Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Современные технологии сталеплавильного производства»

Выполнил: студент 4-го курса

заочного факультета группа ЗМЧМ - 11

Зычков В. С.

г. Новокузнецк 2015



Содержание

Введение

1. Расчет материального баланса

1.1 Исходные данные

1.2 Расчет технологических параметров плавки

1.2.1 Определение среднего состава металлошихты и количества примесей, окисляющихся к концу продувки

1.2.2 Определение расхода извести

1.2.3 Определение содержания окислов железа в шлаке

1.2.4 Предварительное определение количества и состава шлака в конце продувки

1.2.5 Определение состава металла в конце продувки

1.2.6 Определение содержания фосфора в металле

1.2.7Определение содержания серы в металле

1.2.8 Определение угара примесей чугуна и количество образовавшихся окислов

1.2.9 Уточнение количества и состава конечного шлака

1.2.10 Баланс окислов железа в шлаке

1.2.11 Расчет технического расхода кислорода

1.2.12 Расчет количества и составов газов выходящих из горловины конвертера

1.2.13 Определение жидкого металла в конце продувки

1.3 Расчет раскисления и выхода жидкой и годной стали

1.3.1 Расход необходимого количества ферросплавов для раскисления

1.3.2 Проверка химического состава годной стали

2. Расчет теплового баланса

2.1 Приход тепла

2.1.1 Физическое тепло жидкого чугуна

2.1.2 Химическое тепло металлошихты

2.1.3 Химическое тепло реакций шлакообразования

2.1.4 Физическое тепло миксерного шлака

2.1.5 Общий приход тепла на плавку

2.2 Расход тепла

2.2.1 Физическое тепло стали

2.2.2 Физическое тепло шлака

2.2.3 Тепло, уносимое отходящими газами

2.2.4 Тепло, уносимое выбросами металла

2.2.5 Тепло, уносимое пылью отходящих газов

2.2.6 Тепло диссоциации извести

2.2.7 Тепло диссоциации окислов железа, внесенных шихтой и футеровкой

2.2.8 Тепло, уносимое корольками

2.2.9 Общий расход тепла

2.2.10 Избыток тепла

Список литературы

продувка конвертер железо шихта



1. Расчет материального баланса

1.1 Исходные данные

Расчет материального баланса производится на 100 кг металлической завалки (чугун + скрап). Доля чугуна 72%.

Химический состав чугуна, скрапа, металла перед раскислением и готовой стали, приведен в таблице 1.

Таблица 1

Состав исходных материалов и продуктов

Наименование материала	Содержание элементов, %
	C	Mn	Si	P	S
Жидкий чугун	4,55	0,65	0,7	0,11	0,035
Стальной скрап	0,23	0,55	0,2	0,022	0,025
Металл перед раскислением	0,3	0,17	следы	0,017	0,017
Готовая сталь 35ГC	0,3-0,37	0,8-1,2	0,6-0,9	до 0,04	до 0,045

Температура чугуна при заливке в конвертер принята равной t_чуг = 1324 °С. Температура металла в конце продувки принимается равной = 1630 °С.

На основе практических данных принимаем расход материалов и потери металла (в процентах от веса металлической завалки) значения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2

Расход материала и потери металла

Наименование	Условные обозначения	Расход 100 кг металлозавалки, кг (%)
1. Флюс, ФОМИ	Магл.	0,76
3. Футеровка	Мф.	0,15
4. Потери железа в виде пыли	Мпыли	0,6
5. Потери железа в виде корольков	Мкор.	0,3
6. Потери железа с выбросами и выдувкой	Мвыбр.	1,0
8. Загрязнения вносимые стальным скрапом	Мзагр.	0,4
9. Потери металла в ковше при разливке	Мразл.	1,5
10. Расход миксерного шлака	Мм.шл	0,5

Примерный химический состав неметаллической части шихты, футеровки конвертера и других материалов приведен в таблице 3.

Таблица 3

Состав исходных материалов

Наименование материала		Содержание компонентов,%
	CaO	SiO2	MgO	Fe2O3	FeO	Al2O3	MnO	P2O5	CO2	H2O	S
Известь	88	1,43	1,58	0,96	-	0,49	-	-	6,0	1,49	0,05
Зола угля	2,4	69,4	0,5	5,7	-	22,0	-	-	-	-	-
Флюс, ФОМИ	17,0	2,0	75,0	6,0	-	-	-	-	-	-	-
Футеровка	5,80	3,00	88,70	1,25	-	1,25	-	-	-	-	-
Миксерный шлак	7,50	54,5	3,30	-	18,70	10,6	5,00	0,20	-	-	0,20
Загрязнение стального скрапа	3,00	68,0	2,00	3,00	-	24,0	-	-	-	-	-

1.2 Расчет технологических параметров плавки

Определение расхода стального скрапа. Соотношение между чугуном и скрапом в Ме завалке выбирается с учетом состава и температуры заливаемого чугуна Q_изб рассчитывается на 100 кг чугуна. Во время продувки выгорит следующее количество основных примесей чугуна

С = 4,55-0,3 = 4,25 %

Mn = 0,65-0,17 = 0,48 %

Si = 0,7 %

Избыточное тепло чугуна определяется по формуле:

Q_изб=10³[(8,35-0,1*B)*Si+1,6Mn+3,8*C+2+0,0195*t_пр]-[(0,44+0,64*B)*Si+0,17*Mn+0,785*C+20,4]*t_м

где B - основность шлака;

t_пр - температура заливаемого чугуна, Ч

t_м - температура металла на выпуске, Ч

Q_изб=103[(8,35-0,1*3,2)*0,7+1,6*0,48+3,8*4,45+2+0,0195*1324]-[(0,44+0,64*3,2)*0,7+0,17*0,48+0,785*4,25+20,4]*1630 = 11476,62ккал/100кг чугуна = 48018,17кДж/100кг чугуна

При таком избытке тепла чугуна расход Ме лома составит:

G_{л =}

где q_л - охлаждаемый эффект лома

Охлаждающий эффект металлолома расчитывается по формуле

q_{л =} С^л_{тв *} t^л_пл+q_скр+(t_м - t^л_пл) * C^л_ж

где С^л_тв - теплоемкость твердого лома, равна 0,167 ккал/кг;

- температура плавления лома, ^оС (принимается равной температуре плавления выплавляемой стали), принимаем для выплавки низколегированной стали 1527С;

- скрытая теплота плавления лома, равная 68 ккал/кг;

- температура металла в конце продувки, ^оС;

- теплоемкость жидкого лома, равная 0,2 ккал/кг.

