Десульфурация металла в открытом процессе

 

1. Десульфурация металла в открытом процессе

 

1) Постановка задачи

      Обосновать расчетом влияние интенсивности продувки инертным газом на динамику десульфурации металла шлаком в ковше при атмосферном давлении.

2) Исходные данные

Химический  состав шлака, мас%
CaO	MgO	MnO	FeO	SiO2	Al2O3	сумма
62	4	0,5	0,5	16	17	100

 

     Кратность шлака      -     0,015

Химический состав металла  перед обработкой, мас,%
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
0,1	0,25	0,5	0,1	0,1	0,05
V	Ti	Al	P	S	Cu
0,02	0	0,03	0,01	0,025	0,1

 

      Температура, ^оС             -           1600

      Масса металла в ковше, т     -    100

      Глубина металла в ковше, м   -  3

     Расходы инертного газа, л/мин -  100;     300;      600

3) Расчет

3.1) Расчет ионной доли анионов кислорода в шлаке

     Содержание  SiO₂ в шлаке больше 10%, поэтому расчет ионной доли О^2- в шлаке проводим, исходя из полимерной теории строения жидких шлаков.

     Расчет  мольных долей  компонентов шлака

Результаты  представим в виде таблицы.

Компонент	CaO	MgO	MnO	FeO	SiO2	Al2O3	сумма
мас,%	62	4	0,5	0,5	16	17	100
М, г/моль	56	40	71	72	60	102
n, моль	1,107	0,100	0,007	0,007	0,267	0,167	1,654
X, доли	0,669	0,060	0,004	0,004	0,161	0,101	1

 

       Расчет констант полимеризации компонентов бинарных расплавов

      Расчет  проводим с использованием справочных данных по изменению энтальпии и энтропии для соответствующих реакций полимеризации. 

Oxid	DHп	DSSiO2	DSAl2O3
CaO	76200	-12,8	0,6
MgO	76200	10,0	16,6
MnO	13200	-6,8	-3,0
FeO	13200	7,0	7,0

 

     Расчет  изменений энергии  Гиббса для соответствующих  реакций полимеризации компонентов бинарных расплавов

ΔG_{i - q} = ΔH_{i - q} – T · ΔS_{i - q}

Oxid	SiO2	Al2O3
CaO	100254,3	74997,3
MgO	57446,4	45167,9
MnO	25862,4	18749,3
FeO	0,0	0,0

 

     Расчет  натуральных логарифмов констант полимеризации компонентов бинарных расплавов

Ln Kп_{i –q} = - ΔG_{i – q} / (RT)

Oxid	SiO2	Al2O3
CaO	-6,438	-4,816
MgO	-3,689	-2,901
MnO	-1,661	-1,204
FeO	0,000	0,000

 

     Расчет  логарифма константы  полимеризации  многокомпонентного расплава

     Исходя  из соотношения (31)

                                           
 
 
 

      После подстановки получаем  

     Ln (Kпm) = -5,557.

     Расчет  константы полимеризации многокомпонентного расплава

            Kпm = 0,0039.

     Расчет  обобщенной степени  полимеризации

     Исходя  из соотношений (30) и (32)

 
 
 

где

     После подстановки получаем  

     α = 0,0046.

     Расчет  ионной доли анионов  кислорода

     Исходя  из соотношения (29)

                                           

     После подстановки получаем  

           X _(O2-) = 0,4539. 

3.2) Расчет сульфидной емкости шлака

     Расчет  константы равновесия реакции десульфурации

½{S₂} + (O^2-) = (S^2-) + ½{O₂}

     Исходя  из соотношения (27)

 

     Соответственно, К _(S) = 0,0048.

     Расчет  сульфидной емкости шлака

     Согласно  соотношениям (25) и (28)

     

3.3) Расчет окислительного потенциала системы

     Расчет  окисленности металла

     Металл  раскислен алюминием. Процесс открытый. В связи с этим окисленность металла определяем исходя из равновесия с алюминием.

     Расчет  логарифма константы равновесия обратной реакции

      В соответствии с соотношение (39)

 

     Оценка  активности продукта раскисления

     Расчет  активности Al₂O₃ проводим, исходя из представлений о полимерной теории строения жидких шлаков, по соотношению (40).

      Ионная доля согласно соотношению  (41) равна 
 
 

      Для расчета ионной доли AlO⁺ определяем число грамм-ионов катионов.

Катион	Ca2+	Mg2+	Mn2+	Fe2+	AlO+	сумма
n, грамм-ион	1,107	0,100	0,007	0,007	0,167	1,388

      
 
 

     Тогда ионная доля AlO⁺ равна

       

      В соответствии с выражением (40) активность Al₂O₃ равна 

     Расчет  окисленности металла

     Согласно  соотношению (38)

       

     Соответственно, [O] = 3,3·10^-5 %.

     Расчет  окислительного потенциала системы

     Исходя  из соотношения (36)

      атм.

3.4) Расчет коэффициента активности серы в металле

     Для расчета необходимы справочные данные по параметрам взаимодействия

Параметры взаимодействия первого порядка e_sⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
11	6,3	-2,6	-1,1	0	0,27
V	Ti	Al	P	S	Cu
-1,6	-7,2	3,5	29	-2,8	-0,84

 

     Используя соотношение (24), получаем

     lg ɣ_s = 0,0149;

     ɣ_s = 1,0348.

3.5) Расчет константы равновесия реакции ½{S₂} = [S]

     Согласно  соотношению (23)

     

     Тогда   K_[S] = 350,49.

3.6) Расчет коэффициента распределения серы

     В соответствии с соотношением (21)