Описание опытных плавок с применением марганцевого концентрата, проведенных в конвертерном цехе "Северсталь"

Сравнительный анализ плавок с применением марганцевого концентрата и без него. Построение графических зависимостей. Расчет количества железа, переходящего в шлак для компенсации охлаждающего эффекта марганцевого концентрата и сквозных потерь марганца.

Рубрика Химия
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 09.07.2013
Размер файла 207,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описание опытных плавок с применением марганцевого концентрата, проведенных в конвертерном цехе ОАО «Северсталь»

На ОАО “Северсталь” в соответствии с программой по уменьшению заметалливания кислородных фурм на конвертере проведен ряд плавок с использованием марганцевого концентрата /16,17/.

По первому варианту концентрат подавался на лом до заливки чугуна в количестве 1-2 т. В этом случае отмечалось более лучшее шлакообразование, но в результате более раннего опускания фурмы на 150-200 мм ниже обычного наблюдались случаи заметалливания фурм.

По второму варианту Mn концентрат подавали в конвертер по ходу продувки металла порциями по 0,5 т (общим количество 1-2 т), при появлении признаков свертывания шлака приблизительно при 10000 м3 израсходованного кислорода. В этом случае наблюдался более ровный (мягкий) ход продувки без выбросов шлакометаллической эмульсии; повышение содержания MgO в конечном шлаке в пределах 1 %; некоторое улучшение удаления серы и повышение концентрации марганца в повалочной пробе в пределах 0,02-0,03 %. Также наблюдалось снижение общего расхода кислорода на плавку и FeO в шлаке.

Согласно технической записке по опробованию марганцевого концентрата в КП были сделаны следующие выводы.

Проведение плавок показало, что применение Mn агломерата позволило:

- улучшить процесс шлакообразования;

- снизить выбросы шлакометаллической эмульсии;

- увеличить содержание Mn в повалочной пробе ,что может решить вопрос о снижении расхода марганецсодержащих ферросплавов;

- увеличить процентное содержание MgO в конечном шлаке;

- снизить массовую долю серы в повалочной пробе.

По гранулометрическому составу концентрат соответствовал следующим параметрам:

- фракция 10-80 мм;

- массовая доля класса менее 10 мм не более 10 %;

- массовая доля класса более 80 мм не более 10 %.

Химический состав применяемого концентрата приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав марганцевого концентрата.

Химическая формула элементов

Содержание, масс. доли %

Mn

42,0

MnO2

45,0

SiO2

10,0

P

0,035

S

0,019

CaO

0,900

MgO

0,270

Al2O3

7,100

П.П.П.

5,200

1.1 Анализ опытных данных

1.1.1 Сравнительный анализ плавок с применением марганцевого концентрата и без него

Для анализа результатов плавок было проведено сравнение двух групп плавок стали 17Г1С, или 17ГСУ, с присадкой марганцевого концентрата и без нее /18/. Параметры металла на выпуске соответствующей группы плавок приведены в таблицах 2,3.

Таблица 2 - Параметры плавок с применением марганцевого концентрата.

Количество концентрата,кг

Mn,%

C,%

(FeO),%

(CaO),%

Tме,0С

1029

0,073

0,060

28,1

45,5

1734

1083

0,099

0,072

28,5

40,2

1655

1083

-

-

31,5

44,1

1692

1161

0,108

0,075

26,7

47,0

1714

1088

0,118

0,095

22,3

46,1

1706

573

0,109

0,044

25,7

42,0

1672

1673

0,139

0,081

24,0

42,6

1714

1168

0,072

0,052

31,8

44,0

1684

1087

0,100

0,044

22,8

46,7

1637

Среднее

1200

0,102

0,065

26,8

44,2

1690

Таблица 3 - Параметры плавок без марганцевого концентрата.

Mn,%

С,%

(FeO),%

(CaO),%

T,0С

0,101

0,098

22,0

50,4

1698

0,048

0,039

35,2

39,3

1723

0,089

0,057

24,7

47,5

1706

0,073

0,072

26,4

45,8

1703

0,093

0,050

27,1

45,7

1719

0,089

0,047

25,2

50,5

1715

0,129

0,110

21,4

51,6

1699

0,086

0,059

24,2

47,9

1736

0,091

0,070

20,7

49,8

1630

Среднее

0,089

0,067

25,2

47,3

1703

На основании этих данных была составлена таблица 4, в которой приведена описательная статистика по группам плавок.

Таблица 4 - Сравнение параметров плавок.

