Обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В основу конвертерного процесса положена обработка металлического расплава газообразными окислителями. При этом полностью исключается использование теплоты извне и технологический процесс плавки происходит только за счет химической теплоты экзотермических реакций и физической теплоты, вносимой шихтовыми материалами (жидкий чугун, подогретый металлический лом).

Технологический процесс плавки осуществляется в специальном агрегате - конвертере, который представляет собой сосуд, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Специальная форма рабочего пространства конвертера позволяет осуществлять продувку расплава газом-окислителем с очень большой интенсивностью без значительных потерь металла. Возникающая в процессе продувки огромная реакционная поверхность обеспечивает высокие скорости реакций окисления примесей, что и определяет высокую производительность агрегата.

Разнообразие исходных шихтовых материалов, определяемое главным образом химическим составом чугуна и металлолома, а также требованиями к качеству выплавляемого металла привело к возникновению множества разновидностей конвертерного способа производства стали. Так, в зависимости от применяемой футеровки конвертерные процессы могут быть кислыми или основными, в зависимости от используемого газа они могут быть на воздушном, кислородном или смешанном дутье. Способы подвода дутья отличаются большим разнообразием и могут быть объединены в группы: с верхней подачей (через водоохлаждаемую фурму), с нижней подачей через дно (при помощи специальных устройств) и с комбинированной подачей (одновременная подача газов сверху и снизу).

Необходимость повышения доли перерабатываемого железо-стального лома при выплавке стали в конвертерах предопределила создание ряда новых разновидностей конвертерных процессов с использованием дополнительных источников тепловой энергии посредством более полной утилизации теплоты отходящих газов, использования газообразного, жидкого и твердого вида топлива.

Это привело к увеличению масштабов производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей, однородных по свойствам. Были разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возможность получения стали с гарантированно низким содержанием вредных примесей при минимальном развитии ликвации обеспечивает возможность роста промышленного производства без увеличения количества выплавляемой стали.



1. Технико-экономическое обоснование проекта

Выбор емкости для цехов различной производительности определяется рядом факторов, основными из которых являются: принятый способ разливки (в изложницы или на МНЛЗ), масса отливаемых слитков (заготовок), организация работы цеха и др.

Решающее влияние на выбор емкости конвертера оказывает заданная производительность цеха, и принятый способ разливки стали.

Для каждой заданной производительности цеха, необходимо выбрать наиболее рациональную емкость конвертера и их количество.

При выборе емкости конвертера для заданной производительности цеха ориентировочно можно исходить из следующих данных:

Таблица 1.1

Производительность цеха, млн. тонн в год	Рекомендуемые номинальные ёмкости конверторов, тонн
От 2 до 4	130:150
От 3 до 5	250:300
От 4 до 6	300:350
От 6 и более	350:400

Наряду с данными таблицы 1 можно использовать также следующие схемы работы конверторов.

Таблица 1.2

Варианты работы конверторов	Количество конверторов в цехе	Количество непрерывно работающих конверторов	Количество конверторов, находящихся в ремонте или ожидании
1.	2	1	1
2.	3	2	1
3.	4	3	1



В данном курсовом проекте был расчитан конвертерный цех с двумя конвертерами вместимостью 200т. В состав такого цеха входят: главный (конвертерный) корпус и ряд отделений, тесно связанных с ним единым технологическим процессом и расположенных в отдельных зданиях. К ним относятся отделения: перелива чугуна, металлошихтовое, разливочное, шлаковое и дымососное. Кроме того, цех обслуживают вспомогательные отделения - раздевания слитков, охлаждения, чистки и смазки изложниц, подготовки составов. Отделение сыпучих материалов представляет собой приемно-загрузочную станцию конвейерного тракта подачи шлакообразующих материалов в главный корпус.



2. Расчёт материального баланса кислородно-конвертерной плавки

Таблица 2.1 - Химический состав чугуна

С	Mn	Si	S	P
4	1,25	0,75	0,035	0,0185

Таблица 2.2 - Химический состав металлолома

С	Mn	Si	S	P
0,1	0,5	0,35	0,03	0,02

Таблица 2.3 - Химический состав стали

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	С	Mn	Si	S	Ni	Cr	P
17ГС	0,14…0,2	1…1,4	0,4…0,6	0-0,04	0-0,3	0-0,3	до 0,035

Таблица 2.4 - Состав неметаллической части шихты и футеровки

№ п/п	Материал	Состав материала, %
		SSiO2	AAl2O3	CCaO	MMgO	SS	FFe2O3	FFeO	CCO2	HH2O	GПр.
1.	Плавиковый шпат	4	0,5	6,5	0,15	0,5	0,4	-	6	0,5	81,45
2.	Миксерный шлак	45	6	40	3	2,3	0,8	2,0	-	-	0,9
3.	Загрязнённость лома	70	29,5	-	-	-	-	-	-	-	0,5
4.	Окалина лома	-	-	-	-	-	69	30,3	-	-	0,7
5.	Футеровка смолодоломитовая	2	1,5	50	22,5	-	3	1,5	-	-	19,5
6.	Известь	2,5	3,3	87	0,9	-	0,31	-	5,1	0,49	0,4



