Выплавить сталь марки 17Г1С в кислородном конвертере емкостью 280т

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Металлургия черных металлов»

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

по курсу «Технологические особенности производства стали»

на тему: «Выплавить сталь марки 17Г1Св кислородном конвертере

емкостью 280 т»

 

 

 

Выполнил      

студент группы МЧМ-09-2

Ищенко В.Н.

             Проверил     

доцент, канд. техн. наук

Кравченко В. М

 

 

 

Алчевск

2012 г.

 

2

Форма № У-6.01

ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра   МЧМ

Дисциплина «Производство стали  в конвертерах и мартеновских печах»

Специальность   6.090401

Курс      . Группа МЧ-     -2з. Семестр – весенний.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента

 

Тема работы Выплавить сталь марки 17Г1С в кислородном конвертере емкостью 280 т

Срок сдачи студентом законченной  курсовой работы – до 15 мая 2012 года

Исходные данные к работе:

Q = 280 т

q = 3.0 м3/(т*мин)

[Si]чуг = 0.98 %

Способ разливки стали – УКП+МНЛЗ

Остальные данные – в соответствии с МУ

Содержание расчетно-пояснительной записки - в соответствии с МУ № 74

Дата выдачи задания  - февраль 2007 года

 

 

Студент  ………………………………………..

(подпись)

 

Руководитель  …………………………………..

(подпись, дата)

 

3

РЕФЕРАТ

Курсовая работа: 32 с; 5 рис.; 12 табл.; 8 источников

Объект – выплавка стали в кислородных конвертерах.

Цель работы– разработать  технологию производства стали марки 17ГС1 в 280 т кислородном конвертере.

Метод достижения – расчет агрегата, фурмы, выбор технологии производства.

Приведены выбор и  расчеты: 280-т кислородного конвертера, кислородной фурмы,  материального и теплового балансов плавки, раскисления и легирования стали, выбор системы охлаждения и очистки конвертерных газов, технологии выплавки стали марки 17Г1С, расчет длительности плавки и производитеьности агрегата.

КОНВЕРТЕР,  ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ, СТАЛЬ МАРКИ 17Г1С

 

4

СОДЕРЖАНИЕ

           Стр

Введение                                                                                                                                       5

1 Выбор и расчет геометрических  размеров кислородного

конвертера емкостью 280 т                                                                                                         6

2 Материальный и тепловой  балансы конвертерной плавки

на сталь марки 17Г1С                                                                                                                  10

3 Расчет раскисления стали  марки 17Г1С                                                                                18

4 Выбор и расчет геометрических размеров наконечника

кислородной фурмы                                                                                                                     22

5 Выбор системы охлаждения  и очистки конвертерных газов                                                26

6 Определение продолжительности  периодов и длительности

плавки, производительности кислородного конвертера                                                          28

7 Особенности выплавки стали марки 17Г1С                                                                            29

Перечень ссылок                                                                                                                           31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

ВВЕДЕНИЕ

 

Кислородно-конвертерный процесс появился в 1952 году и получил быстрое распространение в мире, благодаря следующим преимуществам:

    • конструкция кислородного конвертера проще, а производительность существенно выше, чем в мартеновских печей и электропечей;
    • капитальные затраты на строительство кислородно-конвертерных цехов в 1,5 раза меньше, чем мартеновского цеха и в 2,5 – 3,0 раза цехов с электропечами;
    • в кислородно-конвертерном процессе возможна переработка чугунов любого химического состава, в том числе химически холодных, что расширяет сырьевую базу для выплавки чугуна;
    • избыток тепла в кислородно-конвертерном процесса позволяет перерабатывать 20-30% лома без затрат топлива и электроэнергии;
    • в кислородно-конвертерном процессе используют 70-80% передельного чугуна, который является первородной шихтой без примесей цветных металлов, что способствует повышению качества стали;
    • в кислородно-конвертерном процессе расходуется 2-3 кг/т огнеупоров против 20-30 кг/т при выплавке стали в мартеновских печах и электропечах;
    • содержание азота, водорода, фосфора и неметаллических включений в кислородно-конвертерной стали меньше, чем в стали, выплавленной в мартеновских печах и электропечах, а при использовании ковшевой металлургии это касается и серы.

В курсовой работе разработана технология выплавки стали марки 17Г1С в 280-т кислородном конвертере одношлаковым процессом.

