Курсовая работа: Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата
Курсовая работа: Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового концентрата
Министерство образования и науки
Республики Казахстан
Восточно-Казахстанский
Государственный Технический Университет им. Д.Серикбаева
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по дисциплине
«металлургия легких и редких
металлов»
Тема:
«Проектирование отделения
восстановительной
электроплавки ильменитового
концентрата»
Выполнил студент
Группы 240740
Срок обучения 3г 10 мес
Шифр:
Усть-Каменогорск,
2008 г.
Задание на
курсовой проект
Тема:
«Проектирование отделения восстановительной электроплавки ильменитового
концентрата»
Исходные данные:
Состав ильменитового
концентрата, (%): TiO2 –52,6; ZiO2 –1,53; Cr2O3
–3,75; Fe2O3 –29,4; FeO –3,46; SiO2 –4,46; Al2O3
–3,9; Mg –0,52; MnO –2,65; V2O5 –0,14; P2O5
–0,04; S -0,056.
Производительность отделения
титанового шлака: 50000 т/год.
Содержание
Введение
1 Расчет технологических
процессов
1.1 Расчёт материальных
потоков, материальный баланс
1.2 Расчёт теплового
баланса рудно-термической печи
2 Расчет оборудования
2.1 Выбор и
технологический расчёт основного оборудования
2.2 Выбор и расчёт
вспомогательного оборудования
3 Охрана труда и техника
безопасности
3.1 Анализ опасных
производственных факторов
3.2 Организационные и
технические мероприятия
3.3 Санитарно-гигиенические
мероприятия
Список использованной
литературы
Введение
Высокие
темпы развития техники обуславливают необходимость расширения применяемых
высококачественных конструкционных материалов с самыми различными свойствами. С
каждым годом увеличивается количество металлов и сплавов, используемых при
создании новых механизмов, машин, приборов.
Среди металлов, на основе
которых разрабатываются сплавы с повышенными механическими и коррозионными
свойствами, способные работать в сложных условиях, важное место принадлежит
титану.
Титан, как ни один другой
металл, обладает удачным сочетанием физических, химических и механических
свойств. Своей тугоплавкостью, исключительной коррозионной стойкостью и высокой
механической прочностью на единицу массы он превосходит такие широко
распространённые конструкционные металлы, как железо, алюминий, магний. В
соответствии со свойствами титан применяют главным образом в авиастроении,
ракетостроении и химической промышленности.
Современное производство
титана основано на переработке рутиловых и ильменитовых концентратов.
Наибольший интерес представляет производство титана из ильменитовых
концентратов, при плавке которых получаются высокотитановые шлаки.
В настоящее время
выплавка титановых шлаков производиться руднотермическим способом. Руднотермия
–отрасль техники, занимающаяся восстановлением окислов металлов с
использованием электрической энергии как источника тепла.
Сущность
руднотермического способа выплавки титановых шлаков состоит в нагреве исходной
шихты – титанового концентрата и восстановителя – в ванне руднотермической
печи. При этом добиваются осуществления сложных физико-химических процессов
восстановления окислов, расплавления и разделения образующихся продуктов
реакции –титанового шлака и металла. Достигается комплексное использование
сырья и практически полное разделение железа и титана с получением товарных
продуктов: легированого чугуна и титанового шлака.
Исследованию
восстановления железо-титановых концентратов в твёрдой фазе посвящены многие
работы, которые, в зависимости от природы применяемого восстановителя, можно
условно разделить на группы:
-
восстановление
концентратов с использованием в качестве восстановителя водорода;
-
восстановление
концентратов с использованием в качестве восстановителя углерода или его
газообразных соединений;
-
выделение из
титановых концентратов железа и других примесей с помощью выщелачивания.
В работе [7] рассмотрено
восстановление водородом при 700-900°С тонко измельчённой механической смеси Fe2O3 + 3TiO2
(соответствует по составу аризониту) аризонитового и ильменитового
концентратов. Результаты исследований показывают, что наиболее легко
восстанавливается железо, входящее в состав механической смеси.
