Определение основных параметров технологии плавки стали конверторе с верхней подачей дутья

 

8.2 Расход тепла

 

а) Физическое тепло жидкого металла

Q_м = (54,8 + 0,84*t_м)*G_м

где  Q_м – теплосодержание жидкого металла, кДж;

G_м – выход жидкого металла, кг;

t_м – расчетная температура металла, °С.

Известно: G_м = 91,09.

Тогда

Q_м = (54,8 + 0,84*t_м)*91,09 = 4991 + 76,5*t_м.

б) Физическое тепло шлака

Q_ш = (2,09* t_м – 1379)*G_ш,

где  Q_ш – теплосодержание жидкого шлака, кДж;

G_ш, – количество образующегося шлака, кг.

Известно: G_ш, = 10,833 кг.

Тогда

Q_ш = (2,09*t_м – 1379)*10,833 = 23*t_м – 14939.

в) Физическое тепло отходящих газов

Q_г = (1,32*t_г – 220)*(G_CO + G_СО2 + G_Ar),

где  Q_г – теплосодержание образующихся газов, кДж;

t_г – средняя температура отходящих газов, °С (обычно t_г = 1900...2100°С);

G_СО – количество образующегося СО, кг;

G_СО2 – то же, СО₂, кг;

G_Ar– то же, Аг, кг.

Известно: G_CO = 6,364 кг; G_СО2 = 2,558 кг; G_Ar=0 кг.

Принимаем t_г = 2000 °С.

Тогда

Q_г = (1,32*2000 – 220)*(6,364 + 2,558 + 0) = 21590 кДж.

г) Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических материалов

Эта статья теплового баланса рассчитывается по формуле, аналогичной для расчета Q_Fe в приходной части этого баланса. Для расчета учитывают только оксиды железа, поступающие в конвертер с неметаллическими материалами.

Q_Fe = 3707*0,056 + 5278*0,810 = 4480 кДж.

д) Потери тепла с выносами и выбросами

Q_в = (54,8 + 0,84*t_мс)G_в,

где  Q_в – потери тепла с выносами и выбросами, кДж;

G_в – общее количество выносов и выбросов, кг;

t_мс – средняя температура металла, °С (обычно наибольшие выносы и выбросы наблюдаются в период максимальной скорости окисления углерода, когда температура металла находится в интервале 1500... 1600 °С).

Известно: G_в = 1,0 кг. Принимаем t_мс = 1550 °С. Тогда

Q_в = (54,8 + 0,84*1550)*1,0 = 1357 кДж.

е) Затраты тепла на пылеобразование (Q_д)

Q_д = (54,8 + 0,84*t_г)*G_п.

Известно: t_г = 2000 °С; G_п = 0,874 кг.

Тогда

Q_д = (54,8 + 0,84*2000)*0,874 = 1517 кДж.

ж) Тепло на разложение карбонатов

Q_к = 4038*G_ик,

где   Q_к – тепло, затрачиваемое на разложение карбонатов (на обжиг недоразложившегося известняка в извести – недопала), кДж;

G_ик – количество СО₂ в извести, кг.

Известно: G_ик = 0,212 кг.

Тогда

Q_к = 4038*0,212 = 856 кДж.

з) Тепловые потери

В эту статью (Q_п) включают все виды тепловых потерь и неучтенные статьи расхода тепла. Обычно они составляют 2…4% от общего прихода тепла. Приняв величину тепловых потерь равной 3% от прихода тепла, получим:

Q_п = 183959*3/100 = 5519 кДж.

Общий расход тепла составит:

4992 + 76,52*t_м + 22,64*t_м – 14939 + 21590+ 4480 + 1357 + 1517 + 856 + +5519 = 25675 + 99,14*t_м.

Приравняв приходную и расходную части  теплового баланса, определим температуру жидкого металла в конце продувки:

.

Определим величину перегрева металла над температурой начала затвердевания.

t_nep= 1675 – 1535 = 140 °С.

Полученная  величина перегрева находится в  рекомендованном интервале 120...150 °С. Для упрощенного расчета допустимыми отклонениями от границ этого интервала могут быть ±5 °С.

Подставив найденное значение температуры  металла в конце продувки в статьи "а" и "б" расхода тепла, составим тепловой баланс плавки в конвертере и значения занесем в таблицу 13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 13 Тепловой баланс плавки в конвертере

Приход  тепла				Расход  тепла
Статьи  прихода	Количество			Статьи  расхода	Количество
	кДж	%			кДж	%
Физическое  тепло жидкого чугуна	104690	54,25	Физическое  тепло жидкого металла		134078	69,47
Тепловой  эффект реакций окисления примесей	65545	33,97	Физическое  тепло шлака		23266	12,06
Химическое  тепло образования оксидов железа шлака	17132	8,88		Физическое  тепло отходящих газов	21590	11,19
Тепловой  эффект реакций шлакообразования	4173	2,16	Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических материалов		4480	2,32
Тепло дожигания СО	1428	0,74		Потери  тепла с выносами и выбросами	1357	0,70
				Затраты тепла на пылеобразование	1577	0,82
				Тепло на разложение карбонатов	856	0,44
				Тепловые  потери	5789	3,00
Итого	192968	100		Итого	192968	100

 

9 Расчет раскисления стали и ее химического состава

 

Раскисление стали  производится различными видами ферросплавов представленных в таблице 14 [5].

 

Таблица 14 – Химический состав раскислителей

Раскислитель	Массовая доля элементов, %*
	С	Si	Мn	P	S
Ферромарганец марки ФМн0,5	нб 0,5	нб 2,0	нм 85	нб 0,З	нб 0,03
Ферромарганец марки ФМн1,0	нб 1,0	нб 2,0	нм 85	нб 0,3	нб 0,03
Ферромарганец марки ФМн1,5	нб 1,5	нб 2,5	нм 85	нб 0,3	нб 0,03
Ферромарганец марки ФМн75	нб 7,0	н6 2,0	нм 75	нб 0,45	нб 0,03
Ферросилиций  марки ФС45	–	41...47	нб 0,6	нб 0,05	нб 0,03
Ферросилиций  марки ФС65	–	63...68	нб 0,4	нб 0,05	нб 0,03
Ферросилиций  марки ФС75	–	74...80	нб 0,4	нб 0,05	нб 0,03
Ферросилиций  марки ФС90	–	85...95	нб 0,2	нб 0,03	нб 0,02

 

нб – не более; нм – не менее.

Для получения  стали марки 08пс используется ферромарганец  и ферросилиций, составы которых приведены в таблице 15.

 

Таблица 15 Химический состав выбранных раскислителей

Раскислитель	Массовая доля элементов, %
	С	Si	Мn	Р	S
Ферромарганец марки ФМн75	4,0	2,0	75,0	0,45	0,03
Ферросилиций  марки ФС45	—	45,0	0,6	0,05	0,03

Расход  ферросплава определяем по формуле 

где  G_ф – расход ферросплава, кг;

[Е]_с – среднее содержание элемента (марганца или кремния) в заданной марке стали, %;

[Е]_м – остаточное содержание элемента в металле в конце продувки, %;

[Е]_ф – содержание элемента в ферросплаве, %;

U_e – угар элемента при раскислении, %.

Угар элемента определяем по таблице 16

 

Таблица 16 – Величины угара ведущего элемента (%) при раскислении стали в ковше

Ведущий элемент  ферросплава	Содержание  углерода в металле в конце  продувки, %
	< 0,10	0,10...0,25	> 0,25
Марганец	25...35	20...30	15...20
Кремний	30…40	25...35	20...25

Определим расход ферромарганца.

Известно: G_м=91,09 кг; [Мn]_с=0,5%; [Мn]_м=0,041 кг; [Мn]_фм=75,0%. Принимаем U_Mn = 30%.

Тогда

При раскислении  ферромарганцем масса жидкой стали  увеличивается. Это увеличение необходимо учитывать при расчете расхода ферросилиция. Увеличение массы металла почти в точности равно массе ферромарганца, так как частичный угар марганца компенсируется поступлением в металл примерно такого же количества железа из шлака.

Следовательно, масса металла после раскисления ферромарганцем, составит:

91,09 + 0,80 = 91,89 кг.

Определим расход ферросилиция.

Известно: G_м = 91,89 кг; [Si]_c = 0,11%; [Si]_м = 0%; [Si]_фс = 45,0 %. Принимаем: U_Si = 35%.

Тогда

Определение массы  и химического состава стали  после раскисления, а также массы продуктов раскисления, производится в таблице 17.

Состав  металла после раскисления соответствует  требованиям, предъявляемым к заданной марке стали 08пс.

 

10 Расчет расхода материалов на всю плавку и выхода продуктов плавки

 

По данным таблицы 12 из 100 кг металлошихты получается 91,091 кг жидкого металла. В соответствие с заданием необходимо произвести в конвертере 130 т этого металла. Отсюда определим расход металлошихты на плавку (G_мш)

G_мш = 130*100/91,091 = 143 т.

 

Таблица 17 – Баланс элементов при раскислении стали

Расчетный показаель	С		Si		Мn		Р	S	Fe	Всего
	Остается	Окисляется до СО	Остается	Окисляется до SiO2	Остается	Окисляется до МnО
Содержится перед раскислением, кг	0,070		0,000		0,041		0,012	0,012	90,935	91,071
Вносится  ферромарганцем, кг	50*	50*	65*	35*	70*	30*	100*	100*	100*	0,796
	0,016	0,016	0,010	0,006	0,418	0,179	0,0036	0,0002	0,123
Вносится  ферросилицием, кг			65*	35*	70*	30*	100*	100*	100*	0,345
			0,101	0,054	0,0015	0,0006	0,0002	0,0001	0,188
Содержится после раскисления, кг	0,086		0,111		0,460		0,016	0,012	91,247	91,944
Образуется оксида, кг		0,037		0,129		0,232
Состав  металла, %	0,093		0,121		0,501		0,017	0,014	99,254	100,00