Расчет материального баланса конвертерной плавки

13

Московский Государственный Вечерний

Металлургический Институт

(МГВМИ)

Курсовая работа по ТКМ.

Тема: Расчет материального баланса конвертерной плавки.

Группа: МО-97

Студент:

Преподаватель: Смоляренко В. Д.

Москва 2000 год.

Задано: Рассчитать материальный и тепловой баланс плавки низ­колегированной стали 25Г2С в кислородном конвертере.

1. Исходные данные для расчета

Расчет ведем на 100 кг. металлической шихты.

Состав стали 25Г2С: 0,20 — 0,29% С; 0,8 — 1,1% Si; 1,3 — 1,65% Mn; менее 0,045% Р; менее 0,045% S.

Расход чугуна и стального лома составляет соответственно 80 и 20% от массы металлической шихты. Лом содержит 1% окалины и ржавчины, т.е. из 20 кг. загружаемого в конвертер лома собственно лома составляет 19,8 кг., а масса окалины и ржавчины — 0,20 кг.. (Основу окалины составляет Fe2O3 ржавчины — гидраты окислов железа; для упрощения принимаем, что окалина и ржавчина лома содержат 85% Fe2O3 и 15% Н2О.) Со сливаемым чугуном в конвер­тер попадает миксерный шлак в количестве 0,75% от его массы, т.е. 0,6 кг..

Для разжижения шлака используется плавиковый шпат; его расход равен 0,3 кг. Расход смолодоломитовой футеровки, перехо­дящей в шлак, составляет 0,4 кг.

Температура заливаемого чугуна составляет 1350 градусов С., температура стали перед выпуском 1620 градусов С.. Технический кислород содержит 99,5% О2 и 0,5% N2; степень усвоения кислорода — 100%.

Раскисление и легирование конвертерной стали, производится в ковше. Для раскисления обычно применяют силико-марганец или углеродистый ферромарганец, 75%-ный ферросилиций и алюминий. Сталь 25Г2С легирована кремнием и марганцем; для ее раскисления и легирования используем углеродистый ферромарганец, 75%-ный ферросилиций и алюминий.

Состав исходных материалов приведен в таблице 1 и 2.

Таблица 1.

Состав чугуна, лома и ферросплавов

Таблица 2

Состав неметаллических материалов

2. Материальный Баланс Плавки

2.1 СРЕДНИЙ СОСТАВ ШИХТЫ

Результаты расчета среднего состава шихты приведены в таб­лице №3. В качестве примера приведем расчет среднего содержания кремния в шихте:

Жидкий чугун вносят в шихту кремния: (здесь 80 — количество чугуна в шихте; 0,80 — содержание кремния в чугуне, % ). Стальной лом, масса которого с учетом нали­чия 0,2 кг. окалины и ржавчины составляет 19,8 кг, внесет кремния:

Содержание кремния в шихте соста­вит:

Таблица № 3

2.2 КОЛИЧЕСТВО ПРИМЕСЕЙ, УДАЛЯЮЩИХСЯ ИЗ МЕ­ТАЛЛА ЗА ВРЕМЯ ПРОДУВКИ

Углерод должен быть окислен до пределов, обеспечивающих получение в готовом металле его сред незаданного содержания (для стали 25Г2С — 0,25%) с учетом того, что при раскислении и легиро­вании его содержание возрастает за счет присадок углеродистых ферросплавов (в нашем случае ферромарганца). Предварительный расчет показывает, что углеродистый ферромарганец внесет около 0,09% С (методика расчета расхода ферромарганца и количества вносимого им углерода описана в разделе 3). Следовательно, угле­род должен быть окислен до 0,25 — 0,09 = 0,16%.

Кремний окисляется полностью вследствие высокого сродства к кислороду и в связи с тем, что продукт его окисления SiO2 связан в основном шлаке в прочные соединения с окисью кальция.

Количество удаляющихся из металла марганца, фосфора и серы определяется влиянием большого числа переменных факторов — величиной их исходного содержания; количеством, основностью, окисленностью и скоростью формирования шлака; дутьевым и тем­пературным режимами продувки и др. Наибольшее влияние, как правило, оказывают основность, окисленность и количество шлака, в связи, с чем задаемся этими величинами.

Основность конечного шлака обычно изменяется в пределах от 2,5 до 3,8. В нашем случае принимаем величину:

Содержание FeO и Fe2O3 в шлаке в конце продувки определяется в первую очередь содержанием углерода в металле в этот момент. Ко­личество FeO возрастает с 7 — 9% при содержании углерода в ме­талле около 0,35% примерно до 20% при содержании углерода в ме­талле около 0,05 — 0,07%; количество Fe2O3 в 3 — 4 раза меньше. В нашем случае, учитывая, что содержание углерода в конце продувки составит 0,16%, принимаем содержание FeO в шлаке 15%, Fe2O3 — 4%.

Количество шлака (Gшл.) при работе с применением стального лома и плавкого шпата приближенно можно определить по формуле:

где В — основность шлака; [Si]ш — содержание кремния в шихте (% или кг.); К — коэффициент, величину которого в пределах 5,5 — 6,4 следует брать тем большей, чем выше принятое содержание FeO в шлаке.

В нашем случае принимаем К=5,8. Тогда примерное количе­ство шлака составит:

Остаточное содержание марганца в металле в конце продувки [Mn]ост. При содержании марганца в чугуне от 0,7 до 1,2% обычно изменяется в пределах от 0,15 до 0,35 — 0,40%. Величину [Mn]ост. можно определить с учетом того, что она близка к значениям, опре­деляемым равновесием реакции [Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe, для ко­торой по экспериментальным данным:

В
нашем случае при температуре 1620 градусов С К = 1,85 т.е.:

О

тсюда: Используя эту зависимость можно рассчитать примерную величину [Mn]ост. по балансовому уравнению распределения марганца между металлом и шлаком:

где Gш, Gм и Gшл — масса шихты, металла в конце продувки и шлака соответственно (кг.); [Mn]ш и (MnO) — концентрации марганца в шихте и MnO в шлаке (%); 55 и 71 — атомная масса марганца и мо­лекулярная масса MnO.

П
одставив в это уравнение величину: вместо (MnO) и приняв приближенно, что количество металла в конце продувки равно 91% от массы шихты (т.е. 91 кг.) после под­становки численных значений будем иметь:

Отсюда примерное содержание марганца в металле в конце продувки составит 0,23%.

Остаточное содержание фосфора в металле в конце продувки при содержании фосфора в чугуне менее 0,15% обычно изменяется в пределах от 0,012 — 0,015% до 0,035%. Коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом:

определяется в первую очередь основностью и окисленностью шлака. Обычно эта величина изменяется от 40 до 80 – 100 и в этих пределах она тем выше, чем выше основность шлака и содержание окислов железа в нем.

В нашем случае с учетом выбранных ранее основности и окисленности шлака принимаем величину

т
огда:

О

статочное содержание фосфора [P]ост. определяем по балансовому уравнению распределения фосфора:

П
одставив в него в место (P2O5) величину

И
численные значения прочих входящих величин:

Отсюда примерное остаточное содержание фосфора в металле в конце продувки [P]ост. составит 0,02%.

В
еличину остаточного содержания серы в металле в конце продувки определяем по балансовому уравнению распределения серы между шлаком и металлом. Величина коэффициента распределения серы:

В условиях кислородно-конвертерной плавки изменяется в пределах от 3 до 10-12 и определяется в первую очередь основностью шлака, возрастая при росте основности. В нашем случае с учетом выбранной основности шлака принимаем ns =7; тогда (S) = 7* [S]ост.

Балансовое уравнение распределения серы имеет вид: