Кр по Выплавки. Курсовая работа по Выплавке стали. "Определение основных параметров выплавки стали в конвертере с верхней подачей дутья"
 Скачать 72.76 Kb.
|
|
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЛОМА НА ПЛАВКУ Металлический лом является важнейшим, после жидкого чугуна, исходным железосодержащим материалом конвертерной плавки. Он выполняет роль основного охладителя процесса окислительного рафинирования, благодаря которому обеспечивается необходимая температура металла. Масса лома должна определяться из условий баланса тепла конвертерной плавки. Избыток тепла процесса расходуется на переработку эквивалентной массы лома. Однако лом вносит химические элементы, участвующие в окислительном рафинировании, как и элементы чугуна. Поэтому величина массы лома используется в начале расчета в уравнениях баланса элементов, а правильность выбора ее может быть установлена только в конце расчета при составлении теплового баланса плавки. Критерием оценки может служить рассчитанное значение температуры металла. Для начала расчета можно было бы выбрать расход лома произвольно из обычно наблюдаемого на практике интервала значений (20…25%), провести все расчеты до определения температуры металла, сравнить ее с требуемой и вернуться к началу расчета, скорректировать величину расхода лома и расчет повторить. Успех расчета (кратность повторения) зависит от удачного первоначального выбора. Для быстрого приближения используют эмпирические соотношения между массой лома и различными известными параметрами плавки. Их эффективность будет зависеть от того, на сколько условия конкретной плавки соответствуют условиям, при которых получены расчетные зависимости. Можно рекомендовать следующую упрощенную формулу, полученную по усредненным параметрам для условий Магнитогорского конвертерного цеха, когда лом является единственным охладителем: Gл = 17,85 + 4,2*([C]ч - 4,0) + 7,6*([Si]ч - 0,5) + 0,034*(tч -1330) + 17,0*(0,12 - [C]м) + 0,049*(1650 - tм), где Gл - расход лома на плавку, % (кг/100 кг металлошихты); [C]ч, [Si]ч - соответственно содержание углерода и кремния в чугуне, %; tч, tм - соответственно температура чугуна и металла, C. Все величины, входящие в эту формулу, известны. Поэтому: Gл = 17,85 + 4,2*(3,9 - 4,0) + 7,6*(1 - 0,5) + 0,034*(1400 - -1330) + 17,0*(0,12 - 0,07) + 0,049*(1650 - 1643) = 24,8%. По заданию (п.2) в качестве твердого окислителя, играющего роль дополнительного охладителя, используются окатыши. Оценим охлаждающую способность этого материала. По формуле [3] то = 0,062*Fe - 0,014*(FeO)то - 0,633, где то - коэффициент эквивалентности твердого окислителя как охладителя по отношению к лому, кг/кг; Fe - содержание железа в твердом окислителе, %; (FeO)то- содержание FeO в твердом окислителе, %. Известно: Fe = 60,0%; (FeO)то = 1% (см. п.2). Тогда то = 0,062*60,0 - 0,014*1 - 0,633 = 3,1 кг/кг. Следовательно, 1 кг окатышей по охлаждающему эффекту эквивалентен 3,1 кг лома. На плавку расходуется 0,5% окатышей (или 0,5 кг на 100 кг металлошихты). Значит расход лома должен быть уменьшен в соответствии с коэффициентом эквивалентности на 0,5 * 3,1 = 1,5 кг. Таким образом, ориентировочный расход лома на плавку составит 24,8 - 1,5 = 23,2 кг. 5. РАСЧЕТ ОКИСЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ШИХТЫ Для решения этой задачи сначала необходимо определить средний химический состав металлической шихты и остаточные содержания примесей в металле в конце продувки. Средний химический состав металлической шихты определяем в соответствии с расходами чугуна и лома на плавку и их химическим составом. Так как расход лома был определен ранее, то расход чугуна (Gч) составит: Gч = 100 - 23,2 = 76,8 кг. Химический состав чугуна указан в задании. Оценим состав металлического лома. Очевидно, он зависит от того, отходы каких марок сталей составляют лом. Часто сведения об этом носят приблизительный характер. Можно считать, что лом имеет химический состав, близкий к среднему составу сталей, выплавляемых отечественной металлургией в наибольшем количестве - низкоуглеродистых обыкновенного качества. В этом случае лом может содержать 0,1…0,2% C; 0,20… 0,25% Si; 0,4… 0,5% Mn; менее 0,04% P и S. Принимаем (табл.3): [C]л = 0,1%; [Si]л = 0,2%; [Mn]л = 0,5%; [P]л = 0,04%; [S]л = 0,04%. Таблица 3 Химический состав металлических шихтовых материалов
