Расчет шихты

Рассчитать шихту — это значит определить соотношение между флюсом и рудой или несколькими сортами руды таким образом, чтобы получить наиболее благоприятный состав шлака для выплавки чугуна заданного сорта. Кроме того, состав и количество шлака должны способствовать достижению ровного хода и наиболее экономного расхода горючего.
О главнейших свойствах шлаков, которые приходится принимать во внимание при расчете шихты, говорилось ранее, в главе о шлакообразовании. Там же приведены данные об оптимальном составе шлаков при выплавке различных сортов чугуна, а также действительный состав шлаков, получающихся на некоторых наших заводах.
При расчете шихты расходом горючего на единицу выплавляемого чугуна обычно задаются на основе производственных данных.

Исходными данными, необходимыми для расчета шихты, являются: химический состав всех идущих в плавку материалов, состав выплавляемого чугуна, расход горючего на единицу чугуна, распределение марганца и серы и других элементов между чугуном, шлаком и газами.
Переходя к описанию приемов расчета шихты, необходимо упомянуть прежде всего о полном расчете шихты, разработанном М.А. Павловым. Этот способ имеет своей целью, при достаточном разнообразии в составе пустой породы руд, поступающих в шихту, получить шлак оптимального состава путем комбинирования соотношений между рудами различных сортов.
В этом случае расчетом требуется определить потребные количества железа, марганца, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, MnO, исходя из заданного относительного количества шлака и его состава.
Чтобы можно было внести шихтой перечисленные семь составных частей в требуемом количестве, необходимо иметь в своем распоряжении, кроме флюса, еще шесть сортов руд. Тогда количество каждого из семи компонентов шихты определяется в результате решения семи уравнений с семью неизвестными.
На практике, однако, в целях ускорения и упрощения расчетов ограничиваются определением весов требуемых количеств железа, SiO2, Al2O3 и суммы окислов RO (т. е. CaO+MgO).
В этом случае при наличии трех сортов руды приходится решать четыре уравнения с четырьмя неизвестными — тремя сортами руды и флюсом. Марганец в этом случае точно учитывается лишь в марганцевой руде, весовое количество которой определяется по тому количеству марганца, которое должно перейти в чугун и шлак.
После решения уравнений и определения весовых количеств различных сортов руды и флюса точность расчета проверяется составлением поверочной балансовой таблицы, показывающей распределение составных частей руд, флюса и золы горючего между чугуном и шлаком.
Разработанный М.А. Павловым способ полного расчета шихты производится чисто аналитическим путем.
Были предложены также способы расчета шихты с применением графических построений. У нас графический способ был разработан и применялся проф. Костылевым. Однако графические приемы в расчетах шихты все равно требуют предварительных и промежуточных подсчетов. Таким образом, они не имеют обычного достоинства графических способов — не ускоряют ведение расчета, по сравнению с аналитическим. Вследствие этого графические способы распространения не получили.
В большинстве случаев сырые материалы, имеющиеся в распоряжении доменного техника, не дают возможности регулировать соотношение между кремнеземом и глиноземом, а также изменять количество шлака в желаемом направлении. При таких условиях расчет шихты сводится к определению количества флюса, для чего полного способа расчета шихты не требуется и он заменяется упрощенным.
В настоящее время применяются в основном два упрощенных способа расчета шихты.
1. По отношению в шлаке SiO2+Al2O3/RO. Этим отношением задаются заранее, исходя из того, что оно должно быть тем больше, чем более богата глиноземом шихта и чем меньше серы в горючем.
Однако, пользуясь этим отношением, следует иметь в виду, что при одном и том же значении суммы SiO2 + Al2O3 свойства шлака и, в частности, его плавкость и текучесть могут быть различны в зависимости от отношения SiO2:Al2O3.
2. По второму способу задаются отношением в шлаке RO : SiO2; под RO в данном случае понимается сумма (CaO + MgO). Глинозем при этом считается как бы нейтральным веществом, содержание которого не имеет значения, если соблюдено должное отношение между RO и SiO2. С теоретической точки зрения такое допущение является неверным, однако применение этого отношения на практике не приводит к большим ошибкам, если при составлении шихты из разных руд количество глинозема для каждого сорта чугуна будет мало меняться.
Задаваясь отношением RO : SiO2, мы обеспечиваем содержание в шлаке определенного количества основных окислов, необходимого для достаточного перехода серы в шлак и для получения достаточно чистого по сере чугуна.
В шлаках наших доменных печей, работающих на минеральном горючем, отношение RO : SiO2 колеблется от 1,4 в основных и трудноплавких шлаках до 1,2—1,05 в более кислых и более легкоплавких.
А.Н. Рамм предложил определять состав шихты по составленной им эмпирической формуле, в которую входят все главные факторы, регулирующие состав чугуна, поскольку он зависит от сопровождающего чугун шлака:

где (RO) — сумма всех основных окислов — CaO, MgO FeO, MnO, %;
(Al2O3) — содержание глинозема в шлаке, %;
(S) — содержание серы в шлаке, %;
[Si] — содержание кремния в чугуне, %;
[S] — содержание серы в чугуне, %;
А — относительный вес шлака.
М.А. Павлов отмечает, что способ А.Н. Рамма очень удобен для расчетов, повторяющихся много раз, но с педагогической точки зрения применение его нежелательно, так как он отучает учащегося думать о наиболее желательном в данном частном случае составе шлака и выбирать наиболее подходящие отношения

Вполне разделяя это мнение, мы в приводимом ниже примере расчета шихты будем пользоваться только упрощенным способом, рекомендованным М.А. Павловым.
Этим мы, однако, нисколько не хотим умалить значения способа расчета шихты, предложенного А.Н. Раммом и широка применяющегося среди проектантов, особенно при расчете шихты из новых руд, еще не применявшихся для выплавки чугуна.
Поскольку в процессе доменной плавки элементы, входящие в состав чугуна, в различной степени распределяются между чугуном и шлаком, а часть из них способна в известной мере переходить в газы, при расчете шихты необходимо задаться определенными коэффициентами распределения элементов между чугуном и шлаком, а в некоторых случаях — коэффициентом улетучивания.
В табл. 34 приведены коэффициенты распределения (по данным А. Н. Рамма).