Расчет материального и теплового баланса конверторной плавки
Министерство образования Российской
Федерации
Томский политехнический университет
Филиал ТПУ в г. Юрге
Кафедра МЧМ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу: «Производство стали»
на тему: Расчет материального и
теплового баланса конверторной плавки
Выполнил студент гр. 10200
Мельничук П.А.
Юрга 2004
Содержание
Введение
Исходные данные
. Расчет материального баланса плавки
. Расчет раскисления и легирования
.1 Расчет раскисления стали
.2 Расчет легирования стали
. Расчет теплового баланса плавки
. Технология плавки
. Шлаковый режим
Список использованной литературы
Введение
Кислородно-конверторный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна с
добавкой металлолома в агрегате с основной футеровкой и продувкой технически
чистым кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму.
Первые опыты по продувке сверху были проведены в 1933 г.
инженером Мозговым Н.И., затем велись обширные исследования по разработке и
освоению технологии нового процесса.
В промышленном масштабе процесс был впервые осуществлен в 1952-53 годах в
Австрии. За короткий срок кислородно-конверторный процесс получил широкое
распространение во всех странах. Если в 1940 году доля кислородно-конверторной
стали, составляла лишь 4% мирового производства, то в 1970 г. - 40,9 %,в 1980
-около 65%. В СССР этот процесс начал функционировать с 1956 года.
Кислородно-конверторный процесс обладает рядом преимуществ по сравнению с
мартеновским и электросталеплавильным. Основные из них следующие:
более высокая производительность одного работающего сталеплавильного
агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не
превышает 100 т/ч, а у конверторов достигает 400-800 т/ч ) ;
более низкие капитальные затраты, что объясняется простотой устройства
конвертора ;
меньшие расходы по переделу, в число которых входит стоимость
электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;
процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки;
благодаря четкому ритму выпуска плавок работа конверторов легко
сочетается с непрерывной разливкой.
Кроме того, по сравнению с мартеновским производством конверторное
характеризуется лучшими условиями труда и меньшим загрязнением окружающей
природной среды.
Благодаря продувке чистым кислородом сталь содержит 0,002-0,005% азота,
т.е. не больше, чем мартеновская. Тепла , которое выделяется при окислении
составляющих чугуна ,с избытком хватает для нагрева стали до температуры
выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конверторе
до 20-25% скрапа, что значительно снижает себестоимость стали.
За рубежом кислородно-конверторный процесс получил название LD-процесс.
Исходные данные
Расчет материального баланса ведется на 100 кг металлической шихты (чугун
+ скрап).
В плавке применяются следующие шлакообразующие материалы (см. Таблицы 2):
Таблица 1 - Состав шлакообразующих материалов, в %;
Наименование материала
|
SiO2
|
CaO
|
MgO
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
Cr2O3
|
H2O
|
CO2
|
CaF2
|
Известь
|
2,0
|
86,0
|
2,0
|
2,0
|
-
|
-
|
2,0
|
6,0
|
-
|
Плавиковый шпат
|
3,0
|
3,5
|
-
|
1,0
|
-
|
-
|
-
|
6,0
|
86,5
|
Футеровка
|
5,0
|
2,0
|
70,0
|
3,0
|
8,0
|
12,0
|
-
|
-
|
|
Таблица 2 - Химический состав стали 45ХН (ГОСТ 4543 - 71)
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Ni
|
P
|
S
|
Cu
|
|
|
|
|
|
не более
|
0,41-0,49
|
0,17-0,37
|
0,50-0,80
|
0,45-0,75
|
1,0-1,4
|
0,035
|
0,035
|
0,30
|
В расчетах рекомендуется принять:
1. Химический состав металла после продувки перед раскислением:
- содержание углерода - нижнее значение заданной марки стали [С]=0.41%,
так как углерод дополнительно поступает с некоторыми ферросплавами ;
содержание марганца -25% от исходной концентрации в чугуне;
- содержание фосфора и серы по 0,025 каждого.
2. Расход футеровки -0,3% от массы садки.