 

 

6

1 ВЫБОР И РАСЧЕТ КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТЕРА НОМИНАЛЬНОЙ

ЕМКОСТЬЮ 280 т

 

Общие замечания

При проектировании конвертеров в  Украине предпочитают форму ванны  в виде усеченного конуса со сферическим днищем. Этот профиль учитывает контур износа футеровки конвертера при работе с многосопловыми кислородными фурмами [2]

При расчете приняты  следующие условные обозначения:

а) исходных данных

Q – номинальная емкость конвертера,  равная 280 т;

q – удельная интенсивность продувки, равная 3,0 м3/(т*мин);

Т – температура кислорода перед  соплами кислородной фурмы, равная  293К;

Р – давление кислорода на срезе  сопел кислородной фурмы, равная 140000 Н/м2.

б) промежуточных данных

Vуд – удельный объем конвертера, м3/т;

Wкр – критическая скорость истечения кислорода, м/с;

Рн – давление кислорода перед соплами кислородной фурмы, Н/м2;

ρн – начальная плотность кислорода, кг/м2;

λ – критерий скорости истечения  кислорода;

Wг – скорость истечения кислорода на срезе сопла кислородной фурмы, м/с;

Ρг – плотность кислорода на срезе сопла кислородной фурмы, кг/м3;

Vм- объем металлической ванны, м3;

V- рабочий объем конвертера, м3.

Условные обозначения остальных  выходных данных приведены на рисунке 1.1.

 

 Расчет основных  геометрических размеров кислородного  конвертера

Удельный объем кислородного конвертера, м3/т

Критическая скорость истечения кислорода, м/с

где  К –  показатель адиабаты, равный для двухатомных газов 1.4;

       R- газовая постоянная, равная  8319/ μ 

7

(μ – молекулярная масса газа)

Давление кислорода перед соплами  кислородной фурмы, Н/м2

Рн = (0.588 + 0.00392*Q) * 106 = (0.588 + 0.00392*280) * 106 = 1685600

Критерий скорости истечения кислорода

Скорость истечения кислорода  на срезе сопла кислородной фурмы, м/c

Wг = Wкр * λ = 298,104 * 1,747 = 520,79

Начальная плотность кислорода, кг/м3

Плотность кислорода на срезе сопел  кислородной фурмы, кг/м3

Глубина спокойной ванны, м

Внутренний диаметр конвертера, м

Объем металлической ванны, м3

Внутренний диаметр днища, м

    

Диаметр горловины конвертера, м

Рабочий объем конвертера, м3

Высота конической части конвертера, м

8

Высота цилиндрической части конвертера, м

Внутренняя высота конвертера, м

Толщина футеровки конвертера в  цилиндрической части, м

Толщина футеровки конвертера в  конической части

Толщина днища конвертера, м

Толщина металлического кожуха конвертера, м

Наружный диаметр конвертера, м

Полная высота конвертера, м

Диаметр сталевыпускного отверстия, м

Чертеж кислородного конвертера в масштабе 1:100 приведен на рисунке 1.2.

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.1 – Основные размеры кислородного конвертера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.2 – Геометрические размеры  кислородного конвертера емкостью 50 т (М 1:100)

10
2 Материальный  и тепловой балансы
конвертерной плавки на сталь марки 17Г1С

 

Химический  состав исходных и конечных материалов

Химический состав готовой  стали, получаемой в результате плавки, берется из марочника сталей. Химический состав скрапа принимается равным среднему химическому составу выплавляемой в цехе стали.

Химический состав чугуна, извести, разжижителей и футеровки выбраны  в соответствии с заданием и приложением 1.[3]

Дутьевой режим  плавки

При верхней продувке она ведется через водоохлаждаемую  фурму технически чистым кислородом, обычно содержащим 99,5 % кислорода и 0,5 % азота.

Шлаковый режим плавки

Для успешного ведения плавки и  расчетов шлакового режима необходимо знать ориентировочное содержание оксидов железа в шлаке в конце плавки. Их количество можно рассчитать по формулам

                                

                               

где [С]- содержание углерода в стали перед раскислением

Для улучшения жидкоподвижности шлака по ходу плавки в конвертер  присаживают разжижитель в виде плавикового шпата. Расход плавикового шпата принимаю 2 кг/т шихты.

 

Исходные данные

Химический состав заданной марки стали, металлической и  неметаллической шихты приведен в табл. 2.1- 2.3.

 

Таблица 2.1 – Химический состав стали марки 18К

Марка стали

17Г1С

0,15

0,22

0,4

0,6

1,15

1,6

0,035

0,040


 

 

11

Таблица 2.2 – Химический состав металлической части шихты, %

Материал

С

Si

Mn

P

S

Чугун

4,44

0,5

0,94

0,12

0,035

Скрап

0,23

0,04

1,2

0,03

0,035


 

Таблица 2.3 – Химический состав неметаллической части шихты, %

Материал

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

CaF2

H2O

CO2

Известь

2

79,5

14

5

    

1,5

4

Плавиковый шпат

2

0,3

  

0,2

2

95

  

0,5

Футеровка

1

56,2

40,5

0,5

1,5

      

 

Определение химического состава металла  перед раскислением [3]

Углерод.

