Расчет шихты основной мартеновской плавки с применением технического кислорода для продувки ванны

^*85% углерода окисляется до CO и 15% - до CO₂.

∑Fe – содержание суммарного железа в руде, кг;

 – количество  кислорода, поступающего из атмосферы  печи в первом периоде, кг; находится  из уравнения:

,

где μ – среднее удельное поступление кислорода в ванну  из газовой фазы печи за период заливки  чугуна и плавление шихты, равное 5,0-20,0 кг/м²*ч; для расчета принимаем 10 кг/м²*ч;

η – удельная нагрузка на под печи, равная емкости печи, деленной на площадь пода, т/м² (смотри таблицу 6).

Таблица 6. Удельная нагрузка на под печи

Емкость печи, т	200	250	380	500	600	900
Площадь пода, м2	70,0	77,0	96,0	105,0	110,0	160,0

В нашем случае η = 600/110,0 = 5,5 т/м².

τ_пл – продолжительность периодов заливки чугуна и плавления, зависящая от удельной нагрузки на под печи, интенсивности продувки, калорийности топлива, ч (смотри таблицу 7).

Таблица 7. Продолжительность периодов заливки чугуна и плавления

Удельная нагрузка на под  печи, т/м2	2,0	3,0	4,0	4,5	5,0	5,5
Продолжительность периодов заливки чугуна и плавления, ч	1,2-1,8	1,4-2,2	1,8-2,7	2,0-3,0	2,2-3,2	2,4-3,4

Для удельной нагрузки 5,5 т/м² и слабой продувки ванны принимаем τ_пл = 2,8 ч.

Тогда кг.

Следовательно, расход руды в завалку равен:

 кг.

^*56,47 – общее содержание железа в руде, %.

1.4. Определение  количества известняка в завалку

Количество известняка в  завалку определяется по формуле:

,

где %CaO_изв, %SiO₂ – содержание CaO и SiO₂ в известняке, %;

, – количество  SiO₂ и CaO, поступившие в шлак первого периода плавки из всех источников, кроме известняка, кг;

, – основность спущенного и оставшегося в печи по расплавлении шлака, выраженная через отношение CaO и SiO₂ ;

 – количество шлака, оставшегося в печи, кг;

– содержание SiO₂ в шлаке по расплавлении, %. 

1.4.1. Расчет  количества SiO₂ и CaO, поступивших в шлак в течение первого периода плавки из всех источников,

 кроме  известняка ( и )

В образовании шлака участвуют  заправочные материалы, боксит, огнеупоры  свода, загрязнение и окисленность лома, рекомендуемые расходы которых  приведены в таблице 8 .

Таблица 8. Расход материалов для образования шлака

Материал	Расход на плавку, кг/100кг	Участвует в образовании  шлака
		Всего к общему расходу %	В том числе, %
			I период	II период
Магнезит обожженный	0,5-1,0	75-85	40-50	60-50
Доломит обожженный	1,5-2,0	70-80	60-70	40-30
Доломит сырой	1,0-2,0	10-20	65-75	35-20
Материал свода	0,15-0,20	100	50-60	50-40
Боксит	0,25-0,45	100	50-60	50-40
Загрязненность лома	1,0-2,0	100	50-60	50-40
Окалина лома	1,0-1,5	100	100	-

Принимаем в расчете следующие  расходы материалов и их участие  в образовании шлака (таблица 9).

Таблица 9. Расходы материалов и их участие в образовании шлака

Материал	Расход на плавку, кг/100кг	Участвует в образовании  шлака
		На всю плавку		В том числе, %
		%	кг	I период			II период
				%		кг	%	кг
Магнезит обожженный	0,70	83	0,58	40		0,23	60	0,35
Доломит обожженный	1,85	70	1,30	60		0,78	40	0,52
Доломит сырой	1,50	12	0,18	75		0,135	25	0,045
Материал свода	0,15	100	0,15	50		0,075	50	0,075
Боксит	0,35	100	0,35	55	0,19		45	0,16
Загрязненность лома	1,50*	100	0,60**	58	0,35		42	0,25
Окалина лома	1,25*	100	0,50**	100	0,50		-	-

^* – от веса лома;

^** – кг; кг.

Расчет количества SiO₂ и CaO, которое вносится в шлак всеми источниками, кроме известняка, приведен в таблице 10.

Таблица 10. Количество SiO₂ и CaO, которое вносится в шлак всеми источниками в первом периоде

Источники	Расход в I период, кг	Вносится, кг
		SiO2	CaO
Из металлошихты	-	1,414	-
Руда железная	11,70	11,70*0,082*=0,960	11,39*0,028=0,318
Боксит	0,19	0,19*0,100=0,019	0,19*0,010=0,002
Магнезит обожженный	0,23	0,23*0,030=0,007	0,23*0,032=0,007
Доломит обожженный	0,78	0,78*0,028=0,022	0,78*0,558=0,435
Доломит сырой	0,135	0,135*0,015=0,002	0,135*0,305=0,041
Материал свода	0,075	0,075*0,050=0,004	0,075*0,020=0,002
Загрязнение лома	0,35	0,35*0,750=0,263	-
Итого:	-	2,691	0,805

^* 0,082, 0,028 и т.д. доля SiO₂ и CaO в материалах (таблица 3).

1.4.2. Расчет ()количества шлака, оставшегося в печи

Количество шлака, оставшегося  в печи по расплавлении, определяют по формуле:

, кг,

где h – толщина слоя шлака, оставшегося в печи по расплавлении, мм (обычно 40-60 мм, принимаем h=45 мм);

η – удельная нагрузка на под печи, т/м² (в расчете η=5,5 т/м²);

0,35 – переводной коэффициент,  учитывающий плотность шлака.

Тогда кг.

 

 

1.4.3. Определение основности спускаемого шлака () и по ()

Основность  спускаемого шлака обычно составляет 0,7-1,1 (чаще 0,8-1,0). В расчете принимаем = 0,90.

Основность шлака по расплавлении обычно составляет 1,7-2,1 (чаще 1,8-2,0).

В расчете принимаем = 1,90.

1.4.4. Определение содержания SiO₂ и CaO в шлаке по расплавлении

В зависимости от содержания кремния в металлозавалке, количества руды в завалку, режима спуска шлака  содержание (SiO₂) составляет 15-21%. В расчете принимаем (%SiO₂)_распл = 17%.

Тогда (%CaO)_распл=B_распл x (%SiO₂)_распл=1,90 x 17 = 32,30%. Подставляя полученные значения в формулу для определения количества известняка в завалку, получаем:

кг.

1.5.  Определение расхода технического  кислорода в первый период  плавки

Количество технического кислорода можно определить по балансу  кислорода для первого периода  плавки.

,

расход  приход

где – расход кислорода на окисление примесей шихты, кг;

 – расход  кислорода на образование окислов  железа в шлаке, кг;

 – количество  кислорода, поступившего в ванну  из руды, атмосферы, известняка, технического  кислорода, окалины лома.

Из расчета  = 3,471 кг (табл. 5), = 0,407 кг (пункт 1.3), количество руды, содержащей ∑Fe=56,47%, равно 11,39 кг; известняка, содержащего 41,2% CO₂ , равно 3,67 кг.

 

 

1.5.1. Расчет

Расчет  : количество шлака, оставшегося в печи после расплавления =2,86 кг, что обычно составляет 30-50% от образовавшегося. Принимаем эту величину равной 45%, тогда общее количество образовавшегося шлака в первый период плавки кг, а количество спускаемого шлака кг.

В спускаемом шлаке, в среднем, обычно содержится окислов железа 23-26%, причем отношение (%FeO) к (%Fe₂O₃) составляет 3,0-4,0. Принимаем для расчета 24% окислов железа и (%FeO) / (%Fe₂O₃)=3,5. Тогда

, а , или

 кг; кг.

В оставшемся в печи шлаке  обычно сумма окислов железа составляет 15-25%, в (%FeO) / (%Fe₂O₃)=3,5-4,0. Для расчета принимаем эти величины равными 19% и 3,9. Тогда , а или кг; кг.

Расход кислорода на образование  окислов железа в шлаке равен

 кг.

1.5.2. Расчет

Расчет осуществим по формуле:

  кг.

1.5.3. Расчет

Расчет  осуществим по формуле:

,

где – масса известняка в завалку (в расчете 3,67 кг);

m – доля участия известняка в окислении примесей (обычно 0,4-0,6), принимаем m=0,5;

 – содержание CO₂ в известняке, %;

36,4 – количество кислорода, выделяющегося при диссоциации CO₂ до CO, %.

 кг.

1.5.4. Расчет

Расчет  осуществим по формуле:

 кг,

где – масса окалины, кг (в расчете 0,50 кг).

Технический кислород должен внести в ванну:

 кг.

Усвоение вдуваемого кислорода  составляет 0,85-0,95 (принимаем 0,85), чистота  кислорода более 95% (принимаем 98%), тогда  на одну тонну завалки потребуется:

 кг/т или  м³/т.

При слабой интенсивности  продувки ванны кислородом удельный расход технического кислорода в  первый период плавки обычно составляет 3-5 м³/т металлозавалки.

 

2. Расчет шихты второго периода плавки (от расплавления до раскисления)

Расчет проводится для  случая работы печи без спуска шлака  в период доводки.

2.1. Определение состава металла перед раскислением

Содержание углерода перед  раскислением [%C]_раск=0,08%.

Содержание [%Si]=0. Содержание марганца перед раскислением несколько увеличивается (на 10-25%), содержание серы снижается (на 10-30%), содержание фосфора снижается (на 10-30%) по сравнению с их содержанием в металле по расплавлении. Принимая изменения марганца, фосфора, серы на 20, 20, 15% соответственно получим:

[%P]_раск=[%P]_раск-0,2[%P]_раск=0,010-0,20x0,010=0,008%

[%S]_раск=[%S]_раск-0,15[%S]_раск=0,032-0,15x0,032=0,027%

[%Mn]_раск=[%Mn]_раск+0,2[%Mn]_раск=0,068+0,2x0,068=0,081%

2.2. Определение количества руды во второй период плавки

При работе с продувкой  ванны кислородом во второй период плавки определение необходимого количества железной руды в этот период находим  по формуле:

 

где e – общее количество кислорода в окислах железа руды, %.

.

 – коэффициент, учитывающий интенсивность продувки ванны кислородом во второй период плавки (=0-1,0);

при слабой продувке =0,7-0,85, в расчете принимаем =0,80.

 – количество кислорода, необходимое для окисления примесей металлошихты во второй период плавки, кг; расчет сведен в таблицу 11.

 – количество  кислорода из газовой фазы, кг,

,

где – среднее удельное поступление кислорода из атмосферы, кг/м²ч.

При [%C]_раск до 0,025% → =8,0-12,0 кг/м²ч.

При [%C]_раск более 0,025% → =11,0-14,0 кг/м²ч.

В расчете при [%C]_раск =0,08% принимаем =9 кг/м²ч.

η – удельная нагрузка на под печи, т/м² (в расчете η=5,5 т/м²);

 – продолжительность  второго периода плавки, ч; =1,0-2,0ч (в расчете принимаем =1,5 ч).

Тогда кг.

Расход руды в доводку: