Расчет материального баланса конвертерной плавки

Таблица 8- Количество окислившихся примесей

Примеси	С	Мn	Si	Р	S
Содержание примесей в шихте	3,225	0,481	0,335	0,011	0,025
Остается в металле			следы
Удаляется за время продувки	3,151	0,343	0,335	0,006	0,009

 

1.4 Определение расхода извести

Для определения расхода извести задается необходимая основность шлака в конце продувки, которая в зависимости от состава чугуна обычно колеблется в пределах 3,0 – 4,5. В данном расчете основность может быть прията равной В_к = 3,0.

Расчет количества вносимого SiO₂ и СаО всеми шихтовыми материала-ми (кроме извести) и футеровкой конвертера приводится в таблице 9.

Таблица 9 - Количество вносимых SiO₂ и СаО

Источники	Расход материала на 100кг шихты, кг	Вносится, кг
		SiO2   Si02	СаО
Окисление металлошихты	0,335	0,335 . 60/28 = 0,718	-
ФОМИ	1,4	1,4 . 3, 5/100 = 0,049	1,4 . 18/100 = 0,252
Футеровка	0,200	0,2 . 3/100 = 0,006	0,2 . 5,8/100 = 0,016
Миксерный шлак	0,500	0,5 . 54,5/100 = 0,273	0,5 . 7,5/100 = 0,038
Загрязнение стального  скрапа	0,400	0,4 . 68/100 = 0,272	0,4 . 3/100 = 0,012
Итого	2,835	SiО2 = 1,318	СаО = 0,318

 

На основе данных таблицы 6 для получения принимаемой основности конечного шлака (В_к = 3,0) необходимо иметь в последнем СаО:

М_СаО =

SiO₂ ^. В_К = 1,318 ^. 3,0 = 3,954 кг.  (5)

Шихтовыми материалами  вносится СаО = 0,318 кг, следовательно, присадкой извести необходимо внести окиси кальция:

М_СаО  =  3,954 - 0,318 = 3,636 кг.

Флюсующая способность  извести (Ф_изв) определяется по формуле:

  (6)

Тогда расход извести для обеспечения заданной основности шлака:

Однако часть извести будет выноситься из конвертера отходящими газами. В расчете принято, что потери извести с отходящими газами составляют 5%.

Тогда расход извести на плавку:

 кг,

из них выносится:

4,330 – 4,113 = 0,217 кг.

1.5 Определение содержания окислов железа в шлаке

При относительно постоянных условиях продувки содержание окислов  железа в конечном шлаке может быть определено исходя из содержания углерода в металле и основности шлака, используя следующее эмпирическое уравнение:

  (7) 

где:   - суммарное содержание окислов железа в конечном шлаке;

В_к – основность шлака;

[%C]_раск – концентрация углерода в металле в конце продувки, %;

.

В зависимости от режима продувки плавки, основности конечного шлака и содержания углерода в металле в конце продувки, отношение (%FeO) и (%Fe₂O₃) в конечном шлаке обычно колеблется в пределах 1,5 – 3,0.

В расчете это отношение принято  равным 2,5, таким образом:

(%FeO) = 2,5 (%Fe₂O₃).   (8)

Исходя из баланса  уравнения:

 

1.6 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, приводится в таблице 10.

 

Таблица 10 – Расчет количества шлака

Источники	кг/100 кг м.з.	Поступило в шлак, кг										ППП	Мок
		CaO	SiO2	MnO	P2O5	FeO	Fe2O3	MgO	Al2O3	CaF2	S
От окисления примесей чугуна	-	-	0,718	0,443	0,014	-	-	-	-	-	0,009	-	1,184
Известь	4,113	3,837	0,051	-	-	-	0,046	0,083	0,029	-	0,001	0,210	3,903
ФОМИ	1,5	0,27	0,052	-	-	-	0,097	1,080	-	-	-	-	1,5
Футеровка	0,200	0,012	0,006	-	-	-	0,003	0,177	0,003	-	-	-	0,200
Электродный бой	0,3	-	-	-	-	-	-	-	0,045	0,103	-	0,151	0,148
Миксерный шлак	0,500	0,038	0,273	0,025	0,001	0,094	-	0,017	0,053	-	0,001	-	0,500
Загрязнение стального скрапа	0,400	0,012	0,272	-	-	-	0,012	0,008	0,096	-	-	-	0,400
Итого		4,169	1,372	0,468	0,015	0,094	0,158	1,365	0,226	0,103	0,011	0,361	7,981

 

Из таблицы следует, что суммарный вес шлакообразующих (без окислов железа) равен:

7,981 – 0,094 – 0,158 = 7,729 кг.

Эта сумма окислов  должна составлять от веса шлака:

100 – (%FeO) – (%Fe₂O₃) = 100 – 14,45 – 5,78 = 79,77%.

Тогда в конце продувки шлака должно образоваться:

 

 На основе известного количества шлака и количества поступивших в него компонентов рассчитывается процентное содержание отдельных окислов:

 

  

 

  

FeO = 14,45 %;   Fe₂O₃ = 5,78 %.

Сумма:    100%

Основность шлака  , что соответствует действительности.

 

1.7 Определение состава металла в конце продувки

Содержание углерода. Содержание углерода в металле в конце продувки может быть принято исходя из состава выплавляемой марки стали: [%C]_к = 0,08 %.

Содержание кремния. При основном сталеплавильном процессе кремний окисляется до следов. Поэтому его содержание в металле перед раскислением принимается равным нулю: [%Si]_к = 0.

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

 (10)

Для температуры конца  продувки 1610 ^оС (1883 К):

,

Тогда константа равновесия марганца составит:

= 1,93.

   (11)

следовательно (%MnO) = 27,89 ^. [%Mn].

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

 (12)

где:  - количество марганца, внесенного всей шихтой, кг;

[%Mn]_к – содержание марганца в конечном металле;

М_мет – выход жидкого металла, принятый равным 92,0 кг;

М_шл – количество шлака в конце продувки, равное 9,7 кг.

Вносится марганца ( ):

металлической шихтой  0,481 кг (см. таблицу 7);

миксерным шлаком кг

Итого = 0,500 кг.

где: 0,500 – расход миксерного шлака;

5,0 – содержание MnO в миксерном шлаке.

Подставляя известные величины в балансовое уравнение, получим:

Отсюда содержание марганца в металле в конце продувки:

1.8 Определение содержания фосфора в металле

Значение коэффициента распределения фосфора между  шлаком и металлом в конце продувки при температуре, близкой к 1600 ^оС, для различных содержаний СаО и FeO может быть определено из уравнения на основании данных таблицы, составленной на основе обработки большого количества производственных данных.

. (13)

В данном расчете: (%CаО) = 42,98 % и (%FeO) = 19,65 %:

.

Отсюда (%P₂O₅) = 138,33 ^. [%P].

Балансовое уравнение  распределения фосфора между  шлаком и металлом имеет вид:

  (14)

где:  - количество фосфора, вносимого всеми шихт. материалами, кг;

[%Р]_к – содержание фосфора в металле в конце продувки плавки, %;

М_мет – принятый выход жидкого металла, кг;

М_шл – количество конечного шлака, кг.

Вносится фосфора :

металлошихтой 0,011 кг;

миксерным шлаком кг

Итого:   = 0,011 кг,

где: 0,50 – расход миксерного шлака, кг;

0,20 – содержание P₂O₅ в миксерном шлаке, %.

Подставляя известные  значения в балансовое уравнение, получим:

откуда:

 

1.9 Определение содержания серы в металле

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

Значение коэффициента распределения  серы между шлаком и металлом может определено по формуле А.Н. Морозова:

 (15)

где:  ; (16)

   

   

   

Тогда: 0,77 – 0,471 – 0,003 – 0,02 = 0,276.

Коэффициент распределения  серы между шлаком и металлом будет равен:

,

тогда:

Балансовое уравнение распределения серы имеет вид:

 (17)

Вносится серы :

металлошихтой    0,025 кг;

известью 4,113 ^. 0,018/100 =  0,001 кг;

миксерным шлаком 0,50 ^. 0,2/100 = 0,001 кг

электродным боем 0,3 ^. 0,08/100 = 0,0002 кг

Итого    = 0,027 кг,

где: 4,113; 0,5 и 0,3 – количество извести, миксерного шлака и электродного боя, соответственно, кг;

0,018; 0,2 и 0,08– содержание серы в извести, миксерном шлаке и электродном бое, %.

Подставляя известные величины в балансовое уравнение, получим:

отсюда: 

1.10 Определение угара примесей чугуна и количества образовавшихся окислов

Состав металла перед  раскислением:

[C]_к = 0,08 %;  [Mn]_к = 0,17%;   [Si]_к = следы;

[P]_к = 0,002 %;  [S]_к = 0,018 %.

Количество примесей, оставшихся в металле:

углерода   0,08 ^. 0,92 = 0,074 кг,

марганца  0,17 ^. 0,92 = 0,156 кг,

кремния   [Si]_к = следы,

фосфора 0,002 ^. 0,92 = 0,002 кг,

серы         0,018 ^. 0,92 = 0,017 кг,

где: 0,92 – принятый выход жидкого металла.

 Следовательно, за операцию примесей удаляется:

углерода = 3,225 – 0,074 = 3,151 кг,

Сгорает до СО   3,151 ^. 0,90 = 2,836 кг,

СО₂     3,151 ^. 0,10 = 0,315 кг;

марганца    0,481 – 0,156 = 0,325 кг,

кремния    0,335 – следы = 0,335 кг,

фосфора    0,011 – 0,002 = 0,009 кг.

серы     0,025 – 0,017 = 0,008 кг.

С учетом извести, миксерного шлака и электродного боя серы поступило в шлак:

0,008 + 0,001 + 0,001 + 0,0002 = 0,010 кг.

В таблице 11 приводится расчет количества кислорода для окисления указанных примесей и выхода окислов.

 

Таблица 11 – Количество кислорода и образовавшихся окислов

Элемент, окисел	Количество  окислившегося элемента, кг	Потребное количество  кислорода, кг	Количество образовавшегося окисла, кг
Металлозавалка [C] – {CO}	3,151 . 0,9 = 2,836	2,836 . 16/12 = 3,781	2,836 + 3,781 = 6,617
[C] – {CO2}	3,151 . 0,1 = 0,315	0,315 . 32/12 = 0,840	0,315 + 0,840 = 1,155
[Mn] – (MnO)	0,325	0,325 . 16/55 = 0,095	0,325 + 0,095 = 0,420
[Si] – (SiO2)	0,335	0,335 . 32/28 = 0,383	0,335 + 0,383 = 0,718
[P] – (P2O5)	0,009	0,009 . 80/62 = 0,012	0,009+ 0,012 = 0,021
[Fe] – (Fe2O3)пыль	0,600	0,600 . 48/112 = 0,257	0,600 + 0,257 = 0,857
Итого	4,420 + 0,0081) = 4,428	5,368	-
1) 0,008 – количество серы, удаленной из металла