Определение основных параметров технологии плавки стали в конвертере с верхней подачей дутья

29

Тогда

Теперь можно заполнить колонку "Вносится известью" в таблице 6.

Для заполнения оставшихся двух колонок таблицы 6 необходимо определить уровень концентрации оксидов железа в шлаке. Со­держание оксидов железа в шлаке не имеет прямой связи с их ко­личеством в шихтовых материалах, а зависит, в первом приближе­нии, от содержания углерода в металле и удельного расхода дутья снизу (таблица 10 [2]).

Для упрощения расчетов условно будем считать, что все ок­сиды железа, поступающие в конвертерную ванну с неметалличе­скими материалами, полностью разлагаются на железо, перехо­дящее в жидкий металл, и кислород, участвующий в окислении примесей. В то же время оксиды железа шлака образуются за счет окисления железа металлического расплава кислородом дутья.

По данным таблицы 10 [2] принимаем FeO=19% и Fe203=6%. Запи­сываем эти значения в последнюю колонку таблицы 6. На все осталь­ные оксиды шлака в количестве 10,852 кг приходится 100-(19+6)=75%. Отсюда определяем общее количество шлака: 10,852*100/70 = 14,469 кг и заполняем все оставшиеся колонки и строки таблицы 6.

6 РАСЧЕТ РАСХОДА ДУТЬЯ

В качестве дутья для продувки металла сверху используем технически чистый кислород с содержанием 99,5% кислорода. Расход дутья определим по балансу кислорода, учитывая, что кроме дутья, кислород поступает в ванну при разложении оксидов железа неметаллических материалов, а расходуется не только на окисление примесей металла, но и на дожигание части СО до С02, окисление железа, а также частично растворяется в металле и те­ряется в газовую фазу в начале продувки.

Ранее была определена потребность в кислороде для окисле­ния примесей металла (смотри таблицу 4): 6,098 кг или 4,269 м3. Опреде­лим расход кислорода на окисление железа.

В таблице 6 в предпоследней колонке записано количество FeO (2,749 кг) и Fe203 (0,868 кг) в шлаке. Для их образования потребу­ется кислорода: 2,749*16/72 + 0,868*48/160 = 0,871 кг или 0,871*22,4/32 = 0,610 м3.

При этом окисляется железа:

2,749 + 0,868 - 0,871 = 2,746 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 С02. Принимаем: 10% СО окисляется до С02. По реакции

{СО} + 0,5{О2} = {С02} на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11,2 м3 02.

Так как при окислении углерода образовалось 7,016 кг СО (смотри таблицу 4), то для окисления 10% этого количества (0,702 кг) потре­буется кислорода:

0,702*16/28 = 0,401 кг или 0,369*22,4/32 = 0,281 мэ.

С неметаллическими материалами поступает 0,045 кг FeO и 0,834 кг Fe203 (смотри таблицу 6). При их полном усвоении образуется кислорода 0,045*16/72 + 0,834*48/160 = 0,260 кг или 0,260*22,4/32 = 0,182 м3.

При этом восстанавливается железа:

0,045+ 0,834 - 0,260 = 0,619 кг.

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

VK = 6,098 + 0,871 + 0,401 - 0,260 = 7,110 кг или 4,977 м3

Обычно 5... 10% от этого количества (принимаем 8%) прихо­дится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле. С учетом содержания кислорода в дутье (99,5%) опреде­лим общий расход дутья (Vд)

Vд = (7,110*8/100 + 7,110)*100/99,5 = 7,717 кг или 5,402 м3.

Избыток дутья примерно составит 7,717*8/100 = 0,617 кг.

7 РАСЧЕТ ВЫХОДА ЖИДКОЙ СТАЛИ ПЕРЕД РАСКИСЛЕНИЕМ И СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ

Сначала составим баланс металла за период окислительного рафинирования.

Приход металла состоит из 100 кг металлошихты (чугуна и лома) и железа, восстановленного из неметаллических материа­лов (0,619 кг, смотри пункт 6).

Расходная часть баланса металла включает в себя массы окислившихся примесей (4,757 кг, смотри таблицу 4), железа (2,746 кг, смотри пункт 6), потери металла с выносами и выбросами (обычно 1...2%, принимаем 1кг), массу миксерного шлака (0,4 кг, смотри таблицу 5) и по­тери железа с пылью.

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

Gп = 0,00001 *Vг*Kп*Fen, где Gn - масса железа, теряемая с пылью во время продувки, кг; Vг - объем образующихся газов, м3; Кп - концентрация пыли в газе, г/м3 (обычно 150...250 г/м3); Feп- содержание железа в пыли, % (обычно 60...80%).

Принимаем Кп = 200 г/м3, Feп = 70%.

Масса, объем и состав образующихся газов определяются в таблице 7.

Таблица 7 – Расчет количества газообразных продуктов плавки

Тогда Gп = 0,00001*6,430*200*70 = 0,900 кг.

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

Gм = 100 + 0,619 - 4,757 - 2,746 - 1,0 - 0,4 - 0,900 = 90,816 кг.

Материальный баланс плавки сведем в таблицу 8.

8 СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА

Таблица 8 – Материальный баланс плавки

1. Приход тепла

а) Физическое тепло жидкого чугуна             

Qч = Gч*(61,9 + 0,88*tч),

где Qч - физическое тепло жидкого чугуна, кДж;

tч - температура жидкого чугуна, °С.

Известно: Gч= 79,56 кг; tч = 1340 °С.

Тогда Qч= 79,56*(61,9 + 0,88*1340) = 98741,916 кДж.

