Расчет материального баланса конвертерной плавки

 

1.11 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 таблицу 10, в частности, в статью, учитывающую количество окислов, образовавшихся  в результате горения примесей металла, и переход серы.

В таблице 11 приводится расчет этого уточненного количества образующихся окислов и расход кислорода на горение элементов. Как видно, в отличие от таблицы 10 изменились только величины поступивших в шлак из металла MnO, P₂O₅ и S, поэтому новая сумма шлакообразующих без окислов железа составит:

М_ок = 7,981 – (0,468 + 0,015 + 0,011) + (0,420 + 0,021 + 0,010) = 7,938 кг

Отсюда уточненное количество шлака в конце продувки:

 кг.

На основе таблиц 10 и 11 уточненный состав конечного шлака:

 

 

 

  

FeO = 14,45 %;    Fe₂O₃ = 5,78 %.

Итого:    100%

При этом основность шлака: .

Коэффициенты распределения:

марганца    ;

фосфора    ;

серы     .

 

1.12 Баланс окислов железа в шлаке

Исходными материалами  вносится окиси железа (Fe₂O₃)_и.м. = 0,158 кг (таблица 10). Следовательно, за счет горения железа должно образоваться:

 кг.

Для этого должно окислиться железа кг и потребуется кислорода кг.

Исходными материалами  вносится закиси железа (FeO)_и.м. = 0,094 кг. 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: 0,292 + 1,045 = 1,337 кг,

для чего потребуется  кислорода 0,125 + 0,300 = 0,425 кг.

 

1.13 Расчет технического расхода кислорода

Всего необходимо кислорода  на окисление примесей чугуна и железа до (Fe₂O₃)_пыль (таблица 11) – 5,368 кг, на образование окислов железа в шлаке - 0,425 кг.

Некоторое количество кислорода  растворится в металле. Величина содержания кислорода в металле в конце продувки зависит от содержания углерода в последнем.

При [%C] = 0,08 % содержание кислорода: [%О] = 0,059%.

При этом всего необходимо кислорода:

5,368 + 0,425 + 0,059 ^. 92/100 = 5,847 кг.

В зависимости от технологических условий и режима продувки, усвоение ванной вносимого дутьем кислорода колеблется в пределах 90-98%.

При усвоении 95% расход кислорода на плавку составит:

 кг или м³.

При чистоте технического кислорода 99,6% его требуется:

 м³.

Вместе с кислородом поступит азота:

4,320 – 4,308 = 0,012 м³ или

кг.

Из этого количества азота растворяется в металле 0,004 кг и уносится из конвертера: 0,015 – 0,004 = 0,011 кг.

Всего технического кислорода  требуется: 6,155 + 0,011 = 6,166 кг.

 

1.14 Расчет количества и состава газов, выходящих из горловины конвертера

В расчете количества и состава газов, выходящих из горловины конвертера, необходимо учитывать  режим окисления углерода.

Принимаем, что:

- выделяющийся при нагреве извести и плавикового шпата СО₂ и Н₂О, не участвуют в окислении примесей металлической ванны;

- углерод металлозавалки окисляется до СО и СО₂, соответственно на 90 и 10%.

В процессе продувки образуется газов:

СО₂  - от горения углерода металлозавалки  – 1,155 кг (таблица 11);

СО₂ - из извести – 4,113 ^. 5,1/100 = 0,210 кг;

СО₂ - из электродного боя – 0,3 ^. 50,42/100 = 0,151 кг;

Итого СО₂  = 1,516 кг.

СО от горения углерода металлозавалки – 6,617 кг;

N₂ из дутья – 0,022 кг;

О₂ из дутья – 6,166 – 5,847 = 0,319 кг

Полученные данные позволяют  определить количество и состав газов (таблица 12).

Таблица 12 – Количество и состав газов

Составляющие газы	Количество газов		Содержание, %
	кг	м3	весовых	объемных
СО2	1,516	0,889	19,21	13,22
СО	6,617	5,561	76,52	82,69
N2	0,022	0,020	0,26	0,30
O2	0,319	0,255	4,01	3,79
Итого	8,474	6,725	100,00	100,00

 

1.15 Определение жидкого металла в конце продувки

На основе полученных данных рассчитывается выход жидкого металла в конце продувки.

Угар и потери металла  состоят из следующих статей.

1. Окислилось примесей  чугуна (таблица 11):

4,428 – 0,600 = 3,828 кг.

2. Унесено железа с  пылью (таблица 2) – 0,600 кг.

3. Окислилось железа  до FeO и Fe₂O₃ шлака – 1,337 кг.

4. Потери железа с  выбросами (таблица 2) – 1,000 кг.

5. Потери железа в  виде корольков в шлаке (таблица 2) – 0,300 кг.

6. Количество загрязнений  на стальном скрапе (таблица 2) – 0,400 кг.

Итого угар элементов  и потери: 7,465 кг.

Растворилось в металле  кислорода и азота:

0,059 ^. 0,92 + 0,004 = 0,058 кг.

Тогда выход жидкой стали  составит:

100 – 7,465 + 0,058 = 92,477 кг.

На основании выполненного расчета составляем материальный баланс плавки (таблица 13).

 

Таблица 13 – Материальный баланс плавки (до легирования и раскисления).

Поступило	Вес, кг	Получено	Вес, кг
1. Жидкий чугун	70,00	1. Жидкий металл	92,477
2. Стальной скрап	30,00	2. Шлак	9,95
3. Известь	4,113	3. Газы плавки	8,474
4. ФОМИ	1,5	4. Пыль ( Fe2O3)	0,857
5. Электродный бой	0,3	5. Пыль выдувания извести	0,217
6. Технический кислород на плавление	6,146	6. Корольки в шлаке	0,300
7. Размыв футеровки	0,200	7. Выбросы и выдувка	1,000
8. Миксерный шлак	0,500
Итого	112,759	Итого	112,775
Невязка равна:   - 0,016кг		0,02 %

 

1.16 Расчет легирования, раскисления и выхода жидкой и годной стали.

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

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

Угар алюминия условно  принимается равным 100%. В излагаемом расчете расход алюминия принят равным 0,03%.

Таблица 14 – Состав применяемых  ферросплавов

Ферросплав	Марка	Содержание элементов, %
		C	Mn	Si	P	S	Fe
Ферромарганец (среднеуглеродистый)	ФМн88	2,0	90,0	3,0	0,30	0,02	4,68
Ферросилиций	ФС65	0,1	0,4	65,0	0,05	0,02	34,43

 

Расход необходимого количества ферросплавов для легирования  и раскисления.

Среднезаданное содержание элементов в рассчитываемой стали 09Г2С принято равным: [Mn] = 1,5%, [Si] = 0,65%.

Необходимое количество каждого ферросплава определяется по формуле:

 кг,

где: М_ст – выход жидкой стали в конце продувки, кг (см. таблицу 13);

[%Э]_гот.ст – содержание соответствующего элемента в готовой стали, %;

[%Э]_{пер.раск} – содержание соответствующего элемента перед раскислением, %;

[%Э]_{ферросп} – содержание соответствующего элемента в ферросплаве, %;

В излагаемом расчете  при выплавке стали принят следующий угар элементов раскислителей: углерода – 15%; марганца – 15%; кремния – 20% от введенного количества.

Подставляя известные  величины в вышезаписанную формулу, получены следующие расходы ферросплавов:

,

.

Общий расход раскислителей (при расходе алюминия 0,030 кг) составит: 1,608 + 1,156 + 0,030 = 2,794 кг.

Таблица 15 – Количество элементов, внесенных в металл ферросплавами.

Элемент	Вносится ФМн88, кг	Вносится ФС65, кг	Всего, кг
C	1,608 . 0,020 . 0,85=0,027	1,156 . 0,001 . 0,85=0,001	0,028
Mn	1,608. 0,90 . 0,85=1,23	1,156. 0,004 . 0,85=0,004	1,234
Si	1,608. 0,030 . 0,80=0,038	1,156. 0,65 . 0,80=0,60	0,638
Р	1,608. 0,003 =0,005	-	0,005
S	-	-	-
Fe	0,075	0,398	0,473
Итого	1,375		2,378

Выход жидкой стали после раскисления и легирования составит:

М_ст = 92,477 + 2,378 = 94,855 кг.

Угар раскислителей  будет равен: 2,794 – 2,378 = 0,416 кг.

Проверка химического  состава готовой стали:

[C]_ст = (0,08 ^. 0,92477 + 0,028)/ 0,94855 = 0,107%;

[Mn] = 1,47 %; [Si] = 0,67%; [P] = 0,007%; [S] = 0,017%.

Таким образом, проверка показала соответствие полученного  состава готовой стали.

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

94,855 – 1,500 = 93,355 кг.

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

(100,000 + 2,378)/ 93,355= 1,100 т или 1100 кг.

Расход технического кислорода на 1 т годной стали:

6,146/93,355^. 100 ^. 10 = 65,83 м³/т.

 

 

2 Тепловой баланс плавки

2.1 Исходные данные для расчета теплового баланса

Расчет ведется на 100 кг металлической завалки, основываясь  на данных расчета материального  баланса плавки, которые приведены  в таблице16.

Таблица 16 – Статьи материального баланса плавки, необходимые для расчета теплового баланса

Наименование статей	Единица измерения	Обозначение	Значения
Доля жидкого чугуна в шихте	кг	Gчуг	70,00
Доля скрапа в шихте	кг	Gскр	30,00
Температура чугуна	оС	tчуг	1420
Окислилось элементов  в ходе продувки	кг	[C] – {CO2}	0,315
		[C] – {CO}	2,836
		[Si] – (SiO2)	0,335
		[Mn] – (MnO)	0,325
		[P] – (P2O5)	0,009
		[Fe] – (FeO)	1,045
		[Fe] – (Fe2O3)	0,292
		[Fe] – (Fe2O3)пыль	0,600
Содержание окислов  в шлаке	кг	SiO2	1,372
		P2O5	0,015
		Fe2O3	0,575
Количество миксерного шлака	кг	Мм.шл	0,500
Вес жидкой стали перед  раскислением	кг	Мст	92,477
Температура стали перед  выпуском	оС	tст	1610
Количество конечного  шлака	кг	Мшл	9,95
Компоненты отходящих  газов	м3	VCO	5,561
			0,889
			0,255
			0,020
Количество выбросов	кг	Мвыб	1,000
Количество Fe2O3, образовавшегося в результате испарения Fe	кг		0,857
Количество СО2, выделившегося из извести	кг		0,361
Количество Fe2O3, внесенное шихтовыми материалами	кг		0,158
Количество FeO, внесенное шихтовыми материалами	кг		0,094
Вес корольков	кг	Мкор	0,300