Содержание углерода перед раскислением должно быть не более нижнего предела углерода в готовой стали, так как углерод может быть внесен в сталь во время раскисления и обработки в стальковше. В случае, если содержание углерода в стали допускается не более какой-либо величины, то его содержание перед раскислением должно быть на 0,04 - 0,06 % меньше этой величины.

Марганец

Содержание марганца перед раскислением рассчитывается по формуле

где Mnчуг и Mnскр – соответственно содержание марганца в чугуне и скрапе, %

(%FeO) – содержание FeO в конечном шлаке.

Кремний

В основном процессе кремний  окисляется практически полностью  и в конце продувки его содержание снижается до следов. Поэтому для  практических расчетов содержание кремния  перед раскислением может быть принято  равным нулю.

Фосфор

 

12

При переделе низкофосфористых чугунов, содержащих не более 0,2 % [Р], содержание фосфора перед раскислением может быть определено по формуле

где [С]п.р. - содержание углерода перед раскислением.

Сера

где и – соответственно содержание серы в чугуне и скрапе.

Химический состав металла  перед раскислением, %

Материал

С

Si

Mn

P

S

Металл перед раскислением

0,135

0

0,17

0,0185

0,01675


 

расчет материального и теплового балансов

Расчет ведем на 100 кг металлической шихты.

Обозначим расход скрапа через Х %, тогда расход чугуна составит  (100-Х) %.

Вносят в шихту, кг:

                                            чугун                             скрап

C…… (100-Х) 0,0444 = 4,44– 0,0444X            0.0023X

Si...…. (100-Х) 0.005 = 0.5 – 0.005X               0.0004X

Mn..... (100-Х) 0.0094 = 0.94 – 0.0094X           0.0055X

P....…. (100-Х) 0.0012 = 0.12 – 0.0012X           0.0003X

S1)… (100-20)*0.00033 = 0.0264 ×              20*0.00035 = 0.007

1)В первом приближении принимаем расход скрапа 20 % (только при расчете серы)

Средний состав шихты, кг:

C            4.44 – 0.0444X + 0.0023X = 4.44 – 0.0421X

Si            0.5 – 0.005X + 0.0004X = 0.5 – 0.0046X

Mn         0.94 – 0.0094X + 0.0055X = 0.94 + 0.0039X

P            0.12– 0.0012X + 0.0003X = 0.12 – 0.0009X

S            0.0264 + 0.007 = 0.0334

Удаляется примесей (предполагается выход стали 90 %), кг

C            4.44 – 0.0421X – 0.135*09 = 4,3185 – 0.0421X

Si                                                              0.5 – 0.0046X

Mn        0.94 – 0.0030X – 0.17*0.9 = 0.787 – 0.0039X

P           0.12– 0.0011X – 0.0185*0.9 = 0.10335 – 0.0009X

12

S                            0.0334 – 0.01675*0.9 = 0.01832

Fe в дым.…………………                     1.5000

Удаляется примесей                              7,227 + 0.0437X

Определение расхода кислорода на окисление  примесей

Примеси

Масса примесей, кг

Расход кислорода, кг

C ®CO21)

0.43185– 0.00421X

(0.43185 – 0.00421X)*32/12 = 1.1516 –0.01123X

C ®CO

3.8866 – 0.03789X

(3.8866 – 0.03789X)*16/32 = 5,1822 –0.05052X

Si ®SiO2

0.5 – 0.0046X

(0.5 – 0.0046X)*32/28 = 0,57143 – 0.00526X

Mn ®MnO

0.787 + 0.0039X

(0.787 + 0.0039X)*16/55 = 0.22895 + 0.00113X

P ®P2O5

0.10355 – 0.0009X

(0.10355 – 0.0009X)*80/62 = 0.13335 – 0.00116X

S ®SO22)

0.00275

0.00275*32/32 = 0.00275

Fe ®Fe2O3

1.5000

1.5 * 48/112= 0.64286

 
Итого

7.90535 – 0.06703X


1)Принято, что до СО2 окисляется 10 % углерода.

2)Принято, что 15 % серы окисляется до SО2

3)При переходе 0,018 кг серы в шлак высвобождается 0,009 кг кислорода, что учитывается в итоге.

Масса окислов составит, кг:

CO2         0,43185 – 0.00421X + 1.1516 – 0.01123X = 1.58345 – 0.01544X

CO            3.8866 – 0.003789X + 5,1822 – 0.05052X = 9,0688 – 0.08841X

SiO2                 0.5 – 0.0046X + 0,5714 – 0.00526X = 1,0714  - 0.00986X

MnO              0.787 + 0.0039X + 0.22895 + 0.00113X = 1,0159 + 0.00503X

P2O5               0.10335 – 0.0009X + 0.13335 – 0.00116X = 0.2367 – 0.00206X

SO2......                                                 0.00275  +0.00275 = 0.005497

Fe2O3(в дым)                                         1.5  + 0.64286 = 2.142857

Баланс железа

Источники

Из Fe2O3, кг

Из FeO, кг

Футеровка

0.3*0.015*0.7 = 0.00315

–

Плавиковый шпат

0.2*0.02*0.7 = 0.0028

–

Cумма

0,00595   

 

Содержится в шлаке

0,04701*L*0.7 = 0.033L

0.14125*L*0.78=0.1109L

Окисление железа

0.039L – 0.0049

0.1109L


 

13

Расходы футеровки и  разжижителя берутся из начальных  условий, содержание оксидов железа в шлаке рассчитывается по вышеприведенным формулам.

Всего окислится железа для образования  оксидов шлака L:

0.033L – 0.00595 + 0.1109L = 0.1439L – 0.00595

Выход стали составляет

100 – 7,227 + 0.0437X – 0.1439L + 0.00595 = 92,778 + 0.0437X – 0.1439L

Затрачивается кислорода  на окисление железа, идущего для  образования шлака, кг

 Fe®Fe2O3     (0.033L – 0.00595) * 48/112 = 0.0141L – 0.00255

Fe®FeO   _____________  0.1109L *16/56 = 0.0317L__

Итого                                                            0.0458L – 0.00255

Всего требуется  кислорода на окисление примесей

7.90535 – 0.06703X + 0.0458L –0.00255 = 7.9028 – 0.06703X + 0.046L кг

Расход газообразного кислорода

(7.9028 – 0.06703X + 0.046L ) *22.4/32 = 5.532 – 0.0469X + 0.0322L м3

Расход кислорода с учетом усвоения 95 %

(5.532 – 0.04695X + 0.0332L)/0.95 = 5.823 – 0.04939X + 0.0339L м3

Количество не усвоенного кислорода

0.2911 – 0.00247X + 0.0017L м3

Расход технического кислорода

(5.823 – 0.04939X + 0.0339L)/ 0.995 = 5.852 – 0.04964X + 0.0341L м3

Количество азота

0.02926 – 0.00025X + 0.0002L  м3

Масса неусвоенного кислорода

0.4159 – 0.00353X + 0.00249L  кг

Масса азота, вносимого кислородом

0.03656 – 0.00031X + 0.00025L  кг

Масса технического кислорода, кг:

7.9027 – 0.06703X + 0.046L

0.4159 – 0.00353X + 0.002429L

0.03657 –0.00031X + 0.00025L

8.355 – 0.07087X + 0.04868L

 

Расход извести обозначим через Y. Расход футеровки принят 0.3 кг,

 

15

Поступит SiO2 из материалов, кг:

металлической шихты                                    1.0714 – 0.00986X

футеровки                                 0.3*0.0100 = 0.0030

плавикового шпата                  0.2*0.02 = 0.004

извести                                                                                                0.02Y

                                                                         1.0784 – 0.00986X + 0.02Y

Поступит Al2O3 из материалов, кг:

футеровки                                   0.3 * 0.0050 = 0.0015

плавикового шпата                    0.2 * 0.0020 = 0.0004

извести___________________________________          0.05Y

                                                                             0.0019 + 0.05Y

Поступит MnO при  окислении Mn металлошихты, кг:

                                                                            1.0159 - 0.00503X

Поступит MgO из материалов, кг:

футеровки                                    0.3 * 0.4050 = 0.1215

извести____________________________________        0.14Y

                                                                              0.1215 + 0.14Y

Поступит CaO из материалов, кг

футеровки                                    0.3 * 0.5620 = 0.1686

плавикового шпата                      0.2 * 0.003 = 0.0006

извести_____________________________________       0.7950Y

                                                                               0.1692 + 0.7950Y

Поступит P2O5 из металлошихты, кг

                                                                               0.2367 – 0.00206X

Поступит СаF2 из плавикового шпата, кг

                                                      0.2 * 0.95 = 0.19

Составляем формулу  для определения количества шлака

SiO2     1,078 – 0.0098X  + 0.002Y

Al2O3   0.0019               + 0.005Y

MnO    1,015 + 0.00503X

MgO   0.1215                  + 0.14Y

CaO    0.1692                  + 0.795Y

P2O3   0.236 – 0.00206X

CаF2   0.1900

16

S        0.01558

FeO                                                                0.14122

L

Fe2O3______________________________________________0.04708L

           L = 2,8293 – 0,0175X + 0.9450Y + 0.1896L

L = 3.491 – 0.00849X + 1.24Y      (I уравнение)

Составляем 2-е уравнение при  основности шлака 3,5

0.725Y + 0.0345X = 3,6053                    (2 уравнение)

Определение количества газов

Газы

кг

м3

СО2

1.58345 – 0.01544X + 0.04Y

0.80612 – 0.00785X + 0.02036Y

CO

  9,068 – 0.08841X

  7,255 – 0.07073X

H2O

   0.0150X

   0.0186X

O2

0.4159 – 0.00352X + 0.00243L

0.2926 – 0.002519X + 0.00173L

N2

0.03657 – 0.00031X + 0.00025L

0.02926 – 0.000248X + 0.0002L

SO2

0.00549

   0.002


 

3-е уравнение  составим из теплового баланса:

ПРИХОД ТЕПЛА

1. Физическое тепло чугуна

Q1 = [0,178×1200+52+0,2(1335-1200)] * (100 - X) = 29660- 296,6X, ккал,

где 1200 – температура плавления  чугуна, 0С;

      1335 – температура чугуна, 0С;

0,178 и 0,2 – соответственно, средняя  теплоемкость твердого и жидкого  чугуна, ккал/кг.град;

52 – скрытая теплота плавления  чугуна, ккал/кг.

2. Тепло экзотермических  реакций, ккал

C-СО2      8137(0.43185– 0.00421X) = 3531,96 – 34,256X

C-CO       2498(3.886 – 0.0378X) = 9708,86 – 94,649X

Si-SiO2    7425(0.5 – 0.0046X) =3712,5 – 34,155X

Mn-MnO 1758(0.787 + 0.0039X) = 1383,546 + 6,8562X

P-P2O5    5968(0.1034 – 0.0009X) = 616,79 – 5,3712X

Fe-Fe2O3(ш) 1758(0.033L – 0.00595) = -10,46 + 58,014L

17

S-SO2 ....     2216×0.0027 = 6.091

Fe-FeO (шл) 1150*0.1109L

Fe-Fe2O3 (дым)       1758×1.5= 2637

                                   Q2= 21568,28 – 161,57X + 185,55L

3. Тепло шлакообразования, ккал:

                 554 × (0.5 – 0.0046X) *× 60/28= 593,57 –5,46X

                1132× (0.1034 – 0.0009X) *142/62= _267,95 – 2.334X

                                                                 Q3 = 861,52 – 7,79X

Приход тепла равен

            Qприх = 52089,8064 – 465,97X + 185,549L

РАСХОД ТЕПЛА

1. Физическое тепло стали, ккал

Q1 = [0,167*1500+65+0,2(1618.- 1500)] × (92,778 + 0.0437X – 0.14339L) =

     = 31464,99 + 14,82X – 48.802L

где 1500 – температура плавления стали, 0С;

      1625.– температура стали на  выпуске, 0С.

2. Физическое  тепло шлака, ккал

Q2 = (0,298*1625+50)(3.4912 – 0.00849X + 1.21014Y) =

=.1858,105 – 4,5209X + 660,031Y

где 1625.– температура  шлака на выпуске, 0С.

3. Тепло, уносимое газами при 1450 оС, ккал

СО2  814× (0.80612 – 0.00785X + 0.02036Y) = 656,182 –6,397X + 16.576Y

CO  506× (7,255 – 0.07073X) = 3671,07 – 35,788X

H2O  632× 0.01867Y = 11.797Y

O2 528× (0.297 – 0.00252X + 0.00173L) = 156,867 – 1,3305X + 0.916L

N2  499× (0.02926 – 0.000248X + 0.0002L) = 14.601 – 0.124X + 0.099L

SO2                                             814*0.0019 = 1.566

                                        Q3= 4500,287 – 43,639X + 28.373Y + 1,0157L

4. Частицы Fe2O выносят тепла Q4 = 1020 ккал

Выплавить сталь марки 17Г1С в кислородном конвертере емкостью 280т 📙 Курсовая → 🆔 58812

Выплавить сталь марки 17Г1С в кислородном конвертере емкостью 280т 📙 Курсовая → 🆔 58812

Выплавить сталь марки 17Г1С в кислородном конвертере емкостью 280т