Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья

∑FeO+Fe2O3+SiO2+Al2O3+CaO+MgO+П.п.п= 0,398+0,45+2,56+1,36+35,26+16,21+43,44=99,67

 

Материал	Влаж-ность, %	Состав сухой массы, %
		Fe	Mn	S	P	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	П.п.п
Железная руда	6,05	42,17	0,50	0,15	0,23	53,86	7,48	0,94	2.41	0,75	32,43
Рудный концентрат	8,35	61,51	0,99	0,24	0,09	19,48	7,21	0,09	3,10	1,02	0,80
Марганцевая руда	2,56	10,67	34,14	0,05	0,13	MnO 43,7	17,39	13,76	2,58	2,20	4,23
Известняк	0,50	1,61	0,25	0,06	0,008	Fe2O3 1,2	1,44	0,58	51,86	3,07	40,37
Доломит	0,50	0,31	-	-	-	Fe2O3	2,56	1,36	35,26	16,21	43,44
						0,45
Зола кокса	0	6,02	0,09	-	0,45	Fe2O3	50,26	27,36	4,92	1,29	-

 

Таблица 1. 6 – Химический состав сырьевых материалов (пересчитанный)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Богатство

 

По содержанию железа железные руды делятся на богатые, нуждающиеся в сортировке и окусковании, и на бедные, направляемые на обогащение и окускование. Граница между этими сортами руд сильно колеблется в зависимости от минералогического типа их. К богатым рудам относятся магнетитовые и гематитовые, содержащие более 45-48% железа, бурые железняки и сидериты, содержащие соответственно 37-40 и 27-30 % железа. В доменных печах целесообразно проплавлять железорудное сырье с максимально возможным богатством, однако, в современных условиях переработка таких материалов может оказаться не всегда экономически выгодной. Оптимальное содержание железа в концентрате определяется рядом факторов: обогатимостью, минералогическим составом рудной части и пустой породы, технологией обогащения, эксплутационными расходами на подготовку, транспортными расходами, условиями передела и др.

Заданная  железная руда и концентрат, содержащие соответственно 42,17%; концентрат 61,51% Fe, а на прокаленную массу 42,17*100/(100-32,43) = 62,41%  и 61,51*100/(100-0,8) =62% железа, должны быть отнесены к богатым рудам.

 

Пустая  порода

 

Оценка  пустой породы железорудных материалов производится для установления потребности  во флюсах и возможности получения  достаточно подвижных шлаков. Потребность  во флюсах устанавливается по индексу  основности, часто наиболее простому – CaO/SiO₂, возможность получения подвижных шлаков – по отношению SiO₂/Al₂O₃ и содержанию MgO.

В железной руде отношение SiO₂/ Al₂O₃ = 7,48/0,94 = 7,95 больше чем в наиболее подвижных шлаках (3-5). Пустая порода железной руды кислая, глиноземистая. Желательно введение магнезиального флюса, так как содержание MgO в пустой породе невелико.

 

Примеси и возможные сорта чугуна

 

Пригодность железорудных материалов для выплавки нужных сортов чугуна устанавливается  путем вычисления допустимых отношений  содержаний элементов в них или  возможного содержания элемента (марганца, фосфора, ванадия и др.) в продуктах  плавки с учетом количества этого  элемента, вносимого другими минералами (главным образом коксом).

Содержание  в чугуне этого элемента [Э] можно  определить по формуле:

 

                                          (3)

 

где [Э] и [Fe] – содержание в чугуне элемента и железа, %

      Э_м и Fe_м – содержание в железорудном материале элемента и железа, %

η_э и η_Fe – коэффициенты перехода в чугун элемента и железа;

      Э_Г – содержание элемента, вносимого горючим, %

При выполнении ориентировочных расчетов можно  принимать, что железо и фосфор полностью  переходят в чугун, а в чугуне содержится 93-94 % железа.

Оценка  рудных материалов обычно выполняется  по содержанию в них фосфора и  марганца. При выплавке передельных  чугунов фосфор полностью переходит  в чугун (η_Р = 1,0) и содержание фосфора в нем определяет вид передела чугуна в сталь. Коэффициент перехода марганца в чугун равен 0,5-0,7 ед. Оценка руд по марганцу позволяет установить возможное содержание его в чугуне и потребность в марганцевой руде.

При выплавке чугуна с содержанием в нем 94 % железа только из железной руды, содержание фосфора в металле составит 94*0,23*1,0/42,17=0,51 %, а марганца 94*0,5*0,6/42,17=0,67 %. В чугуне выплавляемом только из концентрата , будет содержаться 94*0,09*1,0/61,51= 0,13% фосфора и 94*0,99*0,6/61,51=0,907% марганца.  По содержанию фосфора и марганца можно выплавлять следующие марки чугуна:

- из железной  руды: чугун передельный фосфористый  группы 2 класса А.

- из концентрата: – чугун передельный литейный группы 4 класса Б.

Железная  руда и концентрат чисты по сере, мышьяку, цинку.

 

2. ВЫБОР СОСТАВА ЧУГУНА И ХАРАКТЕРИСТИК ШЛАКА

 

Средневзвешенное содержание в рудной смеси (25 % железной руды, и

75 % концентрата):

- железа           42,17*0,25+61,51*0,75=56,67%

            - марганца       0,5*0,25+0,99*0,75=0,74 %

            - фосфора        0,23*0,25+0,09*0,75=0,12 %

            - кремнезема   7,48*0,25+7,21*0,75=7,27%

            - извести          2,41*0,25+3,1*0,75=2,93 %

            - магнезии       0,75*0,25+1,02*0,75=0,95 %

 

Кокс  вносит 470*(1 - 0,206)*11,8/100 = 44,04 кг золы, включающей 44,04 *6,02/100 = 2,65 кг железа.