Проведены исследования по
восстановительному обжигу ильменитовых концентратов различного происхождения и
состава с использованием в качестве восстановителя технического водорода. Опыты
проводились в кварцевом реакторе при температуре 700-1200°С. Были сделаны
следующие выводы: восстановление концентрата, в котором титан находиться в
основном виде аризонита протекает лучше с заметной скоростью уже при
температуре 700°С, при 900°С и выдержке 2 ч свыше 90% содержащихся в
концентрате оксидов железа восстанавливаются до металла. Дальнейшее увеличение
температуры и выдержки не оказывают существенного влияния на степень восстановления
железа.
В результате
восстановительного обжига при указанных условиях магнитная восприимчивость
возросла в несколько десятков и сотен раз (в виду разного состава).
При этом присутствующий в
концентрате хромит при восстановительном обжиге практически не повышает своей
магнитной восприимчивости. Это позволяет достаточно полно отделить его от
ильменита в процессе магнитной сепарации.
Указанные обстоятельства
представляют особый интерес, так как могут открыть возможность для
использования титанового сырья с повышенным содержанием хрома для производства
пигментного диоксида титана и металла.
Исследования
восстановления ильменита углеродом и его соединениями рассмотрены рядом авторов
[4,8,9].
Опыты проводили в вакууме
при непрерывной откачке газообразных продуктов. Восстановление ильменита
начинается при более высоких температурах и протекает медленнее, чем
восстановление оксида двухвалентного железа: при 1150°С и выдержке 15 ч
восстановилось до металла только 85% входящей в состав ильменита закиси железа.
В присутствии СО и при увеличении её парциального давления скорость
восстановления возрастает, причём наиболее заметно при одновременном
присутствии твёрдого углерода и СО. Восстановление TiO2 до низших
окислов (Ti2O5, Ti2O3) наблюдалось
только при температуре 1150°С и выше при большом избытке восстановителя.
По результатам этих
опытов сделан вывод, что ильменит восстанавливается в основном за счёт
взаимодействия с СО без разложения его на TiO2 и FeO. Восстановление
FeO ускоряет восстановление, связанной с ним в ильмените TiO2.
Тормозящее влияние на скорость восстановления ильменита оказывают добавки SiO2, Al2O3, Fe3O4, что объясняется уменьшением реакционной поверхности
материала из-за образования силикатов, алюминатов и ферритов. Соли же щелочных
металлов (особенно поташ) активизируют процесс.
Отмечается [8]
ступенчатый характер восстановления TiO2
из ильменита до низших оксидов по реакциям:
FeO · TiO2
+ C = Fe + TiO2 + CO, ΔG°T = 37900 - 33,88T
3/4FeO · TiO2
+ C = 3/4Fe + 1/4Ti3O5 + CO, ΔG°T = 40106
+ 36,39T
2/3FeO · TiO2
+ 2CO = 2/3Fe + 1/3Ti2O3 + 2CO2, ΔG°T
= 42434 - 36,87T
1/2FeO · TiO2
+ C = 1/2Fe + 1/2TiO + CO, ΔG°T = 53684 + 37,62T
Образующиеся в процессе
восстановления полутораоксид и монооксид титана при повышении температуры
растворяются в решётке ильменита с образованием однофазных твёрдых растворов,
что осложняет восстановление оксида двухвалентного железа из ильменита.
В лабораторных условиях
изучено восстановление индивидуальных ильменита и титаномагнетита оксидом
углерода и металлургическим коксом при 800-1100°С [4].
Установлено, что
восстановление указанных титанатов оксидом углерода носит сорбционный характер
и при 900°С протекает при селективном восстановлении магнетита, входящего в
состав титаномагнетита, причём эта селективность сохраняется до достижения
степени восстановления железа около 30%.
