Выплавка стали марки 65Г в 500 мартеновской печи скрап-рудным процессом с интенсификацией процесса кислородом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

Кафедра "Металлургии  черных металлов"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по курсу: «Производство стали  в конвертерах и мартеновских печах»

 

на тему: "Выплавка стали марки 65Г в 500 мартеновской печи

 

скрап-рудным процессом с интенсификацией  процесса кислородом»

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр

Проверил: ассист. каф. МЧМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2012

2

Содержание

стр.

 

Введение               3

 

1 Расчет параметров  мартеновской печи емкостью 500 т   4

 

2 Расчет материального  баланса мартеновской плавки   9

 

3 Расчет раскисления  и легирования стали марки  65Г       21

 

4 Расчет сводовой  кислородной фурмы (СКФ)     27

 

5 Выбор системы охлаждения  и очистки отходящих

газов              31

 

6 Определение длительности  плавки и 

производительности  мартеновской печи      35

 

7 Особености выплавки  стали марки 65Г      36

 

Перечень ссылок           42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

ВВЕДЕНИЕ

Рост  производства стали в Украине  в последние годы идет за счет модификации и реконструкции ККЦ. Однако, не смотря на это, почти 50% стали до сих пор выплавляется в подовых агрегатах.

Преимуществами  мартеновского способа производства стали являются:

- возможность  выплавки стали широкого сортамента;

- работа  с различным соотношением передельный чугун - лом;

- гибкость  в отношении вида и качества  топлива;

- более  низкая себестоимость стали.

В 60-е  годы ХХ века большинство мартеновских печей Украины были переведены на отопление высококалорийным топливом и работу с применением кислорода в факел и ванну. Открылись широкие возможности для повышения технико-экономических показателей мартеновского производства, существенно упростилась конструкция мартеновской печи.

В Украине  применяются мартеновские печи емкостью от 70 до 900 тонн. Основная масса мартеновских печей работает скрап-рудным процессом  на жидком передельном чугуне с содержанием лома в шихте 40-45%.

В настоящей  курсовой работе рассмотрено производство стали марки 65Г  в мартеновской печи садкой 500 т скрап-рудным процессом на жидком передельном  чугуне с интенсификацией процессов техническим кислородом, который подают как в факел, так и непосредственно в ванну.

 

 

 

 

4

1 Расчет параметров мартеновской печи емкостью 500 т

 

1.1 Определение  размеров мартеновской ванны  и рабочего пространства мартеновской  печи 

Размеры ванны  мартеновской печи выбираются таким  образом, чтобы топливо полностью сгорело в пределах рабочего пространства мартеновской печи, а до уровня порогов завалочных окон вмещался весь жидкий металл и слой шлака толщиной 50-100 мм /1/. Конструктивно длину мартеновской ванны выбирают с учетом размещения в передней стенке необходимого количества завалочных окон с расстояниями между ними, позволяющими заваливать стальной скрап одновременно двумя завалочными машинами. Длину "L" ванны на уровне порогов завалочных окон определяем по формуле:

L = -0.000006*T2+0.0212*T+10.888= -0,000006*5002+0,0212*500+10,888= 19,99м

где:  Т  -садка мартеновской печи, т.

Произведение  длины ванны на ширину на уровне порогов завалочных окон считают  площадью пода мартеновской печи "S". Площадь пода определяем по формуле:

S= -0.000006*T2+0.1936*T+34.992= -0,000006*5002+0,1936*500+34,992= 130,29 м2

Ширину ванны "Е" определяем по формуле:

E = S/L = 130,29/19,99 = 6,52 м

Ширина ванны  исходя из оптимального соотношения длины ванны к ширине должна находится в пределах 2,9-3,9.

Для данного  случая

L/E = 19,99/6,52 = 3,1

что соответствует  заданному пределу.