б) Тепловой эффект реакций окисления примесей шихты

Qx = 14770 * [С]ок + 26970*[Si]ок + 7000 * [Мn]ок + 21730 * [Р]ок.,

где Qx - тепло от окисления примесей металлошихты, кДж;

[С]ок - количество окислившегося углерода, кг;

[Si]ок - то же, кремния, кг;

[Мn]ок - то же, марганца, кг;

[Р]ок - то же, фосфора, кг.

Известно: [С]ок = 3,341 кг; [Si]ок = 0,757 кг; [Мn]ок= 0,503 кг;[Р]ок= 0,145 кг (смотри таблицу 4).

Тогда

Qx = 14770*3,341 + 26970*0,757 + 7000*0,503 + 21730*0,145 =76434,71 кДж.

в) Химическое тепло образования оксидов железа шлака

QFe = 3707*GFeO + 5278*GFe2O3,

где QFe - тепловой эффект от окисления железа, кДж;

GFeo - количество FeO в шлаке, кг;

GFe2o3- то же, Fe203( кг.

Известно: GFeO = 2,749 кг; GFe203 = 0,868 кг (смотри таблицу 6).

Тогда

QFe = 3707*2,749 + 5278*0,868 = 14771,847 кДж.

г) Тепловой эффект реакций шлакообразования

Qшо = 628*GCaO+1464*GSiO2,

где Qшо - тепло образования соединений в шлаке, кДж, 

Gcao - количество СаО в шлаке, кг;             

GSiO2-то же, SiO2, кг

Известно: GCaO = 6,695 кг; GSiO2 = 1,990 кг (смотри таблицу 6).

Тогда

Qшо = 628*6,695 + 1464*1,990 =7117,82  кДж.

д) Тепло дожигания СО

QCO=10100*GCO*Z,

где QCO - химическое тепло окисления СО, кДж;

GCO - количество СО, дожигаемого в полости конвертера, кг;

Z –доля тепла, передаваемого конвертерной ванне (обычно Z = 0,1...0,3).

Известно: GCO = 0,702 кг (смотри таблицу 7).

Принимаем Z = 0,2.

Тогда

QCO = 10100*0,702*0,2 = 1418,04 кДж..

Общий приход тепла составляет

98741,916 + 76434,71 + 14771,847 + 7117,82  + 1418,04 = 198814,333кДж.

2.Расход тепла

а) Физическое тепло жидкого металла

Qм = (54,8+0,84*tм)*Gм,

где Qм - теплосодержание жидкого металла, кДж;

Gм - выход жидкого металла, кг;

tм - расчетная температура металла, °С.

Известно: Gм = 90,816 кг (смотри пункт 7).

Тогда

Qм = (54,8 + 0,84*tм)*90,816 = 4976,717+ 76,285*tм.

б) Физическое тепло шлака

Qш = (2,09*tм-1379)*Gш,

где Ош - теплосодержание жидкого шлака, кДж;

Gш - количество образующегося шлака, кг.

Известно: Gш = 14,469 кг (смотри таблицу 6).

Тогда

Qш = (2,09*tм - 1379)* 14,469 = 30,24*tм -19952,751

в) Физическое тепло отходящих газов

Qг = (1,32*tг - 220)*(GCO + GCO2 + GAr),

где Qu - теплосодержание образующихся газов, кДж;

tг - средняя температура отходящих газов, °С (обычно tг=1900...2100°C);

GCO - количество образующегося СО, кг;

GCO2- то же, СO2, кг;              •

GAr- то же, Ar, кг.

Известно: GCO=6,308 кг; GCO2=2,718 кг; GAr=0 кг (смотри таблицу 7).

Принимаем tг= 2000 °С.

Тогда

Qг = (1,32*2000 - 220)*( 6,308 + 2,718+ 0) = 24262,92 кДж.

г) Затраты тепла на разложение оксидов железа   неметаллических материалов. Эта статья теплового баланса рассчитывается по формуле, аналогичной для расчета QFe в приходной части этого баланса. Для расчета учитывают только оксиды железа,  поступающие в конвертер с неметаллическими материалами (смотри таблицу 6).

QFe = 3707*0,045+ 5278*0,834= 4568,667 кДж.

д) Потери тепла с выносами и выбросами

QB = (54,8 + 0,84*tмс)Gв,

где QВ - потери тепла с выносами и выбросами, кДж;

GB - общее количество выносов и выбросов, кг;

tмс - 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).

Известно: GB = 1,0 кг. Принимаем tмс = 1550 °С.

Тогда

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

е) Затраты тепла на пылеобразование (Qд)

Qд = (54,8 + 0,84*tг)*Gп

Известно: tг = 2000 °С; Gп = 0,900 кг.             

Qn = (54,8 + 0,84*2000)* 0,900 = 1567,32 кДж.

ж) Тепло на разложение карбонатов             

Qк=4038*Gик,

где Qк - тепло, затрачиваемое на разложение карбонатов (на обжиг недоразложившегося известняка в извести - недопала), кДж;

Gик - количество СO2 в извести, кг.              :

Известно: Gик = 0,390кг (смотри таблицу 7).             

QR = 4038*0,390= 1574,82 кДж.

з) Тепловые потери

В эту статью (Qп) 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:

Qп = 198814,333*3/100 = 5964,43 кДж.

Общий расход тепла составит

4976,717+ 76,285*tм + 30,24*tм -19952,751+ 24262,92 + 4568,667 + 1357 + 1567,32 + 1574,82 +5964,43 = 24319,123 + 106,525*tм