123474 (689487), страница 3
Текст из файла (страница 3)
**) Принимаем, что вся удаляемая из металла сера переходит в шлак, пренебрегая малым количеством ее окисления до газообразных продуктов.
***) Пересчёт в м3 производится из условия, что 32 кг кислорода занимают объем 22,4 м3.
5. Расчет количества и состава шлака
Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения неметаллических материалов. Необходимо определить количество и состав образующегося шлака.
Предварительно установим количество и состав неметаллических материалов (таблица 7).
В таблице 7 приведены значения величин, обычно наблюдаемые в производственной практике. Для расчета необходимо выбрать конкретные значения с использованием заданных величин так, чтобы содержание компонентов в материале в сумме составляло 100%.
Принимаем: расход плавикового шпата – 0,2 кг; твердого окислителя (окатышей) – 0,6 кг; миксерного шлака – 0,5% к массе чугуна (по пункту 4) или 80·0,5/100 = 0,4 кг. Принимаем расход рабочего слоя футеровки конвертера на каждую плавку 0,5 кг/100 кг металлошихты, что позволяет иметь стойкость футеровки 850…900 плавок. Обычно рабочий слой футеровки выполняют из смолодоломита (МgО=35…50%; СаO=45…65%), смоломагнезитодоломита (MgO=50…75%; СаО=15…45%), периклазографита (МgО не менее 72% и углерода 6…20% или МgО не менее 84% и углерода 6… 14%). В качестве материала футеровки выберем смоломагнезитодоломит.
Таблица 7 – Количество и состав неметаллических материалов, используемых в конвертерной плавке
| Материал | Расход на плавку, % | Содержится в металле, % | ||||||
| СаО | SiO2 | Fe2O3 | FeO | П.п.п.* | Прочие | Ито- го | ||
| Известь Плавиковый шпат Твердый окислитель Футеровка конвертера Миксерный шлак | 4,0…11,0 0,1…0,4 0,0…1,5 0,2…1,0 0,2…2,0 | 80…92 0…5 1…14 15…65 25…35 | 1…5 3…20 4…12 1…5 30…40 | – – 58…90 1…2 0…1,5 | – – 1…18 – 5…7 | 5…10 – – 2…20*** – | 5…15 75…95** 5…10 40…80 10…25 | 100 100 100 100 100 |
*) П.п.п. – потери при прокаливании извести состоят в основном из
СО2, образующегося при разложении необожженного известняка.
**) Главным компонентом плавикового шпата является CaF2.
***) Содержание углерода в огнеупорном материале.
Для выбора состава окатышей определим содержание Fe2O3 в них по заданным значениям Fe и FeO:
Fe2O3= (63,0 – 1,0·56/72)·160/112 = 88,89%.
Расход извести будем определять расчетом по балансу оксидов СаО и SiO2. Количество и состав неметаллических материалов, необходимых для дальнейших расчетов, сведены в таблице 8.
Таблица 8 – Количество и состав неметаллических материалов, используемых в расчете конвертерной плавки
| Материал | Расход на плавку, % | Содержится в металле, % | ||||||
| СаО | SiO2 | Fe2O3 | FeO | П.п.п.* | Прочие | Итого | ||
| Известь Плавиковый шпат Твердый окислитель Футеровка конвертера Миксерный шлак | Определяется расчетом 0,2 0,6 0,5 0,4 | 85,0 5,0 2,0 30,0 35,0 | 1,0 15,0 4,0 3,0 40,0 | – – 88,9 2,0 1,0 | – – 1,0 – 6,0 | 5,0 – – – – | 9,0 80,0 3,0 65,0 18,0 | 100 100 100 100 100 |
Для расчета расхода извести, а в дальнейшем для определения количества и состава шлака, удобно составить таблицу 9. Сначала заполним все первые колонки таблицы 9, включая колонку «Итого».
Расход извести определим по формуле:
,
где Gиз – расход извести, кг/100 кг металлошихты;
В-основность шлака;
(SiO2) – поступление в шлак SiO2 из всех источников, кроме извести, кг;
(ΣCaO) – то же, СаО, кг;
(СаО)из – содержание СаО в извести, %;
(SiO2)из-то же, SiO2, %.
Основность шлака обычно изменяется в пределах 2,5…4,0 (чаще всего 3,0…3,5). Для более глубокого удаления серы и фосфора стремятся иметь максимальную основность, но не приводящую к ухудшению жидкоподвижности шлака.
Принимаем В = 3,5.
Тогда:
Теперь можно заполнить колонку «Вносится известью» в таблице 9.
Для заполнения оставшихся двух колонок таблицы 9 необходимо определить уровень концентрации оксидов железа в шлаке. Содержание оксидов железа в шлаке не имеет прямой связи с их количеством в шихтовых материалах, а зависит, в первом приближении, от содержания углерода в металле и удельного расхода дутья снизу (таблица 10).
В процессе продувки оксиды железа поступают в шлак при окислении железа металлического расплава кислородом дутья и при растворении неметаллических материалов. Часть оксидов железа участвует в процессах окислительного рафинирования. Содержание оксидов железа в шлаке в конце продувки зависит от соотношения процессов их образования и расходования. В свою очередь эти процессы зависят от конкретных параметров плавки.
Для упрощения расчетов условно будем считать, что все оксиды железа, поступающие в конвертерную ванну с неметаллическими материалами, полностью разлагаются на железо, переходящее в жидкий металл, и кислород, участвующий в окислении примесей. В то же время оксиды железа шлака образуются за счет окисления железа металлического расплава кислородом дутья.
По данным таблицы 10 принимаем FeO=20% и Fe2O3=7%. Записываем эти значения в последнюю колонку таблицы 9. На все остальные оксиды шлака в количестве 7,314 кг приходится 100 – (20+7)= 73%. Отсюда определяем общее количество шлака: 7,314·100/73 = 10,019 кг и заполняем все оставшиеся колонки и строки таблицы 9.
При выплавке IF-стали конечный шлак конвертерной плавки должен содержать не более 7% SiO2, что позволит уменьшить до приемлемого уровня восстановление из него кремния при последующем микролегировании металла титаном. Для получения указанного содержания SiO2 в шлаке плавку стали в конвертере следует вести с удалением промежуточного шлака после введения примерно 1/3 от расчетного количества кислородного дутья.
6. Расчет расхода дутья
В качестве дутья для продувки металла сверху используем технически чистый кислород с содержанием 99,5% кислорода. Расход дутья определим по балансу кислорода, учитывая, что кроме дутья, кислород поступает в ванну при разложении оксидов железа неметаллических материалов, а расходуется не только на окисление примесей металла, но и на дожигание части СО до СО2, окисление железа, а также частично растворяется в металле и теряется в газовую фазу в начале продувки.
Ранее была определена потребность в кислороде для окисления примесей металла (таблица 6): 5,51 кг или 3,86 м3. Определим расход кислорода на окисление железа.
В таблице 9 в предпоследней колонке записано количество FeO (2,004 кг) и Fe2O3 (0,700 кг) в шлаке. Для их образования потребуется кислорода:
2,004·16/72 + 0,700·48/160 = 0,321 кг или 0,321·22,4/32 = 0,22 м3.
При этом окисляется железа:
2,004+ 0,700–0,321 = 2,383 кг.
Определим расход кислорода на дожигание СО. В зависимости от положения фурмы относительно поверхности металла 5…15%, а при использовании двухъярусных фурм до 25%, образующийся СО окисляется до СО2. Принимаем: 10% СО окисляется до СО2.
По реакции {CO}+0,5 {O2} = {СО2} на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11,2 м3 О2.
Так как при окислении углерода образовалось 6,63 кг СО (таблица 6), то для окисления 10% этого количества (0,663 кг) потребуется кислорода:
0,663·16/28 = 0,379 кг или 0,379·22,4/32 = 0,265 м3.
С неметаллическими материалами поступает 0,03 кг FeO и 0,458 кг Fe2O3 (таблица 9).
При их полном усвоении образуется кислорода:
0,03·16/72 + 0,458·48/160 = 0,144 кг или 0,144·22,4/32 = 0,101 м3.
При этом восстанавливается железа:
0,03 + 0,458 – 0,144 = 0,344 кг.
Теперь определим общую потребность в кислороде дутья для окислительного рафинирования (Vk):
Vk = 5,510 + 0,321 + 0,379 – 0,144 = 6,066 кг или 4,246 м3.
Обычно 5…10% oт этого количества (принимаем 8%) приходится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле с учетом содержания кислорода в дутье (99,5%). Определим общий расход дутья (Vд):
Vд = (6,066·8/100 + 6,066)·100/99,5 = 6,584 кг или 4,609 м3.
Избыток дутья примерно составит 6,584·8/100 = 0,527 кг.
7. Расчет выхода жидкой стали перед раскислением и составление материального баланса плавки
Сначала составим баланс металла за период окислительного рафинирования.
Приход металла состоит из 100 кг металлошихты (чугуна и лома) и железа, восстановленного из неметаллических материалов.
Расходная часть баланса металла включает в себя массы окислившихся примесей (4,340 кг, по таблице 6), железа (2,383 кг, по пункту 6), потери металла с выносами и выбросами (обычно 1…2%, принимаем 1 кг), массу миксерного шлака (0,4 кг, по таблице 8) и потери железа с пылью.
Массу железа, теряемого с пылью, можно определить по формуле:
Gп = 0,00001·Vг·Кп·Feп,
где Gп – масса железа, теряемая с пылью во время продувки, кг;
Vr – объем образующихся газов, м3;
Кп – концентрация пыли в газе, г/м3 (обычно 150…250 г./м3);
Feп – содержание железа в пыли, % (обычно 60…80%).
В процессе продувки газы образуются в результате окисления углерода и поступления потерь при прокаливании из неметаллических материалов (поступлением азота из дутья пренебрегаем). Масса, объем и состав образующихся газов определяются в таблице 11.
Принимаем Кп = 200 г./м3, Feп = 70%.
Таблица 11 – Расчет количества газообразных продуктов плавки
| Источник поступления | Количество, кг | |||
| СО | СО2 | Всего | ||
| Окисление углерода | 6,630 | 1,140 | 7,770 | |
| Известь | - | 4,33·5/100 = 0,216 | 0,216 | |
| Дожигание части СО | -0,663 | 0,663·44/28 = 1,042 | 0,379 | |
| Дутье снизу | - | - | - | |
| Итого | кг | 5,967 | 2,398 | 8,365 |
| м3 | 5,967·22,4/28 = 4,774 | 2,398·22,4/44 = 1,221 | 5,995 | |
| Состав газа, % | 79 | 21 | 100,0 | |
Тогда Gп = 0,00001·5,995·200·70 = 0,839 кг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
