Методическая разработка на тему: "РАСЧЕТ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ И ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ МАРКИ 50"

РАСЧЕТ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ И ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ МАРКИ 50

Расчет производится на 100кг металлической завалки. Химический состав металлической части шихты приведены в таблице 1.9

Таблица 1.9 - Химический состав чугуна и стального лома.

 

         В таблице 1.10 приведен химический состав выплавляемой стали.

Таблица 1.10 - Химический состав стали марки 50

 

В таблице 1.11 приведен химический состав шлакообразующих

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.11 – Химический состав шлакообразующих

Матераил	CaO	SiO2	MnO	Al2O3	Fe2O3	CaF2
Известь	90-95	1-3	1-3	0,5-1	0,5-0,6	-
Плавиковый шпат	-	3-5	-	-	-	85-95
Шамотный бой	-	60-65	-	35-40	-	-

 

 

Расчет состава завалки.

Состав завалки определяем по содержанию в шихте углерода. В конце кипения (окислительного периода) содержание углерода в металлической ванне должно быть на 0,05-0,15% ниже нижнего предела марочного состава:

[C]кк =[С] н. пр. – 0,1

[C]кк = 0,47- 0,05= 0,42%

Для организации кипения ванны в окислительный период плавки необходимо внести с шихтой избыточный углерод, ∆[С], в количестве 0,4

[С]зав. = [C]к + ∆[C]

[C]зав. = 0,42+0,4=0,82%

Для определения количества чугуна и стального лома в составе завалки примем количество чугуна равным Хкг, тогда количество стального лома составит (100-Х), кг. Для определения Х составим уравнение:

[C]зав. =;

0,82 =  2,88Х    + 100-Х*0,22 

                                                           100                 100

Х = 22,56 кг (чугун);

100 –22,56= 77,44кг (стальной лом).

Таким образом, расход чугуна составит 22,56 ,а расход лома 77,44 кг. Состав завалки определен в таблице 1.12

Таблица 1.12 – Расчет состава завалки

Расчет периода плавления.

В период плавления кремний завалки окисляется полностью. Определим количество SiO₂ образующегося в шлаке периода плавления.

(SiO₂)пл. == 0,664.

Шлак периода плавления содержит приблизительно 15 – 20%  SiO₂. В расчете примем содержание SiO₂ в шлаке периода плавления равным 25%. Отсюда количество шлака периода плавления составит:

Ипл. =  (Si0₂) _пл*100

              20

Ипл. =  0,664*100

                                                                          20

Ипл. =3.32

В период плавления фосфор окисляется на 40 – 60%. В расчете зададимся, что окисление фосфора составит 50% тогда:

∆[P] пл.=[P] зав.*0,50

∆[P] пл. 0,04*0,50=0,02кг.

В конце окислительного периода в металле должно содержаться 0,01~0,015% фосфора, принимаем содержание фосфора в металле конца кипения равным  0,010%. В этом случае количество фосфора окислившегося в окислительный период плавки составит:

[P]к = 0,015%

∆[P]ок. =[P] зав - ∆[P]пл - [P]к

∆[P]ок. =0,03-0,012-0,015=0,003

Количество фосфора окислившегося за первый период составит:

∆[P]₁ = ∆[P] пл.+ ∆[P]ок

∆[P]₁ =0,012+0,003=0,015.

Количество P₂O₅ в шлаке окислительного периода по практическим данным составляет 0,3 – 1%.

 

 

 

 

 

В расчете зададимся, что в шлаке окислительного периода содержится 0,9%.

Отсюда определим количество шлака окислительного периода:

Иок.= ∆[P]_ок*142*100

              62*0,6

Иок.= 0,007*142*100

             62*0,6

        Иок.= 1,145.

Количество шлака первого периода составит:

И_общ= Ипл + Иок;

И_общ = 1,03+3,435=4,465кг

В период плавления марганец окисляется на 40 – 50%. В расчете примем, что в процессе плавления окислится 45%, следовательно, в период плавления окисляется марганец в количестве:

∆[Mn]пл. =[Mn]зав.*0,50;

∆[Mn]пл =0,625*0,50=0,313кг

В конце окислительного периода содержание марганца в металле составляет 0,15 – 0,20%. В расчете примем, что в конце кипения в металле содержится:

[Mn]кк=0,150%;

         В этом случае за окислительный период окислится марганца:

[Mn]ок = [Mn]зав - ∆[Mn]пл - [Mn]кк;

[Mn]ок.=0,625-0,313-0,150=0,162 кг.

         Всего за первый период окислится марганца:

∆[Mn]_общ=∆[Mn]пл.+ ∆[Mn]ок.;

∆[Mn]_общ=0,313+0,162=0,475кг.

Углерод металлической ванны окисляется с образованием окиси углерода СО и двуокиси углерода СО₂, отношение их в продуктах горения зависит от содержания углерода в выплавляемой стали. Коэффициент К==3. Количество углерода окислившегося до СО составит:

 

∆[С] со.=  К           * ∆[С];

                                                                К+1

∆[С] со.= *0,5=0,375кг.

Количество углерода окислившегося до СО₂ составит:

∆[С] со₂=*∆[С];

∆[С] со₂=* 0,5=0,125кг.

Расчет необходимого количества кислорода на окисление примесей металла приведенных в таблице 1.11.

 

Содержание FeO в шлаке зависит от содержания углерода в металле. В расчете примем (%FeO)_пл. =10, (%FeO)_ок.=12. Количество закиси железа в шлаке составит:

    (FeO)= +;

                                       (FeO)= 10*3,32 +  12*1,145                                                                                                                     

                                                               100              100

                                                  (FeO)=0,469кг.;

Это количество FeO содержит кислорода и железа:

 

 

 

(О)_FeO=;

(О)_FeO =0,469*16:72=0,104кг.

(Fe) _FeO=;

(Fe) _FeO=0.469*56:72=0,365кг.

По практическим данным количество Fe₂O₃ в шлаке составит 25% от содержания FeO: (Fe₂O₃)= 0,25*(FeO)= 0,25*0,834=0,209. Это количество Fe₂O₃  вносит кислорода и железа:

(О)_Fe2О3 = ;

(О)_Fe2О3 = 0.094*48:160 =0,023кг.

(Fe) _Fe2O3=;

(Fe) _Fe2O3=0,094*112:160=0,066кг.

Содержание кислорода в металле в конце окислительного периода определяется по уравнению:

[O]_к. = + 0,011;

 

[O]_к. = 0,0028:0,42+ 0,018=0,018кг.

Всего необходимо кислорода для окисления примесей металла, образования окислов железа в шлаке и перехода в металл:

∑(О₂)=(О)_ок.пр.+(О)_FeO+(О)_Fe2O3+[O]кк.

∑(О₂)=1,344+0,104+0,023+0,018=1,489кг.

Это количество кислорода может быть внесено кислородом атмосферы, техническим кислородом, железной рудой.

В расчете примем, что из печной атмосферы в металл поступает 15% воздуха, а 85% его вносится техническим кислородом.

 

 

На окисление примесей и формирование шлака потребуется технического кислорода:

(О₂)_т.= ∑(О₂)*85:100

(О₂)_т.= 1,489*80:10 =1,191кг

Или

(О₂)_т.=1,191*22,4:32;

О₂)_т =0,834м³/100кг.

Воздухом будет внесено кислородом

(О₂)_в.= ∑(О₂)*20:100

(О₂)_в.=1,489*20:100=0,298кг

или

(О₂)_в.= 0,298*22,4:32=0,209м³/100кг.

Т.к. воздух состоит на 21% О₂  и 79% N₂;

Количество азота составит:

(N₂)_в.=  ;

(N₂)_в.=  0,209*79:21=0,786м³/100кг.

Или

(N₂)_в.=  0.786*28:22.4=0,983кг.

Расход воздуха составит:

В=(О₂)_в+(N₂)_в;

В=0,298+0,983=1,281кг.

Расчет необходимого количества извести:

         В расчете примем количество извести в шлаке первого периода 45%((%СаО)₁=45%), а содержание извести   будет равно:

Р_изв.= ;

Р_изв.= 46*4,465:93=2,208кг.

Это количество извести вносится СаО.

(СаО)₁=;

(СаО)₁=2,208*93:100=2,053кг.

„Определение выхода металла и химического состава полупродукта”.

Расчет выхода металла в конце первого периода.

Х₁=100 - ∑_выг.пр. - (Fe) _FeO- (Fe) _Fe2О3 -(Fe)_угар.,

где: 100- количество металлической части шихты принятой в расчете;

        (Fe)_угар,- количество железа испарившегося из металла;

         [(Fe) _угар,=7%]

Х₁=100-1,3-0,365-0,066-7,000=91,269 кг;

Таблица 1.12 – Расчет состава металла первого периода

	С	Si	Mn	S	P	Всего
Кг	0,383	-	0,137	0,037	0,014	91,269
%	0,12	-	0,15	0,040	0,015	100

           Расчет количества и состава шлака первого периода.

         Расчет состава и количество шлака при выплавке полупродукта.

В процессе выплавки полупродукта шлак плавления примерно на 90%скачивается из печи.

Шлак периода плавления формируется из следующих окисей:

а) SiО₂, за счет окиси кремния завалки:

(SiО₂)_пл.= ;

(SiО₂)_пл.= 0.31*60:28=0,664кг.

б) СаО из извести с целью получения основности шлака, основность В=2,6;

(СаО)_пл.= (SiО₂)_пл.*2,5

(СаО)_пл.= 0,664*2,5=1,66

Для получения шлака основностью В=2,6 необходимо внести извести:

(Ризв)_пл = (СаО)_пл: 0,93

(Ризв)_пл = 1,66:0,93=1,785 кг

 

 

 

в) Mn за счет окисления марганца в период плавления:

(Mn)_пл=

(Mn)_пл=0,313*71:55=0,404 кг

         г) Р₂О₅ за счет окисления фосфора в период плавления:

(Р₂О₅)_пл=

(Р₂О₅)_пл=0,012*142:62=0,027 кг

         д) MgO за сет разрушения футеровки печи:

         В расчете примем (MgO)_пл=0,5кг;

         е) оксиды железа:

(FeO)_пл=

(FeO)_пл=3,32*10:100%=0,332

(FeO₃)_пл=0,2*0,332=0,066 кг

Состав и количество шлака в период плавления представлен в таблице 1.13

         Таблица 1.13 – Химический состав шлака плавления.

        

Шлак окислительного периода формируется из 10% шлака первого периода плавления присадок шлакообразующие окисления примесей:

а)    (MnO)ок=

(MnO)пл=0,162*71:55+0,1*0,404=0,249кг

 

б)                         (P2O5)oк=

(P2O5)oк=0,003*142:62+0,1*0,027=0,0096

в) в окислительный период из футеровки поступила MgO:

(MgO)_ок=0,2 + 0,1 (MgO)_пл

(MgO)_ок=0,2 + 0,1 * 0,5 = 0,250 кг

г) извести в окислительный период задают:

(Р_изв)_ок = Р_изв – (Р_изв)_пл.

(Р_изв)_ок = 2,208-1,785=0,423 кг

В окислительный период в шлак поступит CaO:

(СaO)ок = (Р_изв)_ок : 0,93 +0,1 (CaO)_пл

(СaO)ок = 0,423*0,93+0,1*1,66 0,559кг

д) для получения шлака с основностью. В=3 необходимо внести SiO₂ шамотным боем (60% Sio₂, 40% Al₂O₃)

(SiO₂)_ш =

(SiO₂)_ш = 0,559:3 = 0,186

При выбранном составе шамота расход его составит:

Р_ш =

Р_ш = 0,186*100:60=0,31 кг

Это дополнительно внесет Al₂O₃:

(Al₂O₃)_ок =

(Al₂O₃)_ок = 0,31*40:100 = 0,124 кг

е) окислов железа в окислительном шлаке:

(FeO)_ок =

(FeO)_ок = 12*1,907:100+0,1*0,332=0,262 кг

 (Fe₂O₃)_ок = 0,2 * (FeO)ок

(Fe₂O₃)_ок = 0,2 * 0,262 = 0,052 кг

Расчет состава и количества шлака окислительного периода приведен в таблице 1.14

 

Таблица 1.14 – Состав и количество шлака окислительного периода

 

         Расчет материального баланса первого периода плавки приведен в таблице 1.15

Таблица 1.15 – Материальный баланс выплавки углеродистого          полупродукта