Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет шихты для выплавки нержавеющей стали марки SUS630 в дуговой печи с применением кислорода

«Расчет шихты для выплавки нержавеющей стали

марки SUS630 в дуговой печи с применением кислорода (материальный баланс)»

Шихтовка и анализ материалов

Расчет ведем на 100 кг шихты.

Принимаем следующую шихтовку (процентное и весовое содержания):

собственных отходов 38,2%

металлический лом 41,75%

передельный чугун 12,6%

металлический никель Н1 3,75

металлическая медь М1к 3,75

Анализ шихтовых материалов табл.1

	С	Si	Mn	Cr	Cu	Ni	Nb	S	P	Fe
SUS630	≤0,07	≤1	≤1	17	4	4	0,3	≤0,04	≤0,03	Ост.
Передельный чугун	3,8	0,8	0,7					0,3	0,05
Лом	0,3	0,3	0,5					0,06	0,06

Анализ ферросплавов и раскислителей табл.2

Наименование материалов	Состав, %
Наименование материалов	С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Nb	P	S
ФХ050Б	0.5	2,0		65				0.05	0.03
ФМn 0,5	0,5	2,0	85					0,3	0,03
Н1	0,02	0,01			99,5				0,001
М1к						99,5		0,001	0,004

Aнализ шлакообразующих и заправочных материалов табл.3

Материалы	Состав, %
Материалы	SiO,	Fe₂О₃	А1₂О₃	CaO	MgO	MnO	CaF₂	S	Р	потери при прокаливании
Известь	1,29	1,20	0,80	94,0	2,0	–	–	0,1	–	0,61
Плавиковый шпат	3,60	1,50	0,20	–	–	–	94,00	0,5	—	0,2
Магнезит	3,00	2,00	1,00	1,0	92,0	1,00	–	–	–	–
Зола электродов	46,0	18,00	26,00	10,0	–	–	–	–	–	–
Блоки стен	3,5	2,5	3,0	27,5	63,0	0,5	–	–	–	–
Динас	94,0	1,1	1,6	2,5	0,8	–	–	–	–	–
Шамот	62,0	2,0	35,0	0,7	0,3	–	–	–	–	–

Кол-во элементов вносимых шихтой Табл.4

Составляющие шихты	SUS630	Металлический лом	Передельный чугун	Н1	Всего
Кол-во, кг	39,7	43,3	13,1	3,9	100
C	0,024	0,130168	0,505499		0,65957
Si	0,397	0,130168	0,104758	0,003897	0,63582
Mn	0,397	0,216947	0,106421	0	0,72037
Cr	6,352	0	0	0	6,352
Ni	1,588	0	0	3,877765	5,46576
Cu	1,588	0	0	0	1,588
Nb	0,0794	0	0	0	0,0794
S	0,01191	0,026034	0,006547	0,000385	0,06046
P	0,01588	0,026034	0,039284	0	0,08158
Fe	29,20729	42,86005	12,33225	0	84,3996

Кроме основной металлической шихты, в завалку дают шамотный бой в количестве — 1,25 кг на 100 кг шихты для образования шлака.

Период плавления шихты

Целесообразно расплавление с применением кислорода проводить следующим образом: по расплавлении ²/₃ садки начинать вводить кислород для подрезки шихты и после нагрева ванны непосредственно переходить к окислительному периоду, т. е. проводить реакцию обезуглероживания.

Образование шлака в период плавления.

Бой шамота внесет, кг

SiO₂…………62·0,0125=0,775

Fe₂O₃………..2·0,0125=0,025

Al₂O₃………..35·0,0125=0,437

CaO…………0,7·0,0125=0,009

MgO………...0,3·0,0125=0,004

Всего…………….1,25

Из стен в шлак переходит:

Стены печей большой емкости (50-70 тн) выгорают на 200мм за кампанию; удельный вес футеровки (крупноблочные), состоящей из 50% магнезита и 50% доломита, равен 2,3 т/м. куб.

