Рациональный состав штейна и шлака

Расчет технологического процесса периода набора.

1. Окисление железа ферроникеля.

Из данных таблицы 4 следует, что окисление кислородом дутья должно подвергнуться 52,7 кг железа ферроникеля. В конвертерном шлаке (см. табл.5) окисленное железо составляет 50,04%.

Таблица 6. Тепловые эффекты реакций конвертирования никелевых штейнов
Реакция	Уравнение реакций	Тепловой эффект реакции ккал/кг*моль	Количество тепла на 1 кг Fe, ккал/кг
1	3Fe + 2O2= Fe3O4	267000	1590
2	2Fe + O2 + SiO2 = 2FeO* SiO2	139300	1244
3	3 FeS+ 5O2 = Fe3O4 + SO2	411720	2451
4	2 FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO* SiO2 + 2SO2	235780	2105

Считая, что всё металлическое железо штейна окисляется и переходит в шлак, получим выход конвертерного шлака от окисления железа ферроникеля:

52,7/50,04*100=105,3 кг
В этом количестве шлака содержится железа в виде магнетита
105,3*0,0724=7,62 кг;
в виде закиси (файялита)
105,3*0,428=45,07 кг.
Необходимое количество кислорода для окисления железа до магнетита по уравнению реакции (1)
64/167,7*7,62=2,91 кг.
Для окисления железа до закиси по реакции (2) кислорода необходимо:
16/55,9*45,07=12,9 кг.
Всего теоретически необходимо кислорода на окисление железа ферроникеля:
2,91+12,9=15,81 кг.
При степени усвоения кислорода ванной 95% практическое количество кислорода 16/0,95=16,9 кг или 11,83 н*м³
Избыток кислорода
16,9-15,81=1,09 кг или 1,56 н*м³
Воздуха необходимо:
16,9/0,23=73,5 кг.
В таблице 7 приведены результаты расчета количества и состава газов при окислении железа, ферроникеля.

Таблица 7. Количество и состав газов при окислении железа ферроникеля
газ	Вес, кг	Объём, н*м^3	% (объёмн)
O2	1,09	0,84	2,2
N2	48,1	37,3	97,8
Всего:	49,19	38,14	100

2. Окисление сернистого железа до содержания в массе до 25% Fe.

Из табл. 5 следует, что после окисления железа ферроникеля в массе остается сернистого железа 58,03 кг или железа в виде FeS 36,92 кг (63,6% от веса FeS). Обозначим:
X кг – количество FeS, которое нужно окислить до содержания в массе 25% Fe;
0,636x кг - количество окисляющего железа.
Поскольку окисленное железо в шлаке составляет 50,04% (см. табл. 5), выход шлака при окислении сульфида железа будет:
0,636/50,04*100=1,271 кг.
Обозначим: А кг – вес железа в обогащенной массе;
В кг – вес массы, остающейся после периода набора.
Тогда по условиям А/В=0,25.
Как было вычислено выше, в результате окисления железа ферроникеля из 140 кг смеси штейнов образовалось 105,3 кг шлака.
При окислении железа FeS образовалось шлака 1,271x кг. Как следует из табл.5, в шлаке содержится 2,54% Fe в виде FeS
(105,3+1,271x)*0,0254 кг
Окислится должно 0,636х кг железа из FeS. При начальном количестве железа в штейне в виде FeS 36,92 кг (в 140 кг смеси штейнов) вес железа, оставшегося в массе:
А=36,92-0,0254*(105,3+1,271х)-0,636х=34,24-0,6683х кг.
В результате окисления и ошлакования железа ферроникеля и сульфидного железа и удаления серы в газы первоначальный вес смеси штейнов уменьшается на 52,7+х кг.
В виде корольков штейна в шлаки уходят (в соответствии с табл. 5 и весом шлака):
(105,3+1,271х)*0,0123 кг Ni₃S₂
(105,3+1,271х)*0,04 кг FeS
Кроме того, как принято выше, в шлаке периода набора уходит 50% всего кобальта. Приняв условно, что в шлаках периода набора кобальт содержится в форме CoS, получим, что в шлаки уходит: 1,21*0,5=0,605 кг CoS.
Таким образом, вес массы, остающегося в результате периода набора:
В=140-(52,7+х)-(105,3+1,271х)*(0,0123+0,04)-0,605=81,188-1,0666х.
Как выше принято А/В=0,25, или
(34,24-0,6683х)/(81,188-1,0666х)=0,25
откуда х=34,84 кг.
Таким образом, окисляется FeS 34,84 кг ( в нем железа 0,636 х=22,16 кг).
За счет этого образуется шлака 1,271х=44,3 кг.
Общее количество шлаков периода набора
105,3+44,3=149,6 кг.
Остается массы
В=81,188-1,0666*34,84=44,03 кг.
В ней железа в виде FeS
А=34,24-0,6683*34,84=10,96 кг,
или 10,96/0,636=17,23 кг FeS.
В шлаки увлекается
149,6*0,0123=1,84 кг Ni₃S₂
В массе остается
17,87-1,84=16,03 кг Ni₃S₂
В шлаки увлекается 0,605 CoS.
В массе останется
1,21-0,605=0,605 кг CoS.
Металлическое железо из массы удалено полностью, металлический никель считаем полностью сохраняющимся в массе в количестве 7,07 кг, прочие из 140 кг смеси штейнов в количестве 3,48 кг также считаем остающимися в массе.
Проверяем вес массы как суммы Ni₃S₂+ CoS+ FeS+ Ni_met+ Прочие.
Получим вес массы:
16,03+0,605+17,23+7,07+3,48=44,415 кг.
На основании проделанных расчетов определяем состав массы, получаемой в итоге периода набора (табл. 8).

