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

Содержание

Лист

Цель  работы

Цель работы – расчет шихты и общего количества материалов на плавку скрап-рудно-кислородного мартеновского процесса, выявление характерных изменений содержания сопутствующих элементов по ходу плавки.

При расчете шихты необходимо:

- распределить плавку  на периоды:

I – от начала завалки до полного расплавления шихты;

II – от расплавления до раскисления;

- определить расход окислителей  (железной руды, агломерата, технического  кислорода и пр.), известняка или  извести в различные периоды  плавки;

- установить последовательность  расчета:

Определить средний химический состав шихты; количество и состав металла  и шлака для конца каждого  периода; угар примесей в каждом периоде  и необходимый расход кислорода  на их окисление с учетом окислительной  способности атмосферы рабочего пространства печи; расход твердых  и газообразных окислителей; состав и количество шлака в разные периоды  плавки; расход известняка и извести.

Исходными данными для  расчета являются:

- садка печи, т;

- расход жидкого чугуна  и металлического лома на плавку, %;

- состав чугуна, %;

- выплавляемая марка стали;

- интенсивность продувки  ванны техническим кислородом.

Расчет

Дано: садка печи 600 т, жидкий чугун – 60%, лом – 40%, состав чугуна и лома приводится в таблице 1, марка  стали ВСт2сп; интенсивность продувки – слабая.

Выбираем состав лома и  готовой стали марки 10 пс, данные приводятся в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав чугуна, лома и стали

Необходимые для расчета химические составы некоторых материалов (неметаллической части шихты свода, пода, загрязнений лома и окалины) приведены в таблице 3. Расчет ведется на 100 кг металлической завалки.

1. Расчет шихты первого периода плавки (до расплавления)
1. Средний состав металлической шихты (таблица 2)

Таблица 2. Средний состав металлической шихты

* чугун вносит углерода  4,0 x 0,60=2,40 кг

кремния 1,0 х 0,60=0,60 кг

марганца 0,3 х 0,60=0,18 кг

Таблица 3. Химический состав материалов мартеновской плавки

2. Определение состава металла по расплавлении

Содержание углерода [%C]_рапл.=[%C]_раск.+[%∆C],

где [%C]_раск. – содержание углерода перед раскислением, %;

[%∆C] – превышение содержания углерода для проведения доводки, %.

Содержание углерода в  металле перед раскислением должно обеспечить после введения ферросплавов для раскисления и легирования  среднее маркировочное его содержание в готовой стали. Поэтому при  выплавке углеродистой стали принимаем [%C]_раск. ближе к нижнему пределу его содержания в готовой стали: [%C]_раск.=0,10%. Минимальное превышение содержания углерода над его содержанием в металле после доводки перед раскислением принимаем согласно таблице 4.

Таблица 4. Продувка ванны кислородом

Для слабой продувки 600 т  плавки минимальное [%∆C] составляет 0,3%. Принимаем [%∆C]=0,7%.

Тогда [%C]_распл.=[%C]_раск.+[%∆C]=0,10+0,70=0,80%.

Содержание  кремния

При основном процессе кремний в первом периоде плавки окисляется полностью до следов. Поэтому [%Si]_распл.=0.

Содержание  фосфора

В зависимости от содержания фосфора в шихте, интенсивности  продувки ванны кислородом и режима спуска шлака, остаточное содержание фосфора  в металле по расплавлении составляет 15-25% от его содержания в металлошихте. Для слабой продувки и интенсивного спуска спуска шлака принимаем эту величину равной 18%.

Тогда [%P]_распл.=[%P]_шихты x 18/100=0,054 x 18/100 = 0,010%.

Содержание  марганца

В зависимости от содержания марганца в шихте, интенсивности продувки ванны кислородом в период плавления и режима спуска шлака остаточное содержание марганца остаточное содержание марганца в металле по расплавлении составляет 10-20% от его среднего содержания в металлошихте.

При слабой продувке ванны  кислородом (1-3 м³/т*ч) и обильном спуске шлака в период плавления (более 50% от образовавшегося) принимаем остаточное содержание марганца равным 19% от его среднего значения в металлической шихте.

Тогда [%Mn]_распл.=[%Mn]_шихты x 19/100 = 0,360 x 19/100 = 0,068%.

Содержание  серы

В зависимости от содержания серы в металлошихте и топливе, количества спускаемого шлака и его основности, остаточное содержание серы в металле  по расплавлении составляет 80-100% (и  более) от первоначального ее содержания в шихте.

В расчете принимаем эту  величину равной 90%.

Тогда [%S]_распл.=[%S]_шихты x 90/100 = 0,036 x 90/100 = 0,032%.

В металле по расплавлении содержится (%):

3. Определение количества железной руды в завалку

При продувке ванны кислородом в период плавления количество руды в завалку можно приближенно  определить:

где l – коэффициент, учитывающий содержание активного кислорода в железной руде, участвующего в окислении примесей в первом периоде плавки, равный 0,381 (принимаем, что 1/3 Fe₂O₃ руды в процессе плавления диссоциирует до FeO, а выделившийся при этом кислород улетучивается, не принимая участия в описании примесей шихты);

k_l – коэффициент, учитывающий интенсивность продувки ванны кислородом в период плавления, равный 0-1 (k_l =0, если количество руды в завалку равно нулю; k_l = 1, если продувка ванны кислородом не производится); для слабой продувки = 1-3 м³/т*ч принимаем k_l  = 0,8 – 0,9, принимаем k_l  = 0,85.

 – количество  кислорода, необходимое для окисления  примесей металлошихты в первом  периоде плавки, кг; расчет сведен  в таблицу 5.

3,471 кг;

Таблица 5. Количество кислорода для окисления примесей металлошихты в первом периоде плавки

^*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

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

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

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

Таблица 9. Расходы материалов и их участие в образовании шлака

^* – 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

^* 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: