Определение основных параметров технологии плавки стали конвертере с верхней подачей дутья

Ранее была определена потребность  в кислороде для окисления примесей металла (см. таблицу 6): 6,269 кг или 4,388 м³. Определим расход кислорода на окисление железа.

В таблице 9 в предпоследней  колонке записано количество FeO (4,411 кг) и Fe₂O₃ (1,797 кг) в шлаке. Для их образования потребуется кислорода:

4,411*16/72 + 1,797*48/160 = 1,519 кг или 1,519*22,4/32 = 1,064 м³.

При этом окисляется железа

4,411 + 1,797 – 1,519 = 4,689 кг.

Определим расход кислорода  на дожигание СО. В зависимости от положения фурмы относительно поверхности металла 5... 15%, а при использовании двухъярусных фурм до 25%, образующийся СО окисляется до СО₂. Принимаем: 10% СО окисляется до СО₂. По реакции:

{СО} + 0,5{О₂} = {СО₂}

на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11,2 м³ О₂.

Так как при окислении  углерода образовалось 7,668 кг СО (см. таблицу 6), то для окисления 10% этого количества (0,766 кг) потребуется кислорода:

0,766*16/28 = 0,438 кг или 0,438*22,4/32 = 0,307 м³.

С неметаллическими материалами  поступает 0,047 кг FeO и 1,275 кг Fe₂О₃ (см. таблицу 9). При их полном усвоении образуется кислорода

0,047*16/72 + 1,275*48/160 = 0,393 кг или 0,393*22,4/32 = 0,275 м³.

При этом восстанавливается  железа:

0,047 + 1,275 – 0,393 = 0,929 кг.

Теперь определим общую  потребность в кислороде дутья  для окислительного рафинирования (V_к)

V_к = 6,269 + 1,519 + 0,438 – 0,393 = 7,834 кг или 5,484 м³.

Обычно 1... 3% от этого количества (принимаем 2 %) приходится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле. С учетом содержания кислорода в дутье (99,5%) определим общий расход дутья (V_д)

V_д = (7,834*2/100 + 7,834)*100/99,5 = 8,031 кг или 5,622 м³

Избыток дутья примерно составит:

8,031-7,834 = 0,197 кг

 

 

7 Расчет выхода жидкой стали перед раскислением и составление материального баланса

 

Сначала составим баланс металла  за период окислительного рафинирования.

Приход металла состоит  из 100 кг металлошихты (чугуна и лома) и железа, восстановленного из неметаллических материалов (0,929 кг, см.п.7).

Расходная часть баланса  металла включает в себя массы  окислившихся примесей (4,776 кг, см. таблицу 6), железа (4,689 кг, см.п.7), потери металла с выносами и выбросами (обычно 1...2%, принимаем 1кг), массу миксерного шлака (0,40 кг, см. табл.8) и потери железа с пылью.

Массу железа, теряемого  с пылью, можно определить по формуле:

G_п = 0,00001 *V_г*K_п*Fe_п,

где G_п – масса железа, теряемая с пылью во время продувки, кг;

V_г – объем образующихся газов, м³;

К_п – концентрация пыли в газе, г/м³ (обычно 150...250 г/м³);

Fe_п– содержание железа в пыли, % (обычно 60...80%).

В процессе продувки газы образуются в результате окисления углерода и поступления потерь при прокаливании из неметаллических материалов (поступлением азота из дутья пренебрегаем). Масса, объем и состав образующихся газов определяются в таблице 11.

Принимаем К_п = 200 г/м³, Fe_п = 70%.

Тогда

G_п = 0,00001*7,135*200*70 = 0,999 кг.

Потери металла со шлаком составят 16,338*5/100 = 0,82 кг.

Таким образом, выход жидкого  металла перед раскислением (G_м) составит:

G_м= 100 + 0,929 – 4,776 – 4,411 – 1,00 – 0,40 – 0,999 – 0,82= 88,52 кг.

Материальный баланс плавки сведем в таблице 12.

 

Таблица 11 – Расчет количества газообразных продуктов плавки

Источник поступления			Количество, кг
		СО		СО2	О2		Всего
Окисление углерода		7,668		1,339	0		9,006
Известь		0,000		0,353	0		0,353
Дожигание части СО		-0,766		1,205	0		0,438
Избыток дутья		0		0	0,197		0,197
Итого	кг	6,901		2,897	0,197		10
	м3	5,521		1,475	0,14		7,135
Состав газа, %		77,369		20,669	1,962		100

 

 

Таблица 12 –  Материальный баланс плавки

Наименование	кг	Наименование	кг
Чугун жидкий	80,249	Металл жидкий	88,52
Лом металлический	19,751	Шлак	16,338
Окатыши	1,500	Газ	10
Известь	7,064	Корольки металла в  шлаке	0,82
Плавиковый шпат	0,300	Выбросы и выносы	1,000
Дутье	8,031	Потери Fe с пылью	0,999
Футеровка конвертера	0,500	Невязка	0,278
Итого	117,395	Итого	117,673

 

 

8 Составление теплового баланса плавки и определение температуры металла

8.1 Приход  тепла

Физическое тепло жидкого чугуна:

Q_ч = G_ч*(61,9 + 0,88*t_ч),

где  Q_ч – физическое тепло жидкого чугуна, кДж;

t_ч – температура жидкого чугуна, °С.

Известно: G_ч = 80,2 кг; t_ч = 1350 °С.

Тогда

Q_ч = 80,2*(61,9 + 0,88*1350) = 100303кДж.

 

Тепловой эффект реакций окисления примесей шихты:

Q_x = 14770*[С]_ок + 26970*[Si]_ок + 7000*[Мn]_ок + 21730*[Р]_ок

где  Q_x – тепло от окисления примесей металлошихты, кДж;

[С]_ок – количество окислившегося углерода, кг;

[Si]_oк – то же, кремния, кг;

[Мn]_ок – то же, марганца, кг;

[Р]_ок – то же, фосфора, кг.

Известно: [С]_ок = 3,651 кг; [Si]_ок = 0,681 кг; [Мn]_ок = 0,344 кг;

[Р]_ок= 0,027 кг (см. таблицу 6).

Тогда

Q_x = 14770*3,651 + 26970*0,681 + 7000*0,344 + 21730*0,027 =

= 75309 кДж.

Химическое тепло образования оксидов железа шлака:

Q_Fe = 3707*G_FeО + 5278*G_Fe2o3,

где  Q_FeО – тепловой эффект от окисления железа, кДж;

G_FeО – количество FeO в шлаке, кг;

G_Fe2o3 – то же, Fe₂O₃, кг.

Известно: G_Feo = 4,411 кг; G_Fe2O3 = 1,797 кг (см. таблицу 9).

Тогда

Q_Fe = 3707*4,411 + 5278*1,797 = 25838 кДж.

Тепловой эффект реакций  шлакообразования:

Q_шо = 628*G_CaO + 1464*G_SiO2,

где  Q_шо – тепло образования соединений в шлаке, кДж;

G_CaO – количество СаО в шлаке, кг;

G_SiO2– то же, SiO₂, кг.

Известно: G_CaO = 6,340 кг; G_SiO2 = 1,811 кг (см. таблицу 9).

Тогда

Q_шо = 628*6,340 + 1464*1,811 = 6634 кДж.

Тепло дожигания СО:

Q_CO = 10100*G_CO*Z,

где  Q_СО – химическое тепло окисления СО, кДж;

G_СО – количество СО, дожигаемого в полости конвертера, кг;

Z – доля тепла, передаваемого конвертерной ванне  

(обычно Z = 0,1…0,3).

Известно: G_CO= 0,766 кг (см. таблицу 11). Принимаем Z = 0,2. Тогда

Q_co = 10100*0,766*0,2 = 1549 кДж.

Общий приход тепла составляет

100303+75309+25838+6634+1549 = 209633 кДж.

8.2 Расход  тепла

 

Физическое тепло жидкого металла:

Q_м = (54,8 + 0,84*t_м)*(G_м + G_кор),

где  Q_м – теплосодержание жидкого металла, кДж;

G_м – выход жидкого металла, кг;

G_кор – масса корольков металла в шлаке, кг;

t_м – расчетная температура металла, °С.

Тогда

Q_м = (54,8 + 0,84*1650)*(88,52+0,82) = 128723 кДж.

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 = 16,34 кг (см. таблицу 9).

Тогда

Q_ш = (2,09*1650 – 1379)*16,34 = 33812.

Физическое тепло  отходящих газов:

Q_г = (1,32*t_г – 220)*(G_CO + G_СО2+ G_О2),

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_О2 – количество образующегося О₂, кг;

G_СО2 – то же, СО₂, кг.

Принимаем t_г = 2000 °С.

Тогда

Q_г = (1,32*2000 – 220)*(6,901 + 2,897 + 0,197) = 24187 кДж.

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 (см. таблицу 9).

Q_Fe = 3707*0,047 + 5278*1,275 = 6901 кДж.

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).

Принимаем t_мс = 1550 °С. Тогда

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

Затраты тепла  на пылеобразование (Q_д):

Q_д = (54,8 + 0,84*t_г)*G_п.

Известно: t_г = 2000 °С; G_п = 0,999 кг.

Тогда

Q_д = (54,8 + 0,84*2000)*0,999 = 1733 кДж.

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.

Тогда

Q_к = 4038*0,353 = 1426 кДж.

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 = 209633*3/100 = 6289 кДж.

Общий расход тепла  составит 204428 кДж.

Разность между  расходной и приходной статьями теплового баланса составляет -5205кДж. Допустимым отклонением считается +/- 100 кДж. Следовательно, необходимо скорректировать расход металлического лома, то есть увеличиваем расход лома с 24,4 % до 27 %. Полученная величина отклонения (-42 кДж) находится в рекомендуемом интервале. Новые значения статей теплового баланса представлены в таблице 13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 13 Тепловой баланс плавки в конвертере

Приход тепла				Расход тепла
Статьи прихода		Колическтво		Статьи расхода		Количество
		кДж	%			кДж	%
Физическое тепло жидкого чугуна		96991	47,7	Физическое тепло жидкого металла		129106	63,6
Тепловой эффект реакций  окисления примесей		72841	35,9	Физическое тепло шлака		33145	16,3
Химическое тепло образования оксидов железа шлака		25329	12,5	Физическое тепло отходящих  газов		23421	11,5
Тепловой эффект реакций  шлакообразования		6484	3,2	Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических  материалов		6897	3,4
Тепло дожигания СО		1498	0,7	Потери тепла с выбросами  и выносами		1357	0,7
				Затраты тепла на пылеобразование		1678	0,8
Невязка		-42		Тепло на разложение карбонатов		1393	0,7
				Тепловые потери		6103	3,0
Итого		203142	100	Итого		203100	100