Примітка: індекси “н” і “в” – нижня і верхня межі вмісту елемента

ВСТУП

Методика розрахунку матеріального і теплового балансів киснево-конвертерної плавки заснована на закономірностях і параметрах процесів, і отриманих під час аналізу експериментальних данних. Вона відображує умови роботи сучасних конвертерів з верхнім дуттям (“LD- процес ”).

Під час оформлення розрахунку розділи і підрозділи необхідно нумерувати так, як це зроблено в дійсних методичних вказівках, детальні пояснення методики виконання розрахунку і прийнятих позначень не потрібні.

Розрахунок виконується на 100 кг металошихти (маса чавуну + маса скрапу).

1. ЗАВДАННЯ НА РОЗРАХУНОК

(Варіант завдання вказується керівником)

Розрахувати параметри киснево-конвертерної плавки для наступних вихідних даних:

- хімічний склад чавуну;

- хімічний склад сталі, що виплавляється;

- температура чавуну, що заливається в конвертер – t_ЧАВ, ^оС;

- температура сталі в кінці продувки в конвертері – t_СТ, ^оС;

- матеріал футерівки конвертера – смолодоломіт;

- ступінь допалювання вуглецю до СО₂ в ванні конвертера (або частка СО₂ в сумі ∑ = СО + СО₂ у складі конвертерних газів) – α = 0,10 – 0,15.

Індивідуальні вихідні данні згідно з варіантом завдання (таблиця 1) записують в вигляді таблиці:

Таблиця 1.1 Вихідні данні для розрахунку

Примітка: індекси “н” і “в” – нижня і верхня межі вмісту елемента.

2. РОЗРАХУНОК МАТЕРІАЛЬНОГО БАЛАНСУ ПЕРІОДУ ПРОДУВКИ

2.1. Передчасне визначення витрати скрапу (М_СКР, кг/100 кг металошихти)

, (2.1)

де - загальна кількість тепла, що виділяється при повному окисленні домішок чавуну, кДж/100 кг чавуну; - вміст вуглецю на повалці конвертера:

, % (див. табл. 1.1).

Хімічне тепло чавуну , кДж/100 кг:

, (2.2)

де , , , - вміст відповідних домішок в чавуні, % (див. табл. 1.1); цифри біля символів – теплові ефекти окислення вказаних домішок, кДж/кг.

2.2. Визначення кількості домішок, внесених металевою частиною шихти

Маса чавуну, що заливається в конвертер, складає:

, кг (%) (2.3)

Однак на практиці чавун зважується разом з міксерним шлаком; кількість останнього ”а” коливається в межах 0,5 – 1,8 % від маси чавуну. Тоді дійсна кількість залитого в конвертер чавуну дорівнює:

, кг (%) (2.4)

Саме так дійсну кількість скрапу, що попадає в конвертер, треба визначати з урахуванням його забруднень “в” (звичайно в = 0,5 – 2,0 %) та окалини “с” (с = 1,0 – 1,5 % від маси скрапу):

, кг (%) (2.5)

Кількість домішок, внесених металевою шихтою, приведемо в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 Кількість домішок, внесених металевою шихтою

Вносять	Вміст елементів в металошихті, %
C	Si	Mn	P	S
Чавун
Скрап *
Разом

* Хімічний склад скрапу, оскільки він отриманий на даному заводі, приймається рівним хімічному складу готової сталі.

2.3. Визначення витрати шлакоутворюючих (на 100 кг металошихти)

2.3.1. Витрата плавікового шпату М _П.Ш. складає 0,15 – 0.50 % від маси металошихти (чім нижче S^В _СТ , тим він вище).

2.3.2. Знос футерівки збільшується, якщо виплавляються сталі з більш низьким вмістом вуглецю С _ПОВ і збільшується витрата чавуну на плавку М _ЧАВ:

, кг (2.6)

2.3.3. Потрібна кількість вапна визначається з рівняння

, кг, (2.7)

де , - кількість кремнезему та оксиду кальцію, що вносяться усіма шихтовими матеріалами (за винятком вапна) і футерівкою, кг; - основність кінцевого шлаку , приймається в межах 2,5–3,5; - флюсуюча здатність вапна.

З цього місця розрахунку треба приймати до уваги склади неметалевих матеріалів, які витрачаються при виплавці сталі (табл. 2.2). Можна прийняти любе значення вмісту компонента в шихтовому матеріалі у межах вказаного в цій таблиці діапазону, при цьому сума всіх компонентів шихтового матеріалу повинна бути не більше 100 %.

Флюсуюча здатність вапна дорівнює

, кг CaO / кг вапна. (2.8)

Величини , складають (див. табл. 2.2):

, кг, (2.9)

,кг.(2.10)

2.4. Визначення вмісту окислів заліза в шлаці

, %, (2.11)

, %. (2.12)

При кисневому дутті зверху К₁ = 1,0.

2.5. Визначення орієнтовного виходу придатного металу при кінці продувки

,кг, (2.13)

де - втрати заліза з димовими газами, викидами, зі шлаком у вигляді окислів і корольків металу, %; приймаються в межах 2,3 – 4,5 %.