3. Технический кислород содержит 99,5% О2 и 0,5% N2
4. Расход плавикового шпата -0,3 кг.
5. Потери металла:
- с корольками -0.5 кг;
- с выбросами -1,0 кг.
1. Расчет материального баланса плавки
В расчете принято количество чугуна в шихте 75% ,скрапа 25% согласно
заданию. Правильность данного соотношения будет проверена составлением
теплового баланса плавки. В случае необходимости нужно будет дать рекомендации
по корректировке теплового режима процесса.
Определяем средний состав шихты при условии передела заданного количества
чугуна и скрапа в шихте и количество примесей, окислившихся к концу продувки
металла:
Таблица 3
|
С
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Чугун вносит
|
2,85
|
0,825
|
0,375
|
0,225
|
0,017
|
Скрап вносит
|
0,063
|
0,025
|
0,075
|
0,012
|
0,011
|
Средний состав
|
2,913
|
0,85
|
0,45
|
0,237
|
0,028
|
Сталь перед раскислением
|
0,41
|
-
|
0,125
|
0,020
|
0,020
|
Таблица 4 Удаляется примесей из ванны на 100 кг шихты, кг
С
|
2,913 - 0.41·0,9 = 2,544
|
Si
|
0,85
|
Mn
|
0,45 - 0.125·0,9 = 0,337
|
P
|
0.237 - 0,02·0,9 = 0.22
|
S
|
0,028 - 0,02·0,9 = 0.01
|
Fe в дым
|
1,500
|
Угар примесей
|
5,461
|
где 0,9 - выход стали.
Примем, что при продувке ванны кислородом 10% серы выгорает до SO2 ,
т.е. окисляется 0,001 кг серы. В шлак переходит 0.01-0,001=0,009 кг серы.
Расход кислорода на окисление примесей составит при окислении 10%
углерода до СО2 и 90% углерода до СО:
Таблица 5
|
Расход кислорода, кг
|
Масса оксида, кг
|
0.254∙32:12 =0.677СО2 = 0,931
|
|
|
2.290∙16:12 =3.053СО = 5,342
|
|
|
0.85∙32:28 =0.971SiO2 =
1.821
|
|
|
0.337∙16:55 =0.098MnO
= 0.435
|
|
|
0.22∙80:62 =0.284P2O5
= 0.504
|
|
|
0.001∙32:32 =0.001SO2
= 0.002
|
|
|
1,500∙48:112 =0,643Fe2O3
(в дым) = 2,143
|
|
|
|
∑=5,727
|
∑=11.178
|
Таблица 6- Состав ферросплавов, %
Наименование ферросплава
|
Марка
|
Содержание элементов ,%
|
|
|
C
|
Mn
|
Si
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Fe
|
1.Ферромарганец
среднеуглеродистый
|
ФМн1,0
|
1,0
|
85,0
|
2,0
|
0,30
|
0,03
|
-
|
-
|
-
|
2.Ферросилиций
|
ФС65
|
-
|
0,4
|
65,0
|
0,05
|
0,03
|
-
|
-
|
34,52
|
3.Феррохром
среднеуглеродистый
|
ФХ200
|
2,0
|
-
|
2,0
|
0,03
|
0,03
|
65,0
|
-
|
-
|
Режим дутья в кислородном конверторе.
Расход кислорода известен.
Расход извести определяем по балансу СаО и SiO2 в шлаке для получения основности 3,2. Расход
плавикового шпата принимаем 0,3 кг. Расход извести обозначим через у, кг.
Количество СаО в конечном шлаке, кг, поступающего из:
Футеровки 0,3∙0,02 =0,006
плавикового шпата 0,3∙0,035=0,0105
Извести 0,86у
,0117+0,86у
Количество SiO2 в конечном шлаке, кг, поступающего
из:
металлич. шихты =1.821
футеровки 0,3∙0,05=0,015
плавикового шпата 0,3∙0,03=0,009
извести 0,02у
.845+0,02у
Вместо СаО и SiO2 подставим их значения и определим
расход извести:
, откуда у = 7,396 кг.