Параметр сравнения

Плавки с применением марганцевого концентрата

Плавки без марганцевого концентрата

Концентрация Mn в повалочной пробе, масс.доли %

0,1020,018

0,0890,016

Концентрация С в повалочной пробе, масс. доли %

0,0650,015

0,0670,018

Концентрация FeО в шлаке, масс. доли %

26,82,7

25,23,3

Концентрация CaO в шлаке, масс. доли %

44,21,8

47,32,9

Темперетура,0С

16909

170311

Из таблицы 4 можно сделать следующие выводы.

1 В плавках с применением марганцевого концентрата содержание марганца в повалочной пробе больше по сравнению с “обычными” плавками.

2 Содержание СаО в шлаке снижается.

3 Содержание FeO в шлаке в опытных плавках выше.

1.1.2 Построение графических зависимостей

Влияние времени присадки на содержание марганца на выпуске.

В процессе восстановления марганца из марганецсодержащего сырья немаловажную роль играет время подачи его в конвертер. Так как параметры плавки, состав металла, шлака, температура расплава по ходу продувки постоянно изменяются. И совокупность их влияния на поведение марганца в разные периоды будет различным, то необходимо провести исследование зависимости концентрации марганца в повалочной пробе от времени присадки, и выбрать момент продувки, когда присадка концентрата приведет к наилучшим результатам. Для этого проанализированы данные 28 опытных плавках. Полученные результаты приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость концентрации марганца в металле на повалке от времени присадки оксидных материалов.

На рисунке 1 момент времени 0 означает начало продувки металла в конвертере кислородом.

Полученные результаты соответствуют теоретическим в той части, что наибольшие показатели концентрации марганца в повалочной пробе в проанализированных плавках были достигнуты при подаче марганцевого концентрата в середине продувки.

Таким образом, оптимальным моментом для присадки марганцевого концентрата является середина продувки, и для дальнейшего анализа отобраны плавки, соответствующие именно этому периоду.

Зависимость содержания марганца в повалочной пробе от количества присаживаемого концентрата (рисунок 2).

Рисунок 2 - График зависимости содержания марганца на выпуске от количества присаживаемого концентрата.

Увеличение количества подаваемого концентрата не приводит к повышению массового содержания марганца в повалочной пробе.

Зависимость концентрации марганца в повалочной пробе от концентрации углерода на повалке (рисунок 3).

Рисунок 3 - График зависимости концентрации марганца в повалочной пробе от концентрации углерода на повалке.

Углерод является восстановителем для марганца, и увеличение его концентрации приводит к увеличению концентрации марганца на повалке.

Зависимость содержания марганца в повалочной пробе от температуры металла на выпуске (рисунок 4).

Рисунок 4 - График зависимости концентрации марганца в повалочной пробе от температуры металла на выпуске.

Увеличение температуры металла приводит к увеличению концентрации марганца на повалке, то есть к более полному восстановлению марганца из концентрата в интервале до 1680-1700 0С, при этом дальнейшее повышение температуры согласно экспериментальным данным, не ведет к повышению концентрации марганца в металле.

1.1.3 Нахождение зависимости коэффициента распределения марганца от концентрации углерода в стали, основности шлака и температуры металла

Искомая зависимость представляет из себя выражение вида LMn = f([C], T, B). Исходными данными для нахождения зависимости служат уже использованный выше массив опытных плавок с применением марганцевого концентрата для легирования металла.

Параметры опытных плавок приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Параметры опытных плавок.

(CaO)шл,

%

[Mn]ме

%

[Mn]чуг,

%

Gконц,

Кг

Gчуг,

т

Gлом,

Т

Gизв,

кг

Gдол.об.,

кг

Gдол.необ.,

кг

Gимф,

кг

44,0

0,072

0,19

1168

290

69

18272

959

6015

3051

43,2

0,120

0,20

1786

305

100

14263

1451

6015

9134

47

0,108

0,40

1161

285

70

22401

476

6018

6169

44,8

0,078

0,25

556

320

85

20294

500

10772

0

49,3

0,094

0,204

968

315

85

22235

969

6017

5918

47,7

0,093

0,252

1082

310

94

20163

1485

14019

6038

44,2

0,106

0,253

800

320

85

20095

1106

14019

4047

41,2

0,093

0,204

801

325

82

24260

1133

9016

10090

39,6

0,078

0,337

1266

315

87

18855

3635

9448

0

59

0,101

0,346

1931

310

85

22544

1021

12073

69

44,1

0,094

0,32

542

300

95

18153

1074

5965

5019

46,8

0,135

0,325

500

315

95

18211

2509

7034

11090

47,3

0,15

0,3

497

315

95

18202

3202

7035

11025

За неимением сведений о содержании (MnO) в шлаке, используется для его нахождения уравнение материального баланса для марганца

(MnO)шл55/71Gшл + [Mn]мGм = [Mn]чуг Gчуг + [Mn]лом Gлом +[Mn]конц Gконц , (27)

где (MnO)шл - массовое содержание оксида марганца в шлаке, %;

[Mn]м; [Mn]чуг; [Mn]лом; [Mn]конц - концентрация марганца, соответственно, в металле перед выпуском, чугуне, ломе и марганцевом концентрате, %.

Для оценки количества образующегося шлака используется уравнение материального баланса для оксида кальция. Величина концентрации (СаО) может быть использована для оценки количества шлака, так как Са не растворяется в металле и полностью переходит в шлак из всех используемых шихтовых материалов, состав которых нам известен.

Уравнение материального баланса для оксида кальция

(СaO)шл Gшл = (CaO)конц Gконц + (CaO)изв Gизв + (CaO)дол.н. Gдол.н. + (CaO)дол.об. Gдол.об. + (CaO)имф G имф + Gмикс.шл.(CaO)микс.шл. , (28)

где (СaO)шл - концентрация оксида кальция в шлаке, масс. доли %;

(CaO)конц - концентрация оксида кальция в марганцевом концентрате, масс. доли %;

(CaO)изв - концентрация оксида кальция в извести, масс. доли %;

(CaO)дол.н, (CaO)дол.об.- концентрация оксида кальция в доломите необожженном и обожженном, масс. доли %;

(CaO)имф, (СаО)микс.шл.- концентрация оксида кальция в ИМФ и миксерном шлаке, масс. доли %;

Gшл; Gм; Gчуг; Gлом; Gконц; Gизв; Gдол.н.; Gдол.об.; Gимф - массы, соответственно, шлака, металла, чугуна, лома, марганцевого концентрата, извести, доломита необожженного, доломита обожженного и ИМФ, кг.

Химический состав извести, доломита необожженного и обожженного приведены в таблицах 6,7,8.

Таблица 6 - Состав извести, масс. доли %.

CaO

MgO

SiO2

S

P

CO2+H2O

92,0

3,0

1,8

0,06

0,1

5,0

Таблица 7 - Состав доломита необожженного, масс. доли %.

СaO

SiO2

MgO

Fe2O3

Al2O3

СО22О

30

3,6

17

1,5

0,14

46,0

Таблица 8 - Состав обожженного доломита, масс. доли %.

CaO

SiO2

MgO

Fe2O3

55,6

7,4

33,3

3,7

Количество миксерного шлака принимается 0,4 % от веса металлошихты.

Концентрация оксида кальция в миксерном шлаке 42 %.

Таким образом, в данной системе уравнений остается два неизвестных. Система решается относительно этих неизвестных методом подстановки.

Результаты расчета концентрации оксида марганца в шлаке и коэффициента распределения марганца приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Результаты расчета.

Gшл, Кг

(MnO)шл, %

LMn

[C], %

T, 0C

B

44,58

3,86

38,51

0,052

1684

4,58

39,63

3,67

32,19

0,044

1663

3,57

50,25

2,77

34,01

0,075

1714

4,01

49,52

2,56

32,83

0,06

1717

3,96

48,07

2,52

26,80

0,054

1707

4,00

51,36

2,89

31,03

0,064

1715

3,97

54,12

2,38

22,48

0,049

1731

3,37

65,96

1,74

18,67

0,064

1711

3,52

56,1

3,53

45,23

0,049

1707

3,66

42,3

5,28

52,29

0,08

1674

6,34

45,0

3,18

33,87

0,042

1685

3,58

46,86

2,82

20,90

0,074

1700

3,09

47,14

2,45

16,35

0,133

1686

2,83

Используя множественный регрессионный анализ массива плавок, находим зависимость коэффициента распределения марганца от концентрации углерода, температуры и основности. В результате получаем уравнение зависимости

LMn=139,92-116,59[C]-0,079T+8,69B ,R2= 0,9, (29)

где LMn-коэффициент распределения марганца между шлаком и металлом.

Данное уравнение (29) хорошо описывает экспериментальные данные в следующем интервале значений: [C]=0,042-0,133; Т=1663-1731 0C; В=2,8-6,3.

На основании полученного уравнения можно сделать вывод о том, что увеличение температуры, концентрации углерода в металле на повалке и снижение основности приводит к понижению коэффициента распределения марганца, то есть повышению концентрации его в металле.

