2.5 Расчет первого периода конвертирования

Определение количества конвертерного шлака (х) и кварцевого флюса (y).

Железа поступает в конвертер, кг:

1. с горячим штейном — 29,40 кг;

2. с холодными материалами — 7,22 кг;

3. с кварцевым флюсом — y × 0,05;

Всего: 36,62 + y × 0,05

Количество железа в х кг конвертерного шлака — 0,512 × х.

Поскольку железо при конвертировании практически полностью переходит в шлак, то справедливо равенство:

36,62 + y × 0,05 = 0,512 × х

Кремнезема поступает в конвертер, кг:

1. с кварцевым флюсом — 0,587 × y;

2. с холодными материалами — 2,86 кг;

Всего: 2,86 + 0,587 × y

Количество SiO₂ в x кг конвертерного шлака — 0,27 × х.

Поскольку SiO₂ полностью переходит в конвертерный шлак, то справедливо равенство:

2,86 + 0,587 × y = 0,27 × х

Решая систему уравнений, найдем x и y:

36,62 + y × 0,05 = 0,512 × х

2,86 + 0,587 × y = 0,27 × х

х = 74,40 кг

y = 29,36 кг

Количество FeS. Со штейном и холодными материалам поступает FeS:

34,73 + 28 ×0,0114 = 35,05 кг

С кварцевым флюсом поступает CuFeS₂:

29,36 × 0,0259 = 0,76 кг

При его диссоциации образуется Cu₂S, FeS, S:

2CuFeS₂ → Cu₂S + 2FeS + 0,5S₂

368 – 160 – 176 – 32

0,76 – x – y – z

x = 0,33 кг

y = 0,36 кг

z = 0,07 кг

Всего вводится в процесс первого периода FeS:

35,05 + 0,36 = 35,41 кг

Часть FeS увлекается со шлаком:

74,40 × 0,0454 = 3,38 кг

Часть FeS расходуется за счет взаимодействия с оксидами:

1) FeS + Cu₂O = FeO + Cu₂S

88 – 144 – 72 – 160

x – 0,03 – y – z

x = 0,02 кг

y = 0,02 кг

z = 0,04 кг

2) FeS + 3Fe₂O₃ = 7FeO + SO₂

88 – 144 – 72 – 160

x – 1,77 – y – z

x = 0,32 кг

y = 1,85 кг

z = 0,24 кг

Всего по указанным реакциям расходуется FeS: 0,02 + 0,32 = 0,34 кг

При этом образуется FeO: 0,02 + 1,85 = 1,87 кг

В результате потерь FeS со шлаком и реакциями взаимодействия с оксидами выводится FeS: 3,38 + 0,34 = 3,72 кг

Следовательно, необходимо подвергнуть окислению FeS: 35,41 – 3,72 = 31,69 кг

В этом количестве FeS содержится Fe и S:

FeS – Fe – S

88 – 56 – 32

31,69 – x – y

x = 20,17 кг

y = 11,53 кг

Окисление железа и серы.

В конвертерном шлаке содержится железа в форме Fe₃O₄: 74,40 × 0,1108 = 8,24 кг

В горячем штейне содержится железа в форме Fe₃O₄: 7,30 кг.

В холодных материалах содержится железа в форме Fe₃O₄: 28 × 0,1101 = 3,08 кг

Всего в процесс поступает железа в форме Fe₃O₄: 7,30 + 3,08 = 10,38 кг.