Ориентировочный расход рудной смеси составляет

(940-2,65)*100/56,67 = 1654,62кг.

Рудная  смесь и зола кокса вносят:

- марганца    (1654,62 *0,74+44,04 *0,09)/100 = 12,28 кг,

- фосфора     (1654,62 *0,12+44,04 *0,45)/100 = 2,18 кг.

При коэффициентах  перехода в чугун марганца и фосфора, равных соответственно 1,0 и 0,6 в чугуне, выплавляемом из рудной смеси с заданным соотношением материалов, будет содержаться:

 

- марганца  12,28*0,6*100/1000 = 0,736 %,

- фосфора   2,18*1,0*100/1000 = 0,218 %.

Оптимальным для конвертерного передела в  сталь в настоящее время считается  чугун, содержащий 0,6-0,8 % кремния, 0,6-1,0 % марганца и не более 0,020 % серы.

Для обеспечения  достаточного высокого нагрева чугуна содержание кремния принимается 0,6 %. Содержание серы принимается относительно низким (≤0,02 %) для уменьшения затрат на передел чугуна в сталь. Содержание фосфора – в соответствии с  выполненным расчетом (0,218%). Содержание углерода принимается в пределах 3,2-3,9 % для передельных фосфористых чугунов. Содержание железа в чугуне определяется по разности

                                                 [Fe] = 100 - ∑[Э],                                          (4)

где  ∑[Э] – суммарное содержание других элементов.

 

 

Таким образом, расчет ведется на чугун марки  П1 группы 2, класса В,

категории 2(табл. 2.1).

Таблица 2.1 –  Состав чугуна

 

Состав	Содержание, %							С (принима- ется)	Fe (по разности)
	Si	Mn	P (не более)	S (не более)
				Категория
				1	2	3	4
По ГОСТ 805-80	0,5- 0,9	0,5-1,00	0,3	0,01	0,02	0,03	0,04	-	-
Принят для расчета	0,6	0,8	0,218	-	0,02	-	-	4,50	93,86

 

Для расчета  необходимо выбрать значения характеристик  шлака.

Основность  шлака в различных условиях плавки изменяется в широких пределах, главным  образом, в зависимости от количества вносимой коксом серы и от желательной  обессеривающей способности шлака.

 Принимаем  основность шлака CaO/SiO₂ = 1,15 в соответствии с заданным содержанием серы в коксе (0,79 %). С целью улучшения обессеривающей способности шлака желательно повышенное содержание MgO в шлаке (9-11 %), для обеспечения чего принимаем отношение CaO/MgO = 4,0 %. 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ И СОСТАВА ПОДГОТОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ

 

3.1. Расход материалов

Определение расхода материалов сводится к составлению  и решению уравнений материального  баланса по железу, марганцу, основности шлака и дополнительным характеристикам  последнего. В нашем случае при  пяти неизвестных расходах материалов (железной руды, концентрата, марганцевой  руды, известняка и доломита) необходимо решить совместно 4 уравнения, так как  задано соотношение между железной рудой и концентратом. Для составления  уравнений используется характеристики, предложенные А.Н. Раммом. Расчет этих характеристик ведем последовательным заполнением табл. 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1 – Расчет характеристик*

Характеристики	Обозначение	Расчетная формула	Материалы и их обоначение
			Рудная смесь, Х	Марганцевая рудаY	известняк, И	Доломит, Д	Зола кокса	Руда	Конц
содержание Fe в материале, %	Feм	-	56,67	10,67	0,77	0,31	6,02	42,17	61,51
Выход чугуна из материала, доли	eм	Feм∙ηFe/[Fe]	0,603	0,113	0,008	0,003	0,064	0,449	0,655
Содержание Mn в материале, %	Mnм	-	0,74	34,14	0,25	-	0,09	0,50	0,99
Требуемое содержание Mn,%	Мnтр	eм*[Mn]	0,482	0,09	0,006	0,002	0,051	0,359	0,524
переходит Mn в чугун,%	МnЧ	ηMn*MnM	0,444	20,48	0,15	-	0,054	0,3	0,594
Избыток(недостаток)Mn,%	Мn	МnЧ- Мnтр	- 0,038	20,39	0,144	-0,002	0,003	-0,059	0,07
Расходуется SiO2 на восстановление кремния	SiO2Si	eм*[Si]*60/2	0,775	0,145	0,01	0,004	0,082	0,577	0,842
Содержание SiO2 в матер, %	SiO2м	-	7,27	17,39	1,44	2,56	50,26	7,48	7,21
Переходит SiO2 в шлак, %	SiO2ш	SiO2М-SiO2Si	6,495	17,245	1,43	2,556	50,178	6,923	6,368
Требуется CaO в материале,%	CaOтр	SiO2ш(CaO/SiO2)	7,47	19,83	1,644	2,94	57,7	7,96	7,323
Содержание CaO  в матер,%	CaOм	-	2,93	2,58	51,86	35,26	4,92	2,41	3,10
Избыток(недостаток) CaO,%	CaO	CaOМ-CaOтр	-4,54	-17,25	50,21	32,32	-52,78	-5.55	4,223
Требуется MgO в материале,%	MgOтр	CaOМ/(CaO/MgO)	0,732	0,645	12,96	8,81	1,23	0,6	0,775
Содержание MgO в матер, %	MgOм	-	0,95	2,2	3,07	16,21	1,29	0,75	1,02
Избыток(недостаток) MgO,%	MgO	MgOм-MgOтр	0,22	1,56	-9,9	7,43	0,06	0,15	0,245