Материальный баланс конвертерной плавки

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТ

 

Исходные данные:

• Емкость конвертера - 200 т;
• Удельная интенсивность продувки металла кислородом – 3,2 м³/(т ∙ мин);
• Температура чугуна, заливаемого в конвертер - 1563 К  (1290 ⁰С);
• Продолжительность плавки - 38 мин;
• Средняя температура отходящих газов - 1893 К (1620 ⁰С);
• Марка выплавляемой стали - сталь 08кп;
• Футеровка конвертера - трехслойная.

 

Химический состав чугуна, стали  и ферросплавов представлен в  табл. 1.1., 1.2.

 

Таблица I.I

Химический  состав чугуна и стали, % по массе

Материал	С	Si	Mn	P	S	O	Cr
Чугун передельный (ГОСТ 805-80)	4,4	0,3	0,3	0,08	0,05	-	-
Металл после продувки (перед раскислением)	0,14	-	0,30	0,025	0,03	0,04	-
Сталь после раскисления	-	0,015	0,3	<0.025	<0.01	0,01	≤ 0,1

 

Таблица 1.2

Химический  состав ферросплавов

Марка и название ферросплава	С	Si	Mn	P	S	O	Cr
Ферромарганец ФМН 2, 0	2,0	2,0	75,0	0,35	0,03	-	-
Ферросилиций ФС 45	0,1	43,0	0,6	0,05	0,02	2,0	0,5

 

Согласно  заданию для разжижения шлака  используется боксит, который расходуют  в количестве 0,6-1,2% от массы стали. В расчете принимаем расход боксита, равный 1%. Также предусмотрено введение в процесс железной руды в количестве 2 % от массы чугуна. Содержанием кислорода  в чугуне и ферросплавах пренебрегаем ввиду весьма незначительного количества его в указанных материалах. Концентрацию кислорода в используемом техническом  кислороде принимаем равной 99,5%.

Для составления теплового баланса  плавки и определения состава  отходящих газов важно правильно  оценить долю углерода окисляющегося  до СО и СО₂. в соответствии со средними данными практики принимается, что в среднем 90% окислившегося углерода уходит из полости конвертера в виде  СО, а остальное количество – в виде СО₂.

Расход и состав других материалов плавки приведен в  таблице 1.3.

 

Таблица 1.3

Расход и состав других материалов плавки

Материал	Расход,   % от массы чугуна	SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	P2O5	CaF2	S	CO2	H2O	Итого
Футеровка (рабочий стол)	0,25	2,5	1,0	–	2,8	–	55	38,7	–	–	–	–	–	100
Железная руда (в завалку)	2,0	5,0	2,0	3,0	88,0	0,2	0,6	0,1	0,1	–	–	–	1,0	100
Известь		3,0	1,9	–	–	–	90	2,0	–	–	0,1	3,0	–	100
Боксит (плавиковый шпат)	1,0	14,0	38,5	–	38,0	–	1,0	–	0,4	–	0,1	–	8,0	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ

 

В настоящее время  отдается предпочтение конвертерной плавке методом LD без спуска первичного шлака. При этом обеспечивается увеличение выхода жидкой стали на 0,5–1,0 % и сокращение продолжительности плавки на 2,0–2,5 мин. Ввиду весьма малой общей продолжительности плавки, указанное небольшое сокращение приводит к значительному увеличению производительности агрегата. Однако такая технология может быть применена лишь в случае передела шихты с небольшим содержанием серы и фосфора. Для этого приходится подбирать шихту допустимой чистоты, но эти дополнительные хлопоты и расходы вполне окупаются. Для простоты расчет ведется на 100 кг чугуна (табл. 2.1. – 2.3).

 

Таблица 2.1

Количество примесей, удаляющихся из 100 кг чугуна

к концу продувки, в кг

	C	Si	Mn	P	S
Чугун вносит	4,4	0,3	0,3	0,08	0,05
Остается в  продутом металле	0,11	–	0,30	0,025	0,01
Удаляется из чугуна	4,29	0,285	0	0,055	0,04

 

Далее рассчитаем количество кислорода, необходимое для окисления примесей и количество образующихся окислов. Результаты приведены в таблице 2.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.2

Количество  кислорода, необходимое для окисления  примесей и количество образующих окислов

Количество окисляющейся примеси, кг	Требуемое количество кислорода, кг	Количество окислов, кг
		переходящих
		в шлак	в атмосферу
С в СО                    4,29 х 0,90 = 3,861	3,86 х(16/12) =5,148	–	9,009 СО
С в СО2                  4,29 – 3,861 = 0,429	0,43 х(32/12) = 1,114	–	1,573  СО2
Si в SiO2                                       0,285	0,28х(32/28) = 0,326	0,611	–
Mn в MnO                                    0	0	0	–
P в P2O5                                                           0,055	0,05х(80/62) = 0,071	0,126	–
Fe в Fe2O3                                   1,00	1,00х(48/112) = 0,43	–	1,43  Fe2O3
Итого:    5.63	7,119	–	–
Кислород в стали в конце  продувки	0,4	–	–
Всего требуется кислорода	7,159	–	–

 

Используя данные таблицы 2.2, рассчитаем, какое количество примесей переходит  в шлак и уходит с газами из чугуна и других шихтовых материалов. Для  расчетов применяем данные таблиц 1.3 и 2.2. Результаты приведем в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Переходит в шлак и уходит с газами из чугуна и других

шихтовых материалов

	SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	CaF2	P2O5	S	CO	CO2	H2O	Сумма
Из чугуна	0,611	–	–	1,43	0	–	–	–	0,126	0,04	9,01	1,573	–	12,789
Из 0,25 кг рабочего слоя	0,01	0,00	–	0,01	–	0,14	0,10	–	–	–	–	–	–	0,25
Из 2,0 кг руды данной в завалку	0,10	0,04	0,06	1,76	0,00	0,01	0,00	–	0,00	–	–	–	0,02	2,00
Из 1,0 кг  боксита	0,14	0,39	–	0,38	–	0,01	–	–	–	–	–	–	0,08	1,00
Итого	0,861	0,43	0,06	3,58	0	0,16	0,10	–	0,126	0,04	9,01	1,573	0,10	16,039

 

2.1.   Расчет количества и состава шлака

 

Способность шлака экстрагировать из металла серу и фосфор практически  зависит от отношения CaO / (SiO₂ + P₂O₅)  (основность) шлака. Величина этого отношения в конечном шлаке при переделе малофосфористых чугунов (типа мартеновских) при обычных требованиях к концентрации серы и фосфора в стали колеблется в пределах 2,5–3,5. В данном расчете основность конечного шлака принята равной 2,5.

Для обеспечения такой основности в шлаке должно быть (см. табл. 2.3)

(0,861 +0,126) ∙ 2,8 = 2,668 кг CaO.

В шлаке имеется 0,16 кг СаО. Значит нужно ввести

2,668 – 0,16 = 2,508 кг  СаО.

В составе извести имеется 90,0 % СаО и 3,0 % SiO₂. После связывания в силикат находящейся в извести SiO₂ оказывается свободной СаО:

90,0 - 3ּ2,5 = 82,5 %.

Следовательно, чтобы ввести в шлак 2,508 кг СаО нужно загрузить извести (табл. 2.4):

2,508 / 0,825 = 3,04 кг.

 

Таблица 2.4

Вносится  известью, в кг

SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	P2O5	S	CO2	H2O	Сумма
0,088	0,056	-	-	-	2,742	0,056	-	0,005	0,093	-	3,04

 

Рассчитанное  количество извести обеспечит необходимую основность только в том случае, если все количество СаО растворяется в шлаке, образуя гомогенный расплав. Так как часть извести (мелочь) выдувается при загрузке, то приходится загружать извести несколько больше расчетного количества. Согласно практическим данным указанные потери извести принимаем равными 25 % от расчетного количества. Следовательно, в конвертер необходимо загрузить 3,04 ∙ 1,25 = 3,8 кг извести.

Рассчитаем, какое количество примесей переходит в шлак (кроме окислов  железа) из различных источников. Результаты приведем в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Вещества, переходящие в шлак (кроме окислов железа)

из различных источников в кг:

	SiO2	Al2O3	MnO	CaO	MgO	P2O5	S	Сумма
Из 3,04 кг извести	0,088	0,056	–	2,742	0,056	–	0,005	2,947
Из источников, приведенных в табл. 2.3	0.891	0,43	0	0,16	0,10	0,126	0,04	1,747
Вес шлака без оксидов железа	0.979	0,486	0	2,902	0,156	0,126	0,045	4,694