Окисляется Fe до Fe₃O₄: 10,38 – 8,24 = 2,14 кг

В конвертерном шлаке Fe в форме FeO: 74,40 × 0,3723 = 27,70 кг

С холодными материалами поступает железа в форме FeO: 28 × 0,1407 = 3,94 кг

В результате химических реакций образовалось FeO: 1,87 кг. В этом количестве содержится железа:

FeO – Fe

72 – 56

1,87 – x

x = 1,46 кг

Окисляется железа до FeO: 27,70 – 3,94 – 1,46 = 22,31 кг

Количество кислорода для окисления 2,14 кг железа до Fe₃O₄:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

168 – 64

2,14 – х₁

х₁ = 0,81 кг

Количество кислорода для окисления 22,31 кг железа до FeO:

2Fe + O₂ = 2FeO

112 – 32

22,31 – x₂

x₂ = 6,37 кг

Количество цинка, перешедшего в конвертерный шлак из штейна и холодных материалов: 74,40 × 0,0114 = 0,85 кг

На окисление цинка потребуется кислорода:

2Zn + O₂ = 2ZnO

130 – 32

0,85 – x₃

x₃ = 0,21 кг

Поступило цинка со штейном и 28 кг холодных материалов: 3,80 + 0,59 = 4,39 кг

Окислилось цинка: 4,39 – 0,85 = 3,54 кг

На окисление цинка требуется кислорода:

2Zn + O₂ = 2ZnO

130 – 32

3,54 – x₄

x₄ = 0,87 кг

Как показано выше, необходимо окислить 31,69 кг FeS, в которых 11,53 кг серы. Кроме того, в CuFeS₂ кварцевого флюса имеется 0,26 кг серы. Количество серы в 3,54 кг цинка, связанного в ZnS:

Zn – S

65 – 32

3,54 – x

x = 1,74 кг

Следовательно, всего окисляется серы: 11,53 + 0,26 + 1,74 = 13,53 кг

Отношение количества серы, окисляющейся до SO₂ к количеству серы,

окисляющейся до SO₃ составляет 6 : 1.

Окисляется S до SO₂: 13,53 × = 11,60 кг

Окисляется S до SO₃: 13,53 – 11,60 = 1,93 кг

На окисление S до SO₂ требуется кислорода и образуется SO₂:

S + O₂ = SO₂

32 – 32 – 64

11,60 – x₅ – y₁

x₅ = 11,60 кг

y₁ = 23,20 кг

С учетом протекающих химических реакций образуется SO₂:

23,20 + 0,24 = 23,43 кг

На окисление S до SO₃ требуется кислорода и образуется SO₃:

S + 1,5O₂ = SO₃

32 – 48 – 80

1,93 – x₆ – y₂

x₆ = 2,90 кг

y₂ = 4,83 кг

Всего на окисление железа, цинка и серы требуется кислорода: x₁ + x₂ + x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 0,81 + 6,37 + 0,21 + 0,87 + 11,60 + 2,90 = 22,77кг

Количество кислорода в объёмных единицах определяется по формуле:

где V_x — объем искомого газа, м³;

m_x — масса искомого газа, кг;

V_m — молярный объем газа, V_m = 22,4 м³/кмоль;

M_x — молярная масса искомого газа, кг/кмоль.

При использовании кислорода в ванне конвертера 95% практически требуется кислорода:

22,77 : 0,95 = 23,96 кг (16,78 м³)

Избыток кислорода составляет: 23,96 – 22,77 = 1,20 кг (0,84 м³)

При применении воздуха с 25% кислорода количество дутья потребуется: 16,78 : 0,25 = 67,10 м³

Обогащенное дутьё изготавливается из атмосферного воздуха (21%O₂) и технологического кислорода (96,5%O₂).

Определение количества атмосферного воздуха (x) и технологического кислорода (y):

x × 0,21 + y × 0,965 = 16,78

x + y = 67,10

x = 63,55 м³

y = 3,56 м³

В атмосферном воздухе:

В технологическом кислороде содержится:

В составе газов I периода конвертирования будут пары воды и углекислый газ из флюсов (таблица 2):

Состав газов I периода конвертирования приведен в таблице 5.

Таблица 5 — Состав газов I периода

Газы	Масса, кг	Объём, м3	%(об.)
SO2	23,43	8,20	12,86
SO3	4,83	1,35	2,12
O2	1,20	0,84	1,31
N2	62,91	50,33	78,89
H2O	1,53	1,90	2,98
CO2	2,31	1,17	1,84
Всего:	96,21	63,80	100,00

Расчет количества белого матта.

В конвертер поступает медь:

1) с горячим штейном (30 кг);

2) с холодными материалами (4,82);

3) с кварцевым флюсом (0,29).

Всего меди: 30 + 4,82 + 0,29 = 35,11 кг

С конвертерным шлаком уходит меди: 74,40 × 0,018 = 1,34 кг

В белый матт переходит меди: 35,11 – 1,34 = 33,77 кг

Эта медь связывает серы в Cu₂S:

2Cu – S

128 – 32

33,77 – x

x = 8,44 кг

При содержании меди в белом матте 76,0% количество белого матта составит: 33,77 : 0,76 = 44,43 кг

В нём прочих: 44,43 – 33,77 – 8,44 = 2,22 кг

Составление материального баланса I периода конвертирования.

Выход пыли составляет 3,5% от массы шихты:

(100 + 28 + 29,36) × 0,035 = 5,51 кг

Со штейном и холодными материалами поступило цинка:

3,80 + 0,59 = 4,39 кг

В шлак уходит цинка 1,14 кг. Следовательно, в пыли содержится цинка: 4,39 – 1,14 = 3,25 кг

Цинк находится в форме ZnO, а значит, связывает кислорода:

ZnO

65 – 16

3,25 – x

x = 0,80 кг

Прочих в пыли: 5,51 – 3,25 – 0,80 = 1,46 кг

Уточнение состава конвертерного шлака производится по разности между массой компонентов в приходе и массой компонентов в белом матте, газе и пыли.

Материальный баланс I периода приведен в таблице 6.

Таблица 6 — Материальный баланс I периода конвертирования

Материал	∑	Cu	Zn	Fe	S	SiO2	CaO	Al2O3	O	N	H2O	CO2	прочие
ПОСТУПИЛО
Штейн горячий	100,00	30,00	3,80	29,40	22,00	—	—	—	2,78	—	—	—	12,02
Холодные материалы	28,00	4,82	0,59	7,22	1,01	2,86	0,67	0,90	2,30	—	—	—	7,64
Кварцевый флюс	29,36	0,29	—	1,47	0,26	17,23	2,94	2,64	0,53	—	1,53	2,31	0,15
Воздух	81,82	—	—	—	—	—	—	—	19,06	62,75	—	—	—
Технологический кислород	5,06	—	—	—	—	—	—	—	4,90	0,16	—	—	—
Всего	100,00	30,00	3,80	29,40	22,00	—	—	—	2,78	—	—	—	12,02
ПОЛУЧЕНО
Белый матт	44,43	33,77	—	—	8,44	—	—	—	—	—	—	—	2,22
Шлак конвертерный	98,08	1,34	1,14	38,09	1,18	20,09	3,61	3,54	12,96	—	—	—	16,13
Газы:
SO2	23,43	—	—	—	11,72	—	—	—	11,72	—	—	—	—
SO3	4,83	—	—	—	1,93	—	—	—	2,90	—	—	—	—
O2	1,20	—	—	—	—	—	—	—	1,20	—	—	—	—
N2	62,91	—	—	—	—	—	—	—	—	62,91	—	—	—
H2O	1,53	—	—	—	—	—	—	—	—	—	1,53		—
CO2	2,31	—	—	—	—	—	—	—	—	—		2,31	—
Всего газов	96,21	—	—	—	13,65	—	—	—	15,81	62,91	1,53	2,31	—
Пыль	5,51		3,25	—	—	—	—	—	0,80	—	—	—	1,46
Всего	244,23	35,11	4,39	38,09	23,27	20,09	3,61	3,54	29,58	62,91	1,53	2,31	19,81