Увеличение основности шлака приводит на основании известных данных к повышению концентрации СаО в шлаке, который является основным оксидом. В соответствии с работой /5/ (рисунок 5), повышение СаО в шлаке ведет к вытеснению из шлака других основных оксидов, в частности MnO. Однако, эта тенденция наблюдается в интервале основности до 2.

Рисунок 5 - Зависимость содержания FeO + MnO от CaO + MgO в конечном шлаке.

1.1.4 Нахождение зависимости концентрации железа в шлаке от концентрации углерода, марганца в металле и основности

Для ряда плавок, данные о которых приведены в таблице 13, при помощи метода регрессионного анализа исследовалась зависимость концентрации железа в шлаке от концентрации углерода, марганца в металле и основности в виде (Fe)общ= f(B, , ), который рекомендован в работе /18/,то есть

(Fe)общ = С0 + С1 В + С2 + C3.

Таблица 10 - Параметры опытных плавок.

(Fe)общ, %

В

[Mn], %

[C], %

21,856

3,500

0,073

0,060

22,167

3,312

0,099

0,072

19,989

3,111

0,109

0,044

18,667

3,043

0,139

0,081

Получены значения коэффициентов С0= -60,82; С1= 29,136; С2= -1,73; С3= 0,27.

Тогда искомое уравнение запишется

(Fe)общ = -60,82 + 29,136В - + . (30)

1.1.5 Зависимость коэффициента распределения марганца от концентрации углерода, температуры и MgO в шлаке

Константа равновесия по уравнению (3)

KP= . (31)

Проделаем следующие преобразования

LnKP = Ln = - G/RT

Ln aMn + Ln pCO - Ln aC - Ln aMnO = -

Ln aMn = - + Ln aC + Ln aMnO - Ln pCO (32)

Исходя из выражения (32), зависимость концентрации марганца в стали от температуры, концентрации углерода в стали и оксида магния в шлаке будем находить в виде Ln[Mn] = f(, Ln C, (MgO)).

Оксид MgO является заменителем MnO как разжижителя шлака /5/, что позволяет при увеличении концентрации MgO снизить концентрацию MnO в шлаке, и соответственно, повысить количество марганца, перешедшего в металл.

Методом регрессионного анализа получены следующие уравнения.

Для плавок, в которых присадка концентрата осуществлялась до начала продувки

Ln[Mn] = 1,85 - + 0,14 Ln C +0,14(MgO) , R2 = 0,98. (33)

Для плавок, на которых присадка концентрата осуществлялась в середине продувки

Ln[Mn] = 3,65 - + 0,49 Ln C - 0,19(MgO) , R2 = 0,97. (34)

Подставим в полученные уравнения (33) и (34) одинаковые значения Т, [С] и (MgO), взятые по заводским данным. Т=1680 0С, [C]=0,07, (MgO)=10%.

Ln[Mn]=1,85-9059/1680+0,14Ln0,07+0,1410=-2,51; [Mn]=0,081.

Ln[Mn]=3,65-10804/1680+0,49Ln0,07+0,1910=-2,18; [Mn]=0,113.

Для плавок, на которых присадка концентрата осуществлялась в середине продувки, значение массового содержания марганца в металле при прочих равных условиях (Т, [C], (MgO)) будет больше. Таким образом, данные уравнения подтверждают целесообразность подачи марганцевого концентрата в середине продувки.

1.2 Расчет количества железа, переходящего в шлак для компенсации охлаждающего эффекта марганцевого концентрата

Q=Q1+Q2, (35)

где Q1 - количество теплоты на нагрев марганцевого концентрата, МДж;

Q2 - количество теплоты на плавление марганцевого концентрата, МДж.

Q1= Срконц.mT, (36)

где Срконц. - теплоемкость марганцевого концентрата,

Срконц.= 3,14 Дж/(кг0С) /20/;

m - масса присадки марганцевого концентрата, кг;

T - изменение температуры, 0С.

Q2=m, (37)

где - теплота плавления марганцевого концентрата, =3,286 кДж/кг /20/;

m - масса присадки, кг.

Q1=3,14 Дж/(кг0С) 1200 кг 1670 0С = 6,29 МДж;

Q2=3,286 кДж/кг1200 кг = 3,94 МДж;

Q=10,23 МДж.

Окисление железа происходит по реакции

Fe + Ѕ{O2}= (FeO), Q=3,4 МДж/кг Fe /21/ (38)

На нагрев 1 кг образовавшегося оксида железа необходимо количество теплоты

Q' = CpFeOmFeO(Tкон - Tпл.FeO), (39)

где CpFeO - теплоемкость оксида железа, CpFeO = 3,62 Дж/(кг0С) /22/;

mFeO - масса образовавшегося оксида железа, кг;

Тк - конечная температура, 0С;

Tпл.FeO - температура плавления оксида железа, 0С.

Q' = 3,62 Дж/(кг0С)1 кг(1700-1371)0С= 1,7 кДж.

Количество теплоты, которое перейдет стали по реакции (38)

3,4-1,7103=3,398 МДж/кг.

Тогда для компенсации 10,23 МДж необходимо выжечь железа MFe= 10,23/3,398=3 кг/1200 кг конц. или 0,0019 кг/кг конц.

1.3 Расчет сквозных потерь марганца на всем производственном цикле «марганцевая руда - сталь»

Общие потери марганца в процессе обогащения и выплавки марганцевых сплавов достигают 57-67 % (по данным Е.М. Мазурова и др./3/).

Усвоение в сталеплавильном процессе - 90%.

Рисунок 6 - Потери марганца на производственном цикле «марганцевая руда - сталь».

Степень сквозного извлечения составит (100-57)•0,9•100=39 %.

Извлечение марганца из концентрата для плавок с применением технологии прямого легирования, минуя стадию производства ферросплава

={[Mn]Gст/Gконц.[Mn]конц}100%, (40)

где [Mn] - прирост марганца на повалке за счет марганцевого концентрата,

доли ед.;

Gст - масса стали, кг;

Gконц - масса марганцевого концентрата, подаваемого в конвертер, кг;

[Mn]конц - массовое содержание марганца в концентрате, доли ед.

Значения примем из заводских данных.

={0,003350 000/12000,4}100%=22%.

Данное значение извлечения марганца получено для окисленного металла без добавки дополнительных восстанавливающих агентов в рамках существующей технологии выплавки металла в конвертере. Применение дополнительных восстановителей приведет к улучшению этого показателя.

марганцевый плавка концентрат железо

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Рассмотрение основных методов анализа железа и марганца. Описание классических и инструментальных методов. Анализ состава соли. Масс-спектрометрическое, титриметрическое и гравиметрическое определение лития, железа, марганца в смешанном фосфате.

    курсовая работа [633,0 K], добавлен 24.01.2016

  • Физические, химические свойства и применение цинка. Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов. Способы переработки цинкового концентрата. Электроосаждение цинка: основные показатели процесса электролиза, его осуществление и обслуживание.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 08.07.2012

  • Получение концентрата экстрактов лекарственных растений: грецкого ореха, персика и осины методом нанофильтрации: характеристика процесса, оценка энергетических затрат. Совмещенный метод концентрирования, включающий нанофильтрацию и вакуумное выпаривание.

    дипломная работа [3,0 M], добавлен 11.10.2011

  • Технология производства диоксида титана, области применения. Получение диоксида титана из сфенового концентрата. Сернокислотный метод производства диоксида титана из ильменита и титановых шлаков. Производство диоксида титана сульфатным и хлорный методом.

    курсовая работа [595,9 K], добавлен 11.10.2010

  • Историческая справка. Применение марганца. Получение марганца. Соединения марганца в биологических системах. Объем производства марганцевой руды по предприятиям. Марганцевые удобрения. Заболевание вызываемые токсином Марганца.

    реферат [21,5 K], добавлен 05.11.2004

  • Классификация методов количественного анализа. Химическая посуда и оборудование в гравиметрическом анализе; правила обращения с аналитическими весами. Расчет навески исследуемого вещества и количества осадителя. Способы определения железа в растворах.

    практическая работа [2,2 M], добавлен 22.04.2012

  • Свойства осадочных месторождений марганцевых руд. Свойства монооксида марганца. Разложение солей двухвалентного марганца. Промышленное получение марганца. Добыча и обогащение руд. Электролиз водных растворов сульфата марганца. Ресурсы марганцевых руд.

    реферат [32,5 K], добавлен 01.03.2011

  • Слоистые двойные гидроксиды (СДГ), их структура и методы синтеза. Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3 СДГ в статических условиях. Кинетика сорбции марганца(II). Зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора.

    курсовая работа [648,6 K], добавлен 13.10.2017

  • Очистка воды от марганца. Безреагентные и реагентные методы деманганации воды. Глубокая аэрация с последующим фильтрованием. Использование катализаторов окисления марганца. Удаление марганца из подземных вод. Технология применения перманганата калия.

    реферат [95,6 K], добавлен 09.03.2011

  • Физические свойства элементов VIIIB группы и их соединений, в частности, соединений железа. Анализ комплексных соединений железа (II) и железа (III) с различными лигандами с точки зрения теории кристаллического поля. Строение цианидных комплексов железа.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.