Тогда

ккал/кг. = 1491,5 кДж/кг

Расход лома определяется по формуле

кг/т

Таким образом замкнутый тепловой баланс при всех заданных параметрах процесса, может быть только при расходе лома 24,35% и расходе чугуна 75,65%.

При 35,43% если в шихте избыток лома составит:

ДG_{л =} 35,43 - 24,35 = 11,08кг или %

В этом случаи недостаток тепла составит

Q_нед = ДG_{л *} q_л = 11,08 * 1491,5 = 16525,8 кДж

Этот недостаток тепла необходимо

Принимаем уголь следующего состава, %

C^р 66,0; H^р 4,7; S^р 0,5; O^р 7,5; N^Р 1,8; W^Р 8,5; A^Р 11.

Теплотворная способность угля составит

Q_н^Р = 81 * С^Р + 246 * H^Р - 26(O^Р- S^Р) - G*W^Р = 81* 66 +246 * 4,7 - 26 * 7,5 + 26 * 0.5 - 6 * 8.5 = 629,2 калл/кг угля = 26268 кДж/кг угля

Принимаем величину усвоения теплоты от сжигания угля равной 28%.

Расход угля составит

q_уголь = = = 2,25кг/100кг металлозавал = 22,5

1.2.1 Определение среднего состава металлошихты и количества примесей, окисляющихся к концу продувки

Количество примесей, внесенных металлической шихтой, приведено в таблице 4.

Таблица 4

Количество внесенных примесей

Наименование материала	Содержание элементов в металлошихте,% (кг)
	C	Mn	Si	P	S
Чугун	4,25 * 0,72 =3,06	0,65 * 0,72 =0,468	0,7 * 0,72 =0,504	0,11 * 0,72 =0,079	0,035 * 0,72 =0,025
Скрап	0,23 * 0,28=0,064	0,55 * 0,28 =0,154	0,2 * 0,28 =0,056	0,022 * 0,28 =0,006	0,025 * 0,28 =0,007
Уголь	66*0,0225*0,5=0,743	-	-	-	0,5*0,0225*0,5=0,005
Итого:	3,867	0,62	0,56	0,085	0,037

На основе предварительно принятого состава металла перед раскислением и среднего состава металлической завалки можно определить количество примесей, окислившихся за время продувки. Так как расчет ведется на 100 кг металлической завалки, а состав металла перед раскислением дан в процентах, отнесенных к жидкой стали, то необходимо внести поправку на изменение количества металла за время продувки (выход жидкого металла к моменту раскисления). Тогда количество окислившихся примесей за время продувки определится величинами, представленными в таблице 5.

Таблица 5

Количество окислившихся примесей

Примеси	C	Mn	Si	P	S
Содержание примесей в шихте	3,867	0,62	0,56	0,085	0,037
Остается в металле	0,092	0,156	следы	0,015	0,015
Удаляется за время продувки	3,775	0,464	0,56	0,070	0,022

1.2.2 Определение расхода извести

Для определения расхода извести необходимо задаться основностью шлака в конце продувки, которая в зависимости от состава чугуна обычно колеблется в пределах 3,0-4,5. Принимаю В_К=3,2.

Расчет количества вносимого SiO₂ и СaО всеми шихтовыми материалами (кроме извести) и футеровкой конвертера приведен в таблице 6.

На основе данных таблице 6 получения принятой основности конечного шлака (В_K=3,2) необходимо иметь в последнем

М_СаO=SiO₂ВК = 1,76473,2 = 5,64 кг

Шихтовыми материалами вносится СaО - 0,194 кг, следовательно, присадкой извести необходимо внести окиси кальция:

М_СаO=5,71-0,194=5,516 кг.

Флюсующая способность извести (Ф_изв) определяется по формуле:

Тогда расход извести для обеспечения заданной основности шлака:

кг

Таблица 6

Количество вносимых SiO₂ и СаО

Источники	Расход материала на 100 кг шихты, кг1)	Вносится, кг
		SiO2	CaO
Окисление металлошихты	0,56	1,029	-
Флюс,ФОМИ	0,76	0,0152	0,130
Зола угля	2,25	=0,171	=0,005
Футеровка	0,15	=0,0045	=0,009
Миксерный шлак	0,5	=0,273	=0,038
Загрязнение стального скрапа	0,4	=0,272	=0,012
Итого	-	SiO2=1,7647	CaO=0,194

Однако часть извести будет выноситься из конвертера отходящими газами. Количество выдуваемой извести обычно равно 5-10% от ее расхода и зависит от интенсивности продувки, фракционного состава извести, типа применяемой фурмы, размеров конвертера, режима присадок сыпучих, дутьевого режима плавки и т.д. В расчете принято, что потери извести с отходящими газами составляют 5%.

Тогда расход извести на плавку: кг, из них выносится

7,117 -6,762=0,36 кг.

