Полный текст:
3.2
Металлургические расчеты
3.2.1 Расчет шихты и материального
баланса на плавку сплава АК5M2.7
3.2.1.1 Расчет шихты на плавку сплава АК5M2.7
Исходные
данные.Заданный химический состав
сплава марки АК5M2.7,
% по массе:
Cu
- 1,5 – 3,5; Si <2; Mg 0,2 – 0,85; Mn 0,2 – 0,8; Zn ?1; Fe ?1; Ni ? 0,55; Al -остальное.
Расчетный
состав сплава принимаем по средним значениям для основных компонентов сплава, а
содержание вредных примесей на 10% ниже
предельного значения стандарта.
Для
получения сплава марки
АК5M2.7 используют
следующую, применяемую на
заводе ОАО «ВЗАС», комбинацию
шихтовых материалов (брутто):
- лом 1,
класс А, группа I
( химсостав, % : Cu - 1,56; Si - 0,72; Mg –
1,12; Mn
- 0,38; Zn 0,62; Fe - 0,65; Ni – 0,03)
Al – остальное; засоренность 2%) - 714
кг;
- лом 2, класс А, группа II ( химсостав, % : Cu – 1,99; Si – 2,21; Mg – 1,12; Mn - 0,32; Zn – 1,86; Fe - 0,69; Ni – 0,06)
Al – остальное; засоренность 4%) – 287 кг;
Итого: 1000 кг.
Заданный и
расчетный состав сплава
марки АК5M2.7, данные
по шихте: состав
компонентов, масса (
брутто), засоренность, химический
состав – вносим в
таблицу 7.
Содержание компонентов
(Pb + Sn
+ Sb),
отсутствующих в сырьевых
материалах, принимаем равным ? 0,1%.
Для удобства и наглядности
предварительный расчет ведем на 1000 кг исходной шихты (брутто).
Расчет шихты (составление шихтовой
карты)
Определяем массу (нетто) для сырьевых
компонентов шихты (таблица 6, строки 1-3 ) по
формуле (1)
Н =
Б ? (100- З) / 100, (1)
где Н- масса (нетто) для сырьевых
компонентов шихты, кг.
Тогда:
- лом 1: Н1 = 714 ? (100 – 2) /
100 = 699,72 кг;
- лом 2: Н2 =287 ? (100 – 4) /
100 =275,72 кг;
Итого: 975,24 кг.
Рассчитываем массовые значения
химического состава для каждого компонента шихты
по
формуле (2):
М
= Н? Мк : 100,
(2)
где М – масса компонента шихты, кг;
Мк – массовая доля химического
компонента, %.
Тогда
- лом 1:
М1 Cu = 699,72 ?1,56 / 100= 10,91 кг;
М1 Si = 699,72 ?0,72 / 100 = 5,0 кг;
M1 Mg = 699,72 ? 1,12 /100 = 7,83 кг;
M1 Mn = 699,72 ? 0,38 /100 = 2,65 кг;
M1 Zn = 699,72 ? 0,62 /100 = 4,33 кг;
M1 Fe = 699,72 ? 0,65 /100 = 4,55 кг;
M1 Ni = 699,72 ? 0,04 /100 = 0,28 кг;
- лом 2:
М2 Cu = 275,72 ? 1,99 / 100= 5,46 кг;
М2 Si = 275,72 ? 2,21 / 100= 6,09 кг;
M2 Mg = 275,72 ? 1,12 / 100= 3,09 кг;
M2 Mn = 275,72 ? 0,32 / 100= 0,88 кг;
M2 Zn = 275,72 ? 1,86 / 100= 5,12 кг;
M2 Fe = 275,72 ? 0,69 / 100= 1,9 кг;
M2 Ni = 275,72 ? 0,06 / 100= 0,165 кг;
Определяем значение шихты в килограммах и в процентах по формулам (3,
4):
Ск = ? Мо , (3)
Сп =? Мо ? 100 : И, (4)
где С к – масса химического компонента в шихте, кг;
Мо – масса химического компонента в ломе и отходах, кг;
Сп – массовая доля химического компонента в шихте, %;
И - общая масса (нетто) сырьевых компонентов, кг
СкCu = 10,91 + 5,46 = 16,37 кг, или
СпCu = 16,37?100 / 975,24 = 1,68 % ;
СкSi
= 5 + 6,09 = 9,09 кг, или
СпSi
= 9,09 ?100 / 975,24 = 0,932 % ;
СкMg
= 7,83 + 3,09 = 10,92 кг, или
СпMg
= 10,92 ?100 / 975,24 = 1,12 % ;
СкMn
= 2,65 + 0,88 = 3,53 кг, или
СпMn
= 3,53 ?100 / 975,24 = 0,36 % ;
СкZn
= 4,33 + 5,12 = 9,45 кг, или
СпZn
= 9,45 ?100 / 975,24 = 0,97 % ;
СкFe
= 4,55 + 1,9 = 6,45 кг, или
СпFe
= 6,45 ?100 / 975,24 = 0,66 % ;
СкNi
= 0,28 + 0,165 = 0,445 кг, или
СпNi
= 0,445 ?100 / 975,24 = 0,046 % ;
Массу расплава в печи с учетом 7 % угара алюминиевого сырья определяем
по
формуле(5):
Мр = И ? (100 – У) / 100 = 975,24 ? (100 - 7) / 100 = 906,97 кг. (5)
По результатам экспресс анализа расплав в печи имеет химсостав, %: Cu - 1,32;Si - 4,82; Mg - 0,81; Mn - 0,28; Zn - 0,71; Fe - 0,74 ; Ni – 0,08; (Pb + Sn + Sb) ? 0,1; Аl
– остальное.
Определяем массовое содержание компонентов расплава в печи (данные
экспресс-анализа) по формуле (6):
Мк = Мр? Ск : 100, (6)
где Мк – содержание компонента в расплаве, кг;
Ск – содержание компонента в расплаве, %
Тогда
МCu
= 906,97 ?1,32 / 100 =11,972 кг;
МSi
= 906,97 ?4,82 / 100 = 43,71 кг;
МMg
= 906,97 ?0,81 / 100 = 7,34 кг;
ММn
= 906,97 ?0,28 / 100 = 2,54 кг;
МZn
= 906,97 ?0,71 / 100 = 6,44 кг;
МFe
= 906,97 ?0,74 / 100 = 6,71 кг.
MNi = 906,97 ?0,08 / 100 = 0,725 кг.
Проводится сравнительный анализ полученного сплава на соответствие с
заданным составом (таблица 8).
Cu
– не соответствует, недостаток
компонента, необходима корректировка;
Si
– соответствует;
Mg – соответствует;
Mn –
соответствует;
Ti
– не соответствует, недостаток компонента, необходима корректировка;
Zn –
соответствует;
Fe –
соответствует;
Из таблицы 8 видно, что содержание меди, не входит в
нормативы.
Медь вводится в виде МХ в виде
слитков. Количество легирующего металла в
добавках
принимаем за 6,76 %.
Количество вводимой в шихту меди определяется по формуле (8):
(8)
где Д – масса легирующей
добавки, кг;
В – масса расплава в печи, кг;
г – требуемое содержание
компонента в готовой продукции, %;
в – содержание компонента в
расплаве по данным экспресс–анализа, %;
д – содержание компонента в легирующей
добавке, %.
ДМХ = 906,97 ? (1,57 - 1,32) / 6,76 = 33,5 кг, или с учетом
угара 2%:
ДМХ = 34,17 ? 100/
(100 – 2) = 34,17 кг.
ДСu = 33,5 ? 6,76 / 100 = 2,22 кг или с учетом угара 2%:
ДСu = 2,22?100 / (100 – 2) = 2,27 кг
Состав расплава (сплава) после корректировки определяем по формуле (8).
Тогда:
Мс Сu = (11,972 + 2,22)? 100 / (940,47 ) = 1,51 %;
Мс Si = 43,71 ? 100 / 940,47 = 4,64
%;
Мс Mg = 7,34 ?100 / 940,47 = 0,78 %;
Мс Mn = 2,54 ?100 / 940,47 = 0,27%;
Мс Zn = 6,44 ? 100 / 940,47 = 0,68 %;
Мс Fe = 6,71 ? 100 / 940,47 = 0,71 %.
Мс Ni
= 0,725 ? 100 / 940,47 = 0,077 %.
Полученные данные вносим в таблицу 8. По всем компонентам данные
конечного
состава расплава (сплава) соответствуют требованиям ГОСТа.
Класс
Группа
Масса (брутто),кг
Засоренность,%
Масса (нетто),кг
Химический состав
Cu
Si
Mg
Mn
Zn
Fe
Ni
Шихта
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
Лом
А
1
714,00
2
699,72
1,56
10,92
0,72
5,04
1,12
1,57
0,38
2,66
0,62
4,34
0,75
5,25
0,03
0,21
Лом
А
2
287,00
4
275,72
1,99
5,47
2,21
6,08
1,12
3,08
0,32
0,88
1,87
5,14
0,69
1,9
0,06
0,17
Итого лом и отходы
1000,00
975,24
1,68
16,39
1,14
11,12
0,48
4,65
0,36
3,54
0,97
9,48
0,73
7,15
0,04
0,37
Состав сплава по ГОСТу
1,50 – 3,50
< 2
0,20 – 0,85
0,20 – 0.80
?1,00
?1,00
?0,55
Заданный состав сплава
2,50
1,8
0,53
0,49
0,90
0,90
0,10
Экспрес анализ
7*
906,97
1,32
11, 972
4,82
43,71
0,81
4,99
0,28
2,54
0,71
6,44
0,74
6,71
0,08
0,725
МХ модификатор
34,17
2*
33,5
6,76
2,22
Итого легирующих материалов
34,17
Всего шихты
1034,17
Состав сплава конечный
940,47
1,51
14,192
4,64
43,71
0,78
7,34
0,27
2,54
0,68
6,44
0,71
6,71
0,077
0,725
Примечание
*
– Величина угара
Расчет материального баланса плавки сплава АК5M2.7
Материальный баланс плавки необходим для определения расхода сырьевых
материалов на 1 т готовой продукции, потерь и потребности сырья на
плавку и
производственную программу (месяц, год). На основании материального
баланса и
рассчитанных материальных потоков производят расчет количества
технологического
оборудования.
Расчет материального баланса плавки алюминиевого сплава АК5M2.7 в отражательной печи.
Исходные данные.Производимая продукция
- сплав АК5M2.7 в чушках (металлошихта).
Принимаем, что вся продукция соответствует требованиям ГОСТа и является
товарной.
Состав металлической шихты (кг):
В том числе:
- сырьевые материалы (брутто)
Лом 1 714,0;
Лом 2 287,0;
Итого: 1000,0.
- легирующие материалы
МХ модификатор 34,17
Итого: 34,17
Засоренность, химсостав сырьевых материалов приведены в таблице 6.
Угар металла при плавке,%:
компоненты сырья 7,0;
МХ модификатор 2,0;
Безвозвратные потери металла при плавке,%
потери со шлаком 3,5;
потери в съемах, сплесках 1,2;
потери в «выгребах», при металлизации футеровки и др 1,0.
расход флюсов при плавке, кг/т готовой продукции:
сильвинит 75,0;
хлоркалий электролит 75,0.
Расчет материального баланса.
На первом этапе расчет ведем на 1000 кг исходной шихты, используя
шихтовую карту
(таблица 6).
По данным шихтовой карты при плавке 1000 кг сырьевых материалов
(брутто) в
расплав переходит 975,24 кг металла (нетто). Компоненты сырья,
характеризующие его засоренность, при плавке удаляются в виде твердых
остатков - «выгребов»(железные
приделки)
либо в виде пыле-, газообразных веществ (влага, масло, земля и др.) вместе с
топочными
газами. Часть примесей переходит в шлак. Так как твердые остатки преобладают,
то массу «выгребов» рассчитываем по формуле
(9)
М в = Мб – М
н = 1000 – 975,24 = 24,76 кг,
(9)
где Мв –
масса «выгребов», кг;
Мб – масса
сырьевых материалов (брутто), кг;
Мн – масса
сырьевых материалов (нетто), кг.
В расплав
также переходят легирующие материалы: 34,17 кг МХ модификатора.
Массу
расплавленного металла в печи рассчитываем по формуле(10):
Мм = Мн + MМХ
= 975,24 + 34,17 =1009,41 кг, (10)
где MМХ
– масса легирующих материалов,кг.
Определяем
безвозвратные потери металла при плавке:
а) потери при
угаре по формуле (11):
Пу =(Мм?У + MМХ
? УМХ) / 100, (11)
где У, У МХ
– угар сырьевых материалов и МХ
модификатора, %;
Пу=(1009,41?7
+ 34,17 ? 2) / 100 = 71,34 кг.
