Расчет шихты для выплавки ферротитана

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Магнитогорский государственный  технический 

университет им. Г.И.Носова»

 

 

Кафедра металлургии черных металлов

 

 

 

 

 

 

Расчет шихты для выплавки ферротитана

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр.

 

Принял:                                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

2013

Введение

Ферротитан- наиболее распространенный  из алюминотермических ферроспалвов. Объем промышленного производства ферротитана составляет 64% общего выпуска алюминотермических сплавов. Основное сырье для производства ферротитана- ильменитовый концентрат, получаемый обогащением кусинких титаномагнетитов, а также ряда руд из других месторождений.

В качестве восстановителя при выплавке ферротитана используют алюминиевый порошок, изготовляемый из вторичного алюминия. (ФЧ2Ф, АЧ3,Ф,АЦВ).

В качестве флюса применяют свежеобожженную  известь. Кроме указанных материалов применяют железную руду и молотый ферросилиций марки ФС75.

Состав выплавляемого  ферротитана зависит от соотношения расхода различных шихтовых материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет ферротитана марки ФТи35С7

1.1 Исходные данные

Состав шихтовых материалов, используемых при выплавке ферроиттана приведен в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 –Химический состав исходных материалов

Материал	Содержание,%
	TiO2	FeO	Fe3O4	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	Al2O3	SiO2	S	п.п.п.
Концентрат	11.94	27.53	0	54.8	0.63	0.88	0.64	1.4	1.45	0.11	0.62
Железная руда	0	0	0	98	0	0	0	0	2	0	0
Известь	0	0	0	0	0	90	0	8	2	0	0

 

Таблица 1.2 – Химический состав исходных материалов

Материал	Содержание,%
	Al	Si	Fe	Cu	Zn	Al2O3
Алюминиевый порошок	88	3	2	4,2	2	0,8
ФС75	0	75	25	0	0	0

 

Принимаем, что в полученном ферротитане содержится 30% Ti, 9% Al, 7% Si, теряется с газами 100% Zn, 30% S.

Расчет ведется на 100кг ТМ концентрата.

В процессе плавки часть  оксидов шихтовых материалов восстанавливается  и переходит в сплав, а другая участвует  в формировании шлака.

В процессе плавки ферротитана все примеси алюминиевого порошка, кроме Zn и Al2O3, а также железо и кремний ферросилиция полностью переходят в шлак.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.3 – Распределение оксидов в  процессе плавки

Восстанавливаемые оксиды	Доля, %	Невосстанавливаемые оксиды, участвующие в формировании шлака	Доля, %
TiO2-Ti	77	TiO2-TiO	11,5
TiO2-Ti2O3	11,5
FeO-Fe	99	Fe2O3-FeO	1
Fe3O4-Fe	99	Fe3O4-FeO	1
Fe2O3-Fe	99
SiO2-Si	90	SiO2	10
MnO-Mn	90	MnO	10
CaO-Ca	40
MgO-Mg	0	MgO	100
S	70

 

 

 

1.2 Расчет количества восстановителя

 

В качестве восстановителя в процессе плавки расходуется алюминий алюминиевого порошка.

Расчеты по определению количества восстановленных оксидов  требуемого для этого алюминия приведен  в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Количество оксидов и выделившегося  при этом кислорода на 100 кг

               концентрата

Оксид	Восстанавливаетя оксида, %	Требуется аллюминия, кг
TiO2-Ti	9.19	4.14
TiO2-Ti2O3	1.37	0.15
TiO2-TiO	1.37	0.31
FeO-Fe	27.25	6.81
Fe3O4-Fe	0.00	0.00
Fe3O4-FeO	0.00	0.00
Fe2O3-Fe	54.25	18.31
Fe2O3-FeO	0.55	0.06
SiO2-Si	1.31	0.78
MnO-Mn	0.57	0.14
Итого		30.71

 

Таким образом, для восстановления всех компонентов, содержащихся в 100 кг концентрат, требуется 30,71 кг алюминия.

