Материальный баланс конвертерной плавки

где Е - степень черноты внутренней полости конвертера; ее можно принять равной 0,9 (как среднее Е между излучением через маленькое отверстие замкнутого пространства и поверхностью нагретой огнеупорной стенки).

При площади горловины, равной pr₁², и продолжительности времени излучения t₀ мин, теплопотери излучением составят:

Q₂ = 6 ∙ q₂ ∙ pr₁² ∙ , кДж.

В данном расчете:

q₂ = 5,75 ∙ 0,9 ∙ [(1773/100)⁴ - (303/100)⁴] = 510946 Вт/м².

Для определения продолжительности  и между продувками, кроме времени  плавки (по заданию 38 мин) нужно знать  время продувки.

t_пр = Vо₂ / i, мин.

Согласно материальному балансу  на тонну чугуна расходуется 11047,4 м³ технического кислорода. Поэтому:

t_пр = 50,3/3.2 15,7 мин.

В этом расчете допущена некоторая  неточность. Дело в том, что интенсивность  продувки обычно относят к тонне  готовой стали, а не чугуна (но выход  стали пока нам не известен). Такой  расчет допустим, так как при необходимости  величина t_пр затем может быть уточнена.

Поэтому:

t₀ = 40 – 4 – 15,7 = 20,3 мин.

Для данного конвертера при t₁ = 2,32 м:

Q₂= = 2377.7 кДж.

 

5.3.   Потери тепла на охлаждение кислородной фурмы

Расход  тепла на охлаждение кислородной  фурмы составляет примерно 0,6-0,8% от приходной части теплового баланса. Приняв ее равной 0,8% получим потери тепла на охлаждении кислородной фурмы:

Q₃ = 195 161 ∙ 0,008 = 1561 кДж.

Суммарные теплопотери конвертера:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 1561 +2377 + 605 = 4543 кДж.

 

 

 

Таблица 5.1

Уточненный тепловой баланс конвертерной плавки

Приход тепла			Расход тепла
Теплота	кДж	%	Теплота	кДж	%
Жидкого чугуна	118 980	60,09	Стали	125 990	57,53
Окисления примесей	73 476	37,65	Шлака	21 849	9,98
Шлакообразования	2 704	2,25	Газов	20 369	9,30
			Корольков металла в шлаке	767	0,35
			Выбросов и выноса металла	1 373	0,63
			Пыли (Fe2O3 в газе)	1 956	0,89
			На восстановление Fe2O3  до FeO	2 754	1,26
			На восстановление FeO  до Fe	1 106	0,51
			На разложение карбонатов	719	0,33
			На нагрев кислорода	876	0,40
			Теплопотери через стенки конвертера	727	0,33
			Теплопотери излучением через горловину конвертера	4 042	1,85
			На охлаждение кислородной фурмы	1 752	0,80
			На расплавление и нагрев скрапа или  руды	34 715	15,85
Итого	195 161.1	100,00	Итого	218 994	100,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет количества охладителей

 

На  основании полного теплового  баланса плавки выявлено, что имеется  избыток тепла в 36 029 кДж. Эта теплота может быть использована для расплавления скрапа (металлолома) или руды.

 Количество  тепла, требуемого для расплавления  одного килограмма скрапа и  нагревания его до температуры  выпускаемой стали можно определить  так:

DH_ск = [0,70ּ1520 + 260 + 0,84 (1620 - 1520)] =1408 кДж (см.3.2.1.)

При наличии избытка  тепла в конвертер можно ввести:

34 715/1408 = 24,66 кг скрапа

При этом выход  стали из 100 кг чугуна составит:

92,37 + 24,66 = 117,02 кг.

Выход стали из металлической шихты (за металлическую  шихту принимается чугун плюс скрап):

(117,02 / (100 + 24,66)) ∙ 100 = 93,88 %.

Необходимо отметить, что выход стали из металлической шихты зависит от того, что принимается за металлическую шихту. В данном случае в металлическую шихту включается только чугун и скрап. Если включить в состав металлической шихты железо руды и ферросплавы, то выход стали из металлической шихты окажется меньше.