Вес выгоревшей футеровки будет: G=2,3*1,75*3,14(4,8*4,8-4,4*4,4)*1/4=11,6т

При стойкости стен 50 плавок для 50тн. печи футеровки за плавку расходуется 11,6/50=0,232т. На 100 кг шихты за плавку расходуется 0,464кг футеровки. За период расплавления в шлак переходит 40% футеровки

0,464*40/100=0,186кг

Футеровка стен внесет, кг:

SiO2……………………………………..……..0,186*3,5/100 =0,0065

Fe2O3………………………………………...0,186*2,5/100 =0,0047

Al2O3…………………………………………....0,186*3/100 =0,0056

CaO…………………………………………...0,186*27,5/100 =0,0512

MgO………………………………………..….0,186*0,5/100 =0,0009

Поступит в шлак из откосов и подины печи:

Принимаем расход магнезита на подварку 12кг/тн годного металла, т.е. ~600кг/50тн плавку.

Считаем, что весь магнезит перейдет в шлак.

На 100кг шихты требуется 1,2 кг магнезита.

За период расплавления в шлак переходит ~1/3 магнезита, т.е. 0,4 кг.

Магнезит вносит, кг:

SiO2……………………………………..……….0,4*3/100 =0,012

Fe2O3……………………………………….…...0,4*2,/100 =0,008

Al2O3…………………………………………....0,4*1/100 =0,004

CaO…………………………………………........0,4*1/100 =0,004

MgO………………………………………......….0,4*92/100 =0,368

MnO………………………………….….….……0,4*1/100 =0,004

Поступило в шлак из свода:

Свод 50тн печи выгорает ~на 200мм.

Вес выгоревшего динасового свода составит приближенно

G=2,36*0,2*3,14*5*5/4=9,26т

При стойкости свода 50 плавок на одну плавку расходуется динасового свода: 9260/50=185,2 кг

На 100 кг шихты расходуется динасового свода 0,37 кг, принимаем ~0,4 кг в период расплавления расходуется 40% этого количества, что составит 0,16кг.

Динас свода внесет, кг:

SiO2………………………………...……..……..0,16*94/100 =0,1504

Fe2O3……………………………….....………...0,16*1,1/100 =0,0018

Al2O3…………………………………………....0,16*1,6/100 =0,0026

CaO………………………………....…………...0,16*2,5/100 =0,004

MgO………………………………....………..….0,16*0,8/100 =0,0012

Поступит в шлак из золы электродов 5,5 кг/тн годного металла на 100кг шихты расходуется ~0,7кг электродов.

За период расплавления электродов расходуется 65%, т.е. 0,455 кг. Это количество электродов внесет золы 0,00455кг, при наличии в электродах 1% золы.

Зола электродов внесет составляющих:

SiO2………………………………...……..……..0,00455*46/100 =0,00209

Fe2O3……………………………….....………...0,00455*18/100 =0,0082

Al2O3…………………………………………....0,00455*26/100 =0,00118

CaO………………………………....…………...0,00455*10/100 =0,00046

Поведение элементов в период плавления:

Углерод. За счет науглероживания увеличится на 0,02— 0,03%.

Кремний. Окисляется 50—55%. Окислится кремния 0,32 кг. 50% окислившегося кремния теряется с газами, а 50% переходит в шлак.

Образуется SiO₂:

0,16·60/28=0,343 кг.

Марганец. Принимаем, что в период расплавления 70% Mn окисляется; 20% окислившегося марганца теряется с газами, а 80% переходит в шлак. Окислено марганца

0,72037·0,7=0,50426 кг.

Перешло в шлак 0,50426 кг. Теряется с газами 0,101 кг.

Количество MnO составит

0,40326·71/55=0,5206 кг

Хром. Считаем, что в .период расплавления окисляется 10% хрома, т. е.

6,352·0,1=0,6352 кг

20% хрома, т. е. 0,12704 кг, теряется с газами;

80% хрома, т. е. 0,50816 кг, переходит в шлак.

Получится окиси хрома

0,50816 ·152/104=0,743кг.

Железо. Считаем, что в период расплавления окисляется 3% железа, т. е.

84,3996·0,03=2,532кг.