Следует иметь в виду, что в производственных условиях вместе с жидким чугуном в конвертер попадает шлак, так называемый миксерный шлак. Это и часть доменного шлака на поверхности чугуна, и материал футеровки миксеров (передвижных или стационарных), и продукты окисления примесей чугуна, и др. Миксерный шлак обычно содержит много кислотных оксидов и серы, а поэтому является нежелательным материалом при производстве стали. Технологией выплавки стали предусматривается удаление миксерного шлака с поверхности чугуна перед заливкой его в конвертер. Тем не менее часть шлака остается и принимает участие в формировании конвертерного шлака. Необходимо учитывать количество и состав миксерного шлака при расчетах плавки. Обычно бывает известна суммарная масса чугуна и шлака, так как их взвешивают в заливочном ковше общей массой. Поэтому количество миксерного шлака оценивают в процентах к массе чугуна. До удаления шлака из заливочного ковша это количество составляет 0,5…2,0%, а после скачивания - 0,2…1,0% к массе чугуна. Для расчета принимаем Gм.ш = 0,5%. Однако будем учитывать наличие миксерного шлака только при формировании конвертерного шлака, пренебрегая его влиянием на средний состав металлошихты. Подобное замечание относится и к качеству металлического лома. Лом всегда частично окислен с поверхности и поступает в конвертер с некоторым количеством мусора: песком (основной компонент - SiO2) и глиной (Al2O3). Окисленность и замусоренность лома оценивают в процентах к массе лома, что составляет в пределах 0,5…2,0% для каждого. Относительно небольшой расход лома на плавку позволяет пренебречь влиянием окалины и мусора в ломе при упрощенных расчетах. С учетом этих замечаний расчет среднего химического состава шихты представлен в табл. 4. Определим остаточное содержание примесей в металле в конце продувки. Содержание углерода было установлено ранее (п.3): [C]м=0,07%. Таблица 4 Расчет среднего химического состава металлической шихты
Кремний при выплавке стали в конвертере с основной футеровкой окисляется практически полностью, поэтому [Si]м = 0%. Марганец, фосфор и сера во время продувки частично удаляются из металла. Степень их удаления зависит от условий ведения плавки (состава шлака и металла, их температуры) и момента окончания продувки. Обычно наблюдаемые значения степени удаления элементов приведены в табл. 5. Таблица 5 Степень удаления элементов (%) из металла за время продувки в кислородном конвертере
Для условий примера расчета при [C]м = 0,07% в соответствии с данными табл. 5 принимаем степень удаления марганца 82%, фосфора 92 и серы 47. Тогда: [Mn]м = 0,730*(100 - 82)/100 = 0,131 кг; [P]м = 0,115*(100 - 92)/100 = 0,012 кг; [S]м = 0,041*(100 - 47)/100 = 0,022 кг. Расчет окисления примесей шихты представлен в табл. 6. Таблица 6 Расчет окисления примесей шихты