При восстановлении в тех
же условиях титанатов твёрдым углеродом процесс протекает также в широким
развитием сорбционных явлений. Однако здесь не наблюдается селективного
восстановления магнетита вследствие протекания реакций Будуара с образованием в
сорбционном слое газовой фазы с более высоким содержанием СО, что приводит к
одновременному восстановлению магнетита и ильменита.
На основании полученных в
работе [9] данных об изменении энергии активации процесса сделано заключение,
что восстановление титанатов оксидом углерода и твёрдым углеродом протекает в
кинетической, переходной и диффузионной областях и что наиболее высокая
скорость процесса наблюдается в кинетической области.
В промышленных условиях
поддержание реакции в кинетической области может быть достигнуто, в частности,
за счёт брикетирования шихты и проведения процесса при быстром её разогреве,
особенно в условиях кипящего слоя.
Вопросы, представляющие
интерес для изучения процесса восстановительного обжига титановых концентратов,
рассмотрены в ряде работ [4,8,9]. Во многих исследованиях отмечается
целесообразность окислительного обжига ильменитовых концентратов перед их
восстановительным обжигом [4,8]. Предварительный окислительный обжиг
концентратов позволяет перевести двухвалентное железо в трёхвалентное и
ослабить структуру ильменита, что приводит к повышению его химической
активности. Кроме того, в результате окислительного обжига на поверхности зёрен
ильменита образуется пористая плёнка, предотвращающая их спекание при
последующем восстановительном обжиге. По данным работы [4], окислительный обжиг
проводился при 900-950°С и продолжительность выдержки 1,5 ч с использованием в
качестве окислителя воздуха с добавкой 10% О. По данным других работ, окисление
ильменитового концентрата может осуществляться при 1000°С и выдержке 3 ч с
добавлением в шихту около 1% пиролюзита.
В промышленных условиях
процессы окислительного и восстановительного обжига ильменитового концентрата,
содержащего, %: TiO2 52-56; FeO 16-19; MnO 1,3-1,5.
Рентгеновский дифракционный анализ показал, что при окислительном обжиге во
вращающейся трубчатой печи при 1000-1030°С образуются оксиды типа FeTi2O5,
Fe2TiO5 и MnTiO5. В процессе восстановления
обожённого таким образом материала в аналогичной печи с использованием в
качестве восстановителя кокса и прохождения материала в течение 8 ч через
температурные зоны печи (<1000, <1100, 1100 и >1100°С) происходит
восстановление железа до металла и части TiO2 до низших оксидов титана, образующих при
взаимодействии с ильменитом твёрдые растворы [4].
1 Расчёт
технологических процессов
1.1 Расчёт материальных
потоков, материальный баланс
Химический состав
концентрата, (%): TiO2 –52,6; ZiO2 –1,53; Cr2O3
–3,75; Fe2O3 –29,4; FeO –3,46; SiO2 –4,46; Al2O3
–3,9; Mg –0,52; MnO –2,65; V2O5 –0,14; P2O5
–0,04; S -0,056.
1. Расчёт выполнен на 100 кг концентрата .
Таблица 1- Распределение
компонентов при плавки.
Компонент |
Перейдёт
в шлак |
Перейдёт
в металл |
Улетучиться
из РТП |
TiO2
|
97,97 |
0,03 |
2,0 |
ZiO2
|
98,0 |
- |
2,0 |
SiO2
|
65,0 |
15,0 |
20,0 |
Al2O3
|
98,0 |
- |
2,0 |
Cr2O3
|
86,0 |
11,0 |
3,0 |
Fe2O3
|
14,0 |
84,0 |
2,0 |
MnO |
83,0 |
2,0 |
15,0 |
MgO |
98,0 |
- |
2,0 |
V2O5
|
91,0 |
6,0 |
3,0 |
S |
41,0 |
15,0 |
44,0 |
FeO |
7,0 |
92,0 |
1,0 |
P2O5
|
31,0 |
46,0 |
23,0 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|