1.2.3 Определение содержания окислов железа в шлаке

При кислородно-конвертерном процессе концентрация окислов железа в шлаке зависит, прежде всею, от содержания углерода в металле и основности шлака, а также от режима продувки (высоты расположения фурмы над уровнем спокойного металла, типа фурмы, расхода дутья, его давления и т.д.). При относительно постоянных условиях продувки содержание окислов железа в конечном шлаке можно определить исходя из содержания углерода в металле и основности шлака, используя следующее эмпирическое уравнение:

(%FeO) = 4B_к++3,9,

где (%FeO) - суммарное содержание окислов железа в конечном шлаке; B_к - основность шлака; [%С]_раск - концентрация углерода в металле пред расскислением, %.

(%FeO) = 43,2++3,9 = 16,7%.

В зависимости от режима продувки плавки, основность конечного шлака и содержания углерода в металле в конце продувки отношение (%FеО) и (%Fе₂О₃) в конечном шлаке обычно колеблется в пределах 1,5-3,0

В расчете это отношение принято равным 2,5, т.е.:

(%FеО) = 2,5(%Fе₂О₃).

Исходя из баланса уравнения

(%FeO)+ (%Fe₂O₃) = (%FeO),

2,5(%Fe₂O₃)+0,9(%Fe₂O₃) = 17,81%,

(%Fe₂O₃)= =4,91%.

(%FeO)=2,5(%Fe₂O₃)=2,54,91=12,27%.

1.2.4 Предварительное определение количества и состава шлака в конце продувки

Количество шлакообразующих окислов, получающихся при окислении примесей металлошихты (не учитывая окисление железа) и вносимых шихтовыми материалами, миксерным шлаком и футеровкой конвертера, приведено в таблице 7, откуда следует, что суммарный вес шлакообразующих (без окислов железа) равен:

10,0616- 0,15 - 0,2367=9,6749кг.

Эта сумма окислов должна составлять

100 - (% FeO) - (% Fe₂O₃) = 100 - 13,1- 5,24= 81,66%

от веса шлака.

Тогда в конце продувки металла шлака должно образоваться

кг.

На основе известного количества шлака и количества, поступивших в него компонентов можно рассчитать процентное содержание отдельных окислов:

CaO=100=51,5%; SiO₂=100=15,89%;

MnO=100=7,71%; P₂O₅=100=2,01%;

MgO=100=2,28 %; Al₂O₃=100=2,05%;

S=100=0,22%;

FeO=13,1%; Fe₂O₃=5,24%.

Сумма 100%

Основность шлака B^ф_к = = 3,2, т.е. как и должно быть полностью совпала с заданной.

Таблица 7

Расчет количества шлака

Источники	Количе-ство, кг	Поступило в шлак, кг	п.п.п.	Мок
		CaO	SiO2	MnO	P2O5	FeO	Fe2O3	MgO	Al2O3	S
От окисления примесей чугуна	-	-	1,029	0,756	0,236	-	-	-	-	0,021		2,042
Известь	6,762	6,025	0,098	-	-	-	0,066	0,108	0,034	0,003	0,513	5,334
Флюс,ФОМИ	0,76	0,130	0,054	-	-	-	-	0,487	0,028		-	0,475
Зола угля	-	0,005	0,1115	-	-	-	0,0092	0,0008	0,0352	-	-	0,1606
Футеровка	0,15	0,009	0,0045	-	-	-	0,002	0,133	0,002	-	-	0,15
Миксерный шлак	0,5	0,038	0,273	0,025	0,001	0,093	-	0,016	0,053	0,001	-	0,5
Загрязнение стального скрапа	0,4	0,012	0,272	-	-	-	0,012	0,008	0,096	-	-	0,4
Итого:		6,1014	1,883	0,913	0,2379	0,15	0,2367	0,2705	0,2432	0,0259	0,513	10,0616

1.2.5 Определение состава металла в конце продувки

Содержание углерода. Содержание углерода в металле в конце продувки плавки [%С]_К было принято исходя из состава выплавляемой марки стали [%С]_К=0,27 %.

Содержание кремния. При основном сталеплавильном процессе кремний окисляется до следов. Поэтому его содержание в металле перед раскислением принимаем за нуль [%Si]_K=0.

Содержание марганца. Распределение марганца в системе металл-шлак в конце плавки приближается к равновесному. Константа равновесия по Керберу и Ользену

Для температуры конца продувки 1650 °С (1923К) константа равновесия марганца составит =1,93.

Тогда,

следовательно (%Mn)=25,28[%Mn].

Балансовое уравнение распределения марганца между шлаком и металлом имеет следующий вид:

Mn_ш=,

где Mn_ш - количество марганца, внесенной всей шихтой, кг; [%Mn]_к - содержание марганца в конечном металле; М_мет - выход жидкого металла, принятой равной 92 кг; М_шл - количество шлака в конце продувки.

Вносится марганца (Mn_ш):

металлической шихтой 0,77кг;

агломератом =0,102 кг

миксерным шлаком =0,019 кг

Mn_ш=0,891 кг

где 0,760 и 0,500 - расход агломерата и миксерного шлака, кг; 0,60 и 5,0 - содержание MnO в агломерате и миксерном шлаке, кг.

Подставляя известные величины в балансовое уравнение, получим:

0,891==3,24[%Mn]_к.

Отсюда содержание марганца в металле в конце продувки

[%Mn]= =0,275%.

1.2.6 Определение содержания фосфора в металле

Значение коэффициента распределения фосфора между шлаком и металлом в конце продувки при температуре, близкой 1600°С для различных содержаний СаО и FeO может быть определено из таблицы 8,составленной на основе обработки большою количества производственных данных.



Таблица 8

Коэффициент распределения фосфора при различном содержании в шлаке СаО и FeO

Отношение при содержании в шлаке (FeO%) и (СаО%)
FeO, %	12,0	14,0	16,0	18,0	20,0	22,0	24,0	26,0
СаО, %
45	85	100	115	130	145	160	175	190
50	95	110	125	140	155	170	185	200
55	105	120	135	150	165	180	195	210

В нашем случае при CaO=51,5% и (%FeO)=17,81% из таблицы 8 находим (интерполированием) коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом 140.

Отсюда (%P₂O₅)=140[%P].

Балансовое уравнение распределения фосфора между шлаком и металлом имеет вид:

P_ш=

где P_ш - количество фосфора, вносимый всеми шихтовыми материалами, кг; [%P]_к - содержание фосфора в металле в конце продувки, %; М_мет - принятый расход жидкого металла, кг; М_шл - количество конечного шлака, кг;

Вносится фосфор (P_ш):

металлошихтой 0,12 кг;

агломератом =0,0004 кг

миксерным шлаком =0,0004 кг

P_ш = 0,1208 кг,

где 0,760 и 0,50 - расход агломерата и миксерного шлака, кг; 0,20 и 0,20 - содержание P₂O₅ в этих материалах, %.

Подставляя известные значения в балансовое уравнение

получим 0,1208=[%P]_к0,92+140[%P]_к=8,162[%P]_к,

отсюда [%P]_к==0,015%.

1.2.7 Определение содержания серы в металле

Приближенно считают, что вся сера шихты распределяется между шлаком и металлом, так как удаление серы в газовую фазу при ЛД-процессе имеет сравнительно слабое развитие (2-4% от общего количества серы шихты).

Значение коэффициента распределения серы между шлаком и металлом можно определить по формуле А.Н.Морозова.

_S==[0,5+2,25n(FeO)][1+],

где n(CaO)=nCaO-2nSiO₂-3nP₂O₅-n(Al₂O₃) и nCaO, nSiO₂ nMnO и т.д. - число килограмм-молекул соответствующего окисла в 100 кг шлака.

Для рассматриваемого случая:

n(FeO)= =0,247; n(CaO)= =0,92;

n(MnO)= =0,109; 2n(SiO₂)==0,53;

n(Al₂O₃)= =0,02; 3n(P₂O₅)==0,042.

Тогда n(CaO) =0,92-0,53-0,042=0,348.

Коэффициента распределения серы _S между шлаком и металлом будет равным

_S=(0,5+2,250,247)(1+)=8,053,

тогда (%S)= _S[%S]= 8,053[%S]

Балансовое уравнение распределение серы имеет вид

S_ш==

Вносится сера (S_ш):

металлошихтой 0,038 кг;

известью =0,003 кг;

миксерным шлаком =0,001 кг;

S_ш=0,042 кг.

где 7,1024 и 0,50 - количество извести и миксерного шлака, кг; 0,04 и 0,20 - содержание серы в указанных материалах, %.

Подставляя известные величины в балансовое уравнение,

получим 0,042=[%S]_к0,92+8,053[%S]_к=1,87[%S]_к,

отсюда [%S]_к==0,022%.

1.2.8 Определение угара примесей чугуна и количество образовавшихся окислов

Состав метала перед раскислснием:

[С]_к= 0,27%; [%Mn]_к=0,275; [Si]_к=следы; [%Р]_к=0,015; [%S]_к=0,022.

Количество примесей, оставшихся в металле:

углерода - 0,270,92=0,248 кг,

марганца - 0,2750,92=0,253 кг,

кремния - [Si]_к = следы,

фосфора - 0,0150,92=0,014 кг,

серы - 0,0220,92=0,02 кг,

где 0,92 - принятый выход жидкого металла.

Следовательно, за операцию примесей удаляется:

углерода=3,856-0,248=3,608 кг

в том числе СО 3,608 ·0,9=3,247 кг.

до СО₂ 3,608 ·0,1=0,361 кг;

марганца 0,77-0,253 = 0,517 кг,

кремния 0,48-следы = 0,48 кг,

фосфора 0,12-0,014=0,106 кг.

Серы удалено из металла 0,038-0,02=0,018 кг.

С учетом извести и миксерного шлака серы поступило в шлак

0,018+0,003+0,001=0,022 кг.

В таблице 9 приводится необходимое количество кислорода для окисления указанных примесей и выход окислов.

1.2.9 Уточнение количества и состава конечного шлака

Полученные данные о составе металла в конце продувки позволяют уточнить состав и количество шлака в этот момент плавки. С этой целью необходимо внести соответствующие коррективы в таблице 7 в статью, учитывающую количество окислов, образовавшихся в результате горения примесей металла, и переход серы.

В таблице 9 приводится расчет этого уточненного количества образующихся окислов и расход кислорода на горение элементов. Как видно, в отличие от таблице 7 изменились только величины поступивших в шлак из металла МnО, Р₂О₃ и S,поэтому новая сумма шлакообразующих без окислов железа составит:

М_ок=9,6749-(0,756+0,236+0,021) + (0,667+0,243+0,018)=9,59кг.

Отсюда уточненное количество шлака в конце продувки

кг.



Таблица 9

Количество кислорода и образовавшихся окислов

Элемент, окисел	Количество окислившегося элемента, кг	Потребное количество кислорода, кг	Количество образовавшегося окисла, кг
[C]{CO}	3,247	4,329	7,576
[C]{CO2}	0,361	0,963	1,324
[Mn](МnO)	0,517	0,15	0,667
[Si](SiO2)	0,48	0,549	1,029
[P](P2O5)	0,106	0,137	0,243
[Fe](Fe2O3)пыль	0,6	0,257	0,857
Итого	5,311+0,018=5,329	6,385	-

На основе таблиц 7 и 9 уточненный состав конечно шлака:

CaO=100=51,95%; SiO₂=100=16,04%;

MnO=100=7,02%; P₂O₅=100=2,09%;

MgO=100=2,3%; Al₂O₃=100=2,07%;

S=100=0,19%;

FeO=13,1%; Fe₂O₃=5,24%.

Итого: 100,0000

При этом основность шлака:

Коэффициенты распределения:

марганца ==25,5;

фосфора ==139,3;

серы ==8,6.

1.2.10 Баланс окислов железа в шлаке

Исходными материалами вносится окиси железа (Fе₂О₃)_и.м.=0,2367кг. Следовательно, за счет горения железа должно образоваться

кг.

Для этого должно окислиться железа кг и потребуется кислорода кг.

Исходными материалами вносится закиси железа (FеО)_и.м.=0,15кг. Тогда за счет горения железа должно быть получено закиси железа

кг.

Для этого должно окислиться железа кг и потребуется кислорода кг.

Итого на образование окислов железа в шлаке должно сгореть железа 0,265+1,08=1,345 кг, для чего требуется кислорода 0,113+0,308=0,421 кг.

1.2.11 Расчет технического расхода кислорода

Всего необходимо кислорода на окисление примесей чугуна и железа до (Fе₂О₃)_пыль 6,385кг, на окисление железа до FеО и Fе₂О₃ шлака 0,421 кг О₂.

Некоторое количество кислорода растворится в металле. Величины обычного содержания кислорода в металле в конце продувки зависят от содержания углерода в последнем и приведены в таблице 10 (по данным ЦНИИЧМ).

Таблица 10

Взаимосвязь [%О] и [%С] в конце продувки

[%С]	0,05	0,10	0,15	0,20	0,30	0,40	0,70
[%О]	0,065	0,055	0,045	0,035	0,030	0,027	0,022

Для рассчитываемой плавки при [%С]=0,27% содержание кислорода может быть принято равным [%О]=0,033%.

Тогда всего необходимо кислорода

5,385+0,421+0,548+0,03=7,384 кг.

В зависимости от технологических условий и режима продувки усвоение ванной вносимого дутьем кислорода колеблется в пределах 90 - 98%. В примерном расчете величина принята равной 95%.

Тогда расход кислорода на плавку составит

кг или м³.

При чистоте технического кислорода 99,6% (обычно 98,5-99,8%) его требуется м³.

Вместе с кислородом поступит азота

5,462-5,44=0,022 м³ или кг.

Из этого количества азота растворяется в металле 0,004 кг (обычно 0,003-0,006 %) и уносится из конвертера

0,027-0,004=0,023 кг.

Всего технического кислорода требуется

7,772+0,027=7,769 кг.

1.2.12 Расчет количества и состав газов выходящих из горловины конвертера

Принимаем, что выделяющиеся при нагреве извести, агломерата и плавикового шпата СО₂ и Н₂О, не участвуют в окислении примесей металлической шихты.

В процессе продувки образуется газов:

СО₂ от горения углерода - 1,324 кг;

СО₂ из извести - кг;

Итого 1,735 кг.

СО от горения углерода - 7,576кг;

N₂ из дутья - 0,023кг;

Н₂О из извести - кг;

H₂О из угля - кг.

H₂O от горения угля 1,46

Итого Н₂О=0,0844 кг.

О₂ из дутья - 7,772-7,384=0,388 кг;

Полученные данные позволяют определить количество и состав газов (таблица 11).

Таблица 11

Количество и состав газов

Составляющие газы	Количество газов	Содержание, %
	кг	м3	весовых	объемных
CO2	1,735	0,884	16,38	10,64
CO	7,576	6,061	71,52	72,95
N2	0,05	0,04	0,47	0,48
H2O	0,844	1,051	7,97	12,65
O2	0,388	0,272	3,66	3,27
Итого	10,593	8,308	100	100

1.2.13 Определение жидкого металла в конце продувки

На основе полученных данных можно определить выход жидкого металла в конце продувки.

Угар и потери металла состоят из следующих статей.

1. Окислилось примесей чугуна 5,329-0,6-0,482=4,247 кг.

2. Унесено железа с пылью 0,6 кг.

3. Окислилось железа до FeO и Fe₂O₃ шлака 1,345 кг.

4. Потери железа с выбросами 0,300 кг.

5. Потери железа в виде корольков в шлаке 1000 кг.

6. Количество загрязнений на стальном скрапе 0,400 кг.

Итого угар элементов и потери 7,892 кг

Растворилось в металле кислорода и азота 0,033+0,004=0,037кг.

Тогда выход жидкой стали составит 100-7,892+0,037=92,145.

На основании произведенного расчета можно составить материальный баланс плавки.

Таблица 12

Материальный баланс плавки (до раскисления)

Поступило	Вес, кг	Получено	Вес, кг
Жидкий чугун	70,00	Жидкий металл	92,145
Стальной скрап	30,00	Шлак	11,744
Известь	7,207	Газы	10,593
Агломерат	0,5	Пыль в виде Fе2О3	0,857
Уголь	1,46	Вынос	0,485
Технический кислород	7,769	Пыль за счет выд-й, извести и аглом-а	0,385
Размыв футеровки	0,15	Корольки в шлаке	0,3
Миксерный шлак	0,5	Выбросы и выдувка	1,0
Итого	117,586	Итого	117,509

Невязка равна 0,077кг (0,065 %.)

1.3 Расчет раскисления и выхода жидкой и годной стали

В конвертерном процессе раскисление и легирование всех марок стали производится в сталеразливочном ковше.

Расчет необходимого количества раскислителей проводится на среднезаданное, предусмотренное ГОСТом содержание соответствующих элементов в той или иной марке готовой стали.

В зависимости от типа выплавляемой стали (кипящая или спокойная), содержания углерода в металле перед раскислением и количества присаживаемого ферросплава угар элементов раскислителей ориентировочно можно принимать в пределах, приведенных в таблице 13.



