3) Окислительная дефосфорация при выплавке стали.
Рафинирование стали от фосфора обычно осуществляется путем его окисления и перевода образующегося оксида фосфора в шлаке:
[P]+2,5∙ (FeO)=(PO2,5)+2,5∙Fe(ж) (7)
По экспериментальным данным получено уравнение
(8)
При 1873 К:
;
Выразим состав шлака в мольных (X RO) или в ионных (X R) долях. Для этого предварительно вычислим число молей оксидов nRO и число катионов nR+ в 100 г шлака, что показано в таблице 1.13):
;
;
;
,
где (RO) - содержание оксида RO в шлаке (Таблица), %;
- молекулярная
масса оксида RO;
- количество
катионов R+
в молекуле RO.
Таблица 7.13 – Состав шлака дефосфорации
Состав шлака |
CaO |
SiO2 |
MnO |
FeO |
MgO |
Al2O3 |
Cr2O3 |
TiO2 |
PO2,5 |
|
MRO |
56 |
60 |
71 |
72 |
40 |
102 |
152 |
80 |
71 |
- |
nRO |
0,583 |
0,406 |
0,100 |
0,224 |
0,178 |
0,054 |
0,004 |
0,007 |
0,002 |
1,559 |
XRO |
0,374 |
0,260 |
0,064 |
0,144 |
0,114 |
0,034 |
0,003 |
0,004 |
0,001 |
1,000 |
nR+ |
0,583 |
0,811 |
0,100 |
0,224 |
0,178 |
0,108 |
0,009 |
0,007 |
0,002 |
2,023 |
XR+ |
0,288 |
0,401 |
0,050 |
0,111 |
0,088 |
0,053 |
0,004 |
0,003 |
0,001 |
1,000 |
По теории регулярных
растворов В.А. Кожеурова найдем значения
коэффициентов активности
и
:
(9)
(10)
Значение fP определим по параметрам взаимодействия первого порядка при 1873 К:
После преобразования формулы 8 получим выражение для коэффициента распределения фосфора между металлом и шлаком:
,
(11)
где
-
атомная масса фосфора.
По значению LP определим конечную концентрацию фосфора в металле [PK], %:
(12)
где
- начальные концентрации фосфора в
металле и шлаке соответственно, %;
и
-
молекулярные массы P и P2O5
соответственно;
- кратность шлака,
%;
mш и mм – массы шлака и металла, кг.
Определяем количество окислившегося фосфора по пропорции:
где х – искомая величина, кг;
12162,398-х – масса металла с учетом окисления фосфора, кг;
6,792-х – масса фосфора в металле с учетом окисления фосфора, кг.
При этом образуется
P2O5-
На окисление фосфора потребуется кислорода 6,016 кг
Таблица 7.16 – Баланс металла после дефосфорации
В килограммах
Элемент |
Поступило с шихтой |
Дефосфорация |
Содержится в металле |
Содержится в металле, % |
|
|
C |
129,984 |
0,000 |
129,984 |
1,069 |
|
|
О |
0,803 |
0,000 |
0,803 |
0,007 |
|
|
Si |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
|
|
Mn |
19,296 |
0,000 |
19,296 |
0,159 |
|
|
P |
6,792 |
4,662 |
2,130 |
0,018 |
|
|
S |
4,440 |
0,000 |
4,440 |
0,037 |
|
|
Cr |
15,206 |
0,000 |
15,206 |
0,125 |
|
|
Ni |
10,643 |
0,000 |
10,643 |
0,088 |
|
|
Ti |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
|
|
W |
4,440 |
0,000 |
4,440 |
0,037 |
|
|
Mo |
2,220 |
0,000 |
2,220 |
0,018 |
|
|
V |
1,560 |
0,000 |
1,560 |
0,013 |
|
|
Cu |
19,800 |
0,000 |
19,800 |
0,163 |
|
|
Al |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
|
|
Fe |
11947,214 |
0,000 |
11947,214 |
98,268 |
|
|
Всего |
12162,398 |
4,662 |
12157,736 |
100,000 |
|
|
Таблица 7.17 – Количество и состав печного шлака после дефосфорации
В килограммах
Источник поступления |
SiO2 |
CaO |
MnO |
åFeO |
Cr2O3 |
Al2O3 |
Шлак в ванне |
170,166 |
213,135 |
46,498 |
105,366 |
4,225 |
44,727 |
Десульфурация |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
Всего |
170,166 |
213,135 |
46,498 |
105,366 |
4,225 |
44,727 |
Всего,% |
27,176 |
34,038 |
7,426 |
16,827 |
0,675 |
7,143 |
Продолжение таблицы 1.10
Источник поступления |
MgO |
TiO2 |
P2O5 |
S |
å |
Шлак в ванне |
25,543 |
3,534 |
1,376 |
0,918 |
615,488 |
Десульфурация |
0,000 |
0,000 |
10,678 |
0,000 |
10,678 |
Всего |
25,543 |
3,534 |
12,054 |
0,918 |
626,166 |
Всего,% |
4,079 |
0,564 |
1,925 |
0,147 |
100,000 |
Суммарный материальный баланс периода плавления
Израсходовано, кг |
Получено, кг |
а) Шихты – 12000 из них 1) А2 - 2040 2) А3 – 2400 3) чугун – 3360 4) А4 - 4200 б) Шлакообразующих –1157,597 из них
в) Футеровка ДСП – 83,70 из них 1) магнезита – 65,7 2) магнезитохромита – 18 г) электродов – 54 д) воздух – 160,931 в том числе: 1) кислород –36,617 2) азота – 122,587 3) влаги – 17,27 |
а) Металла –12157,736 б) Шлака – 626,166 в) Пыли – 252,070 в том числе 1) MnO – 11,624 2) Сr2O3 – 0,606 3) Ni – 0,217 4) FeO –239,623 г) Газов – 362,87 в том числе 1) CO – 160,455 2) CO2 –79,828 3) азота – 122,587
|
Всего – 13456,228 |
Всего – 13454,025 |
Невязка
–13456,228–13454,025=2,203
кг или
%
Полученная невязка находится в допустимых пределах.