Расход кислорода на тонну стали:

5,34 ∙ 10 ∙ 100 / 117,02 = 45,60 м³

Уточним продолжительность  продувки:

t_пр = 45,60 / 4 =11,40 мин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. РАСКИЛЕНИЕ СТАЛИ

 

При производстве стали LD-процессом раскисление осуществляется, как правило, при сливе металла из конвертера в сталеразливочный ковш. В данном расчете сталь раскисляется марганцем и кремнием.

Химический состав используемых ферросплавов приведен в таблице 7.1.

 

 Таблица 7.1

Химический  состав используемых ферросплавов

Марка	Содержание,  % по массе
	Mn	C	Si	P	S	Al	Cr	Fe
ФМН 2,0	75,00	2,00	2,00	0,35	0,03	–	–	20,62
ФС 45	0,60	0,10	45,00	0,05	0,02	2,00	0,50	51,73

 

В таблице 7.2  приведен угар элементов  из раскислителей в процентах от общего их количества, введенного в металл, в соответствии с данными практики.

 

Таблица 7.2 

Угар элементов  из раскислителей, %

Раскислитель	Mn	Si	Р	C	S	Al	Cr	Fe
Ферромарганец	15	5	0	0	0	-	-	0
Ферросилиций	0	15	0	0	0	100	0	0

 

Выход стали до раскисления – 117,02 кг. Для дальнейшего расчета нужно знать вес стали после раскисления. Этой  величиной приходится задаваться. Предположим, что при раскислении вес стали увеличивается до 118,17 кг. Для получения состава, заданного для готовой стали, 118,17 кг должны содержать:

Si = 0,0025 ∙ 118,17 = 0,30 кг

Mn = 0,0055 ∙ 118,17 = 0,65 кг

O₂ = 0,0001 ∙ 118,17 = 0,01 кг

 

В стали перед раскислением имеется в кг: 

Si –  нет;

Mn – 0,30;

[O] – 0,04

Нужно ввести в сталь:

Si = 0,30 кг

Mn = 0,65 – 0,30 = 0,35 кг

и удалить из стали:

[O] = 0,04 – 0,01 = 0,030 кг

Обозначив необходимое  количество ферромарганца через Х, ферросилиций – через Y и приняв во внимание их состав, а также указанную выше степень выгорания элементов из них, можно составить следующее уравнение:

0,75 ּ Х ּ 0,85 + 0,006 ּ Y = 0,35

0,02 ּ Х ּ 0,95 + 0,45 ּ 0,85 ּ Y = 0,30

Х = 0,542; 

Y = 0,757.

Значит, для раскисления в металл вводится 0,558 кг ферромарганца и 0,757 кг ферросилиция на 100 кг чугуна.

Количество элементов, вносимых данными раскислителями  приведено в таблице 7.3

 

Таблица 7.3

Расчет  количества элементов, вносимых раскислителями,  кг

	Mn	Si	C	Р	Cr	Al	Fe
0,558  кг FeMn вносят	0,406	0,011	0,011	0,002	-	-	0,112	0,542
Из них выгорят	0,061	0	0	0	-	-	0	0,062
Из них остается в стали	0,345	0,010	0,011	0,002	-	-	0,112	0,480
0,757 кг FeSi вносят	0,005	0,341	0,001	0	0,004	0,015	0,392	0,757
Из них выгорят	0	0,051	0	0	0	0,015	0	0,066
Из них остается в стали	0,005	0,290	0,001	0	0,004	0	0,392	0,691
Всего выгорит	0,061	0,052	0	0	0	0,015	0	0,128
Всего остается в стали	0,350	0,300	0,012	0,002	0,004	0	0,504	1,171

 

Рассчитаем количество кислорода, необходимое для окисления элементов  ферросплавов. Результаты приведены  в таблице 7.4.

 

 

Таблица 7.4

Количество  кислорода, необходимое для окисления  элементов ферросплавов

Окисляется в кг	Требуется кислорода в кг	Образуется в кг
0,061 – Mn		0,079 – MnO
0,052 – Si		0,111 – SiO2
0,015 – Al		0,029 – Al2O3
Итого:	0,090	0,218

 

Образующиеся  окислы в количестве 0,218 (MnO + SiO₂ + Al₂O₃) переходят в шлак. На взаимодействие с элементами ферросплавов расходуется 0,030 кг кислорода, растворенного в стали, а 0,090 – 0,030 = 0,062 (округл.) кг берется из атмосферы.

Выход стали (в ковше):

Сталь до раскисления Переходит из FeMn Переходит из FeSi Уходит кислорода	+ 117,02     + 0,48     + 0,69     – 0,03
Итого:	118,17

 

[C] = (0,18 + 0,012) / 1,1817 = 0,162;

[Si] = 0,300 / 1,1817 = 0,254;

[Mn] = (0,3 + 0,350) /1,1817 = 0,550;

[S] = 0,03 / 1,1817 = 0,025;

[O] = 0,01 / 1,1817 = 0,010;

[P] = (0,03 + 0,002) / 1,1817 = 0,027;

[Cr] = 0,003 / 1,1817 = 0,004.

 

Материальный баланс после раскисления стали приведен в таблице 7.5.

 

 

 

 

 

 

 

 Таблица 7.5

Материальный  баланс после раскисления стали

Приход	Масса,  кг	Расход	Масса,  кг
Чугун Кислород технический Известь Боксит Железная руда Футеровка Скрап Ферромарганец Ферросилиций Кислород из воздуха для окисления  ферросплавов	100,00 7,62 7,74 1,00 2,00 0,25 25,66 0,54 0,76   0,06	Сталь Шлак (10,89 + 0,22) Корольки металла в шлаке Выбросы и вынос металла Газы  Fe2O3 в газах Потери извести	118,17 11,11 0,54 1,00 10,57 1,43 1,48
Итого	144,63	Итого	144,63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Расчет технических показателей процесса

 

8.1.   Определение производительности конвертера

 

Годовая производительность непрерывно работающего конвертера может быть рассчитана следующим образом:

,

где y- выход годных слитков (заготовок МНЛЗ); G - емкость конвертера, т; t_пл – продолжительность плавки, мин; 1440- число минут в сутках.

С учетом холодных простоев годовая  продолжительность конвертера определяется так:

где C_п - количество холодных простоев в сутках за один цикл работы конвертера; К_с- кампания конвертера в сутках; К_с + C_п- цикл работы конвертера (продолжительность плавок плюс простоев); - количество циклов в году; ; К_п - кампания конвертера (стойкость) в плавках.

Продолжительность холодных простоев для смены футеровки зависит  от емкости конвертера; для конвертера емкостью 300 т оно составляет соответственно 100 часов. Число рабочих дней в году можно определить иначе: простои конвертеров для смены футеровки в среднем составляет 18-23% календарного времени.

Выход годных слитков (y) при разливке в изложницы колеблется в пределах 97,5-99,5%, а годных заготовок при непрерывной разливке – 95-98%. Здесь речь идет о выходе годных слитков (заготовок) из сталеплавильного цеха. Выигрыш способа непрерывной разливки реализуется в прокатном цехе. В данном расчете примем продолжительность ремонта конвертеров 20% от календарного времени, а выход годных заготовок МНЛЗ- 96%.

Тогда годовая производительность 300-тонного конвертера составит:

при непрерывной работе:

 т

с учетом холодных простоев для смены  футеровки конвертера:

 т

К_с = 600ּ1440/38 = 16 суток;        Х_п = 4 суток.

 

8.2.  Определение расходных коэффициентов

 

Материальный  и тепловой баланс процесса был отнесен  к 100 кг чугуна. Расходные коэффициенты технологических (в частности - сталеплавильных) процессов принято относить к тонне металла.

В пересчете на тонну жидкой стали  расходные коэффициенты рассчитанного  нами процесса окажутся следующими (в  кг):

расход  чугуна                     ּ1000 = 846,26

металлолом (скрап)         ּ24,66 = 208,65

известь                                 ּ7,74 = 65,54

технический кислород        ּ7,62 = 64,48 или 45,14 м³