Расчёт материального и теплового балансов кислородно-конвертерной плавки

_{Допускаем, что  содержание оксидов  железа в шлаке  будет: 13 % FeO и 4 % Fe2O3. Тогда масса оксидов шлака без FeO и Fe2O3 составит 83 % ,а масса шлака без оксидов железа будет 8,901 кг (таблица 5).}

_{Отсюда масса шлака                     8,901:0,83 = 10,72 кг.}

_{Масса оксидов  железа в шлаке  10,72 – 8,901 = 1,819 кг, в том числе 10,72∙13/100=1,394 кг FeO и 8,901∙4/100 = 0,429 кг Fe2O3.}

_{С учетом оксидов железа в таблице 9 представлен окончательный состав шлака.}

_{Окончательный состав шлака                                                                 Таблица 9}

	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	MnO	S	P2O5	Fe2O3	FeO	Σ
кг	1,932	5,41	0,335	0,137	0,039	0,583	0,0071	0,458	0,429	1,394	10,72
%	18,01	50,45	3,12	1,28	0,364	5,436	0,066	4,271	4	12,999	100

_{Окисляется железа, кг}

        _{до   Fe2O3       0,429 – 0,024 = 0,405 кг}

        _{до   FeO                                = 1,394 кг}

_{Поступит  железа из металла  в шлак}

_{1,394∙56:72 + 0,405∙112:160 = 1,084 + 0,284 = 1,368 кг}

_{Выход стали равен: 100 –  6,053 – 0,5 – 1,0 – 1,368 = 91,079 кг,}

_{где 6,053 – угар примесей шихты, кг; 0,5 – количество железа, запутавшегося в шлаке в виде корольков, кг; 1,0 – потери железа с выбросами, кг; 1,368 – угар железа на образование оксидов железа в шлаке, кг.}

_{Потребуется кислорода на окисление  железа:}

_{(1,394 – 1,084) + (0,405 – 0,284) = 0,431 кг.}

_{Всего потребуется кислорода  на окисление примесей:}

_{6,467 + 0,431 = 6,898 кг.}

_{Потребуется технического кислорода  при 95% усвоении}

_м³

_{На тонну садки  расход технического кислорода составит 5,108 м³/т.}

_{Количество азота:}

_{5,108∙0,005 = 0,02554 м³ или 0,0319 кг.}

_{Количество не усвоенного кислорода:}

_{(5,108 – 0,02554)∙0,05 = 0,254 м³ или 0,363 кг.}

_{Масса технического кислорода равна:}

_{6,898 + 0,0319 + 0,363 = 7,293 кг.}

_{Колисество и  состав образущихся газов представлен в таблице 10.}

_{Состав и количество газов                                                                     Таблица 10}

Составляющие	Содержание
	Кг	м3	%
СО2	1,516	0,772	12,180
СО	6,417	5,134	81,003
H2O	0,125	0,156	2,461
O2	0,362	0,253	3,992
N2	0,0319	0,0225	0,355
SO2	0,0016	0,00056	0,009
Итого	8,454	6,338	100,0

_{На основании  полученных в расчетах данных составляем материальный баланс плавки до раскисления( таб.11).}

_{Материальный баланс плавки до раскисления                                    Таблица 11}

Поступило ,кг		Получено, кг
Чугуна	72	Стали	91,079
Скрапа	28	Шлака	10,72
Плавикового шпата	0,300	Корольков	0,500
Извести	6,272	Выбросов	1,000
Футеровки	0,300	Газов	8,454
Технического  кислорода	7,293	Fe2O3 (в дым)	2,143
Σ	114,165	Σ	113,896
		Невязка	0,236

                                                                                         

_{Относительная невязка  допускается не более 0,5%.}

 

_{3 Раскисление и легирование стали}

_{Раскисление –  это процесс удаления излишнего кислорода из металла различными способами.}

_{Легирование –  это операция присадки в сталь легирующих элементов для  придания ей каких  – либо особых физико – химических или  механических свойств (твёрдость, жаропрочность и  т.д.)}

_{3.1 Расчет раскисления}

_{Перед раскислением в металле содержится (с  учетом выхода стали           – 0,9), кг}

_{углерода  – 0,063;   серы – 0,0225;}

_{марганца  – 0,18;             фосфора – 0,0225.}

_{Концентрация  растворенного в  металле кислорода  к концу продувки зависит от факторов: от содержания углерода в металле, оксидов железа в шлаке и от температуры металла.}

_{Концентрацию  кислорода в металле  под шлаком с содержанием 16 – 20% (FeO + Fe2O3) с основностью 2,5–3,5 при   температуре ванны     1600 – 1630 ⁰С находим по формуле Г.Н. Ойкса.}

_{[%С]∙[%О] = 0,0035 + 0,006 [%С],}

_откуда 

                  _,

_{или 0,0616 ∙ 91,079/100 = 0,0561 кг.}

_{Раскисление стали  производим присадками ферромарганца, затем  ферросилиция в ковш. В последнем происходит вторичное окисление  элементов. Угар марганца при раскислении принимаем 25%, угар углерода ферромарганца – 30%, кремния из ферромарганца – 100%, угар кремния из ферросилиция – 30%.}

_{Расход ферромарганца  определяем по формуле} 

                                                _{,   кг,}

_{где а – требующееся для ввода в металл количество марганца, равное среднему значению в заданной марке стали, минус остаточное содержание марганца в металле перед раскислением.}

_{b – содержание  марганца в 1кг  ферромарганца, кг;}

_{с – коэффициент усвоения марганца в металле (в данном случае 1,5 –0,18 = 1,32),}

кг.