2.6. Визначення орієнтовної кількості шлаку

, кг. (2.14)

2.7. Уточнення складу металу під час повалки конвертера після продувки (перед розкисленням)

2.7.1. Вміст вуглецю прийнято на початку розрахунку (див. п.п. 2.1).

2.7.2. Вміст кремнію практично дорівнює нулю: Si _ПОВ = сліди ≈ 0.

2.7.3. Вміст марганцю визначається за рівнянням (2.16), одержаним з урахуванням рівноважного розподілення марганцю між металом і шлаком з балансу марганцю до початку продувки і після неї.

Попередньо треба обчислити константу рівноваги марганцю :

, (2.15)

( знаходять, наприклад, за допомогою таблиці антилогарифмів).

, %. (2.16)

2.7.4. Вміст фосфору також визначається з балансового рівняння (2.17) розподілення фосфору між шлаком і металом.

Попередньо потрібно знайти коефіцієнт розподілення фосфору між шлаком і металом . Це можна зробити, наприклад, з даних табл. 2.3 в залежності від вмісту у шлаку (FeO) і його основності .

Таблиця 2.3

Коефіцієнт розподілення фосфору між шлаком і металом

Основність кінцевого шлаку ()	(FeO), %
6,0	8,0	10,0	12,0	14,0	16,0 і більше
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6

, %. (2.17)

2.7.5. Вміст сірки знаходять аналогічно з балансового рівняння (2.18) розподілення сірки між шлаком і металом:

, %, (2.18)

де - коефіцієнт розподілення сірки між металом і шлаком, може бути знайдений з наступного ряду:

Основність шлаку 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

5,4 6,5 7,4 8,0 8,3 8,5 8,7

Таким чином, склад металу перед розкисленням наступний, %:

2.8. Уточнення кількості і складу кінцевого шлаку

2.8.1. Визначення кількості шлакоутворюючих окислів (крім окислів заліза) з усіх джерел:

,кг, (2.19)

,кг, (2.20)

, кг, (2.21)

,кг, (2.22)

,кг, (2.23)

, кг, (2.24)

,кг. (2.25)

2.8.1. Кількість і склад кінцевого шлаку наступний:

, кг. (2.26)

Таблиця 2.4 Хімічний склад кінцевого шлаку, %

(SiO2)	(Al2O3)	(MnO)	(CaO)	(MgO)	(P2O5)	(S)	(FeO)	(Fe2O3)
							(FeO)	(Fe2O3)

Слід порівняти розраховану основність кінцевого шлаку з прийнятою в п.п. 2.3.4. (дозволяється відхилення на ± 0,25).

2.9. Уточнений вихід металу в кінці продувки

,кг. (2.27)

2.10. Визначення кількості дуття

2.10.1. Потрібна для проведення плавки кількість кисню дорівнює:

,кг, (2.28)

де - втрати заліза випарюванням (у вигляді парів Fe₂O₃), кг, складають 0,3 – 1,6 % від маси металошихти.

2.10.2. Кількість кисню, внесеного шихтовими матеріалами, визначається

,кг.(2.29)

2.10.3. Необхідно ввести в конвертер дуттєвого кисню масою:

, кг, (2.30)

де к – ступінь засвоєння ванною дуттєвого кисню, %, складає 93 – 98 %; п – чистота дуттєвого кисню, %, на практиці п = 97 – 99,7 %;

об`ємом:

, м³. (2.31)

2.11. Розрахунок кількості і складу виходячих з конвертера газів

2.11.1. Утворюється СО₂:

,кг, (2.32)

або

, м³. (2.33)

2.11.2. Утворюється СО:

, кг.(2.34)

, м³. (2.35)

2.11.3. Виділяється N₂ (з дуття):

, кг, (2.36)

,м³. (2.37)

2.11.4. Уходить О₂ з відхідними газами:

, кг, (2.38)

, м³. (2.39)

2.11.5. В результаті отримуємо данні для таблиці 2.5.

Таблиця 2.5

Кількість і склад конвертерних газів

2.12. Матеріальний баланс плавки (до розкислення)

Наводиться у вигляді таблиці 2.6.

Для прикладу в табл. 2.6 наведений примірний матеріальний баланс звичайної киснево-конвертерної плавки.

Таблиця 2.6

Матеріальний баланс плавки (до розкислення)

П О С Т У П И Л О	О Т Р И М А Н О
№	Матеріал	Позначення	кг	№	Матеріал	Позначення	кг
1.	Чавун рідкий		75,64	1.	Рідкий метал		90,639
2.	Скрап		23,96	2.	Шлак		11,74
3.	Міксерний шлак		0,46	3.	Гази		7,962
4.	Забруднення скрапу		0,155	4.	Втрати Fe під час продувки		3,553
5.	Окалина скрапу		0,285
6.	Плавіковий шпат		0,45
7.	Вапно		6,3
8.	Футерівка		0,2
9.	Дуття		6,46
Всього	113,91	Всього	113,894

(припустимо до 0,20 %).

3. РОЗРАХУНОК РОЗКИСЛЕННЯ СТАЛІ

Розкислення сталі виконується за найбільш поширеним варіантом – з присадкою усіх феросплавів в ківш під час випуску сталі з конвертера.

Для розкислення сталі використовуються феросплави, хімічний склад яких наведений в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Хімічний склад феросплавів

Для розрахунку розкислення необхідно вибрати склад матеріалу в межах, наведених в таблиці 3.1.

Розрахунок потрібної кількості розкислювачів (феромарганцю, феросиліцію, силікомарганцю) виконується на середньозаданий вміст Mn і Si в готовій сталі з урахуванням їх угару. В залежності від типу сталі, що виплавляється, (кипляча, спокійна) і вмісту вуглецю в металі перед розкисленням С_ПОВ угар елементів розкислювачів можна приймати в межах, наведених в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2

Величина угару елементів розкислювачів, %

Тип сталі	Вміст вуглецю в металі СПОВ, %	Угар елементів, %
C	Mn	Si
Кипляча	≤ 0,10
0,11 – 0,16
≥ 0,17
Спокійна	≤ 0,10
0,11 – 0,16
≥ 0,17

3.1. Розрахунок необхідної кількості розкислювачів

3.1.1. Для одержання заданого вмісту марганцю в сталі необхідно ввести в неї феромарганець в кількості:

, кг, (3.1)

3.1.2. Для доведення вмісту кремнію в сталі до заданого необхідно ввести в неї феросиліцій в кількості:

, кг. (3.2)

3.2. Вихід рідкої сталі після розкислення

, кг. (3.3)

3.3. Перевірка хімічного складу розкисленої (готової) сталі

Перевіряємо вміст в сталі вуглецю:

, %, (3.4)

марганцю:

,%, (3.4)

кремнію:

, %, (3.4)

фосфору:

, %, (3.4)

сірки:

, %, (3.4)

і порівнюємо одержані величини з заданими (табл. 1.1). Якщо , , , , , то розрахунки в розділах 2 і 3 виконані вірно.

4. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ ПЛАВКИ

Наведені нижче рівняння вміщують теплоємкості, тепловмісти речовин, що беруть участь в плавці, і теплові ефекти хімічних реакцій, значення яких взяті з робіт [1-6].

4.1. Прихід тепла

Чавун вносить:

, кДж. (4.1)

Міксерний шлак вносить:

, кДж. (4.2)

Окислення домішок металошихти вносить:

,кДж (4.3)

Окислення заліза, що переходить в шлак і пил, вносить:

, кДж. (4.4)

Тепло шлакоутворення вносить:

, кДж. (4.5)

Таким чином, прихід тепла дорівнює:

, кДж. (4.6)

4.2. Витрата тепла

Рідка сталь уносить:

, кДж. (4.7)

Шлак уносить:

, кДж. (4.8)

Конвертерні гази уносять (для спрощення розрахунку прийняті постійні теплоємкості газів, що відповідають температурам 1450 – 1500 ^оС):

, кДж. (4.9)

Дисоціація окислів заліза шихти:

, кДж. (4.10)

Дисоціація CaCO₃:

, кДж, (4.11)

де 4040 – теплота дисоціації СаСО₃, СО₂, кДж/кг.

Уноситься з пилем:

, кДж. (4.12)

Уноситься з викидами металу, корольками металу в шлаці і виплесками:

, кДж. (4.13)

Теплові втрати у конвертерах зручно класифікувати, прив`язуючи їх тільки до періоду продувки (часом виділення тепла):

1) втрати випромінюванням через корпус конвертера (0,2 – 0,7 % від приходу тепла);

2) втрати, пов`язані з акумуляцією тепла футерівкою (2,2 – 2,8 %);

3) втрати з охолоджуючою фурму водою (0,35 – 0,70 %).

Сумарні теплові втрати у великовантажних конвертерах (150 – 400 т) треба приймати в межах 2,6 – 3,1 % від загального приходу тепла на плавку:

, кДж. (4.13)

Таким чином, витрата тепла складає:

, кДж. (4.14)

5. РОЗРАХУНОК КОРИГУЮЧИХ ДОБАВОК

Коригуючи операції призводяться, якщо різниця між приходом і витратою тепла перевищує 0,5 – 0,8 %, що відповідає відхиленню фізичної температури сталі від середньозаданої на ± 10 – 15 ^оС.

В студентських роботах розрахунок коригуючих добавок необхідно виконувати в усіх випадках (незалежно від величини різниці між приходом і витратою тепла).

Надлишок (дефіцит) тепла ΔQ складає:

, кДж (5.1)

або

, % від приходу тепла. (5.2)

Коригуюча кількість стального скрапу ΔМ_скр складає:

, кг, (5.3)

де - охолоджуючий ефект стального скрапу, кДж/кг.

В кінці розділу 5 повинні бути наведені висновок щодо температури отриманої сталі (більше або нижче заданої), а також рішення автора роботи відносно використання розрахованої коригуючої кількості стального скрапу.

Для спрощення розрахунку зміною статей матеріального балансу плавки і хімічного складу сталі при зміні витрати скрапу, пов`язаній з коригуючими операціями, можна зневажити.

Поиск по сайту: