Определение основных параметров технологии плавки стали конверторе с верхней подачей дутья

 

Таблица 3 – Химический состав металлических шихтовых материалов

Материал	Массовая доля элементов, %
		С	Si	Мn	Р	S
Чугун жидкий Лом металлический	4,0 0,1	0,4 0,2	0,2 0,5	0,19 0,04	0,02 0,04

 

Следует иметь в виду, что в производственных условиях вместе с жидким чугуном в конвертер попадает шлак, так называемый миксерный шлак. Это и часть доменного шлака на поверхности чугуна, и материал футеровки миксеров (передвижных или стационарных), и продукты окисления примесей чугуна, и др. Миксерный шлак обычно содержит много кислотных оксидов и серы, а поэтому является нежелательным материалом при производстве стали.

Технологией выплавки стали предусматривается удаление миксерного шлака с поверхности чугуна перед заливкой его в конвертер. Тем не менее часть шлака остается и принимает участие в формировании конвертерного шлака. Необходимо учитывать количество и состав миксерного шлака при расчетах плавки. Обычно бывает известна суммарная масса чугуна и шлака, так как их взвешивают в заливочном ковше общей массой. Поэтому количество миксерного шлака оценивают в процентах к массе чугуна. До удаления шлака из заливочного ковша это количество составляет 0,5...2,0%, а после скачивания – 0,2...1,0% к массе чугуна. Для расчета принимаем G_м.ш – 0,5%. Однако будем учитывать наличие миксерного шлака только при формировании конвертерного шлака, пренебрегая его влиянием на средний состав металлошихты.

Подобное замечание относится  и к качеству металлического лома. Лом всегда частично окислен с поверхности и поступает в конвертер с некоторым количеством мусора: песком (основной компонент – SiO₂) и глиной (Аl₂О₃). Окисленность и замусоренность лома оценивают в процентах к массе лома, что составляет в пределах 0,5...2,0% для каждого. Относительно небольшой расход лома на плавку позволяет пренебречь влиянием окалины и мусора в ломе при упрощенных расчетах.

С учетом этих замечаний  расчет среднего химического состава шихты представлен в таблице 4.

Определим остаточное содержание примесей в металле в конце продувки. Содержание углерода было установлено ранее:  [С]_м=0,07%.

 

 

 

Таблица 4 – Расчет среднего химического состава металлической шихты

Материал	Расход, кг	Внесено в шихту, кг
		С	Si	Мn	Р	S
Чугун	85,57	3,423	0,342	0,171	0,163	0,017
Лом	14,43	0,014	0,029	0,072	0,006	0,006
Всего в шихте	100,00	3,437	0,371	0,243	0,168	0,023

Кремний при  выплавке стали в конвертере с  основной футеровкой окисляется практически полностью, поэтому [Si]_м = 0%.

Марганец, фосфор и сера во время продувки частично удаляются из металла. Степень их удаления зависит от условий ведения плавки (состава шлака и металла, их температуры) и момента окончания продувки. Обычно наблюдаемые значения степени удаления элементов приведены в таблице 5.

 

Таблица 5 – Степень удаления элементов (%) из металла за время продувки в кислородном конвертере

Химический  элемент	Содержание  углерода в металле в конце  продувки, %
	< 0.10	0,10...0,25	>0,25
Марганец Фосфор Сера	80...85 90...95 45...50	75...80 85...90 40...45	70... 75 80... 85 35... 40

Для условий  примера расчета при [С]_м = 0,07% в соответствии с данными таблицы 5 принимаем степень удаления марганца 83%, фосфора 93 и серы 47.

Тогда

[Mn]_м = 0,243*(100 – 83)/100 = 0,041 кг;

[P]_м = 0,168*(100 – 93)/100 = 0,012 кг;

[S]_м = 0,023*(100 – 47)/100 = 0,012 кг.

Расчет окисления  примесей шихты представлен в таблице 6.

Принимаем, что 90% углерода, удаляемого при продувке, окисляется до СО, а 10% – до СО₂; остаточные содержания углерода в металле в % и кг отличаются несущественно, так как выход жидкого металла обычно составляет 90...92%. Также принимаем, что вся удаляемая из металла сера переходит в шлак, пренебрегая малым количеством ее окисления до газообразных продуктов, а пересчет в м³ производится из условия, что 32 кг кислорода занимают объем 22,4 м³

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 – Расчет окисления примесей шихты

Расчетный показатель	C			Si	Мn	Р	S	Всего
	Всего	Окисляется  до СО	Окисляется  до СО2
Содержится  в шихте, кг	3,437			0,371	0,243	0,168	0,023
Остается после  продувки, кг	0,070			0,000	0,041	0,012	0,012
Удаляется при   продувке, кг	3,367	3,030	0,337	0,371	0,202	0,157	0,011	4,107
Требуется кислорода, кг		4,040	0,898	0,424	0,059	0,202	0,000	5,623
м3		2,828	0,629	0,297	0,041	0,141	0,000	3,936
Образуется  оксидов, кг		7,071	1,235	0,795	0,261	0,359	0,011	9,731

 

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 и занесем их в таблицу 7 [4].

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%.

Известно: расход плавикового шпата – 0,2 кг; твердого окислителя (окатышей) – 1 кг;  миксерного шлака – 0,5% к массе чугуна или 85,57*0,5/100 = 0,43 кг. Принимаем расход рабочего слоя футеровки конвертера на каждую плавку 0,5 кг/100кг металлошихты, что позволяет иметь стойкость футеровки 850...900 плавок. Обычно рабочий слой футеровки выполняют из смолодоломита (МgО = 35...50%; СаО = 45...65%), смоломагнезитодоломита (МgО= =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.

Для выбора состава  окатышей определим содержание Fe₂O₃ в них по заданным значениям Fe и FeO

Fe₂O₃ = (58,0 – 3,0*56/72 )*160/112 = 79,52%.

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 7 – Количество и состав неметаллических материалов, используемых в конвертерной плавке

Материал	Расход на плавку, %	Содержится  в материале, %
		СаО	SiO2	Fe2О3	FeO	П.П.П.*	Проч.	Игого
Известь	4,0...11,0	80...92	1...5	—	—	5...10	5...15	100
Плавиковый  шпат	0,1...0,4	0...5	3...20	—		—	75...95**	100
Твердый окислитель	0,0...1,5	1...14	4...12	58...90	1...18	—	5...10	100
Футеровка конвертера	0,2... 1,0	15...65	1...5	1...2		2...20***	40...80	100
Миксерный шлак	0,2...2,0	25...35	30... 40	0...1.5	5...7		10...25	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.

 

Таблица 8 –  Количество и состав неметаллических  материалов, используемых в расчете конвертерной плавки

Материал	Расход на плавку, %	Содержится  в материале, %
		СаО	SiO2	Fe2O3	FeO	П.п.п.	Проч.	Итого
Известь	Определяется  расчетом	85	1	—	—	5	9	100
Плавиковый  шпат	0,2	5	10	—	—	—	85	100
Твердый окислитель	1	5	9,48	79,52	3	—	3	100
Футеровка конвертера	0,5	35	3	2	—	—	60	100
Миксерный шлак	0,43	35	40	1	6	—	18	100

 

Для расчета расхода извести, а в дальнейшем для определения количества и состава шлака, удобно составить таблицу 9. Сначала заполним все первые колонки этой таблицы, включая колонку "Итого".

Расход извести  определим по формуле:

  где G_из – расход извести, кг/100 кг металлошихты;

В – основность шлака;

 – поступление в шлак SiO₂ из всех источников, кроме извести, кг;

 – то же, СаО, кг;

 – содержание СаО в извести, %;

 – 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.

Теперь  можно заполнить колонку "Вносится известью" в таблицу 9 

 

Таблица 9 – Расчет количества и состава шлака