Глубину мартеновской ванны "h" в середине печи определяем по формуле:

h=-0,0000007*T2+0,0015*T+0,5608=-0,0000007*5002+0,0015*500+0,5608= 1,286 м

5

Коэффициент емкости мартеновской ванны К определяю по формуле:

К= -0,0000002*T2+0,0004*T+0,4529=-0,0000002*5002+0,0004*500+0,4529=0,603

Толщину передней стенки на уровне порогов  завалочных окон принимаю 900 мм

Толщину передней стенки под сводом принимаю 810 мм

Толщину задней стенки на уровне порогов завалочных окон принимаю 1250 мм

Толщину задней стенки под сводом принимаю 775 мм

Размеры завалочных окон:

-высота       1700 мм

-ширина вверху     1800 мм

-ширина внизу     1600 мм

Общая толщина подины    1225 мм

в том числе магнезитовая наварка   260 мм

1.2. Определение размеров головок  и вертикальных каналов

На современных мартеновских печах, работающих на высококаллорийном топливе наибольшое распространение получили одноканальные головки типа Вентури. Они имеют следующие преимущества:

    • поток горячего воздуха направляется по оси печи;
    • отсутствует кладка между вертикальными каналами, труднодоступная для горячих ремонтов;
    • обеспечивается возможность подвешивания стен вертикальных каналов по всей высоте.

Длину головки "Lг" определяем по формуле:

Lг= -0,000002*T2+0,0038*T+3,3923= -0,000002*5002+0,0038*500+3,3923=4,79 м

Расстояние  от оси пламенного окна до оси горелки "Lос" определяем поформуле:

Lос=-0,000001*T2+0,02*T+1,5671=-0,000001*5002+0,02*500+1,5671= 11,317 м

 

6

Высоту пламенного окна "hп.о." определяем по формуле

hп.о.=0,0000008*T2+0,0013*T+1,5801=0,0000008*5002+0,0013*500+1,5801=2,03 м

Ширину пламенного окна внизу "bп.о." определяем по формуле

bп.о=-0,000002*T2+0,0015*T+1,7537=-0,000002*5002+0,0015*500+1,7537=2 м

Угол наклона  горелки "а" определяем по формуле:

  а=0,000006*T2+0,0101*T+13,554=0,000006*5002+0,0101*500+13,554=20 град

Длину вертикального  канала "Lв.к." определяем по формуле:

Lв.к=-0,000002*T2+0,0015*T+1,7637=-0,000002*2002+0,0015*200+1,7637=2,01 м

Ширину вертикального  канала "bв.к." определяем по формуле:

bв.к=-0,000003*T2+0,0043*T+2,541=-0,000003*5002+0,0043*500+2,541=3,94 м

Толщину кладки стен вертикального канала принимаю 580 мм

Площадь сечения  пламенного окна "Fп.о." определяем по формуле:

Fп.о = hп.о*bп..о = 2,03 * 2 = 4,07 кв. м

Площадь сечения  вертикального канала "Fв.к." определяем по формуле:

Fв.к = hв.к*bв..к = 2,01 * 3,94 = 7,94 кв. м

1.3. Расчет размеров шлаковиков.

В шлаковиках осаждаются наиболее крупная пыль и частицы  шлака. Емкость шлаковика выбираем так, чтобы шлак в шлаковике за кампанию печи не превышал уровня перевальной стенки из шлаковика в регенератор. При этом коэффициент заполнения полезной части шлаковика принимаю 80 %.

Высоту шлаковика "Hш определяем по формуле:

Hш=-0,000002*T2+0,0036*T+3,888=-0,000002*5002+0,0036*500+3,888=5,19 м

Ширину шлаковика "bш" определяем по формуле

bш=-0,000003*T2+0,0062*T+2,9849=-0,000003*5002+0,0062*500+2,9849=5,33 м

Высоту окна из шлаковика в регенератор "hо" определяем по формуле:

ho=-0,0000004*T2+0,007*T+1,5171=-0,0000004*5002+0,007*500+1,5171=4,92 м

 

7

Полезную длину  шлаковика "Lш" определяем по формуле

Lш=-0,000004*T2+0,0089*T+7,8102=-0,000004*5002+0,0089*500+7,8102=11,26 м

Полезный объем  двух шлаковиков без ложных стенок "Vш" определяем по формуле

Vш=-0,0002*T2+0,7402*T+91,294=-0,0002*5002+0,7402*500+91,294=411,3 м3

1.4.Расчет параметров воздушного  регенератора и боровов

Высоту наднасадочного пространства "hн.п." определяем по формуле:

hн.п=-0,0000005*T2+0,0007*T+1,3578=-0,0000005*5002+0,0007*500+1,3578=1.58 м

Высоту насадки "hн" определяем по формуле

hн=-0,000005*T2+0,0067*T+5,6349=-0,000005*5002+0,0067*500+5,6349 =7,73 м

Длину насадки  регенератора "Lн" определяем по формуле:

Lн=-0,000005*T2+0,0071*T+5,5986=-0,000005*5002+0,0071*500+5,5986 =7,9 м

Ширину насадки  регенератора "bн" определяем по формуле

bн=-0,000006*T2+0,0089*T+3,4111=-0.000006*5002+0,0089*500+3,4111 =6,36 м

Высоту поднасадочного пространства "hп.п." определяем по формуле

hп.п=-0,0000003*T2+0,0002*T+1,5692=-0,0000003*5002+0,0002*500+1,5692=1,59 м

Высоту воздушного и общего борова "hб" определяем по формуле:

hб=-0,0000003*T2+0,0015*T+2,4616=-0,000003*5002+0,0015*500+2,4616= 3,14 м

Ширину воздушного борова "bб" определяем по формуле:

bб=-0,0000004*T2+0,0016*T+1,4122=-0.0000004*5002+0,0016*500+1,4122 =2,11 м

Площадь сечения  воздушного борова "Fб" определяем по формуле:

Fб = hб*bб = 3,14 * 2,11 = 6,625 м2

1.5 Расчет дымовой трубы

Высоту дымовой  трубы "hт" определяем по формуле:

hт=-0,0001*T2+0,142*T+52,87=-0.0001*5002+0,142*500+52,87=98,87 м

Диаметр устья  дымовой трубы "dу.т." определяем по формуле:

dу.т=-0,000001*T2+0,0025*T+1,9832=-0,000001*5002+0,0025*500+1,9832 = 2,98 м

8

Площадь сечения  устья дымовой трубы "Fу.т." определяем по формуле:

Fу.т = (3,14 * dу.т2)/4 = (3,14*2,982)/4 = 6,986 кв.м

Общий вид мартеновской печи приведен на рис. 1.1.

1 - рабочее пространство; 2 - свод; 3 - подина; 4 - сталевыпускное  отверстие;

5 - отверстие для спуска  шлака; 6 – завалочные окна; 7 –  передняя стенка;

8 – задняя стенка; 9- головки; 10 – вертикальные каналы; 11 –  шлаковик;

12 – регенераторы; 13 –  насадка регенераторов; 14 – борова; 15 – рабочая 

площадка

 

Рис. 1.1 – Общий вид мартеновской печи

 

9

2 Расчет материального баланса  мартеновской плавки

 

2.1 Исходные данные

Исходные данные приведены в  табл. 2.1 – 2.3.

Таблица 2.1 – Химический состав готовой стали, %

Марка

стали

С

Mn

Si

P

S

min

max

min

max

min

max

не более

60

0,62

0,7

0,9

1,2

0,17

0,37

0,035

0,035


 

Таблица 2.2 – Химический состав металлической  части шихты, %

Материал

С

Mn

Si

P

S

Чугун

4,38

0,38

0,8

0,06

0,034

Лом

0,66

1,05

0,27

0,035

0,035


где

[C]чуг = 4,6+0,03*[Mn]чуг-0.3[Si]чуг-0,32[P]чуг=4,6+0,03*0,38-

-0,3*0,8-0,32*0,098 = 4,38%

Химический состав лома равен среднему составу готовой стали.

 

Таблица 2.3 – Химический состав неметаллической  части шихты, %

Материал

CaO

MgO

MnO

FeO

SiO2

P2O5

Fe2O3

Al2O3

S

CO2

H2O

Cr2O3

Конеч-ный шлак

48,8

10,0

5,0

12,0

17,0

2,0

3,0

2,0

0,2

-

-

-

Миксер-

ний шлак

47,0

4,0

1,5

0,5

39,5

-

-

6,0

1,5

-

-

-

Мусор

лома

-

-

-

-

70,0

-

-

25

-

-

5

-

Окалина

лома

-

-

-

31,0

-

-

69,0

-

-

-

-

-

Материал

свода

2,0

66,0

-

-

6.5

-

5.0

4.0

-

-

-

16.5


10

Материал

пода

1.3

93.5

-

-

2.0

-

2.1

1.1

-

-

-

-

Доломит

обожжен..