90% окислившегося железа теряется с газами, т. е. 2,532·0,9=2,285 кг.

В шлак переходит 0,2532 кг Ғе.

Считаем, что 0,10128 кг окисляется до FeO, а 0,15192 кг окисляется до Fe₂O₃. Весовое количество окислов железа, перешедших в шлак, следующее:

FeO=0.10128·72/56=0,1302 кг

Ғе₂O₃=0,15192·142/112=0,1926 кг

Фосфор. В период расплавления до 20% фосфора переходит в шлак, т. е.

0,08158·0,2=0,016316 кг:

Р₂О₅=0,016316 ·142/62=0,03737 кг.

Сера. В период расплавления сера не удаляется.

Никель. Считаем, что никель испаряется в зоне электрических дуг в период расплавления в количестве 1,5%, т. е. 5,46576*0.15=0.82 кг.

Баланс металла периода расплавления приведен в табл. 5. Состав шлака периода расплавления дан в табл. 6.

Баланс металла периода плавления табл.5

Элемент	Поступило кг	Перешло в шлак, кг	Потери с газами, кг	Содержите в металле
Элемент	Поступило кг	Перешло в шлак, кг	Потери с газами, кг	кг	%
С	0,65957	+0.02	+0,02	0,69957	0,733574
Si	0,63582	0.16	0,16	0,60382	0,63317
Мn	0,72037	0.50426	0,101	0,11511	0,120705
Сг	6,352	0.50816	0,12704	5,7168	5,994679
Ni	5,46576	-	0,82	4,64576	4,871578
Cu	1,588	-	0,047	1,541	1,615904
Nb	0,0794	-	0,024	0,0554	0,058093
S	0,06046	-	-	0,06046	0,063399
Р	0,08158	0.016316		0,065264	0,068436
Fe	84,3996	0.2532	2,285	81,8614	85,84047
Всего:	100	1,461936	4,31704	95,36458	100%

Окислительный период плавки

Данные об изменении состава металла после продувки кислородом для окисления углерода приведены в табл. 7.

Вес (кг) и состав шлака периода плавления табл.6

Источники поступления	SiО₂	СаО	МnО	FeO	Fe₂O_s	Cr₂O_s
Оксилы из металла	0,343	-	0,5206	0,1302	0,1926	0,743
Шамот	0,775	0,009	-	-	0,0250	-
Стены .......	0,0065	0,0512	0,0009	-	0,0047	-
Подина и откосы . .	0,012	0,0040	0,0040	-	0,0080	-
Свод	0,1504	0,0040	-	-	0,0018	-
Зола электродов . .	0,00209	0,00046	-	-	0,00082	-
Всего: кг	1,28899	0,06866	0,5255	0,1302	0,2329	0,743
%	32,4903587	1,73065	13,2458	3,28183	5,87049	18,7281

Al₂O₃	P₂O₅	MgO	∑
-	0,03737	-	1,96677
0,437	-	0,004	0,789
0,0056	-	0,1171	0,0633
0,004	-	0,368	0,028
0,0026	-	0,0012	0,1562
0,00118	-	-	0,00337
0,45038	0,03737	0,4903	3,9673
11,35231	0,94195	12,3585	100

Изменение состава металла вследствие продувки кислородом для окисления углерода* Таблица 7

Состав металла	С	Si	Мn	Сr	Ni
Содержание элементов в металле после расплавления, кг	0,69957	0,60382	0,11511	5,7168	4,64576
То же, %	0,733574	0,63317	0,120705	5,994679	4,871578
После окисления углерода, кг . .	0,06	Следы	0,09784365	5,14512	4,413472
То же, %	0.651663	Следы	0,103806	4,795743	4,676715
Окислено, кг	0.63957	0,60382	0,016899	1,198936	0,194863

Cu	Nb	S	Р	Fe	∑
1,541	0,0554	0,06046	0,065264	81,8614	95,36458
1,615904	0,058093	0,063399	0,068436	85,84047	100
3.744386	0.03878	0,05746	0,065264	81,042786	93,03458
1,567427	0,040665	0,060399	0,0664	84,98206	96,29825
0,048477	0,017428	0,003	-	0,858405	2,33

* Нижеследующие угары элементов при продувке металла кислородом взяты по литературным данным: углерод, окисляется до 0,06—0,07%; угар хрома 17—20%; кремний выгорает до следов; никель выгорает в результате испарения на 3—5%; марганец выгорает на 8—20%. Окисление легирующих элементов определяется их концентрацией, сродством к кислороду и температурой.

Образуется FeO

0,4292·72/56=0,5518 кг.

Во время окислительного периода часть серы окисляется и теряется с газами.

Принимаем улет серы 0,0030 кг.

Баланс металла окислительного периода приведен в табл. 8.

Таблица 8

Баланс металла в окислительный период

				Содержится в металле
Элементы	Было в металле, кг	Перешло в шлак, кг	Потери с газами, кг	кг	%
С	0,69957	-	0.63957	0,06	0,73357
Si	0,60382	0,506536	0,126634	0	0,63317
Mn	0,11511	0,01352	0,00338	0,09821	0,12071
Сг	5,7168	0,959152	0,239788	4,51786	5,99468
Ni	4,64576	-	0,19486	4,4509	4,87158
Cu	1,541	-	0,04848	1,49252	1,6159
Nb	0,0554	-	0,01743	0,03797	0,05809
S	0,06046	-	0,003	0,05746	0,0634
Р	0,065264	-	-	0,065264	0,06844
Fe	81,8614	0,4292	0,4292	81,003	85,8405
Всего:	95,36458	1,908408	1,702342	91,78318	100

Образование шлака окислительного периода

Окислено хрома 1,198936 кг

20% хрома теряется с газами, т.е. 1,19894*0,2=0,239788 кг

В шлак переходит 0,959152 кг хрома.

Образовалось Cr₂O₃0,959152*152/104 = 1,4 кг

Кремний выгорает 0,63317 кг, с газами теряет 20% т.е.0,126634 кг

В шлак переходит 0,506536 кг

Получится SiO₂ 0.206536*60/28 = 1,0854

Окислено марганца Mn 0,0169 кг, с газами теряется 20%, т.е. 0,00338 кг.

В шлак переходит 0,01352 кг. Получено MnO 0,01352*70,93/54,93=0,017458.

Из футеровки стен печи поступает в шлак.

Считаем, что 30% выгоревшей за плавку футеровки стен приходится на окислительный период:

На 100 кг приходится 0,464·0,3=0,1392 кг.

В шлак будет внесено, кг:

SiO₂ ……….0,1392·3,5/100= 0,0048

Fe₂O₃ ……..0,1392·2,05/100=0,0035

Al₂О₃……...0,1392·3,0/100=0,0042

MnO……… 0,1392·0,5/100=0,0007

СаО……… 0,1392·27,5/100=0,0383

MgO……….0,1392·63/100=0,0877

Всего…………………….0,1392 кг

Из подины и откосов поступает в шлак.

Принимаем, что за период окисления в шлак переходит 1/3 магнезита, т. е. на 100 кг шихты переходит 0,4 кг магнезита, которые внесут, кг:

SiО₂………0,004·3=0,012

Fe₂О₃ …….0,004·2=0,008

А1₂О₃ ……0,004·1=0,004

MnO……...0,004·1=0,004

СаО……... 0,004·1=0,004

MgO…….. 0,004·92=0,368

Всего………………0,4 кг

Из свода поступает в шлак.

Считаем, что в период окисления 30% сгоревшей за плавку футеровки свода переходит в шлак, что составит 0,4·0,3=0,12 кг, которые внесут, кг:

SiО₂………0,12·0,94=0,1129

Fe₂О₃ …….0,12·0,011=0,0013

А1₂О₃ ……0,12·0,016=0,0019

СаО……... 0,12·0,016=0,003

MgO…….. 0,12·0,008=0,0009

Всего………………0,12 кг

Состав шлака окислительного периода приведен в табл. 9.

Расчет шихты для выплавки нержавеющей стали марки SUS630 в дуговой печи с применением кислорода 📙 Реферат → 🆔 234426