Таблица 7 - Составляющие шлака, кг
Источники
|
SiO2
|
CaO
|
MgO
|
Al2O3
|
Cr2O3
|
MnO
|
S
|
P2O5
|
Fe2O3
|
Металлическая шихта
|
1.821
|
-
|
-
|
-
|
-
|
0.435
|
0.009
|
0.504
|
-
|
Футеровка
|
0.015
|
0,006
|
0,210
|
0,009
|
0,036
|
-
|
|
|
0,024
|
Плавиковый шпат
|
0,009
|
0,011
|
-
|
0,003
|
-
|
-
|
|
|
|
Известь
|
0.148
|
6,360
|
0,148
|
0.148
|
-
|
-
|
|
|
|
ИТОГО
|
1.993
|
6,377
|
0.358
|
0.16
|
0.036
|
0.435
|
0.009
|
0.504
|
0,024
|
Допускаем, что содержание оксидов железа в шлаке будет:13% FeO и 4% Fe2O3. Тогда масса оксидов шлака без FeO и Fe2O3 составит 83% ,а масса шлака без
оксидов железа будет 10,196кг (таблица 3).
Тогда масса шлака 10,196:0,83 = 12,284 кг
Масса оксидов железа в шлаке 12,284 - 10,196 = 2,088 кг, в том числе 1,596
кг FeO и 0.491 кг Fe2O3 .
Таблица 8 - Состав шлака
|
SiO2
|
CaO
|
MgO
|
Al2O3
|
Cr2O3
|
MnO
|
S
|
P2O5
|
Fe2O3
|
FeO
|
∑
|
кг
|
1.993
|
6,377
|
0.358
|
0.16
|
0.036
|
0.435
|
0.009
|
0,504
|
0.491
|
1.596
|
12,284
|
%
|
16,22
|
51,91
|
2,91
|
1,30
|
0,29
|
3,54
|
0.07
|
4,10
|
3,99
|
12,99
|
100,00
|
Окисляется железа, кг
до Fe2O3 0,491 - 0,024 = 0,467 кг
до FeO = 1,596 кг
Поступит железа из металла в шлак
,596∙56:72 + 0,467 ∙112:160 = 1,568 кг
Выход стали равен: 100 - 5,461-0,5 - 1,0 - 1,568 = 91,471 кг,
где 5,461 - угар примесей шихты, кг
,5 - количество железа, запутавшегося в шлаке в виде корольков, кг;
,0 - потери железа с выбросами, кг;
,568 - угар железа на образование оксидов железа в шлаке, кг.
Потребуется кислорода на окисление железа:
(1,596 - 1,241) + (0,467- 0,327) = 0,495 кг
Всего потребуется кислорода на окисление примесей:
,727+ 0,495 = 6.222 кг
Потребуется технического кислорода при 95% усвоении
м3
На
тонну садки расход технического кислорода составит 46,08 м3 /т.
Количество
азота
,608
∙0,005 = 0.023 м3 или 0.029кг
Количество
не усвоенного кислорода
(4.608
- 0.023)∙0,05 = 0.23 м3 или 0.33 кг
Масса
технического кислорода равна:
,222
+ 0,029 + 0,33 = 6,581 кг.
Таблица
9 - Состав и количество газов
Составляющие
|
Содержание
|
|
кг
|
м3
|
%
|
СО2
|
0,461 + 0,931 = 1,392
|
0.709
|
СО
|
5,342
|
4,274
|
78,827
|
H2O
|
0,148
|
0,184
|
3,393
|
O2
|
0,33
|
0,231
|
4,260
|
N2
|
0,029
|
0,023
|
0,424
|
SO2
|
0,002
|
0,0007
|
0.013
|
Итого
|
7,095
|
5,422
|
100,0
|
Таблица 10 - Материальный баланс плавки до раскисления
Поступило, кг
|
Получено, кг
|
Чугуна
|
75
|
Стали
|
91,471
|
Скрапа
|
25
|
Шлака
|
12,284
|
Плавикового шпата
|
0,300
|
Корольков
|
0,500
|
Извести
|
7,396
|
Выбросов
|
1,000
|
Футеровки
|
0,300
|
Газов
|
7,095
|
Технического кислорода
|
6,581
|
Fe2O3 (в дым)
|
2.143
|
∑=114,577
|
∑=114,493
|
Невязка - 0,084
Невязка
допускается не более 0,5% относительное.
конвертор раскисление
легирование
3. Расчёт раскисления и легирования
стали
.1 Расчет раскисления
Перед раскислением в металле содержится (с учетом выхода стали - 0,9),
кг
углерода-0,369 серы -0,018
марганца -0,112 фосфора -0,018
Концентрация растворенного в металле кислорода к концу продувки зависит
от факторов: от содержания углерода в металле, оксидов железа в шлаке и от
температуры металла.
Концентрацию кислорода в металле под шлаком с содержанием 16-20%
(FeO + Fe2O3) с основностью 3,2 при температуре
ванны 1600 - 1630 0С находим по формуле Г.Н. Ойкса /1/.
.
[%С]∙[%О] = 0,0035 + 0,006 [%С],
откуда
,
или
0.0155∙0.91677 = 0.0142кг.
Раскисление стали производим присадками ферромарганца, затем ферросилиция
в ковш. В последнем происходит вторичное окисление элементов. Угар марганца при
раскислении принимаем 25%, угар углерода ферромарганца -30%, кремния из
ферромарганца -100%, угар кремния из ферросилиция -30% .
В расчете использую среднеуглеродистый FeMn с содержанием: C=1,0%; Mn=85,0%;
Si=2,0%; P=0,3%; S=0,03%.
Расход ферромарганца определим по формуле
, кг,
где
а - требующееся для ввода в металл количество марганца, равное среднему
значению в заданной марке стали, минус остаточное содержание марганца в металле
перед раскислением.
в
- содержание марганца в 1кг ферромарганца, кг; с - коэффициент усвоения
марганца в металле (в данном случае 1,0-,025 =0,75) ,
Это количество ферромарганца содержит, кг:
C 0,843∙0,01=0,0084 0,843∙0,85=0,7166 0,843∙0,02=0,0118 0,843∙0,003=0,0025 0,843∙0,0003=0,0003 0,843∙0,1167=0,0984
Σ 0,843
Выгорает, кг
C 0,0084∙0,30= 0,0025 0,7166∙0,25= 0,1792 =0,0118
Переходит в сталь, кг
C 0,0084 - 0,0025 = 0,0059 0,7166 - 0,1792 = 0,5374 =
0,0025 = 0,0003 = 0,0984
Σ 0,6445
Требуется кислорода на окисление примесей, кг
0,0025∙16:12
= 0,0033
0,1792∙16:55
= 0,0521
0,0118∙32:28
= 0,0135
Σ 0,0689
Поступит кислорода из атмосферы, кг
,0689 - 0,0142 = 0,0547
Выход стали, после раскисления ферромарганцем составит:
,471 + 0,6445 - 0,0142 = 92,101кг
Получится оксидов: 0,0025 + 0,0033 = 0,0058 0,1792 + 0,0521 =
0,2313 0,0118 + 0,0135 = 0,0271
Выход шлака, кг 12,284 + 0,2313 + 0,0271 = 12,5424
Таблица 11 - Материальный баланс плавки после раскисления ферромарганцем
Поступило, кг
|
Получено, кг
|
Стали до раскисления
|
91,471
|
Стали
|
92,101
|
Шлака до раскисления
|
12,284
|
Шлака
|
12,5424
|
Ферромарганца
|
0,843
|
СО
|
0,0058
|
Кислорода из атмосферы
|
0,0547
|
∑
|
104,649
|
∑
|
104,653
|
|
Количество стали перед раскислением с учетом растворенного
кислорода
91,471 - 0,0142 = 91,4568 кг
Таблица 12 - Состав стали после раскисления ферромарганцем
Наименование
|
С
|
Mn
|
P
|
S
|
Fe
|
∑
|
Металл перед раскислением
|
0,369
|
0,112
|
0,018
|
0,018
|
90,9398
|
91,4568
|
FeMn вносит
|
0,0059
|
0,5374
|
0,0025
|
0,0003
|
0,0984
|
0,6445
|
Всего, кг
|
0,3749
|
0,6494
|
0,0205
|
0,0183
|
91,0382
|
92,1013
|
Всего, %
|
0,407
|
0,705
|
0,0222
|
0,0199
|
98,846
|
100,00
|
Раскисление ферросилицием
В стали перед вводом ферросилиция содержится, кг
углерода - 0,3749 серы - 0,0183
марганца - 0,6494
фосфора - 0,0205
Это количество ферросилиция содержит, кг:
Si 0,5934∙0.65 = 0,3857 0,5934∙0,004 = 0,0024 0,5934∙0,0005
= 0,0003 0,5934∙0,0003 = 0,0002 0,5934∙0,3452 =
0,2048
∑ = 0,5934
выгорает, кг 0.0024∙0,25 = 0.0006 0,3857∙0,30 =
0.1157
Переходит в сталь, кг 0,3857- 0.1157 = 0,27 0.0024 - 0.0006 =
0,0018 = 0,0003 = 0,0002 = 0,2048
Требуется кислорода на окисление примесей, кг→ MnO 0.0006∙16:55
= 0,0002→ SiO2 0.1157∙32:28 = 0.1322
∑ = 0.1324
Поступит кислорода из атмосферы - 0.1324 кг
Выход стали, после раскисления ферросилицием будет:
,101 + 0,4771= 92,5781кг
Получится оксидов: 0.0006 + 0,0002 = 0.0008 0.1157 + 0.1322 =
0,2479
Выход шлака, кг 12,5424 + 0.0008 + 0,2479 = 12,7911
Таблица 13 - Материальный баланс плавки после раскисления ферросилицием:
Поступило, кг
|
Получено, кг
|
Стали до раскисления FeSi
|
92,101
|
Стали
|
92,5781
|
Шлака до раскисления FeSi
|
12,5424
|
Шлака
|
12,7911
|
Ферросилиция
|
0,5934
|
∑
|
105,3692
|
Кислорода из атмосферы
|
0.1324
|
|
∑
|
105,3692
|
|
Таблица 14 - Состав стали после раскисления ферросилицием:
Наименование
|
С
|
Mn
|
P
|
S
|
Si
|
Fe
|
∑
|
Металл до раскисления
|
0,3749
|
0,6494
|
0.0205
|
0.0183
|
-
|
91,0382
|
92,1013
|
FeSi вносит
|
-
|
0.0018
|
0.0003
|
0.0002
|
0,27
|
0.2048
|
0,4771
|
Всего, кг
|
0.3749
|
0,6512
|
0.0208
|
0.0185
|
0,27
|
91,243
|
92,5784
|
%
|
0,405
|
0,703
|
0.022
|
0.02
|
0,292
|
98,557
|
100,00
|
.2 Расчет легирования
Заданную марку стали, легируем вводом в металл феррохрома.
Стали перед легированием содержит, кг
углерода - 0,3749 серы - 0.0185
марганца - 0,6512 фосфора - 0.0208
кремния - 0,27
Это количество феррохрома содержит, кг:
С 1,086∙0,065 = 0,0706
Сr 1,086∙0,65 = 0,7059 1,086∙0,02 = 0,0217 1,086∙0,0003
= 0,0003 1,086∙0,0006 = 0,0006 1,086∙0,3091 =
0,3357
∑ = 1,086
выгорает, кг
С 0,0706∙0,30 = 0,02118
Сr 0,7059∙0,15 = 0,1059 = 0,0217
Переходит в сталь, кг
С 0,0706 - 0,02118 = 0,0494
Сr 0,7059 - 0,1059 = 0,6000 = 0,0003 = 0,0006 = 0,3357
∑ = 0,986
Требуется кислорода на окисление примесей, кг
0,02118∙16:12
= 0,0282
0,1059∙48:104
= 0,0489
0,0217∙32:28
= 0,0248
∑ =
0,1019
Поступит
кислорода из атмосферы 0,1019 кг.
Выход
стали после легирования феррохромом составит, кг
,5781+
0,986 = 93,5641кг
Получится
оксидов, кг: 0,02118 + 0,0282 = 0,049O3 0,1059 + 0,0489 = 0,1548 0,0217
+ 0,0248 = 0,0465
Выход
шлака, кг 12,7911+ 0,1548 + 0,0465 = 12,9924
Таблица 15 - Материальный баланс плавки после легирования феррохромом
Поступило, кг
|
Получено, кг
|
Стали до легирования
|
92,5781
|
Стали
|
93,5641
|
Шлака до легирования
|
12,7911
|
Шлака
|
12,9924
|
Феррохрома
|
1,086
|
СО
|
0,049
|
Кислорода из атмосферы
|
0,1019
|
∑
|
106,5571
|
∑
|
106,5571
|
|
Таблица 16 - Состав стали после легирования феррохромом
Наименование
|
С
|
Mn
|
P
|
S
|
Si
|
Cr
|
Fe
|
∑
|
До легирования
|
0,3749
|
0,6512
|
0,0208
|
0,0185
|
0,270
|
-
|
91,243
|
92,5784
|
FeСr вносит
|
0,0494
|
-
|
0,0003
|
0,0006
|
-
|
0,6
|
0,3357
|
0,986
|
Всего,
кг
|
0,4243
|
0,6512
|
0,0211
|
0,0191
|
0,270
|
0,6
|
91,5787
|
93,5644
|
Всего, %
|
0,4535
|
0,696
|
0,0226
|
0,0225
|
0,2885
|
0,641
|
97,8777
|
100,00
|
Легирование стали никелем.
Это
количество никеля содержит, кг:
,200·1
= 1,200 .
Переходит
в сталь 1,200 кг никеля.
Выход
стали после легирования никелем
,5641
+ 1,2 = 94,7641 кг.
Таблица
17 - Окончательный материальный баланс плавки после раскисления и легирования
стали:
Поступило, кг
|
Получено, кг
|
Стали до легирования
|
93,5641
|
Стали
|
94,7641
|
Шлака до легирования
|
12,9924
|
Шлака
|
12,9924
|
Никеля
|
1,200
|
∑
|
107,7565
|
∑
|
107,7565
|
|
|
Таблица 18 - Окончательный состав стали
Наименование
|
С
|
Ni
|
P
|
S
|
Si
|
Cr
|
Fe
|
∑
|
До легирования
|
0,4243
|
-
|
0,6512
|
0,0211
|
0,0191
|
0,270
|
0,6
|
91,579
|
93,564
|
Ni вносит
|
-
|
1,200
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1,200
|
Всего,
кг
|
0,4243
|
1,200
|
0,6512
|
0,0211
|
0,0191
|
0,270
|
0,6
|
91,579
|
94,764
|
Всего, %
|
0,45
|
1,27
|
0,687
|
0,0223
|
0,0202
|
0,285
|
0,633
|
96,639
|
100,00
|
4. Тепловой баланс плавки
Приход тепла
. Физическое тепло чугуна, ккал (МДж)
Q1 = (0,178∙1200 + 52 +0,2∙(1400
- 1200))∙75 =23531 (98,525 МДж),
где 0,178 - средняя теплоемкость чугуна до температуры плавления ккал/кг;
- темпсература плавления чугуна, С ;
- скрытая теплота плавления чугуна, ккал/кг ;
- температура чугуна, при которой последний заливается в конвертер, С;
,2 - теплоемкость жидкого чугуна, ккал/кг ;
- доля чугуна в металлошихте , %;
. Тепло экзотермических реакций, ккал (МДж)
8137∙0,254 = 2067
2498∙2,290 = 5720
7423∙0,850 = 6309
1758∙0,337
= 592
5968∙0,22 = 1312
2216∙0,001 = 2
1758∙0,333= 585
1150∙1,241= 1427
1758∙1,500 = 2637
∑ =20651 (86,466 МДж)
3. Тепло шлакообразования, ккал (МДж)
∙0,85·60:28 = 1009
∙0,22·142:62 = 573
∑=1582 (6,624 МДж)
Приход тепла Qприх = 23531 +20651 + 1582 = 45764
(191,614 МДж)
Расход тепла
Физическое тепло стали, ккал (МДж)
Q1=(0,167∙1500+65+0,2(1605-1500))(91,47+0,5+1,0)=31285(130,99МДж)
где 0,167 - средняя теплоемкость стали до температуры плавления, ккал/кг;
- температура плавления стали, С;
- скрытая теплота плавления стали, ккал/кг;
,2 - теплоемкость жидкой стали, С;
- температура выпуска стали, С;
,471 - выход стали до раскисления, кг;
,5 и 1,0 - потери металла с корольками и выбросами соответственно, кг;
Физическое тепло шлака
Q2 = (0,298∙1605 + 50)∙12,284=
6490 ккал (27,172 МДж);
Потери тепла принимаем равными 5% от прихода
Q3 = 45764*0,05
= 2288 (9,581 МДж);
Частицы Fe2O3 выносят тепла
Q4 = (0,294∙1450 + 50)∙2,143
= 1020 (4,274 МДж)
Газы уносят тепла при средней t =1450 С, ккал
814∙0,709
= 577
506∙4,274
= 2163
632∙0,184=
116
528∙0,231=
122
499∙0,023
= 11
814∙0,0007
= 1
Q5 = 2991 (12,523 МДж)
Расход
тепла составит:
Qр. = 31285 + 6490 + 2288 +1020 + 2991= 44074 (1843,538
МДж)
Избыток
тепла 45764 - 44074 = 1690 (7,076 МДж)
Таблица
19 - Тепловой баланс плавки
Приход тепла
|
|
Ккал
|
МДж
|
%
|
Физическое тепло чугуна
|
23551
|
98,608
|
51,64
|
Тепло экзотермических
реакций
|
20651
|
86,466
|
45,13
|
Тепло шлакообразования
|
1582
|
6,238
|
3,23
|
ИТОГО
|
45764
|
191,614
|
100,0
|
Расход тепла
|
|
Ккал
|
МДж
|
%
|
Физическое тепло стали
|
31285
|
130,990
|
68,36
|
Физическое тепло шлака
|
6490
|
27,174
|
14,18
|
Потри тепла с газами
|
2991
|
12,523
|
6,55
|
Потри тепла через футеровку
и горловину
|
2288
|
9,580
|
5,00
|
Потри тепла с частицами Fe2O3
|
1020
|
4.274
|
2,303
|
Избыток
|
1690
|
7,076
|
3,69
|
ИТОГО
|
45764
|
191,614
|
100,0
|
Корректировка теплового баланса плавки.
Энтальпия 1 кг стали при температуре 1600 0С составит 345 ккал
(1,445МДж). В данном случае избытка тепла достаточно на расплавление 1690/345 ≈
5 кг скрапа дополнительно.
5. Технология плавки
После выпуска металла и шлака предыдущей плавки футеровку конвертера
осматривают и при необходимости исправляют (например, торкретированием ).
Конвертер наклоняют относительно вертикальной оси на угол 45°-чтобы куски лома скользили по
футеровке не разрушая её ; и в него через горловину загружают металлический лом
в количестве 25% от общего количества металлошихты. После загрузки лома в
конвертер заливают жидкий чугун из чугуновозных ковшей с температурой 1400°С в количестве 75% от общего
количества металлошихты , затем конвертер ставят в вертикальное положение,
опускают кислородную фурму и начинают продувку кислородом .
Для получения основности 3,2 общий расход извести на 100кг шихты составит
7,396кг.
Одновременно с началом продувки на первой минуте , а иногда и на
металлический лом перед заливкой чугуна по специальному жёлобу загружают
основную часть извести (40-60% от общего расхода ).Остальную часть сыпучих
материалов загружают в конвертер в течении продувки одной или несколькими
порциями через 5-7 минут после начала продувки .
Расход кислорода составляет 46,08 м3/т (6,222 кг на 100 кг).
В начале продувки для ускорения шлакообразования фурму устанавливают в
повышенном положении (до 4,8 м от уровня металла в спокойном состоянии), а
через 2-4 минуты её опускают до оптимального уровня (1-2 м от уровня спокойного
металла).
По окончании продувки фурму поднимают, а конвертер поворачивают
горловиной к рабочей площадке для осуществления замеры температуры металла
термопарой ,погружения и отбора проб металла и шлака .
Перед раскислением получаем 91,471 кг годной стали , имеющей следующий
состав :
C=0,369%;
Mn=0,122% ; S=0,018% ; P=0,018%
; и температуру выпуска 1605°С.
Металл выпускается через летку (сталевыпускное отверстие ) в ковш, где
происходит раскисление :сначала ферромарганцем в количестве 0,843кг на 100кг
металла, затем ферросилицием в количестве 0,5934 кг на 100кг металла.
Производим легирование феррохромом в количестве 1,086 кг на 100кг металла и
никелем в количестве 1,200 кг на 100кг металла. После раскисления и легирования
получаем 94,7641 кг годной стали и окончательный состав:C=0,45% ; Mn=0,687% ; S=0,0202%
; P=0,0223% ; Si=0,285% ; Cr=0,633%;
Ni=1,27% , что соответствует ГОСТу.
В ковш должно попасть минимум конвертерного шлака в количестве 12,284 кг,
для чего производиться его отсечка . Остатки шлака сливаются вы противоположную
сторону от лётки.
6. Щлаковый режим
Параметры шлакового режима (состав,
вязкость, количество шлака и скорость его формирования) оказывают большое
влияние на качество стали, выход годного металла, стойкости футеровки и ряд
других показателей плавки.
Основные источники шлака: известь;
продукты окисления составляющих чугуна (SiO2; MnO; FeO; Fe2O3; P2O5); оксиды растворяющейся футеровки
(СаО; MgO); некоторое количество миксерного
шлака (SiO2; CaO; MgO; MnO; FeO; Al2O3; S); оксиды железа
из ржавчины стального лома и составляющие флюсов. Обычно флюсами служат:
плавиковый шпат, вносящий CaF2 и немного SiO2, Al2O3, флюоритовые руды (CaF2), отходы производства алюминиевой промышленности.
Требования к шлаку.
Режим шлака должен быть проведен таким образом, чтобы обеспечить
достаточно полное удаление фосфора, следовательно, основность шлака должна быть
достаточно высокой 2,7 - 3,6, а вязкость не велика, так как в густых шлаках
замедляются процессы диффузии компонентов, участвующих в реакции дефосфорации и
десульфурации. При чрезмерно большой основности шлак начинает переходить в
гетерогенное состояние. При недостаточной основности (повышенном SiO2) помимо снижения удаления фосфора и серы усиливается
разъедание шлаком футеровки.
Износ футеровки существенно увеличивается при черезмерной
жидкоподвижности шлака и особенно при повышенном содержании FeO, которая окисляет коксовую пленку
или образует легкоплавкие соединения CaO, MgO. Увеличение количества шлака и его
чрезмерная окисленность способствует появлению выбросов и ведут к росту потерь
металла с сливаемым со шлаком в виде окислов.
Увеличение окисленности шлака вызывает повышенный угар раскислителей. При
слишком густом шлаке и повышенном его количестве возрастают потери железа со
шлаком в виде корольков. Повышенное количество шлака вызывает так же рост
потерь тепла со сливаемым шлаком.
Список использованной литературы
. В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. Общая
металлургия. М: ²Металлургия², 1973.
. В.И. Балтизамский. Теория кислородно-конвертерного
процесса. М: ²Металлургия
², 1975-376с.
.Дои Дзе. Конвертерное производство стали. Перевод с
японского. Изд. Я: ²Металлургия ², 1971.
. А.М. Якушев. Справочник конвертерщика. Челябинск:² Металлургия ², Челябинское отделение, 1990-448с.
. Ю.И. Дёрин. Материальный и тепловой балансы
кислородно-конвертерной плавки с использованием скрапа.