Расчет материального баланса выплавки стали ШХ-15
Расчет проводим на дуговую сталеплавильную печь емкостью 130 т. Для выплавки стали ШX15 использовать шихту, содержащую 30% передельного чугуна, 70% копрового лома и 0,13 % электродов. Состав материалов и стали в конце периода расплавления приведен в таблице 14.
Таблица 14 - Химический состав материалов
| Материалы | C | Si | Mn | Fe |
| Чугун передельный (30%) | 3,6 | 0,70 | 1,60 | ост |
| Копровый лом (70%) | 0,4 | 0,5 | 0,3 | ост |
| Электроды (в пересчете на углерод)(0,13%) | 99 | - | - | - |
| Средний состав | 1,36 | 0,56 | 0,69 | ост |
| Сталь в конце расплавления | 1,00 | 0,2 | 0,3 | ост |
Расход футеровки за период расплавления примем равным: магнезитохромитовый кирпич-0,03%; магнезитовый порошок-1,03%, магнезитовый кирпич-0,28% массы садки.
Во время периода расплавления в ванну подается: 1,2% (от массы садки) кокса, 5,27% извести, 0,40 % плавикового шпата и 0,45% доломита.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 46 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Угар примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и стали после расплавления (расчет проводим на 100 кг шихты):
С... 1,36-1,00=0,36 кг
Si ..0,56-0,2=0,36 кг
Fe(B дым)...3,0000 кг
Всего ..3,72 кг.
Принимая, что 30% С окисляется до СО2, а 70% до СО, найдем расход кислорода на окисление примесей и массу образовавшихся оксидов
Расход кислорода, кг масса оксида, кг
|
|
|
C->CO2…1,33*0,3*32/12=1,064 0,399+1,064=1,463
C->CO…1,33*0,7*16/12=1,2413 0,931+1,2413=2,1723
Si->SiO2…0,41*32/112=1,2857 3,000+1,2857=4,2857
Всего… 4,0596 8,8059
Используя таблицу 15, находим состав шлака в конце периода расплавления.
Таблица 15 - Состав шлака
| SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Cr2O3 | S | MnO | P2O5 | Fe2O3 | |
| Металлическая шихта | 0,635 | - | - | - | - | - | 0,436 | - | |
| Магнезитохромитовый кирпич | 0,001 | 0,000 | 0,019 | 0,001 | 0,003 | - | - | - | 0,003 |
Продолжение таблицы 15
| SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Cr2O3 | S | MnO | P2O5 | Fe2O3 | |
| Магнезитовый кирпич | 0,008 | 0,007 | 0,252 | 0,004 | - | - | - | - | 0,005 |
| Магнезитовый порошок | 0,041 | 0,026 | 0,943 | 0,008 | - | - | - | - | 0,010 |
| Магнезит (подвалка) | 0,016 | 0,014 | 0,504 | 0,008 | - | - | - | - | 0,011 |
| Агломерат | 0,435 | 0,650 | 0,040 | - | - | - | - | - | - |
| Известь | 0,078 | 1,912 | 0,078 | 0,011 | - | 0,002 | - | 0,002 | 0,007 |
| Итого | 1,218 | 2,612 | 1,837 | 0,033 | 0,003 | 0,002 | 0,436 | 0,002 | 0,038 |
Состав и количество шлака.
1 Поступило SiO2
Металлошихта 0,8786
Магнезитохромитовый кирпич 0,0018
Магнезитовый кирпич 0,0084
Магнезитовый порошок 0,0419
|
|
|
Кокс 0,072
Известь 0,1845
Плавиковый шпат 0,0124
Доломит 0,009
2 Поступило CaO
Магнезитохромитовый кирпич 0,0006
Магнезитовый кирпич 0,0073
Магнезитовый порошок 0,0262
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 47 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Плавиковый шпат 0,4·0,004=0,0016
Доломит 0,45·0,55=0,2475
3 Поступило MgO
Магнезитохромитовый кирпич 0,0198
Магнезитовый кирпич 0,2520
Магнезитовый порошок 0,9431
Известь 5,27·0,035=0,1845
Доломит 0,45·0,36=0,162
4 Поступило Al2O3
Магнезитохромитовый кирпич 0,0012
Магнезитовый кирпич 0,0045
Магнезитовый порошок 0,0083
Известь 5,27·0,005=0,02635
Плавиковый шпат 0,4·0,002=0,0008
|
|
|
Доломит 0,45·0,02=0,009
5 Поступило Cr2O3
Магнезитохромитовый кирпич 0,0036
6 Поступление P2O5
Известь 5,27·0,10=0,527
7 Поступило S
Известь 5,27·0,0013
Плавиковый шпат 0,4·0,002=0,0008
8 Поступило Fe2O3
Магнезитохромитовый кирпич 0,0030
Магнезитовый кирпич 0,0056
Магнезитовый порошок 0,0105
Известь 5,27·0,0035=0,0184
Плавиковый шпат 0,4·0,008=0,0032
Доломит 0,45·0,003=0,0014
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 48 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Таблица 16 - Содержание углерода в металле
| С,% | 0,08-0,18 | 0,20-0,32 | 0,28-0,42 | 0,67-1,09 |
| Feобщ, % | 12,23 | 10,05 | 9,20 | 9,10 |
По практическим данным отношение (Fe в FeO):(Fe в Fe2Оз) принимаем равным 2-4. В соответствии с приведенными рекомендациями принимаем, что при содержании углерода в стали в конце периода расплавления равном 1,00 % содержание оксидов железа в шлаке составит9,10%, причем FeO будет 9,12%, а Fe2Оз -З,11%.
|
|
|
Масса шлака без оксидов железа, равная согласно предыдущей таблице 8,1212 кг, составляет 87,77 %, а общая масса шлака равна:
Mшл=8,1212:0,8777=9,2528кг.
Масса оксидов железа в шлаке составит 9,2528-8,1212=1,1316 кг, из которых 0,2878 кг Fe2Оз и 0,8438 кг FeO.
Состав образующегося шлака дан в таблице 17.
Таблица 17 - Химический состав шлака
| Si02 | СаО | MgO | Al2O3 | Cr2O3 | S | P2O5 | Fe2Оз | FeO | |
| кг | 1,2086 | 4,7627 | 1,5614 | 0,0502 | 0,0036 | 0,0077 | 0,527 | 0,2878 | 0,8438 |
| % | 13,06 | 51,47 | 16,87 | 0,54 | 0,040 | 0,09 | 5,70 | 3,11 | 9,12 |
Основность шлака равна CaO:SiO2=51,47:13,06=3,94
Окислится железа, кг:
До Fe2Оз…0,2878-0,0421=0,2457
До FeO...0,8438
Поступит железа из металла в шлак:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 49 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Выход годного составит:
99,17-4,74-0,8282-0,5=93,80 кг,
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 50 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Расход кислорода на окисление железа (определяется как разность между массами оксида и исходного элемента) равен:
(0,8438-0,6563)+(0,2457-0,17185)=0,2612 кг.
Расход кислорода на окисление всех примесей:
4,0596+0,2612=4,3208 кг.
Принимая коэффициент усвоения кислорода равным 0,9, определим потребное количество кислорода на 100 кг шихты:
4,3208:0,9=4,8009 кг или 4,8009·22,4:32=3,36 м3
Количество неусвоенного кислорода будет равно:
4,8009-4,3208=0,489 кг или 0,3361 м3
Кислороду сопутствует азот в количестве:
4,8009·77:23=16,0726кг или 12,8581 м3
Здесь: 77 и 23 — соответственно массовая доля азота и кислорода в воздухе.
При определении количества выделяющихся газов необходимо учесть образование СО и СО2 (в отношении 70 и 30 %) при горении углерода электродов. Согласно практическим данным расход электродов на плавку составляет 1,71 кг/т, а из расчета на 100 кг шихты будет равен 0,171 кг, найдем, что с образованием окиси углерода сгорает углерода:
0,171·0,7=0,12 кг
и образуется СО:
0,12·28:12=0,28 кг.
С образованием С02 сгорает 0,171·0,3=0,051 кг С и образуется 0,051·44:12=0,188 кг СО2.
Для горения углерода электродов требуется кислорода:
(0,28-0,12)+(0,188-0,051)=0,297 кг
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 51 |
| ДП-150101-61313111-51 |
0,297·77:23=0,994 кг.
Определим состав и количество выделяющихся газов. Результаты приведены в таблице 18.
Таблица 18 - Состав газов
| кг | % | |
| CO2 | 1,463+0,002+0,1557+0,188=1,8087 | 8,29 |
| CO | 2,1723+0,28=2,4523 | 11,25 |
| O2 | 0,4801 | 2,20 |
| N2 | 16,0726+0,994=17,0666 | 78,26 |
| Всего | 21,8077 | 100,00 |
Материальный баланс выплавляемой стали ШХ15 приведен в таблице 19.
Таблица 19 - Материальный баланс плавки
| Поступило | кг | Получено | кг |
| Чугун передельный | 29,00 | Металл | 93,80 |
| Лом | 70,87 | Потери металла со шлаком | 0,50 |
| Известь | 5,27 | Газ | 21,81 |
| Футеровка | 1,34 | Шлак | 9,25 |
| Электроды | 0,13 | Fe2Оз (в дым) | 4,28 |
| Воздух | 20,69 | Всего | 129,64 |
| Плавиковый шпат | 0,40 | ||
| Доломит | 0,45 | ||
| Кокс | 1,20 | ||
| Всего | 129,35 | ||
| невязка | 0,29 |
Специальная часть
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 52 |
| ДП-150101-61313111-51 |
| Разработал |
| Волков С.В. |
| Руководитель |
| Сумин С.Н. |
| Зав. каф. |
| Габелая Д.И. |
| Н. Контр. |
| Окуджава И.И. |
| Изучение распределения серы между металлом и шлаком при внепечной обработке стали ШХ15 в условиях ЭСПЦ ЧерМК ОАО «Северсталь» |
| Лит. |
| Листов |
| 110 |
| ФГБОУ ВПО ЧГУ |
| Масса |
| Масштаб |
| Специальная часть |
Продувка металла аргоном
При продувке металла в ковше происходит выравнивание химического состава и температуры металла по высоте ковша, что подтверждено многочисленными исследованиями и производственной практикой. Известно, что при разливке металла, обработанного на ковше-печи, резко снижается разброс по химическому составу стали, отлитой в изложницы (начало, середина, конец разливки) и на МНЛЗ. По высоте ковша разница в содержании таких элементов как кремний и марганец, может достигать 0,05- 0.15 % абс. После продувки стали инертным газом эта разница не превышает 0,01-0,03 %.
Одним из параметров состояния жидкой стали, определяющих ее качество, является температура разливки, оказывающая влияние на состояние поверхности слитка образование трещин, усадочных дефектов, заворотов, подкорковых пузырей и т. д. Поэтому разливать сталь необходимо при определенной для данного химического состава температуре, которая должна быть одинаковой по всему объему металла в ковше. Однако в обычных условиях производства, вследствие градиента температуры по глубине ванны (мартеновские печи, ДСП без донной продувки) и неравномерного охлаждения жидкой стали при подъеме ее уровня в ковше во время выпуска и по его окончании, температура стали в объеме ковша может
существенно отличаться и разница температур по высоте ковша достигает 20-50 С.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 53 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Удаление неметаллических включений из стали и ассимиляция (поглощение) их шлаком при перемешивании расплава инертным газом происходит по следующей схеме: всплывание крупных включений – коагуляция (укрупнение) их в потоке расплава за счет образующегося градиента скоростей - флотация (слияние) мелких включений всплывающими пузырьками газа. В процессе удаления неметаллических включений степень влияния этих факторов изменяется, и для получения особо чистой стали превалирующее значение имеют два последних.
Установлено, что степень рафинирования (уменьшение количества неметаллических включений, доля от общего их количества) определяется интенсивностью продувки и турбулизацией процесса. Сопоставляя величины степени рафинирования с соответствующими фотографиями траекторий движения пузырьков газа можно установить, что начало их вибрации приводит к резкому снижению степени рафинирования. Кроме того на степень рафинирования существенно влияют количество и размер пузырьков
Таким образом, с целью более эффективною рафинирования стали от неметаллических включений продувка должна осуществляться на максимальной плошали максимальным количеством пузырьков и интенсивностью, не допускающей их вибрации. Наиболее полно эти условия
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 54 |
| ДП-150101-61313111-51 |
В существующих условиях рекомендуется использовать сталеразливочные ковши с двумя пористыми пробками, а продувку осуществлять с низкой интенсивностью, особенно после образования жидкоподвижного шлака, присадки раскислителей и легирующих. При этом визуально должно наблюдаться слабое оголение «аргонного пятна» без видимого движения металла.
Обработка стали шлаком
Шлак представляет собой ионный раствор различных оксидов и флюсов. Он выполняет несколько функций:
-защищает жидкую сталь от реакций с атмосферой;
-предотвращает повторное окисление;
-снижает контакт с азотом и водородом;
-осуществляет теплоизоляцию;
-служит для сбора включений;
-является средой для десульфурации, раскисления и дефосфоризации. Однако шлак вступает в реакцию с огнеупорами, что вызывает их износ.
Во время внепечной обработки необходимо тщательно контролировать состав шлака, чтобы добиться необходимого содержания включений и состава стали. Кроме того, важными факторами, влияющими на реакции шлака со сталью и огнеупорами, являются плотность, объем (глубина), температура плавления, вязкость и межфазовая энергия шлака.
Многие металлургические предприятия, использующие агрегаты ковш-печь, в качестве рафинировачного шлака используют твердые шлакообразующие смеси (ТШС), состоящие из извести и плавикового шпата (соотношение 70-75 и 30-25%вес).
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 55 |
| ДП-150101-61313111-51 |
- состав сыпучих материалов и очередность их подачи должны обеспечивать максимально быстрое формирование жидкоподвижного шлака, так как при серийной разливке стали продолжительность внепечной обработки ограничена временем подачи плавок на МНЛЗ. При разливке стали в слитки, когда нет жесткой регламентации времени обработки, увеличение ее продолжительности приводит к росту затрат электроэнергии;
- иметь хорошую десульфурирующую способность, т.е. обладать высокой сульфидной емкостью;
- обладать хорошими адгезионными свойствами по отношению к имеющимся неметаллическим включениям;
- иметь относительно низкую температуру плавления и теплоемкость;
- не быть агрессивным по отношению к футеровке ковша;
- иметь минимальную газопроницаемость.
Подобрав оптимальный химический состав рафинировочного шлака и глубоко окислив металл, можно в значительной мере повысить коэффициент распределения серы между металлом и шлаком, т.е. провести более глубокую десульфурацию.
Десульфурация стали наиболее полно осуществляется известковыми шлаками, способствующими образованию сульфида кальция CaS. Поскольку сера обладает высокой поверхностной активностью в жидкой стали, процесс десульфурации осуществляется, главным образом, на поверхности раздела металл-шлак.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 56 |
| ДП-150101-61313111-51 |
Вакуумная дегазация стали основана на изменении равновесия между концентрацией растворенного в металле газа и парциальным давлением его в газовой фазе над металлом.
Водород в жидкой стали обладает большой подвижностью, коэффициент диффузии водорода достаточно велик, Dш=(1-8)·10-3 см2/с. В результате вакуумирования значительная часть содержащегося в металле водорода быстро удаляется из металла. Можно считать, чтопосле обработки вакуумом содержание водорода снижается до 1-2 ppm, то есть до концентраций, при которых не имеет места образование флокенов и других дефектов.
Азот, в отличие от водорода менее подвижен в жидком металле, его коэффициент диффузии значительно меньше, Dш=(4-7)·10-5 см2/с. Поэтому интенсивность удаления азота под вакуумом значительно ниже, чем водорода. Удаление азота затруднительно при наличии в стали Gr, V, Ti, имеющие высокое сродство к азоту.
Понятие «вакуум» для внепечного рафинирования стали условно. Жидкую сталь обрабатывают при остаточном давлении 0,1-2 кПа, при таком давлении в 1 см3 газа содержится еще 1015-1017 молекул. Однако это разряжение вполне обеспечивает нужную полноту рафинирования металла, если созданы благоприятные кинетические условия. Поэтому от насосов, создающих вакуум в промышленных металлургических установках, требуется, прежде всего высокая производительность при заданном разряжении и надежность работы в условиях откачки горячих и сильно запыленных газов.
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 57 |
| ДП-150101-61313111-51 |
| Разработал |
| Волков С.В. |
| Руководитель |
| Сумин С.Н. |
| Зав. каф. |
| Габелая Д.И. |
| Н. Контр. |
| Окуджава И.И. |
| Изучение распределения серы между металлом и шлаком при внепечной обработке стали ШХ15 в условиях ЭСПЦ ЧерМК ОАО «Северсталь» |
| Лит. |
| Листов |
| 110 |
| ФГБОУ ВПО ЧГУ |
| Масса |
| Масштаб |
| Расчетная часть |
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1076; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!