Таблица 8. Количество и состав обогащенной массы на 140 кг смеси штейнов (без холодных материалов).
Химические соединения	Количество			Ni		Co			Fe			S			Прочие
	на 140 кг смеси штейнов	% в массе	кг		% в массе	кг	% в массе	кг		% в массе	кг		% в массе	кг		% в массе
Ni3S2	16,03	36,09	11,7		26,3	-	-	-		-	4,33		9,75	-		-
CoS	0,605	1,36	-		-	0,22	0,5	-		-	0,39		0,87	-		-
FeS	17,23	38,79	-		-	-	-	10,96		24,7	6,27		14,1	-		-
Nimet	7,07	15,92	7,07		15,9	-	-	-		-	-		-	-		-
Прочие	3,48	7,84	-		-	-	-	-		-	-		-	3,48		7,84
Всего	44,415	100	18,8		42,3	0,22	0,5	10,96		24,7	11		24,7	3,48		7,84

В соответствии с рациональным составом шлака (см. табл.5) находим, что в 44,3 кг его находится железа в виде Fe₃O₄ 44,3*0,0724=3,2 кг и в виде FeO 44,3*0,428=18,9 кг.

Подсчитываем количество кислорода, необходимое для окисления FeS штейна до получения массы с содержанием железа 25%.
По реакции (3) расход кислорода по количеству окислившегося железа будет:
160/167,7*3,2=3,04 кг.
По реакции (4) расход кислорода по количеству железа:
96/111,8*18,9=16,2 кг.
Всего теоретический расход кислорода:
30,4+16,2=19,24 кг.
При степени усвоения кислорода ванной конвертера 95% практическое количество его:
19,24/0,95=20,24 кг.
Воздуха потребуется
20,24/0,26=77,85 кг или 60,34 н*м³.
Определяем количество газов, образующихся при окислении FeS.
Подается с воздухом азота:
77,85-20,24=57,61 кг
В газы попадает избыточный кислород:
20,24-19,24=1,0 кг.
Образуется SO₂:
По реакции (3) (3*64,1)/(3*55,9)*3,2=3,66 кг;
По реакции (4) (2*64,1)/(2*55,9)*18,9=21,6 кг.
Всего SO₂ в газах: 3,66+21,6=25,26 кг.
Данные расчетов по количеству и составу газов от окисления FeS штейна в период набора сведены в табл. 9.

3.