как восстановительная смесь (ВС), которая состоит из 60% кокса и 40% угля. Химический состав ВС приведён в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав ВС

Материал	Содержание компонентов, % вес
	Влага на рабочую массу, Wr	Зола на рабочую массу, Аr	Летучие на горючую массу, Vг	SiO2	Fe2O3	Al2O3
ВС	7,21	8,17	14,92
Зола ВС				51,8	10,52	27,12

Продолжение таблицы 4

Материал	Содержание компонентов, % вес
	CaO	MgO	P2O5	S	C	Σ
ВС					69,7	100
Зола ВС	5,56	3,52	1,02	0,46	-	100

Все компоненты переходят в шлак в виде окислов, железо находится в шлаке в виде FeO. В улёт все компоненты переходят в элементарном виде, за исключением кремния и магния, которые переходят в газовую фазу в виде SiO и MgO. Элементы из стальной стружки полностью переходят в сплав.

Таблица 5 - Химический состав железной стружки

Массовая доля, %
Fe	Mn	Si	C	P	S	ППП
95	0,4	0,3	0,3	0,03	0,03	3,94

2 Расчёт состава шихты.

2.1 Расчёт количества восстановителя.

Расчёт ведём на 100 кг кварцита.

Восстановление элементов идёт по следующим реакциям:

SiO₂+2C=Si+2CO;                                                           (1)

SiO₂+C=SiO+CO;                                                            (2)

Fe₂O₃+3C=2Fe+3CO;                                                      (3)

Al₂O₃+3C=2Al+3CO;                                                      (4)

CaO+C=Ca+CO;                                                              (5)

P₂O₅+5C=P₂+5CO;                                                          (6)

MgO+C=Mg+CO.                                                            (7)

На восстановление окислов кварцита потребуется углерода:

- на SiO₂ кварцита до кремния по реакции (1)

-  на SiO₂ до SiO по реакции (2)

-  на Fe₂O₃ до Fe по реакции (3)

-  на Al₂O₃ до Al по реакции (4)

-  на CaO до Ca по реакции (5)

-  на P₂O₅ до P₂ по реакции (6)

-  на MgO до Mg по реакции (7)

Итого на восстановление окислов кварцита потребуется углерода:

35,424+1,574+0,557+0,149+0,059+0,039+0,003=37,805 кг.

Основная часть этого углерода должна быть внесена углеродистым восстановителем. Однако часть углерода восстановителя пойдёт на восстановление окислов золы. Поэтому необходимо рассчитать “активный” углерод ВС.

Окислы золы восстанавливаются по реакциям (1)-(7).

2.2 Расчёт “активного” углерода ВС.

Расчёт ведём на 100 кг ВС.

На восстановление окислов золы 100 кг потребуется углерода:

- на SiO₂ кварцита до кремния по реакции (1)

-  на SiO₂ до SiO по реакции (2)

-  на Fe₂O₃ до Fe по реакции (3)

-  на Al₂O₃ до Al по реакции (4)

-  на CaO до Ca по реакции (5)

-  на P₂O₅ до P₂ по реакции (6)

-  на MgO до Mg по реакции (7)

Итого на восстановление окислов золы ВС потребуется углерода:

1,524+0,068+0,191+0,626+0,054+0,069+0,035=2,567 кг.

Следовательно, на восстановление окислов кварцита из 100 кг ВС пойдёт углерода:

69,7-2,567=67,133 кг, т.е. “активный” углерод ВС равен 67,13%.

Выплавка ферросилиция сопровождается расходованием электродов. Примерно 60% углерода расходуется на восстановление окислов кварцита, остальной окисляется и расходуется на восстановление окислов собственной золы. Удельный расход электродов зависит от марки выплавляемого сплава, и для ФС75 он составляет 2,6 кг на 100 кг кварцита. Тогда углерода электродами будет внесено:

 кг.

Восстановителем необходимо внести углерода для восстановления окислов кварцита:

37,805-1,248=36,557 кг.

Следовательно, ВС потребуется:

 кг.

При выплавке ферросилиция происходит угар ВС на колошнике печи.

Для открытых печей он составляет 7-12%. Примем для нашего случая угар – 9%.

Тогда ВС с учётом угара потребуется:

2.3 Расчёт количества железной стружки.

Железная стружка вводится в шихту для того, чтобы довести содержание железа в сплаве до нужного предела. Прежде, чем определить количество железной стружки, необходимо рассчитать количество элементов, перешедших в сплав из кварцита, золы восстановителя и золы электродной массы.

В сплав перейдёт:

-  из кварцита:

Si                       

Fe                       

Al                       

Ca                      

P                        

-  из золы ВС:

Si                       

Fe                       

Al                       

Ca                      

P                        

S                        

-  из золы электродной массы:

Si                       

Fe                       

Al                       

Ca                      

P                        

S                        

Итого, из кварцита, ВС и электродной массы в сплав перейдёт элементов:

Si                        41,328+1,064+0,027=42,419 кг;

Fe                        0,439+0,565+0,023=1,027 кг;

Al                        0,182+0,456+0,012=0,65 кг;

Ca                       0,143+0,078+0,003=0,224 кг;

P                         0,002+0,011+0,00009=0,013 кг;

S                         0,000002+1,3·10^-7=0,000002 кг;

____________________________

∑=44,333 кг.

Получившийся сплав имел бы, следовательно, концентрацию кремния:

.

Для доведения концентрации кремния до 75% в сплав необходимо внести железо за счёт железной стружки. Так как стружка содержит 0,3% кремния, то общее количество кремния в готовом сплаве составит:

.

Тогда общее количество сплава можно определить как:

.

Тогда количество железной стружки:

;

.

В процессе плавки ферросилиция некоторое количество железа поступает в сплав за счёт оплавления кожухов электродов и прутьев для прожига лётки. Удельный расход листового и круглого железа при производстве ФС75 составляет 0,70 кг на 100 кг кварцита.

С учётом железа из кожуха и прутьев необходимо внести железной