Для решения задачи давайте сначала определим необходимые параметры для выплавки чугуна из железной руды.
Определение содержания железа в руде. Железная руда Fe₂O₃ содержит 8% примесей, следовательно, чистого Fe₂O₃ в руде будет 92%.
Молярная масса Fe₂O₃:
- Fe: 55.85 г/моль, поэтому 2 × 55.85 = 111.7 г/моль
- O: 16 г/моль, поэтому 3 × 16 = 48 г/моль
- Общая масса Fe₂O₃: 111.7 + 48 = 159.7 г/моль
В каждом моле Fe₂O₃ содержится 2 моля железа (Fe), то есть:
- Масса железа в 1 моле Fe₂O₃ = 2 × 55.85 = 111.7 г
- Это означает, что содержание железа в Fe₂O₃: (111.7 г / 159.7 г) × 100% ≈ 69.9%
Таким образом, если вы хотите получить 3000 кг чугуна (который состоит преимущественно из железа), то необходимо учесть содержание углерода в чугуне.
Определение железа в чугуне. Масса чугуна = 3000 кг, из них 3% составляют углерод:
- Масса углерода = 3000 кг × 0.03 = 90 кг
- Масса железа в чуге (чугун - углерод) = 3000 кг - 90 кг = 2910 кг
Расчет требуемого количества Fe₂O₃. Для получения 2910 кг железа, используя содержание железа в Fe₂O₃ (69.9%), вычисляем массу необходимой руды:
- Масса руды для получения 2910 кг Fe = 2910 кг / 0.699 ≈ 4165.19 кг
Учет примесей. Мы знаем, что руда содержит 8% примесей, поэтому чистой руды нам нужно больше:
- Чистая руда = 92% от общего количества руды
- Масса руды без примесей будет: 4165.19 кг = 0.92 × Общая масса руды
- Общая масса руды ≈ 4165.19 кг / 0.92 ≈ 4527.77 кг
Расчет количества кокса. Примерное соотношение большого количества кокса к железной руде составляет 0.4:1, но это может варьироваться в зависимости от технологии. Если использовать примерно 0.4 кокса на 1 руду:
- Масса кокса = 0.4 × 4527.77 кг ≈ 1811.11 кг
Таким образом, для выплавки 3000 кг чугуна с содержанием углерода 3% потребуется приблизительно:
- 4527.77 кг железной руды (Fe₂O₃)
- 1811.11 кг кокса.
Эти расчеты являются приближенными и могут изменяться в зависимости от конкретных условий процесса выплавки.