 

 

1.3 Расчет шихты для  выплавки ферротитана

В результате восстановления TiO₂  образуется титана

11,94*0,77*114/240=9,19 кг

При 30% Ti в сплаве общее количество металла составит

9,19*100/30=30,63 кг

Тогда для получения в  металле 9% Al потребуется

30,63*0,09=2,76 кг алюминия

Всего для восстановления оксидов концентрата и получения  необходимого содержания алюминия в  сплаве требуется алюминиевый порошок:

(30,71+2,76)/0,88=38,03 кг

Расход извести составляет 20% от веса алюминия на плавку. Тогда  расход извести составит:

(38,03*0,88*0,2)/0,9=7,43 кг

Для восстановления кремнезема, содержащегося в извести, требуется  дополнительно алюминиевого порошка

(7,43*0,02*0,9*108)/(180*0,88)= 0,1 кг

Тогда общее количество алюминиевого порошка составит

38,03+0,1=38,13 кг

В результате восстановления кремнезема, содержащегося в концентрате  и извести образуется кремния

(100*0,0145+7,43 *0,02)*0,9*28/60=0,67 кг

Из алюминиевого порошка  в сплав перейдет кремний

38,13*0,03=1,14 кг

Тогда в сплав всего  перейдет кремния

0,67+1,14=1,81 кг

Чтобы получить в металле 7% Si необходим кремний

30,63 *0,07=2,14 кг

Для этого следует внести с ферросилицием кремний:

2,14-1,81=0,33 кг

Или в пересчете на 75-й  ферросилиций

0,33/0,75=0,44 кг

Расход основных материалов для выплавки ферротитана представлен в таблице 1.5.

 

 

 

 

Таблица 1.5 – Шихта для выплавки ферротитана

Материал	Расход, кг
Концентрат	100
Алюминиевый порошок	38.03
Известь	7.43
Ферросилиций	0.44
Всего	145.9

 

Расчет количества элементов, перешедших в сплав, представлен  в таблице 1.6.

 

Таблица 1.6 – Элементы, поступающие в сплав из шихты

Элемент	Восстанавливается из концентрата, кг	Переходит из		Всего, кг
		Алюминиевого порошка, кг	ФС75
Ti	5.52	0.00	0.00	5.52
Si	0.68	1.14	0.33	2.15
Al	0.00	33.47	0.00	33.47
Mn	0.44	0.00	0.00	0.44
Fe	59.17	0.76	0.11	60.05
Cu	0.00	1.60	0.00	1.60
S	0.03	0.00	0.00	0.03
Итого	65.84	36.97	0.44	103.25

 

1.4 Расчет расхода железотермитного осадителя

Недостающее количество железа переходит в сплав из железотермитного осадителя. Следовательно, в нем  должна содержаться железная руда:

(30,63-103,25)*160/0,98*112*0,99= -106,5 кг

Отрицательное значение говорит  о том что железотермитный осадитель не нужен.

 

1.5 Расчет состава сплава  и шлака

Окончательная масса и  химический состав получаемого сплава с учетом элементов, вносимых железотремитным осадителем, представлен в таблице 1.9.

 

 

 

 

 

Таблица 1.9 – Состав ферротитана

Элемент	Вносится шихтой	Состав,%
Ti	17.556	25.980175
Si	3.293266667	5.6073384
Al	3.31	4.8971741
Mn	0.441	0
Fe	22.56	58.662524
Cu	2.10924	3.7135671
S	0.033	0
Итого	49.3	100

 

Расчет количества и состава  шлака представлен в таблице 1.10.

Таблица 1.10 – Состав шлака

Оксид	Поступило в шлак, кг				Всего
	из конентрата	из алюминиевого порошка	из извести	из железной руды	масса, кг	доля,кг
Al2O3	1.4	77.57	0.78	0	79.75	80.88
Ti2O3	3.933	0	0	0	3.933	3.989
TiO	3.496	0	0	0	3.496	3.545
FeO	0.7682	0	0	0	0.7682	0.779
SiO2	0.145	0	0.0187	0.4976	0.6613	0.671
MnO	0.063	0	0	0	0.063	0.064
CaO	0.88	0	8.415	0	9.295	9.426
MgO	0.64	0	0	0	0.64	0.649
Итого	11.3252	77.57	9.2137	0.4976	98.607	100