Расчёт материального и теплового балансов кислородно-конвертерной плавки

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….

1 Исходные данные…………………………………………………………

2 Расчет материального баланса…………………………….…………….

3 Раскисление и легирование стали………………………………………..

4 Расчёт теплового баланса плавки………………………………………..

5 Технология плавки………………………………………….…………….

6 Специальная часть…………………………………………………………

Заключение………………………………………………………………......

Список использованных источников………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Введение}

 

_{Кислородно-конверторный процесс – это  выплавка стали из жидкого чугуна с добавкой металлолома в агрегате с основной футеровкой и продувкой технически чистым кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму.}

_{Первые  опыты по продувке сверху были проведены  в 1933 г. инженером  Мозговым Н.И., затем  велись обширные исследования по разработке и освоению технологии нового процесса.}

_{В промышленном масштабе процесс был впервые  осуществлен в 1952–53 годах в Австрии. За короткий срок кислородно-конверторный процесс получил широкое распространение во всех странах. Если в 1940 году доля кислородно-конверторной стали, составляла лишь 4% мирового производства, то в 1970 г. – 40,9%, в 1980 – около 65%. В СССР этот процесс начал функционировать с 1956 года.}

_{Кислородно-конверторный процесс обладает рядом преимуществ  по сравнению с  мартеновским и электросталеплавильным. Основные из них следующие:}

_{1 более высокая  производительность  одного работающего  сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у конверторов достигает 400–800 т/ч);}

_{2 более низкие капитальные  затраты, что объясняется  простотой устройства конвертора;}

_{3 меньшие расходы  по переделу, в  число которых  входит стоимость  электроэнергии, топлива,  огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;}

_{4 процесс более  удобен для автоматизации управления ходом плавки;}

_{5 благодаря четкому  ритму выпуска  плавок работа  конверторов легко  сочетается с непрерывной  разливкой.}

_{Кроме того, по сравнению  с мартеновским производством конверторное характеризуется лучшими условиями труда и меньшим загрязнением окружающей природной среды.}

_{Благодаря продувке чистым кислородом сталь содержит 0,002–0,005% азота, т.е. не больше, чем мартеновская. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих чугуна, с избытком хватает для нагрева стали до температуры выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конверторе до 20–25% скрапа, что значительно снижает себестоимость стали.}

 

_{1 Исходные данные}

_{Расчет материального  баланса ведется  на 100 кг металлической  шихты (чугун + металлический лом).}

_{В плавке применяются  следующие шлакообразующие материалы:}

_{Состав шлакообразующих  материалов, %                                             Таблица 2}

Наименование  материала	SiO	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	Cr2O3	H2O	CO2	CaF2
Известь	2,0	86,0	2,0	2,0	–	–	2,0	6,0	–
Плавиковый шпат	3,0	3,5	–	1,0	–	–	–	6,0	86,5
Футеровка	5,0	2,0	70,0	3,0	8,0	13,0	–	–	–

 

_{В расчетах рекомендуется  принять:}

_{1 Химический состав металла после продувки перед раскислением:}

_{– содержание углерода – 0,22 % нижнее значение заданной марки стали, так как углерод дополнительно поступает с некоторыми ферросплавами;}

_{– содержание марганца – 25 % от исходной концентрации в чугуне;}

_{– содержание фосфора и серы по 0,015 каждого.}

_{2 Расход футеровки – 0,3 % от массы садки.}

_{3 Технический кислород содержит 99,5 % О2 и 0,5 % N2.}

_{4 Расход плавикового шпата – 0,3 кг.}

_{5 Потери металла:}

_{– с корольками – 0,5 кг;}

_{– с выбросами  – 1,0 кг.}

_{6 Температура  чугуна, заливаемого  в конвертер 1390 ⁰ С.}

_{7 Температура  стали перед выпуском 1630 ⁰ С.}

 

 

Химический состав стали марки 20ХГС (ГОСТ 4543 – 71) приведен в таблице 3.

Химический состав стали 09Г2С, %                                                       Таблица 3

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As	N
Не более			Не более
0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	0,30	0,30	0,30	0,035	0,040	0,08	0,008

 

_{Состав ферросплавов, %                                                                          Таблица 4}

Наименование ферросплава	Марка	Содержание элементов ,%
		C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni
1. Ферросилиций	ФС 65	-	0,4	65,0	0,05	0,03	–	–
2. Ферромарганец среднеуглеродистый	ФМн 90	≤ 1,5	85-95	≤ 2	0,35	0,03	–	–
3. Феррохром: среднеуглеродистый	ФХ 200	≤ 2,0	–	≤ 2,0	0,03	–	65,0	–

 

 

_{2 Расчет материального баланса плавки}

 

_{В настоящем расчете  принято количество чугуна в шихте  76 % ,скрапа 24% согласно заданию. Правильность данного соотношения будет проверена составлением теплового баланса плавки. В случае необходимости нужно будет дать рекомендации по корректировке теплового режима процесса.}

_{Определяем средний  состав шихты при  условии передела заданного количества чугуна и скрапа в шихте и количество примесей, окислившихся к концу продувки металла( таб.5).}

_{Средний состав шихты                                                                            Таблица 5}

	Содержание элементов,%
	С	Si	Mn	P	S
Чугун вносит	3,096	0,72	0,576	0,216	0,022
Скрап вносит	0,028	0,112	0,056	0,0084	0,0084
Средний состав	3,124	0,832	0,632	0,2244	0,0304
Сталь перед раскислением	0,07	–	0,2	0,025	0,025

_{Далее приводится методика расчёта  среднего содержания элемента в шихте}

_{на примере углерода:}

_{(С) 4,3 ∙  72/100 + 0,1∙ 28/100 = 3,096 + 0,028 =3,124 кг;}

_{(Si) 1,0 ∙ 72/100 + 0,4 ∙ 28/100 =0,72 + 0,112 = 0,832 кг;}

_{(Mn) 0,8 ∙ 72/100 + 0,2 ∙ 28/100 = 0,576 + 0,056 = 0,632 кг;}

_{(P) 0,3 ∙ 72/100 + 0,03 ∙ 28/100 = 0,216 + 0,0084 = 0,2244 кг;}

_{(S) 0,3 ∙ 72/100 + 0,03 ∙ 28/100 = 0,022 + 0,0084 = 0,0304 кг.}

_{Аналогично производится расчёт среднего содержания каждого элемента металлической части  шихты.}

_{Рассчитывается  количество удаляемых  примесей из ванны  на 100 кг шихты при  продувке кислородом (таб.6).}

_{Количество удаляемых  примесей шихты                                              Таблица 6}

Элемент	Масса, кг
С	3,124 - 0,07 ∙ 0,9 = 3,061
Si	0,832
Mn	0,632 – 0,2∙ 0,9 = 0,452
P	0,2244 – 0,025 ∙ 0,9 = 0,2
S	0,0304 – 0,025 ∙ 0,9 =  0,0079
Fe  в дым	1,500
Угар примесей	6,053

где 0,9* – выход стали.

_{Примем, что при  продувке ванны кислородом 10 % серы выгорает до SO2, т.е. окисляется 0,0079 кг серы. В шлак переходит 0,0079 – 0,00079 = 0,00711 кг серы.}

_{Расход кислорода  на окисление примесей составит при окислении 10 % углерода до СО2 (0,1∙3,061 = 0,3061кг) и 90 % углерода до СО (0,9∙3,061 = 2,75 кг) представлен в таблице 7 .}

_{Расход кислорода  на окисление примесей                                            Таблица 7}

Реакции	Расход кислорода, кг	Масса оксида, кг
С → СО2	0,3061∙32:12 =0,816	0,3061+0,816=1,122
С → СО	2,75∙16:12 =3,667	2,75+3,667=6,417
Si → SiO2	0,832∙32:28 =0,951	0,832+0,951=1,783
Mn → MnO	0,452∙16:55 =0,131	0,452+0,131=0,583
P → P2O5	0,20∙80:62 =0,258	0,20+0,258=0,458
S → SO2	0,00079∙32:32 =0,00079	0,00079+0,00079=0,0016
Fe → Fe2O3	1,500∙48:112 =0,643	1,500+0,643=2,143
∑=6,467		∑=12,508

_{Расход кислорода  составит: 6,467 кг.}

_{Расход  извести определяем по балансу СаО  и SiO2 в шлаке для получения основности 2,8. Расход плавикового шпата принимаем 0,3 кг. Расход извести обозначим через у, кг.}

       _{Количество СаО  в конечном шлаке, кг,  поступающего:}

            _{футеровки                     0,3∙0,02 = 0,006}

            _{плавикового шпата       0,3∙0,035 = 0,011}

            _{извести                                                       0,86у}

                                                                     _{0,017 + 0,86у}

      _{Количество SiO2 в конечном шлаке, кг, поступающего:}

            _{металлич. шихты                      = 1,783}

            _{футеровки                     0,3∙0,05 = 0,015}

            _{плавикового шпата       0,3∙0,03 = 0,009}

            _{извести                                             0,02у}

                                                                  _{1,807 + 0,02у}

_{Вместо СаО  и SiO2 подставим их значения и определим расход извести:}

                     _,

_{0,017 + 0,86у = 2,8 ∙ (1,807 + 0,02у);}

_{0,017 + 0,86у = 5,06 + 0,056у;}

_{0,86у  - 0,056у = 5,06 - 0,017;}

_{0,804у  = 5,043;}

_{откуда    у = 6,272 кг.}

_{В таблице 8 приведен предварительный состав шлака.}

_{Предварительный состав шлака                                                             Таблица 8}

Источники	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	MnO	S	P2O5	Fe2O3
Металлическая шихта	1,783	–	–	–	–	0,583	0,0071	0,458	–
Футеровка	0,015	0,006	0,210	0,009	0,039	–	–	–	0,024
Плавиковый  шпат	0,009	0,010	–	0,003	–	–	–	–	–
Известь	0,125	5,394	0,125	0,125	–	–	–	–	–
ИТОГО	1,932	5,41	0,335	0,137	0,039	0,583	0,0071	0,458	0,024