53.3

38.2

-

-

1.0

-

3.7

3.8

-

-

-

-

Доломит

сырой

44.2

10.4

-

-

1.6

-

0.7

0.3

-

41.0

1.8

-

Известняк

53.5

0.7

-

-

1.6

0.03

0.7

0.8

0.1

42.57

-

-

Известь

91.2

0.7

-

-

2.8

-

-

1.5

0.1

3.2

0.5

-

Боксит

4.0

-

-

-

20.0

-

18.0

52.0

-

-

6.0

-

Железная

руда

0.08

0.05

0.04

0.80

15.22

0.08

80.8

1.5

0.02

0.31

1.1

-


 

Содержание жидкого чугуна в  составе металлошихты – 59,7 %.

Параметры мартеновского процесса, принятые в расчете приведены  в табл. 2.4.

Таблица 2.4 - Параметры мартеновского  процесса, принятые в расчете 

Параметры

Ед. изм.

Значение

Длительность плавки

час

9,0

Интенсивность продувки ванны кислородом

м3/(т*час)

8,0

Длительность продувки ванны кислородом

час

4,5

Выход жидкого металла

%

90,0

Количество миксерного шлака, вносимого чугуном

% от массы

1,2

Количество мусора, вносимого ломом

% от массы

5,0

Количество окалины, вносимой ломом

% от массы

1,0

Количество обожженного  доломита, перешедшего в шлак

%

0,8

Количество cырого доломита, перешедшего в шлак

%

1,0

Количество материала  свода, перешедшего в шлак

%

0,05

Количество материала  подины, перешедшего в шлак

%

0,1

Количество шлака, поступившего из предыдущей плавки

%

0,5


 

11

Содержание (FeO) в первичном шлаке

%

26

Содержание (FeO) в шлаке доводки

%

12

Основность первичного шлака

ед.

0,9

Основность шлака доводки

ед.

2,0

Основность конечного шлака

ед.

3,0

Количество шлака, скачанного в  плавление

%

30

Количество шлака, скачанного в  доводку

%

40

Содержание корольков в первичном  шлаке

%

15

Содержание корольков в шлаке  доводки

%

6

Содержание корольков в конечном шлаке

%

3

Количество железа, испарившегося  при продувке

кг/м3 О2

0,27

Перегрев металла перед раскислением

оС

90

Поступает углерода из раскислителей

%

0,03


 

2. 2 Расчет /2/

Расчет  ведем на 100 кг металлической шихты

Масса миксерного шлака 59,7 * 1,2 / 100 = 0,6996 кг

Масса лома: 100 – 59,7 = 40,3 кг

Масса мусора лома:    40,3 * 5,0 / 100 = 2,015 кг

Масса окалины лома:  40,3 * 1,0 / 100 = 0,403 кг

Масса чистого жидкого чугуна (без миксерного шлака):

               59,7 – 0,7164 = 58,9836 кг

Масса чистого лома ( без мусора и окалины):

   40,3 – 2,015 – 0,403 = 37,882 кг

Определение среднего химического состава металлической  части шихты приведено в табл. 2.5.

 

12

Таблица 2.5 – Определение среднего химического  состава металлической части  шихты, %

Материал

Масса, кг

C

Mn

Si

Р

S

Fe

Чугун (чистый)

58,9836

2,5812

0,2241

0,4719

0,0354

0,0201

55,6509

Лом (чистый)

37,8820

0,2500

0,3978

0,1023

0,0133

0,0133

37,1054

Ср. состав шихты

-

2,8313

0,6219

0,5742

0,0486

0,0333

92,7563


 

Определение химического состава металла  перед раскислением /3/

Содержание углерода

[C]п.р = ([C]min + [C]max) / 2 – 0.03 = (0,62+0,7)/2-0.03 = 0,63 %

Содержание кремния

[Si]п.р = 0

Содержание марганца

При температуре металла перед  раскислением на 75 оС выше температуры tликв.

tп.р = 1530-80*[C]п.р+75 = 1530 – 80*0,63 + 75 = 1570 оС

  Tп.р = tп.р + 273 = 1570 + 273 = 1843 К

Lg KMn = -6234 / Tп.р + 3,026 = -6234/1843+3,026 = -0,3565;

откуда KMn = 10 –0,3565 = 0,44

При основности шлака перед раскислением (В)п.р = 3,0

(FeO)п.р = 7,25*(B)0,333 / [C]п.р0,25 = 7,25*30,333/0,630,25 = 11,737 %

     Из выражения (MnO)п.р/[Mn]п.р = (FeO)/KMn = 11,737/0,44 = 26,674

 т.е.  (MnO)п.р = 26,674*[Mn]п.р

100*[Mn]м.ш = [Mn]п.р*Mмет + (MnO)п.р* Mшл*55/71

При Mшл = 12,0 кг (%)

100*0,6219 = [Mn]п.р 90 + 26,647*[Mn]п.р*12,0*55/71

 

13

откуда  [Mn]п.р = 0,184 %

Содержание фосфора

Из табл. 1 /1/ при (В)п.р = 3,0 и при (FeO)п.р = 11,737 %

Lp = 57+((64-57)/(12-10))*(11,737-10) = 63,1

[P]п.р = (100*[P]м.ш)/(Mме+Lp*Mшл*62/142) =

= (100*0,0486)/(90,0+63,08*12,0*62/142) = 0,012 %

Содержание серы

Из табл. 2 /1/ при (В)п.р = 3,0 Ls = 8,0

[S]п.р=(100*[S]м щ)/(Mме+Ls*Mшл)=(100*0,0333)/(90,0+8,0*12,0)=0,0179%

Остается в металле перед  раскислением:

         [C] = [C]п.р*90,0 / 100 = 0,63 * 90,0 / 100 = 0,5670 кг

[Mn] = [Mn]п.р*90,0 / 100 = 0,184 * 90,0 / 100 = 0,1656 кг

       [P] = [P]п.р*90,0 / 100 = 0,0116 * 90,0 / 100 = 0,0104 кг

       [S] = [S]п.р*90,0 / 100 = 0,0179 * 90,0 / 100 = 0,0161 кг

     Определение количества удаляемых примесей приведено в табл. 2.6.

 

Таблица 2.6 – Определение количества удаляемых примесей, кг

 

C

Mn

Si

P

S

Сумма

Средний состав      металлошихты        

2,8313

0,6219

0,5742

0,0486

0,0333

-

Примеси металла перед раскислением

0,5670

0,1656

0

0,0104

0,0161

-

Удаленные примиси

2,2643

0,4563

0,5742

0,0382

0,0172

3,3501


 

 

 

Определение расхода кислорода  на окисление примесей приведено  в табл. 2.7.

 

14

Таблица 2.7 – Определение расхода кислорода  на окисление примесей, кг

Эл

Удаляется

примеси,

кг

Реакция

Требуется

кислорода, кг

Образу-ется оксидов

C

2,2643

[C]+0.5{O2}={CO}

2,2643*0,90*16/12=2,7171

4,7549

[C]+{O2}={CO2}

2,2643*0,10*32/12=0,6038

0,8302

Mn

0,4563

[Mn]+0.5{O2}=(MnO)

0,4563*16/55=0,133

0,5890

Si

0,5742

[Si]+{O2}=(SiO2)

0,5742*32/28=0,656

1,2303

P

0,0382

2[P]+2.5{O2}=(P2O5)

0,0382*80/62=0,049

0,0876

S

0,0172

(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)

0,0172*-16/32= -0.0086

0,0086

 

3,3501

  

4,1506

7,5007


 

Принимаем, что в первичный шлак переходят шлакообразующие оксиды от окисления примесей металлошихты, миксерный шлак, окалина и мусор лома, весь конечный шлак, известняк, часть сырого (30%) и обожженного (30%) доломитов.

Определение химического состава  и количества первичного шлака (без  оксидов железа) приведено в табл. 2.8.

Таблица 2.8 – Определение химического  состава и количества первичного шлака (без учета окисления железа), кг

 

Внесено

Усвоен. ванной

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

MnO

P2O5

S

Cr2O3

  

Металлошихтой

  

1,2303

      

0,589

0,0876

      

Миксер.шлаком

0,7164

0,2830

0,043

0,3367

0,0287

0,0107

  

0,0107

    

Мусором лома

2,015

1,4105

0,5038

              

Выплавка стали марки 65Г в 500 мартеновской печи скрап-рудным процессом с интенсификацией процесса кислородом 📙 Курсовая → 🆔 58813

Выплавка стали марки 65Г в 500 мартеновской печи скрап-рудным процессом с интенсификацией процесса кислородом 📙 Курсовая → 🆔 58813

Выплавка стали марки 65Г в 500 мартеновской печи скрап-рудным процессом с интенсификацией процесса кислородом