Таблица 2.5 - Условия ведения плавки

№	Наименование	Обозначение	Размерность	Значе-ния
1	Доля окисляемого до СО2 углерода	КС	Единицы	0,11
2	Содержание кислорода в дутье	О2д	%	98,7
3	Усвоение кислорода дутья	О2	% объёма кислорода дутья	97
4	Основность конечного шлака	В	единицы	3,2
5.	Потери Fe с дымом	МД	% от массы металлошихты	1,4
6.	Количество корольков в шлаке	МК	% от массы шлака	4,1
7.	Количество выноса и выбросов	МВ	% от массы металлошихты	0,44
8.	Температура чугуна	tЧ	0С	1320
9.	Температура металла	tМ	0С	1600
10.	Температура лома	tЛ	0С	0
11.	Потери тепла в окружающую среду	qп	% от прихода тепла	2,9
12.	Угар Si из раскислителей	УSI	%	30
13.	Угар Mn из раскислителей	УMn	%	25

Таблица 2.6 - Расходы материалов

№№ п/п	Наименование	Обозначение	Размерность	Значения
				Рекоменд	Приня-тые
1.	Плавиковый шпат		% от массы металлошихты	0,2…0,8	0,36
2.	Миксерный шлак		% от массы чугуна	0,5…2,5	2,22
3.	Загрязнённость лома		% от массы лома	1,0…4,0	2,7
4.	Окалина лома		% от массы лома	0,5…4,0	1,75
5.	Футеровка		% от массы металлошихты	0,2…4,0	0,37

Предварительное определение расхода стального лома

Предварительное определение расхода стального лома производится по уравнению, приведенному в работе, для упрощения которого принято, что выход металла (М_м) и (М_шл) после продувки составляет соответственно 90 и 15 кг на 100 кг металлошихты.



В примерном расчете принято, С_ост=0,17%. Тогда

?Н^хим_чуг=12552*4+26903*0,75+7029*1,25+19748*0,0185=79533,1 кДж/100 кг

Дополнительные величины

Масса чугунка:

М_ч=100 - М_л = 100 - 20,9245 = 79,0755 кг/100 кг

Действительные массы чугуна и лома составляют:

а массы миксерного шлака, загрязнённости и окалины лома составят:

Расчёт массы примесей, вносимых неметаллической шихтой

Расчёт массы примесей, вносимых неметаллической шихтой, производится с учётом расходов компонентов шихты и их состава



Массы остальных примесей рассчитываются аналогично:

Расчёт содержания оксидов железа в шлаке

При относительно постоянных условиях продувки содержание оксидов железа в конечном шлаке определяется, в основном, содержанием углерода в конце продувки (С_ост) и основностью шлака (В) и может быть определено по эмпирическим формулам:

;

.

Окислительная способность шлака определяется общим (суммарным) содержанием закиси железа в конечном шлаке, которое может быть определено по уравнению



Баланс марганца

Содержание марганца в металле в конце продувки равно:

Баланс фосфора

Остаточное содержание фосфора в металле в конце продувки равно:

Баланс серы

Конечное содержание серы в металле в конце продувки:

Количество примесей в металлошихте

Количество примесей, содержащихся в металлошихте, определяется составом и расходом компонентов металлошихты

Где Э - элемент примесь: С, Mn, Si, S, P.

Удаляется примесей из металлошихты

Количество элемента-примеси, удаляющегося из металлошихты, может быть определено по уравнению:

где Э_ост - остаточное содержание элемента-примеси в металле после продувки (при продувке кремний выгорает полностью, то есть Si_ост=0,0386%.

Для условий примерного расчета получим

С_уд = 3,113 - 0,01*0,14*90=2,987 кг

Mn_уд = 1,066 - 0,01*0,209*90=0,878 кг

Si_уд = 0,65 кг

S = 0,033 - 0,01*0,0386*90=-0,0017 кг

Р_уд = 0,0183 - 0,01*0,00127*90=0,0172 кг

Потребность кислорода на окисление примесей металлошихты и масса образующихся при этом оксидов

Потребность кислорода на окисление примесей и масса образующихся оксидов рассчитывается с учётом массы окисляющихся элементов-примесей и стехиометрических коэффициентов в формулах соответствующих оксидов

Для условий примерного расчета получим:

Расход извести

При продувке обычных передельных чугунов необходимое количество извести определяется основностью конечного шлака, количеством кремнезёма и оксида кальция, вносимых футеровкой и всеми шихтовыми материалами (кроме извести), и флюсующей способностью извести и может быть определено по уравнению:

Расчёт массы примесей, поступающих в шлак

Учитывая примеси, поступающие как из металлической части шихты, так и из всей (включая известь) неметаллической шихты:



Определение массы и состава шлака

Масса конечного шлака определяется по формуле:

А его состав по уравнению:

где К_i - масса соответствующего компонента в шлаке, вносимая всеми компонентами шихты, кг.

Баланс оксидов железа

Масса Fe₂O₃, вносимой неметаллической шихтой, определяется по уравнению:

Масса Fe₂O₃, уносимая отходящими газами, равна:

Fe₂O_3д=(160/112)*М_д=1,429*1,4=2,000 кг

Расчёт количества дутья

Массы кислорода, необходимого для образования оксидов железа шлака и отходящих газов, равны соответственно:

Массы кислорода, образующегося при диссоциации оксидов железа, поступающих из шихты, равна:



Масса дутья:

Расчет массы и состава отходящих газов

В примерном расчете принято, что вся влага шихтовых материалов переходят в газовую фазу в виде пара, то есть степень диссоциации влаги равна нулю.

СО_г = (4,955/6,091) ·100=81,35% G_COг = (28/22,4) ·4,955=6,194 кг

СО_2г =(0,868/6,091) ·100=14,253% G_CO2г =(44/22,4) ·0,868=1,705 кг

О_2г = (0,145/6,091) ·100=2,378% G_O2г = (32/22,4) ·0,145 = 0,207 кг

N_2г = (0,064/6,091) ·100=1,044% G_N2г = (28/22,4) ·0,064 = 0,08 кг

H₂Oг = (0,0594/6,091) ·100=0,0594% G_H2Oг =(18/22,4) ·0,0594 =0,048 кг

СУММА 100% СУММА 8,233 кг

Выход металла

Выход жидкого металла после продувки определяем по формуле:

Материальный баланс плавки

Поступило кг Получено кг

Чугун, включая Жидкий металл 88,224

миксерный шлак 79,0755

Стальной лом, включая Шлак 17,499

загрязненность и окалину 20,925

Плавиковый шпат 0,36 Отходящие газы 8,233

Футеровка 0,37 Fe₂O₃ дыма 2,0

Известь 9,3708 Корольки 0,7175

Дутья 6,998 Вынос и выбросы 0,396

ИТОГО 117,079 ИТОГО 117,07

3. Раскисление стали

производительность сталь раскисление плавка

Определение расхода раскислителей

Расчет необходимых количеств раскислителей производится на среднезаданное содержание соответствующих элементов (Mn и Si) в готовой стали с учетом их угара по формуле:



где Э_кон - среднезаданное содержание элемента в готовой стали, %

Э_К - содержание элемента в раскислителе, %

где Э_макс и Э_мин - соответственно максимальное и минимальное содержание элемента

,

Расчет массы готовой стали

Принимаем, что все элементы (кроме Mn и Si), входящие в состав раскислителей, полностью переходят в готовую сталь, то есть их угар равен нулю.

Масса примесей, переходящих из раскислителей в готовую сталь может быть определена по формуле:

Масса готовой стали составит:

М_г.с. = G_м + ?G_Fe = 88,224 +1,241+1,981=91,446 кг



Химический состав готовой стали

4. Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки

Приход тепла

Приход тепла в конвертер определяется по уравнению:

а) расчет физического тепла жидкого чугуна:



б) химическое тепло реакций окисления примесей металлошихты:

в) химическое тепло реакций шлакообразования:

г) химическое тепло реакций образования оксидов железа шлака и дыма:

д) физическое тепло миксерного шлака:

Общий приход тепла состави:

Расход тепла



а) расчет физического тепла жидкой стали:

б) расчет физического тепла конечного шлака:

в) тепло уносимое отходящими газами:

г) тепло диссоциации извести и окислов железа:

д) тепло, уносимое дымом:

е) тепло, уносимое выбросами и корольками:



ж) потери тепла в окружающую среду:

Общий расход тепла состави:

Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки

Приход	кДж	%	Расход	кДж	%
Физическое тепло чугуна	95443,8	49,33	Физическое тепло стали	124483	65,64
Физическое тепло миксерного шлака	64866	33,52	Физическое тепло шлака	37273,1	19,6
Химическое тепло реакций шлакообразования	6705,16	3,47	Тепло, уносимое отходящими газами	14325,1	7,53
Химическое тепло оксидов примесей шихты	23546,3	12,17	Тепло диссоциации	4169,88	2,19
Химическое тепло реакций образования оксидов железа	2924,62	1,51	Тепло, уносимое дымом	2569,6	1,35
			Тепло выносов и корольков	1401,36	0,74
			Потери тепла	5611,1	2,95
ИТОГО	193486	100	ИТОГО	190193	100

Размещено на Allbest.ru