Таблица 13

Угар элементов раскислителей

Тип ферросплава	Угар элементов, %
	C	Mn	Si
Ферромарганец	15	15	20
Ферросилиций	-	15	20

Угар алюминия условно принимаем равным 80%, а расход его принят равным 0,03%. В таблице 14 приведен принятый состав ферросплавов

Таблица 14

Состав примененных ферросплавов

Ферросплав	Марка	Содержание элементов, %
		C	Mn	Si	P	S	Fe
Ферромарганец	ФСНn88	2,0	88,0	3,0	0,1	0,02	6,88
Ферросилиций	ФС75	0,1	0,4	75,0	0,05	0,02	24,43

1.3.1 Расход необходимого количества ферросплавов для раскисления

Среднезаданное содержание элементов в рассчитываемой стали 25ХГТ принято равным:

[Mn]=1%, [Si]=0,27%, [Cr]=1%, [Ti]=0,09.

Необходимое количество каждого ферросплава определяется по формуле

М_раск = кг,

где М_ст - выход жидкой стали в конце продувки, кг; [%Э]_гот.ст. - содержание соответствующего элемента в готовой стали, %; [%Э]_{пер.раск} - содержание соответствующего элемента перед раскислением, %; [%Э]_{ферроспл.} - содержание соответствующего элемента в ферросплаве, %.

M_FeMn = = 0,71 кг.

М_FeSi = = 0,414 кг.

Общий расход раскислителей составит:

0,71+0,414+0,03=1,154 кг.

Количество элементов, внесенных раскислителями в металл, приведено в таблице 15.

Таблица 15

Количество элементов, внесенных в металл

Элемент	Вносится Силикомарганцем, кг	Вносится Ферротитаном, кг	Всего, кг
C	0,71··= =0,012	0,414··= =0,0004	0,124
Mn	0,71··= =0,531	0,414··=0,0014	0,5324
Si	0,71 ··= =0,017	0,414··= =0,2484	0,2654
P	0,71 ·=0,0007	0,414·=0,0002	0,0009
S	0,71 ·=0,0001	0,414·=0,0001	0,0002
Fe	0,71 ·=0,0488	0,414·=0,1011	0,1499
Итого:	0,6096	0,3516	0,9612

Тогда выход жидкой стали после раскисления составит:

М_ст=92,145+0,9612=93,1062кг.

Угар раскислителей будет равен

1,154-0,9612=0,1928 кг.

1.3.2 Проверка химического состава готовой стали

Содержание элементов в готовой стали определено по формуле:

,

где [%Э]_гот.ст. - содержание данного элемента в готовой стали после раскисления в ковше, кг; М - содержание элемента в металле в конце продувки, кг; М - количество элемента, внесенного раскислителями, кг; М_ст - выход жидкой стали после раскисления, кг.

По указанной формуле определен состав готовой стали:

[С]_ст 0,28%;

[Mn]_ст 0,844%;

[Si]_ст 0,285%;

[Р]_ст 0,016%;

[S]_ст 0,022%;

Таким образом, проверка показала соответствие полученного состава готовой стали пределам, предусмотренным ГОСТом 5781-82.

Окончательный материальный баланс плавки приведен в таблице 16.

Таблица 16

Материальный баланс плавки

Поступило	кг	Получено	кг
Жидкий чугун	70,0	Жидкая сталь	93,1062
Стальной скрап	30,0	Шлак	11,744
Известь	7,207	Газы	10,593
Агломерат	0,5	Пыль в виде Fe2O3	0,857
Угольный прогрев	1,46	Угар раскислителей	0,1928
Технический кислород	7,169	Корольки в шлаке	0,300
Размыв футеровки	0,150	Вынос	0,485
Миксерный шлак	0,500	Выбросы и выд-а	1,0
Раскислители внесли	1,154
Всего	118,74	Всего	118,663

Выход годной стали определяется вычитанием из выхода жидкой стали, потерь металла в ковше и в процессе разливки.

93,1062-1,5=91,606кг.

Отсюда расход металлошихты (включая раскислители) на 1 тонну годной стали составит:

т или 1104кг.

Расход технического кислорода на 1 т годной стали

м³/т.



2. Расчет теплового баланса

Расчет ведем на 100 кг металлической завалки, основываясь на данных расчета материального баланса плавки, которые приведены в таблице 17.

Таблица 17

Статьи материального баланса плавки, необходимые для расчета теплового баланса

Наименование cтатей	Единица измерения	Обозначение	Численное значение
Доля жидкого чугуна в шихте	кг	Gчуг	70,0
Доля скрапа в шихте	кг	Gскр	30,0
Температура чугуна	°С	tчуг	1400
Окислилось элементов в ходе продувки	кг	[C]{CO2}	0,361
		[C]{CO}	3,247
		[Si](SiO2)	0,48
		[Mn](MnO)	0,517
		[P](P2O5)	0,106
		[Fe](FeO)	1,08
		[Fe](Fe2O3)	0,6
		[Fe](Fe2O3)пыль	0,265
Содержание окислов в шлаке	кг	SiO2	1,883
		P2O5	0,2379
		Fе2О3	0,6154
Количество миксерного шлака	кг	Мм.шл	0,5
Вес жидкой стали перед раскисленнем	кг	Мст	92,145
Температура стали перед выпуском	°С	Tст	1650
Количество конечного шлака	кг	Mшл	11,744
Компоненты отходящих газов	м3	V	0,884
		VCO	6,061
		V	0,04
		V	1,051
		V	0,272
Количество выбросов	кг	Mвыб	1,0
Количество Fе2О3, образовавшейся в результате испарения Fе	кг		0,857
Количество СО2, выделившегося из извести	кг		0,411
Количество Fе2О3, внесенное шихтовыми материалами	кг		0,2367
Количество FeO, внесенное шихтовыми материалами	кг	МFeO	0,15
Вес корольков	кг	Мкор	0,3

2.1 Приход тепла

2.1.1 Физическое тепло жидкого чугуна

Физическое тепло жидкого чугуна можно определить по формуле

,

где G_чуг - количество жидкого чугуна в металлической шихте, G_чуг =70 кг; С - теплоемкость твердого чугуна, равная 0,75 ; t_чуг - температура заливаемого в конвертер чугуна, t_чуг=1400^оС; g_чуг - скрытая теплота плавления чугуна, равная 217,9 ; t - температура плавления чугуна, принятая в расчете равной 1175 °С; C_чуг - теплоемкость жидкого чугуна, равная 0,92 ;

Q= кДж.



2.1.2 Химическое тепло металлошихты

Значения тепловых эффектов реакций окисления элементов при температурах их окисления приведены в таблице 18.

Таблица 18

Значение тепловых эффектов реакций окисления

Реакция	Тепловой эффект реакции окисления на 1 кг элемента, кДж
[C]+{O2}={CO2}	34094
[C]+1/2{O2}={CO}	10458,2
[Si]+{O2}=(SiO2)	30913,8
[Mn]+1/2{O2}=(MnO)	7018,3
2P+2,5{O2}=(P2O5)	24327,1
[Fe]+1/2{O2}=(FeO)	4826,9
2[Fe]+1,5{O2}=(Fe2O3)	7374,4

На основании данных таблицы 18 и результатов материального баланса можно определить химическое тепло реакций окисления элементов металлошихты Q_хим (таблица 19).

Таблица 19

Химическое тепло реакций окисления Q_хим

Элемент-окисел	Выгорело элементов, кг	Расчет	Вносится тепла, кДж
[C]{CO2}	0,361	0,36134094	12308
[C]{CO}	3,247	3,247·10458,2	33957,8
[Si](SiO2)	0,48	0,48·30913,8	14838,6
[Mn](MnO)	0,517	0,517·7018,3	3628,5
[P](P2O5)	0,106	0,106·24327,1	2578,7
[Fe](FeO)	1,08	1,08·4826,9	5213,1
[Fe](Fe2O3)	0,265	0,265·7374,4	1954,2
[Fe](Fe2O3)пыль	0,6	0,6·7374,4	4424,7
Итого	-	Итого	78903,6



2.1.3 Химическое тепло реакций шлакообразования

Считаем, что все количество SiO₂,P₂O₅ и Fе₂О₃ в шлаке связано следующими реакциями:

SiO₂+2СaО=(CaO)₂SiO₂+137432 ;

P₂O₅+4CaO=(CaO)₄P₂O₅+691350 ;

Fe₂O₃+CaO=CaOFe₂O₃+211176 ;

кДж.

2.1.4 Физическое тепло миксерного шлака

Среднюю теплоемкость миксерного шлака определяем по формуле:

C_o=0,73+0,0003T_м.шл,

где 0,73 - теплоемкость шлака при 0 К, ; 0,0003 - приращение теплоемкости шлака на 1°,; Т_м.шл - средняя температура миксерного шлака, К.

Среднюю температуру миксерного шлака, попадающего в конвертер из чугуновозного ковша, ориентировочно можно принимать на 15-20 ниже температуры заливаемого в конвертер чугуна.

Тогда

Т_м.шл=(1400-20)+273=1653 К,

C_o=0,73+0,00031653=1,23 .

Количество вносимого тепла миксерным шлаком определится из выражения

,

где М_м.шл - количество миксерного шлака на 100 кг металлошихты, кг; t_м.шл - средняя температура миксерного шлака, С; С_о - средняя теплоемкость миксерного шлака, ; q_м.шл - средняя теплота плавления шлака (209,5 );

кДж.

2.1.5 Общий приход тепла на плавку

Общий приход тепла на плавку рассчитывается следующим образом:

кДж.

2.2 Расход тепла

2.2.1 Физическое тепло стали

Физическое тепло стали Q1 можно определить по уравнению

,

где M_ст - вес жидкой стали перед раскислением, кг; С - теплоемкость твердой стали, равная 0,7 ; t_пл - температура плавления стали, С; q_пл - скрытая теплота плавления стали, равная 272,4 ; t_ст - температура стали перед выпуском, С; С - теплоемкость жидкой стали, равная 0,84 .

Температура плавления стали:

t_пл=1539-65·(%C),

где 1539 - температура плавления чистого железа, °С; 65 - снижение температуры плавления стали на 1% углерода в металле, °С; (%С) - содержание углерода в металле перед раскислением.

t_пл=1539-65·0,27=1520^оС.

Тогда

кДж.

2.2.2 Физическое тепло шлака

Среднюю теплоемкость конечного шлака (как и миксерного) определяем по формуле:

C_o=0,73+0,0003T_шл,

где Т_шл - температура конечного шлака, К.

Температуру конечною шлака принимаем выше температуры металла в конце продувки на 10°С, т.е. 1660°С, так как превышение температуры шлака над температурой металла составляет обычно 5-15°С.

Тогда

C_o=0,73+0,0003(1660+273)=1,21 .

Потери тепла со шлаком определяются по формуле:

Q₂=(C_оt_шл+q_шл)М_шл,

где q_шл - скрытая теплота плавления шлака, равная 209,5; М_шл - количество конечного шлака, кг;

Q₂=(1,211660+209,5)11,744=26049,4 кДж.

2.2.3 Тепло, уносимое отходящими газами

Среднюю температуру отходящих газов принимаем равной средней температуре металла за время продувки:

C,

Средними теплоемкостями газов в зависимости от их температуры задаются в соответствии с таблице 20.

Таблица 20

Средние теплоемкости газов

Компоненты газов	Средние теплоемкости газов в кДж/(м3.град) при температурах, оС	Теплоемкость газов при температуре, оС
	1400	1525	1650
СО	1,49	1,50	1,51
СО2	2,35	2,37	2,38
Н2О	1,85	1,87	1,88
N2	1,45	1,46	1,47
О2	1,55	1,57	1,58

Тепло, уносимое отходящими газами, определяется по формуле:

Q₃=t_{от газ}(C_COV_CO+CV+CV+ CV+CV),

где С - теплоемкости соответствующих составляющих газов, ; V - соответственно, количество СО, СО₂, H₂O, N₂, O₂ в отходящих газах, м³.

Q₃=1525(1,496,066+2,350,884+1,851,051+1,450,04+1,55·0,272)=

=20648,0 кДж.

2.2.4 Тепло, уносимое выбросами металла

Количество тепла, уносимого выбросами металла, рассчитывается по формуле:

,

где М_выб - потери металла с выбросами, кг; - средняя теплоемкость металла выбросов, которую можно принять равной теплоемкости жидкой стали, т.е. 0,84 ; - средняя температура металла выбросов, которую принимают равной средней температуре металла за продувку, т.е. 1525 °С.

Тогда:

Q₄=10,841525=1281 кДж.

2.2.5 Тепло, уносимое пылью отходящих газов

Потери тепла, уносимого пылью, складываются из потерь тепла, уносимого пылью в виде Fe₂O₃, извести и агломерата:

;

,

где - количество Fe₂O₃, образовавшейся в результате испарения и последующего окисления Fе, кг; С_пыли - теплоемкость пыли, которую принимаем равной теплоемкости шлака при t_пыли, ; t_пыли - температура пыли, которую принимаем равной температуре отходящих газов, 1525 ^оС;

C_пыли=0,73+0,00025(1525+273)=1,18 .

Тогда:

кДж.

Потерями тепла, уносимого известью и агломератом, можно пренебречь, так как они невелики из-за кратковременного нахождения указанного материала в полости конвертера. Кроме того, их нагрев происходит преимущественно за счет тепла отходящих газов, которое уже учтено выше:

1542,1 кДж.

2.2.6 Тепло диссоциации извести и плавикового шпата

При диссоциации извести СаСО₃ шихтовых материалов по реакции

CaCO₃СаО+СО₂-177237 ;

поглощение тепла равно кДж,

где 0,411 - количество СО₂, выделившегося из извести кг; 44 - молекулярный вес СО₂, кг; 177237 - тепловой эффект диссоциации CaCO₃.

2.2.7 Тепло диссоциации окислов железа, внесенных шихтой и футеровкой

При диссоциации Fe₂O₃ по реакции:

Fe₂O₃4,19(2Fe+1,5O₂-1230)

кДж,

где Fe₂O₃ =0,576 - всего внесено Fe₂O₃ шихтовыми материалами, кг.

При диссоциации FeO по реакции:

FeOFe+4,19(0,5О₂-895) ,

поглощение тепла:

кДж,

где FeO=0,2197 - всего внесено FeO шихтовыми материалами, кг.

Всего поглощается тепла при диссоциации окислов железа:

1219,9+525,5=1782,4 кДж.

2.2.8 Тепло, уносимое корольками

Тепло, уносимое корольками металла, запутавшимися в шлаке:

Q₈=M_корC_корt_кор,

Температура корольков принимается равной температуре шлака, т.е. 1660°С. Теплоемкость корольков - теплоемкости жидкой стали, т.е. 0,84 :

Q₈=0,30,841660=418,32 кДж.

2.2.9 Общий расход тепла

Общий расход тепла составит:

Q_расх=;

Q_расх=133204,8+26069,4+20648,0+1281,5+1542,1+1655,6+1782,4+418,3+7267,6=193199,2 кДж.

2.2.10 Избыток тепла

Избыток тепла без учета потерь тепла конвертером составит разница между общим приходом тепла за плавку и общим расходом тепла:

Q_изб=Q_прих-Q_расх 196750.2 кДж.

Этот избыток тепла частично расходуется на покрытие теплопотерь конвертера (через поверхность стенок и полость горловины) и охлаждение кислородной фурмы. Теплопотери определяются в зависимости от размеров конвертера, длительности перерывов между плавками, продолжительности плавки, возраста футеровки и т.д. Они могут быть рассчитаны лишь после определения основных размеров конвертера, фурмы и продолжительности отдельных операций конвертерной плавки. Обычно потери тепла конвертером ориентировочно можно принимать в пределах 1,5-4% от прихода тепла. В расчете принято 2,0%, тогда:

Q_пот=(1,5ч4) Q_прих=0,015196750,2=2951,0 кДж.

Тепловой баланс плавки на 100 кг металлической шихты приведен в таблице 21.

Таблица 21

Тепловой баланс плавки

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
Физическое тепло чугуна	91434,0	46,47	Физическое тепло жидкой стали	133204,8	67,7
Тепло окисления [C]{CO}	33957,8	17,26	Физическое тепло шлака	26049,4	13,24
Тепло окисления [C]{CO2}	12308,0	6,26	Физическое тепло отходящих газов	20648,0	10,49
Тепло окисления [Si](SiO2)	14838,6	7,54	Тепло, уносимое выбросами	1281,0	0,65
Тепло окисления [Mn](MnO)	3628,5	1,84	Тепло, уносимое пылью	1542,1	0,78
Тепло окисления [P](P2O5)	2578,7	1,31	Тепло разложения извести	1655,6	0,84
Тепло окисления [Fe](FeO)	5213,1	2,65	Тепло диссоциации окислов железа	1782,4	0,90
Тепло окисления [Fe](Fe2O3)	1954,2	0,99	Тепло, уносимое корольками	418,3	0,20
Тепло окисления [Fe](Fe2O3)пыль	4424,7	2,25	Потери тепла конвертером	2951,0	1,5
Теплота шлакообразования	6283,6	3,19	Газы прогр.	7267,6	3,7
Тепло миксерного шлака	953,4	0,48	-	-	-
Тепло угля	19175,6	9,75	-	-	-
Итого	196750,2	100	Итого	196750,2	100



Список используемой литературы

1. Раскисление и легирование стали: Методическое указание/ Сост.: Е.В. Протопопов, Г.И. Веревкин, К.М. Шакиров: СибГИУ. Новокузнецк, 2001. 20 с.

Размещено на Allbest.ru