Курсовая работа (т): Матеріальний баланс одержання титанових шлаків

при < 1270 °С FеО · ТiO2 + С = Fе + ТiO2 + СО; 3ТiO2 + С = Тi3O5 + СО; (1.2)

при 1270…1400 °С 2Тi3O5 + С = 3Тi2O3 + СО;                                  (1.3)

при 1400…1600 °С Ті2O3 + С = 2ТiO + СО.                               (1.4)

Оксиди Тi3O5 і Тi2O3 здатні розчиняти монооксид заліза і ільменіт, а також утворювати розчини з ТiO2 і монооксидом титану ТiO. В результаті утворюються складні з'єднання, що кристалізуються при затвердінні шлаків. Однак основою шлаку є Тi3O5 [4].

У ході відновних реакцій в титановий шлак поряд з оксидами титану переходять оксиди інших металів, що містяться в концентраті: СаО, А12O3, МgО, Сr2O3, МnО і частково SiO2.

Процес виплавки шлаку включає наступні операції:

завантаження шихти;

одержування первинного шлаку;

доводка шлаку;

відстоювання шлаку і його перегрів;

випуск розплаву;

охолодження та дроблення шлаку.

Завантаження шихти. Шихту з пічних кишень завантажують у ванну печі рівномірно по всьому її об'єму. Піч при завантаженні шихти, як правило, відключають. На початку завантаження шихту подають невеликими порціями з одної пічної кишені, щоб уникнути викиду розплаву і шихти з ванни. Завантаження виробляють лише на застиглу кірку шлаку, який майже завжди залишається в печі після випуску.

Включення печі і набір навантаження. Перед вмиканням печі ретельно оглядають все обладнання та вузли печі. Щоб уникнути різких поштовхів струму і викиду шихти з ванни електроди безпосередньо перед вмиканням печі піднімають від вихідного положення при завантаженні печі на висоту 100…200 мм.

Після набору повного струмового навантаження на електродах піч переводять на автоматичне регулювання струму. Такий електричний режим витримують до операції відстоювання шлаку. Стан і поведінку розплаву контролюють візуально. Кипіння розплаву ліквідують закиданням у ванну печі злегка зволоженого концентрату або шлаку.

Період розплавлення шихти і утворення рідкої ванни закінчується до моменту коли вміст закису заліза в розплаві складає 8...12 %. Воно визначається з проби, відібраної поблизу електродів на глибині 500...800 мм, яка піддається спектральному аналізу.

Потім починається процес доведення шлаку шляхом подачі в піч антрациту з періодичним відбором проб шлаку. У цей період у зв'язку з високою електропровідністю шлаку електроди піднімаються і процес протікає при відкритому дуговому режимі. Антрацит для доведення шлаку подають порціями по 10...50 кг, щоб не викликати сильного скипання шлаку і вихлюпування розплаву на колошникову площадку. Після відбору проб антрацит подають малими порціями - по 10...12 кг. Доведення шлаку закінчують при досягненні вмісту в ньому FеО, як правило, не більше 5 %.

Після закінчення доведення шлаку розплав відстоюється протягом 20...30 хв для розділення шлаку і металу у ванні за питомою масою.

Продукти плавки випускаються з печі через одну льотку в каскадно встановлені виливниці. Розділ шлаку і металу здійснюють за питомою масою в першій по ходу каскаду виливниці, для чого вона обладнана двома зливними носками, розташованими на різній висоті. Шлак витікає через верхній носок, а метал - через нижній.

Присутні в титановому шлаку нижчі оксиди титану, особливо Ті2О3, є гарними розчинниками ільменіту і FеО.

Частка діоксиду титану в молотому шлаці знижується в порівнянні зі шлаком на випуску з печі більш ніж на 2...5%. Характерною особливістю титанового шлаку, зумовленою його мінералогічним складом, є здатність саморозсипатися. Вона пов'язана з окисленням нижчих оксидів титану киснем повітря, які перетворюються на діоксид титану, тобто саморозсипаємість шлаку пов'язана з його рутілізацією. Це окислення шлаку відбувається із зменшенням його об'ємної маси, внаслідок чого відбувається декріптація: розтріскування злитка від зовнішньої поверхні до серцевини.

Найважливішими властивостями титанових шлаків, які визначають процес відновної плавки, а також можливість повного поділу чавуну і шлаку і випуску їх з печі, є плавкість, в'язкість і електрична провідність.

Плавкість титанового шлаку визначається головними чином концентрацією оксидів титану і співвідношенням Ті2О3 і ТіО2. Присутні в невеликих кількостях оксиди інших металів знижують температуру плавлення і в'язкість шлаку. На практиці, залежно від складу виплавленого титанового шлаку, температура його плавлення коливається в межах 1550…1750 °С. У процесі відновлювальної плавки, тобто зі зменшенням концентрації FеO та підвищенням Ti2О3 в шлаку, його плавкість і в'язкість збільшуються. За своєю природою титанові шлаки відносяться до числа характерних «коротких» металургійних шлаків, тобто таких, які в розплавленому стані мають малі значення в'язкості (0,1…0,3 Па·с) і кристалізуються в дуже вузькому температурному інтервалі.

Охолодження і дроблення шлаку. Після випуску розплаву виливниці зі шлаком через 20…40 хв перевозяться на майданчик для охолодження, де вони знаходяться близько 6…8 ч. Остиглі злитки шлаку витягуються з виливниць мостовим краном і доставляються на склад гарячого шлаку, де за рахунок взаємодії шлаку з киснем повітря відбувається часткове окислення нижчих оксидів титану, внаслідок чого злитки шлаку розсипаються. Охолоджений і розтрісканий шлак надходить на дроблення і подрібнення.

Весь шлак піддають магнітній сепарації, в результаті якої з нього виділяються корольки металу.

Після 2…3 год остигання злитки металу витягуються з піщаних форм мостовим краном і перевозяться на спеціально відведену площадку, де піддаються дробленню [5].

Чавун,отриманий при плавці, використовують у чорній металургії.

1.4 Обладнання для отримання титанового шлаку

Виплавку титанових шлаків виробляють на трьохфазній електродуговій печі потужністю 5 МВт, схема якої показана на рис. 1.2. Ванна печі представляє собою ємність, футеровану зсередини вогнетривкою цеглою. Кожух ванни - конструкція циліндричної форми виконана з листового прокату товщиною 25 мм з компенсаторами теплового розширення футеровки. Кожух служить для утримання футеровки ванни і прийняття навантажень на футеровку від розплаву і температурних деформацій у процесі проплавлення шихти.

Футеровка ванни печі утворює теплоізоляційний простір, в якому відбуваються процеси: нагрівання, плавлення і відновлення титановмісних матеріалів. Футеровка ванни виконана в нижній частині кожуха з переклазової цегли, а верхня частина (під склепінням печі) - футерована шамотною цеглою.

Водоохолоджуваний звід складається зі сводового кільця, трубчастого каркаса і трубчастих водоохолоджуваних панелей. У зводі передбачені: отвір для відведення газів, патрубки для подачі шихти, оглядові люки, вибухові клапани, патрубки для термопар і датчиків для виміру підсводового тиску.

1 - металевий кожух: 2 - магнезитова футеровка; 3 - водоохолоджуваний звід; 4 - система підвіски і перепуску електродів; 5 - система токопідводу

Рисунок 1.2 - Конструкція печі для виплавки титанових шлаків

Система водоохолодження зводу складається з напірного колектора, роль якого виконує кільце каркаса зводу, розташованого півкільцем навколо кожуха ванни, напірних трубопроводів, що підводять воду до секцій зводу.

Токопідвод служить для підведення електричного струму від шинопровода короткої мережі до графітованих електродів. Він складається з траверсу з кронштейнами, кріплення струмоведучих труб, підвісного кожуха, контактних щік, кільця гідроприжиму, струмоведучих труб і труб водоохолодження. Кільце гідроприжиму служить для притиску контактних щік до електрода і складається з двох півкілець з немагнітної сталі, з'єднаних між собою осями. Натискні пристрої складаються з гідравлічних натискних компенсаторів, які дозволяють регулювати зусилля притиснення контактних щік до електрода дистанційно, зберігаючи рівномірність притиску всіх щік.

Шинопровід призначений для підведення електричного струму від електропічних трансформаторів до електротримачів і складається з шихтованих пакетів мідних труб, гнучких токопідводів, стрічкових компенсаторів, деталей кріплення і підвіски.

Гідропідйомник призначений для переміщення токопідводів.

Пристрій призначений для утримання електрода та пропуску його при спрацьовуванні в процесі плавки. Пристрій складається з двох затискних кілець - нижнього на траверсі гідропідйомника і верхнього, встановленого на майданчику над першим колом.

Система гідроприводу служить для подачі масла в пристрої для перепуску електродів, гідравлічні підйомники переміщення електродів.

Установка направляючих роликів переміщення токопідводу дозволяє здійснювати центрування електроду в отворі зводу, що підвищує надійність роботи печі.

Обладнання електропечі працює у важких температурних умовах. Для забезпечення надійної роботи елементів електропечі (контактних вузлів, клапанів) передбачено їх охолодження водою. Система водоохолодження складається з напірних колекторів та зливних корит, напірних і зливних трубопроводів. Вона служить для охолодження вузлів зводу [6].

Для захисту футеровки стін від швидкого роз'їдання агресивним титанистим шлаком на них попередньо нарощують гарнісаж - шар застиглого тугоплавкого шлаку ( ~ 0,5 м). Щоб шлак не роз'їв подину, на ній постійно підтримують високий шар чавуну ( ≤ 0,5 м).

2. МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС ОДЕРЖАННЯ ТИТАНОВИХ ШЛАКІВ

2.1 Розрахунок складу шихти для плавки

Відновлюваній електроплавці піддається шихта, що складається з концентрату і твердого відновника (антрациту).

Склад концентрату (Малишевського), що надходить на плавку, приведений у таблиці 2.1

титан губка шлак сировина

Таблиця 2.1 - Хімічний склад концентрату, %

Склад антрациту приведений у таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Склад антрациту, %

Зола антрациту містить, %: Fe2O3 - 35,0; SiO2 - 45,0; Al2O3 - 20,0.

Розрахунок матеріального балансу проводимо на 1000 кг концентрату. Діоксин титану відновлюється до Ti3O5, оксиди алюмінію, магнію, кальцію цілком переходять у шлак, інші елементи відновлюються, %: SiO2 до 7,5; Cr2O3 до 21; V2О5 до 30; МnО до 6; Р2О5 до 46 та усі переходять у чавун, інше - у шлак. У пил газів, що відходять - 2,6 %, механічні втрати - 2,5 %, інше переходить у шлак.

На підставі досліджень перехід титану в чавун складає 0,01…0,06 %; утрати з пилом газів, що відходять - 2,3…5,45 %; механічні втрати й нев’язання балансу 3,7…2,15 %. При розрахунку матеріального балансу приймаємо, %: 0,05; 2,6; 2,5.

Склад пилу газів, що відходять, і механічні утрати відповідають складу концентрату.

Таким чином, кількість пилу дорівнює: (1000 · 2,6) / 100 = 26 кг;

механічні втрати: (1000 · 2,5) / 100 = 25 кг.

Склад компонентів пилу газів, що відходять, і механічних утри пропорційний їхній кількості в концентраті:

ТіО2 = (26 · 45,0) / 100 = 11,700 кг і т.д.

Результати розрахунку приведені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Кількість і склад пилу газів, що відходять та механічні втрати, кг

У процесі плавки беруть участь компоненти концентрату, кг:

При руднотермічній плавці Fe2О3 відновлюється до FeO:

При плавці шлаку протікають реакції: