Расчет шихты основной мартеновской плавки с применением технического кислорода для продувки ванны

 кг.

Таблица 11. Количество кислорода, необходимое для окисления примесей металлошихты во второй период плавки

Элемент-окисел	Удаляется примесей, кг	Расходуется кислорода, кг	Образуется окисла, кг
С→CO	(0,80-0,08)0,93*= 0,669	0,669= 0,892	0,669+0,892= 1,561
C→CO2	(0,80-0,08)0,07*= 0,050	0,050= 0,130	0,050+0,130= 0,180
Si→SiO2	0	0	0
Mn→MnO	0,068-0,081= -0,013**	-0,013= -0,004	(-0,013)+(-0,004)= = -0,017
P→P2O5	0,010-0,008= 0,002	0,002= 0,003	0,002+0,003= 0,005
[S]→(S)	0,032-0,027= 0,005	-	-
Итого:	-	1,021	-

^*  – 93% углерода окисляется до CO и 7% до CO₂

^** – минус – восстановление элемента и выделение кислорода в фазу.

 

2.3. Определение количества извести во втором периоде плавки

Количество SiO₂ и CaO, поступивших в шлак во втором периоде плавки из всех источников, кроме извести, приведено в таблице 12.

Таблица 12. Количество SiO₂ и CaO, поступивших в шлак во втором периоде плавки из всех источников

Источники	Расход, кг	Вносится, кг
		SiO2	CaO
Железная руда	2,583	2,583x0,082=0,211	2,583x0,028=0,072
Боксит	0,160	0,160x0,10=0,016	0,160x0,010=0,002
Магнезит обож.	0,350	0,350x0,03=0,011	0,350x0,032=0,011
Доломит обож.	0,520	0,520x0,028=0,015	0,520x0,558=0,290
Доломит сырой	0,045	0,045x0,015=0,001	0,045x0,305=0,014
Материал свода	0,075	0,075x0,050=0,004	0,075x0,020=0,002
Шлак I периода	2,860	2,860x0,17=0,486	2,860x0,323=0,924
Итого:	-

Основность шлака перед  раскислением обычно составляет 2,5 - 3,0. В расчете принимаем =2,6.

 кг.

Необходимо внести CaO известью:

 кг.

Флюсовая способность  извести при данной основности шлака  равна:

 

Во втором периоде необходимо присадить извести

 

2.4. Определение необходимого количества технического кислорода для продувки ванны во втором периоде плавки

Расход дутья определяется по формуле:

 

где – количество кислорода на окисление примесей шихты во втором периоде плавки, кг (в расчете принимаем =1,021 кг);

 – количество  кислорода из атмосферы печи, кг (в расчете =0,245 кг);

 – количество  активного кислорода оксидов  железа шихты, участвующего в  окислении примесей ванны во  втором периоде, кг.

Для определения  необходимо рассчитать количество шлака, образующегося перед раскислением и количество активного (FeO) и (Fe₂O₃) в нем.

Содержание закиси железа в шлаке перед раскислением принимаем  из таблицы 14. В нашем случае при [%C]_раск=0,08% и основности шлака B_раск=2,6 принимаем (%FeO)_раск=12,85%.

Таблица 13. Количество шлакообразующих оксидов

Источники	Расход, кг	Количество шлакообразующих  оксидов, кг
Метал. шихта	+0,002 -0,013	0,002 - 0,013 = -0,012
Железная руда	2,583	2,583*0,144 = 0,372
Известь	0,772	0,772*0,927 = 0,715
Боксит	0,160	0,160*0,360 = 0,058
Магнезит обож.	0,350	0,350*0,964 = 0,337
Доломит обож.	0,520	0,520*0,967 = 0,503
Доломит сырой	0,045	0,045*0,528 = 0,024
Материал свода	0,075	0,075*0,790 = 0,059
Шлак по распл.	2,860	2,860(100-19,0):100 = 2,317
Итого:	-	= 4,373

Отношение (FeO) к (Fe₂O₃) перед раскислением обычно колеблется в пределах 3,0-4,0 (чем выше основность шлака, тем меньше это отношение). В расчете принимаем отношение 3,6, тогда:

(Fe₂O₃)_раск=(FeO)_раск :3,6=12,85 : 3,6=3,57 %.

Таблица 14. Содержание закиси железа в шлаке перед раскислением

Оксид	Основность	Содержание углерода перед  раскилением, %
		0,05	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45
(%FeO)	2,0	11,6	10,2	9,4	8,6	8,4	8,2	8,1	8,0	7,9
	2,6	14,2	12,2	11,0	9,8	9,5	9,2	9,1	9,0	8,9
	3,0	16,4	14,2	12,6	11,0	10,6	10,2	10,1	10,0	9,9
	3,5	18,0	16,6	13,9	12,2	11,7	11,2	11,1	11,0	10,9

Количество шлака перед  раскислением

 

Количество оксидов железа, поступивших в ванну во втором периоде плавки из всех источников, приведено в таблице 15.

Остаток (Fe₂O₃) в шлаке второго периода:

 

Избыток (Fe₂O₃) : -0,186=2,290-0,186=2,104 кг.

При восстановлении избыточной (Fe₂O₃) получится (FeO) :

2,104=1,893 кг.

При этом освободится кислорода: 2,104-1,893=0,211 кг.

Всего имеется (FeO) : (Fe₂O₃)^II=1,893 кг и =1,893+0,481=2,374 кг.

Остается в шлаке второго  периода:

 

Избыток (FeO) : 2,374-0,672=1,702 кг.

Таблица 15. Количество, вносимых оксидов железа

Источники	Расход, кг	Вносится оксидов железа, кг
		Fe2O3	FeO
Железная руда	2,583	2,583*0,789*=2,038	2,583*0,016*=0,041
Известь	0,772	0,772*0,011=0,008	-
Боксит	0,160	0,160*0,260=0,042	-
Магнезит обож.	0,350	0,350*0,030=0,011	-
Доломит обож.	0,520	0,520*0,014=0,007	-
Доломит сырой	0,045	0,045*0,010=0,001	-
Материал свода	0,075	0,075*0,110=0,008	0,075*0,100=0,008
Шлак распл.	2,860	2,860*0,039=0,112	2,860*0,151=0,432
Итого:	-	=2,290	0,481

^* – содержание оксидов железа в материалах.

При восстановлении избыточного (FeO) получаем железа:

 

При этом освободится кислорода:

1,702-1,323=0,379 кг.

Всего освободится кислорода:

 

Тогда количество кислорода  из дутья должно быть:

 

При 85 %-ном усвоении ванной вдуваемого кислорода удельный расход технического кислорода составит:

 

При содержании в дутье 98 % кислорода удельный расход технического кислорода составит:

 

3. Расход  шихтовых материалов на плавку

Расход основных шихтовых материалов по периодам плавки приведен в сводной таблице 16.

Таблица 16. Расход основных шихтовых материалов по периодам плавки

Материал	Единица измерения	Расход по периодам
		I период	II период	Всего
Метал. лом	т	240,00	-	240,00
Чугун жидкий	т	360,00	-	360,00
Жел. руда	т	70,20	15,50	85,72
Известняк	т	22,02	-	22,02
Известь	т	-	4,63	4,63
Боксит	т	1,14	0,96	2,10
Технический кислород	м3	-	937,80	937,80

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные шихтовые материалы для мартеновской плавки: 
   - Руда железная; 
   - Окалина; 
   - Агломерат мартеновский; 
   - Ферросплавы; 
   - Известняк; 
   - Известь; 
   - Боксит; 
   - Доломит обожженный; 
   - Доломит сырой; 
   - Магнезитовый порошок.
2. Производят ли в ходе мартеновской плавки спускание шлака? Какое количество раз и для чего?

В ходе мартеновской плавки производят спускание шлака 2 раза. Однако в печах с малой удельной нагрузкой на подину можно работать без спуска шлака в период плавления. В печах с большой удельной нагрузкой необходим спуск шлака  для улучшения условий теплоотдачи  от факела к металлу. Также от полученного количества шлака в ходе плавки зависит степень удаления из металла вредных примесей.

Необходимая толщина шлакового  покрова, обеспечивает защиту металла  во время чистого кипения от чрезмерного  поступления водорода и азота  из атмосферы печи.

3. Какой материал используют для повышения основности шлака? 
   Для повышения основности шлака используют известь.
4. В чем принципиальное различие извести и известняка как шлакообразующих материалов?

Наиболее важной составляющей шлаковых смесей, используемых в качестве шихты, является известь, которую получают обжигом известняка в шахтных печах при температуре 1100—1300° С. При обжиге углекислый кальций известняка разлагается на окись кальция и углекислый газ

СаСO₃ → СаO + СO₂.

Содержание серы в известняке, применяемом в качестве шихты, в  большинстве случаев низкое, однако оно возрастает после обжига за счет серы топлива. Повышенное содержание серы в шлаке затрудняет процесс десульфурации  стали.

Вместо извести в окислительный  период можно пользоваться необожженным известняком. Применяют известняк, содержащий не менее 97% СаСО3 (не менее 54% СаО). Известняк не гигроскопичен, его можно длительное время хранить. Разложение углекислого кальция  в электропечи вызывает выделение  пузырьков СО2, которые обеспечивают перемешивание металла и шлака  и способствуют дегазации металла. Окислительный углекислый газ окисляет примеси в металле, в частности  углерод.

Отрицательной стороной применения известняка вместо извести является дополнительная затрата электроэнергии на разложение карбоната кальция.

5. Какую роль играет боксит при осуществлении мартеновской плавки? 
   В период доводки в случае необходимости осуществления значительной десульфурации и дефосфорации металла при высоком содержании углерода для ускорения процесса шлакообразования в ванну присаживают значительное количество боксита или шамотного боя. В таких случаях может быть получено содержание Al₂O₃ в конечных шлаках (до 10-12%).
6. Какие шихтовые материалы, используемые для снижения вязкости шлака при получении стали вы знаете?  
   Для снижения вязкости шлака в сталеплавильном производстве наиболее частое применение находят такие шихтовые материалы как плавиковый шпат (CaF₂), известь (CaO) и шамотный бой. Также присадки в ванну кислой дуговой печи извести и железной руды вызывают повышение жидкоподвижности шлака и интенсификацию окислительных процессов.
7. Какова основность шлака при выпуске мартеновской плавки? 
   Основность спускаемого шлака обычно составляет 0,7-1,1 (чаще 0,8-1,0).
8. Какое значение оказывают железо и кремний на теплосодержание начала плавки?  
   Содержание кремния в исходной шихте (0,5-1,0%) может влиять на тепловой баланс плавки, он в основном вносится чугуном. В целом для большегрузных печей, имеющих высокие удельные нагрузки на подину и работающих скрап-рудным процессом, чем меньше содержание кремния в металлической шихте, тем лучше, так как кремний, окисляясь главным образом кислородом железной руды, не оказывает заметного положительного влияния на тепловой баланс, а ошлакование образующегося при этом кремнезема и неизбежное увеличение количества шлака ухудшают тепловой баланс плавки.
9. Из каких источников поступает кремний в шлак? 
   Основные источники кремния в шлаке мартеновской плавки: 
   - продукты окисления примесей чугуна и скрапа;  
   - загрязнения внесенные шихтой (песок глина и др.). Также некоторое количество миксерного шлака;  
   - продукты разъедания футеровки агрегата – в кислых печах;  
   - при скрап-рудном процессе содержание кремния находится в прямой зависимости от количества кремния в чугуне и кремнезема в руде и в обратной зависимости от расхода известняка в завалку.
10. Как меняется содержание фосфора и серы в химическом составе металла? С чем связаны данные изменения?  
    Изменение содержания фосфора в металле по ходу мартеновской плавки существенно зависит от содержания фосфора в исходной шихте. В случае передела обычных чугунов степень дефосфорации, достаточная при выплавке рядовых сталей, достигается уже в первой половине периода плавления, тогда как в случае передела высокофосфористых чугунов это может быть достигнуто только в конце доводки при условии принятия специальных мер.  
    В условиях мартеновской ванны возможно окисление серы с образованием газообразного оксида SO₂. Кроме того, сера может переходить из металла в шлак и оставаться в нем в виде сульфидов (CaS, FeS, MnS и др.) и сульфатов. То есть понижение или повышение содержания серы в металле в отдельные периоды плавки зависят от взаимодействия металла как со шлаком, так и сгазовой фазой. Суммарно процесс обмена сводится к удалению серы из ванны в газовую фазу, в результате чего содержание ее в металле непрерывно снижается. При отоплении печи чистым по сере топливом, например природным газом, удаление серы в газовую фазу не превышает 5-10% от содержания в шихте. Поэтому десульфурация металла сводится к переводу серы из металла  в шлак. 
11. На что влияет процентное соотношение образующихся во время плавки CO и CO₂?  
    Образование в ходе мартеновской плавки CO и CO₂ понижает теоретическую температуру горения.