*) Принимаем, что 90% углерода, удаляемого при продувке, окисляется до СО, а 10% - до СО2; остаточные содержания углерода в металле в % и кг отличаются несущественно, так как выход жидкого металла обычно составляет 90…92%. **) Принимаем, что вся удаляемая из металла сера переходит в шлак, пренебрегая малым количеством ее окисления до газообразных продуктов. ***) Пересчет в м3 производится из условия, что 32 кг кислорода занимают объем 22,4 м3. 6. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ШЛАКА Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения неметаллических материалов. Необходимо определить количество и состав образующегося шлака. Предварительно установим количество и состав неметаллических материалов (табл. 7). В табл. 7 приведены значения величин, обычно наблюдаемые в производственной практике. Для расчета необходимо выбрать конкретные значения с использованием заданных величин так, чтобы содержание компонентов в материале в сумме составляло 100%. Известно: расход плавикового шпата - 0,5 кг (по заданию); твердого окислителя (окатышей) - 0,5 кг (по заданию); миксерного шлака - 0,5% к массе чугуна (см.п.5) или 76,8*0,5/100 = 0,38 кг. Принимаем расход рабочего слоя футеровки конвертера на каждую плавку 0,5 кг/100кг металлошихты, что позволяет иметь стойкость футеровки 850…900 плавок. Обычно рабочий слой футеровки выполняют из смолодоломита (MgO=35…50%; CaO=45…65%), смоломагнезитодоломита (MgO=50…75%; CaO=15…45%), периклазографита (MgO не менее 72% и углерода 6…20% или MgO не менее 84% и углерода 6…14%). В качестве материала футеровки выберем смоломагнезитодоломит. Таблица 7 Количество и состав неметаллических материалов, используемых в конвертерной плавке
*) П.п.п. – потери при прокаливании извести состоят в основном из СО2, образующегося при разложении необожженного известняка. **) Главным компонентом плавикового шпата является CaF2. ***) Содержание углерода в огнеупорном материале. Для выбора состава окатышей определим содержание Fe2O3 в них по заданным значениям Fe и FeO: Fe2O3 = ( 60,0 - 1*56/72 )*160/112 = 84,6%. Расход извести будем определять расчетом по балансу оксидов CaO и SiO2. Количество и состав неметаллических материалов, необходимых для дальнейших расчетов, сведены в табл. 8. Таблица 8 Количество и состав неметаллических материалов, используемых в расчете конвертерной плавки
Для расчета расхода извести, а в дальнейшем для определения количества и состава шлака удобно составить табл.9. Сначала заполним все первые колонки табл. 9, включая колонку "Итого". Расход извести определим по формуле: 100*[B*(SiO2) - (CaO)] Gиз = --------------------------------- , (CaO)из - B*(SiO2)из где Gиз - расход извести, кг/100 кг металлошихты; B - основность шлака; (SiO2) -поступление в шлак SiO2 из всех источников, кроме извести, кг; (CaO) - то же, CaO, кг; (CaO)из - содержание CaO в извести, %; (SiO2)из - то же, SiO2, %. Основность шлака обычно изменяется в пределах 2,5…4,0 (чаще всего 3,0…3,5). Для более глубокого удаления серы и фосфора стремятся иметь максимальную основность, но не приводящую к ухудшению жидкоподвижности шлака. Принимаем B = 3,5. Тогда: 100*[3,5*2,006 - 0,319] Gиз = ------------------------------ = 8,2 кг. 85,0 - 3,5*1,0 Теперь можно заполнить колонку "Вносится известью" в табл. 9.
Для заполнения оставшихся двух колонок табл. 9 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 (табл.10). Таблица 10 Содержание оксидов железа в шлаке (%): числитель – FeO, знаменатель – Fe2O3
В процессе продувки оксиды железа поступают в шлак при окислении железа металлического расплава кислородом дутья и при растворении неметаллических материалов. Часть оксидов железа участвует в процессах окислительного рафинирования. Содержание оксидов железа в шлаке в конце продувки зависит от соотношения процессов их образования и расходования. В свою очередь эти процессы зависят от конкретных параметров плавки. 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 табл.10 принимаем FeO=27% и Fe2O3=10%. Записываем эти значения в последнюю колонку табл. 9. На все остальные оксиды шлака в количестве 12,075 кг приходится 100-(27+10)=63%. Отсюда определяем общее количество шлака: 7,722*100/63 = 19,166 кг и заполняем все оставшиеся колонки и строки табл. 9. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||