Это количество ферромарганца содержит, кг:

С  2,071 ∙0,01 = 0,0207;

Mn  2,071 ∙0,85 = 1,760;

Si  2,071 ∙0,02 = 0,0414;

P  2,071 ∙0,003 = 0,0062;

S  2,071 ∙0,0003 =  0,00062;

Fe  2,071 ∙0,1167 = 0,24;

        ∑ = 2,069.

Выгорает, кг

C  0,02071 ∙ 0,30 = 0,0062;

Mn  1,760 ∙ 0,25 = 0,44;

Si          = 0,0414;

                                                  ∑= 0,4876.

Переходит в сталь, кг

С  0,0207 - 0,0062 = 0,0145;

Mn  1,760 - 0,44 = 1,32;

P     = 0,0062;

S     = 0,00062;

Fe     = 0,24;

     ∑=1,5813.

Требуется кислорода на окисление  примесей, кг

  0,0062 ∙ 16 : 12 = 0,0083;

  0,44 ∙ 16 : 55 = 0,128;

Si→SiO₂  0,0414 ∙ 32 : 28 = 0,0473;

             ∑ = 0,1836.

Поступит кислорода из атмосферы, кг

0,1836 – 0,0561 = 0,1275 кг.

Выход стали, после раскисления  ферромарганцем составит:

91,079 + 1,5813 – 0,0561 = 92,6042 кг.

Получится оксидов:

CO  0,0062 + 0,0083 = 0,0145;

MnO  0,44 + 0,128 = 0,568;

SiO₂  0,0414 + 0,0473 = 0,0887.

Выход шлака

10,72 + 0,568 + 0,0887 = 11,3767 кг.

                                                                                                                  Таблица 12

Материальный баланс плавки после раскисления ферромарганцем                                                                                                                  

Поступило, кг		Получено, кг
Стали до раскисления	91,079	Стали		92,6042
Шлака до раскисления	10,72	Шлака		11,3767
Ферромарганца	2,069	СО		0,0145
Кислорода из атмосферы	0,1275	∑		103,995
∑	103,995	Невязка	0

 

Количество стали перед  раскислением с учетом растворенного  кислорода, кг

91,079 – 0,0561 = 91,023 кг.

 

 

 

 

Состав стали после  раскисления ферромарганцем                             Таблица 13

Наименование	С	Mn	P	S	Fe	∑
Металл перед раскислением	0,063	0,18	0,0225	0,0225	92,6042	92,892
FeSi вносит	0,0145	1,32	0,0062	0,00062	0,24	1,5813
Всего, кг	0,0775	1,5	0,0287	0,0231	92,8444	94,4737
%	0,0820	1,5877	0,0304	0,0245	98,275	100

В стали перед вводом ферросилиция содержится, кг

углерода – 0,0775;    серы – 0, 0287;

марганца – 1,5;                      фосфора – 0,0231.

Определяем расход ферросилиция ФС 65на 100 кг шихты

P= кг

Это количество ферросилиция содержит, кг:

Si 1,4286 ∙ 0,65 = 0,9286;

Mn 1,4286 ∙ 0,004 = 0,00057;

P 1,4286 ∙ 0,0005 = 0,00071;

S 1,4286 ∙ 0,0003 = 0,00043;

Fe 1,4286 ∙ 0,3452 = 0,4932;

∑= 1,4286.

Выгорает, кг

Mn 0, 0057 ∙ 0,25 = 0,00143;

Si 0,9286 ∙ 0,30 = 0,2786;

                                                    ∑=0,2800.

Переходит в сталь, кг

Si 0,9286 – 0,2786 = 0,65;

Mn 0,0057 – 0,00143 = 0,0043;

P              = 0, 00071;

S              = 0, 00043;

Fe              = 0,4932;

                                                                   ∑= 1,1486.

Требуется кислорода  на окисление примесей, кг

  0,00143 ∙ 16 : 55 = 0,00042;

Si→SiO₂  0,2786 ∙ 32 : 28 = 0,3184;

                      ∑ = 0,3188.

Поступит кислорода  из атмосферы – 0,3188 кг.

Выход стали, после раскисления  ферросилицием будет:

                 92,6042 + 1,1486= 93,753 кг.

Получится оксидов:

MnO  0,00143 + 0,00042 = 0,0147;

SiO₂  0,2786 + 0,3184 = 0,597.

Выход шлака, кг

                11,3467 + 0,0147 + 0,597 = 11,958 кг.

На основании полученных данных составляем материальный баланс плавки после раскисления ферросилицием (табл.14).

                                                                                                      Таблица 14

Материальный баланс плавки после раскисления ферросилицием

Поступило, кг		Получено, кг
Стали до раскисления FeSi	92,6042	Стали	93,753
Шлака до раскисления FeSi	11,3467	Шлака	11,958
Ферросилиция	1,4286	∑	105,711
Кислорода из атмосферы	0,3188	Невязка	0
∑	105,7

 

 

 

 

 

 

 

 

В таблице 15 приведен состав стали после раскисления ферросилицием

Состав стали после  раскисления ферросилицием                               Таблица 15

Наименование	С	Mn	P	S	Si	Fe	∑
Металл до раскисления FeSi	0,0775	1,5	0,0287	0,0231	–	92,84	94,4737
FeSi вносит	–	0,0043	0,00071	0,00043	0,65	0,4932	1,1486
Всего, кг	0,0775	1,5043	0,0294	0,0235	0,65	93,3376	95,622
%	0,0810	1,5732	0,0307	0,0246	0,6798	97,611	100