б) потери со
шлаком по формуле (12):
Пш = Мм? П`ш /
100= 1009,41?3,5 / 100= 35,32 кг, (12)
где П`ш –
потери металла со шлаком, %;
в) потери в
съемах и сплесках по формуле (13):
Псс = Мм?
П`СС / 100 = 1009,41 ? 1,2 / 100 = 12,11 кг,
(13)
где П`сс –
потери металла в съемах и сплесках, %;
г) потери в
«выгребах», при металлизации футеровки и др.
по формуле (14):
Пф = Мм?П`ф /
100 = 1009,41?1,0 / 100 = 10,09 кг,
(14)
где П`ф –
потери металла в «выгребах» , при металлизации футеровки и др., %;
д) общие
безвозвратные потери металла при плавке по формуле (15):
По = Пу + Пш
+ Псс + П ф = 71,34+35,32+12,11+10,09 = 128,86 кг. (15)
Определяем
общее количество металла при плавке, перешедшего в чушку из сырья и
легирующих
материалов, по формуле (16):
Мч = Мм – По
= 1009,41– 128,86 = 880,54 кг. (16)
Для
составления материального баланса плавки пересчитываем расход сырьевых
материалов на
1 т готовой продукции (чушка) сплава АК5M2.7:
а) общий
расход сырьевых материалов рассчитывается по формуле (17):
Х1 = 1000?Мб
: Мч = 1000?1000 / 880,54 = 1135,67 кг.
(17)
В том числе:
- лом 1 = 1000?714 / 880,54 = 810,87 кг;
- лом 2 = 1000?287 / 880,54 =
325,93 кг;
б) общий
расход легирующих материалов рассчитывается по формуле (18):
Х2= 1000?MМХ
/ Мч= 1000?34,17 / 880,54 =38,8 кг. (18)
При плавке
вторичного сырья на 1 т готовой продукции расходуется 75 кг сильвинита и 75 кг
хлоркалий электролита. Такой расход принимаем без учета потерь при плавке.
Количество
образовавшихся «выгребов» рассчитываем по формуле (19):
Х3= 1000?Мв /
Мч = 1000 ? 24,76 / 880,54 = 28,12
кг. (19)
Определяем
потери металла при получении 1 т готовой продукции:
а) потери
металла со шлаком по формуле (20):
Х4 = 1000?Пш
: Мч=1000?35,32/ 880,54 = 40,11 кг. (20)
При принятом
расходе флюса масса образовавшегося шлака будет составлять по
формуле (21):
Х5 =
75+75+40,11 = 190,11 кг. (21)
б) потери
металла с угаром по формуле (22):
Х6 = 1000?Пу /
Мч = 1000?71,34 / 880,54 = 80,0 кг. (22)
в) потери
металла в съемах и сплесках по формуле (23):
Х7 = 1000?Псс
/ Мч = 1000?12,11/ 880,54 = 13,75
кг. (23)
г) потери
металла с «выгребами», при металлизации футеровки и др. по формуле (24):
Х8 = 1000?Пф /
Мч = 1000?10,09 / 880,54 = 11,46
кг. (24)
На основании
рассчитанных данных составляем материальный баланс плавки
вторичного
алюминиевого сырья при получении 1 т готовой продукции сплава АК5M2.7, в 5 тыс. тонн/год в отражательной печи (таблица 7).
Приход
Расход
Компоненты
плавки
Количество
Компоненты
плавки
Количество
на
1 тонну, кг
на
5 тыс. тонн, т
на
1 тонну, кг
на
5 тыс. тонн, т
Сырье:
В том
числе:
1135,67
5679,35
Готовая
продукция
1000,00
5000,00
– Лом ,
группы І
810,87
4054,35
Шлак:
190,11
2770,80
- Потери
со шлаком
40,11
200,55
– Лом,
группы II
325,93
1629,25
– Флюсы,
перешедшие в шлак
150,00
750,00
Выгребы
28,12
140,6
Легирующие
компоненты:
38,8
194
Потери
металла:
105,21
526,05
– МХ
модификатор
38,8
194
– при
угаре
80,0
400,00
Флюсы:
150,00
– в
съемах
13,75
68,75
–
Сильвинит
75,00
375,00
– при
металлизации
11,46
57,3
–
Хлоркалий–электролит
75,00
375,00
футеровки
Всего:
1324,47
6622,35
Всего:
1323,44
6617,2