Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов

Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов

34

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра металлургии стали им. И.Г. Казанцева

КУРСОВАЯ РАБОТА

По предмету: «Теория и технология производства стали в конвертерах и мартеновских печах»

На тему: «Кислородно-конвертерная плавка при переделе обыкновенных чугунов»

Выполнил ст.гр. И-07-МС1

Луценко Р.В.

Проверил проф. Бакст В.Я.

Мариуполь 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные………………………………………………………...…...…..3

1. Определение температуры металла в конце продувки…………….…......….4

2. Расчет материального баланса плавки………………………………….….....5

3. Расчет теплового баланса плавки……………………………...…………….22

Перечень источников………………………………………………..…………..34

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вместимость конвертора 130т;

Химический состав чугуна и лома - таблица 1.1;

Температура жидкого чугуна 13400С;

Марка выплавляемой стали 10ХСНД;

Интенсивность продувки ванны 3,3 нм3/(т*мин);

Химический состав чугуна, лома и готовой стали сводим в таблицу.

Табл. 1.1 Состав чугуна, лома и стали

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА В КОНЦЕ ПРОДУВКИ

Требуемую температуру металла в конце продувочной операции находим последовательным расчётом.

Температура плавления (ликвидуса) стали:

tликв = 1539 - 88%С - 8%Si - 5%Mn - 4%Ni - 5%Cu - 2%V - 1,5%Cr - 25%Ti - 30%P.

tликв = 1539 - 88*0.09 - 8*0.8 - 5*0.5 - 4*0.5 - 5*0.4 - 1,5*0.6 - 30*0.35 = 15070С

Температура стали в кристаллизаторе:

tкр = tликв + (10ч150C);

tкр = 1507 + 13 = 1520 0C

Определяем температуру металла в промковше:

tпр.к = tкр + (15ч200C);

tпр.к = 1520 + 17 = 1537 0C

Температура металла в стальковше:

tcт.к = tпр.к + (10ч200C);

tcт.к = 1537 + 20 = 1557 0C

Необходимая температура металла перед внепечной обработкой:

tвнеп = tcт.к + (10ч200C);

tвнеп = 1557 + 17 = 1574 0C

Определяем температуру металла в конверторе по окончании продувки:

tкм = tвнеп + (30ч400C);

tкм = 1574 + 40 = 1614 0C

2. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПЛАВКИ

Расчет ведется на 100 кг металлошихты (чугун + лом).

Предварительное определение расхода лома.

= [(3000 + 6430 + 1680 + 4720 + 21 + 4200) -

- (25,2+ + 2730)]/(30 + 64,3 + 16,8 + 47,2 + 0,21), кг (2.1)

где , , , - содержание соответствующих элементов в чугуне, %;

, - соответственно температура заливаемого в конвертер чугуна и температура металла в конце продувки, ;

- содержание углерода в металле в конце продувки, %. (принимаем равным нижнему пределу в готовой стали).

= [(3000*4 + 6430*0.8 + 1680*0.5 + 4720*0.04 + 21*1340 + 4200) -

- (25,2*1614 + 2730*0.09)]/(30*4 + 64,3*0.8 + 16,8*0.5 + 47,2*0.004 + 0,21*1340) = (50513 - 40919) / 463 = 20,72 кг

Расход чугуна, кг

 = 100 - =100 -20,72 = 79,28 кг (2.2)

Расход миксерного шлака составляет 0,6 - 0,9% от массы чугуна, кг

Принимаем

= (0,006 ч 0,009)Мч (2.3)

= 0,008 * 79,28 = 0,63 кг

Для выполнения дальнейших расчетов принимаем:

Количество загрязнений, вносимых ломом, кг

= 0,0065 • = 0,0065 * 20,72 = 0,13 кг (2.4)

Расход плавикового шпата в зависимости от параметров технологии находится в пределах 0,2 - 0,5 кг.

Принимаем

= 0,4 кг (2.5)

Расход футеровки составляет 0,2 - 0,3 кг.

Принимаем

= 0,3 кг (2.6)

Количество окалины, внесенной ломом, кг

= 0,012 • = 0,012 * 20,72 = 0,25 кг (2.7)

Количество примесей, внесенных металлошихтой, кг

= 0,01(•+ •) (2.8)

= 0,01(• + •) (2.9)

= 0,01(• + •) (2.10)

= 0,01(• + •) (2.11)

= 0,01(• + •) (2.12)

где , - соответственно масса чугуна и лома, кг;

, , , , , , , , , - содержание углерода, кремния, марганца, фосфора, серы соответственно в чугуне и ломе, %.

= 0,01(79,28 • 4 + 20,72 • 0,35) = 3,24 кг

= 0,01(79,28 • 0,8 + 20,72 • 0,4) = 0,72 кг

= 0,01(79,28 • 0,5 + 20,72 • 0,25) = 0,45 кг

= 0,01(79,28 • 0,04 + 20,72 • 0,04) = 0,04 кг

= 0,01(79,28 • 0,04 + 20,72 • 0,05) = 0,42 кг

Расход извести на плавку (), кг

Основность конечного шлака в зависимости от состава чугуна и марки выплавляемой стали (требуемых показателей дефосфорации и десульфурации) находится в пределах 3,0 - 3,6

Принимаем для расчета основность конечного шлака = 3,4

=

,кг (2.13)

- содержание кремния в металлошихте;

, и т.д. - содержание кремнезёма в используемых материалах;

, - содержание оксида кальция в используемых материалах (Табл.2.1)

, и т.д. - расход материалов.

Таблица 2.1 Химический состав неметаллической части шихты и других материалов, кроме оксидов железа и летучих

= {3,4[2,14*0,72 + 0,01(0,4*4,5 + 0,3*3,4 + 0,63*54,5 + 0,13*68,0)] - 0,01(0,4*7,6 +0,3*40,3 + 0,63*7,5 + 0,13*3,0)} / 0,01(90,0 - 1,5*3,4) =

= {3,4[1,54 + 0,01*50,2] - 0,01*20,25} / 0,849 = {6,94 - 0,2025} / 0,849 = 7,94 кг

Содержание оксидов железа в конечном шлаке:

= . (2.14)

где - температура металла в конце продувки, .

= 1,25 + 4•3,4 + 0,3 / 0,09 + •1614 = 20.78 %

= ; = ,

= 0.667•20.78 = 13.86 %

= 20.78 - 13.86 = 6.92 %

(предполагаем, что на 2/3 состоит из (%FeO)к и на 1/3 - из

Ориентировочный выход жидкого металла в конце продувки ()

Принимаем, что за время продувки окисляется весь кремний, 80 % марганца, 90 % фосфора. Потери железа с отходящими газами, выбросами, со шлаком (в виде корольков) превышают количество железа, восстановленного из оксидов, окалины, загрязнений скрапа и других материалов на 3,5 - 4,5 %.

В расчете принимаем эти потери = 3,5 %. Тогда

= , кг (2.15)

где , и т.д. - количество примесей, вносимых металлошихтой, кг;

= 100 - [(3,24 - 0,09) + 0,72 + 0,8•0,45 + 0,9•0,04 + 3,5] = 92,23 кг

Ориентировочное количество шлака:

= =,

где , и т.д. - расход материалов;

, и т.д. - содержание оксидов в материалах.

= 100•[(2,14•0,72 + 1,032•0,45 + 2,061•0,04) + 0,01•(0,4•94 + 0,63•83,7 + +7,94•95,5 + 0,13•97,0)] / [100 - 20,78] =

= 100•[2,09 + 0,01•861,2] / 79,22 = 13,51 кг

Уточнение количества примесей в металле в конце продувки:

Содержание углерода в металле должно соответствовать нижнему пределу его в готовой стали.

Содержание марганца определяем из балансового уравнения распределения марганца между шлаком и металлом:

= )]/

/,% (2.17)

- константа равновесия реакции окисления марганца, определяемая из уравнения:

lg = lg = ,

где

Т = + 273 = 1614 + 273 = 1887 К,

lg = - 3,06 = 0,2415, отсюда = 1,74

= [(79,28•0,5 + 20,72•0,25) + 0,775(0,63•9,4)] / [92,23 + + 20,78•1,74•13,51•0,775] = [44,82 + 4,59] / 470,8 = 0,104 %

Содержание фосфора:

= , (2.18)

где

 =

коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком, определяемый из табл.2.2

Табл. 2.2 Значения коэффициента распределения фосфора

При (%FeO)к = 13,86 %, и основности 3,4 :

Lp = 105

= = = 0,005 %

Содержание серы:

= , % (2.19)

где - коэффициент распределения серы металлом и шлаком, принимаемый по табл. 2.3.

Табл. 2.3 Значения коэффициента распределения серы

При основности 3,4 = 8,3

= = = 0.025 %

Содержание кремния в металле в конце продувки принимаем равным нулю.

= 0.

Уточненный химический состав металла в конце продувки, %:

= = 0,09 % ;

= = 0,104 % ;

= 0 %;

= = 0,005 % ;

= = 0,025 % ;

Остается примесей в металле, кг:

Углерода - = •/100 (2.20)

= 0,09•92,23/100 = 0,083 кг

Кремния = 0;

Марганца - = •/100 (2.21)

= 0,104•92,23/100 = 0,096 кг

Фосфора - = •/100 (2.22)

= 0,005•92,23/100 = 0,0046 кг

Серы - = •/100 (2.23)

= 0,025•92,23/100 = 0,023 кг

Удаляется примесей, кг:

= . (2.24)

= . (2.25)

= (2.26)

= (2.27)

= (2.28)

= 3,24 - 0,083 = 3,157 кг

= 0,72 - 0 = 0,72 кг

= 0,45 - 0,096 = 0,354 кг

= 0,04 - 0,0046 = 0,0354 кг

= 0,42 - 0,023 = 0,397 кг

Всего окисляется примесей, кг:

= + + + + ; (2.29)

= 3,157 + 0,354 + 0,72 + 0,0354 + 0,397 = 4,66 кг

Образуется оксидов, кг:

Принимаем, что 90 % углерода окисляется до СО и 10 % до .

= 2,1• (2.30)

= 0,37• (2.31)

= 2,14• (2.32)

= 1,29• (2.33)

= 2,29• (2.34)

= 2,1• 3,157 = 6,63 кг

= 0,37• 3,157 = 1,17 кг

= 2,14•0,72 = 1,54 кг

= 1,29•0,354 = 0,46 кг

= 2,29•0,0354 = 0,08 кг

Количество шлакообразующих оксидов (кроме оксидов железа и соединений, внесенных металлошихтой и другими материалами), кг:

= +

. (2.35)

=

. (2.36)

=+ (2.37)

=

. (2.38)

=

. (2.39)

= + . (2.40)

= . (2.41)

= + . (2.42)

= 1,54 + 0,01(7,94•1,5 + 0,4•4,5 + 0,63•54,5 + 0,3•3,4 + 0,13•68,0) = 2,119 кг

= 0,01(7,94•0,8 + 0,4•0,9 + 0.63•8,6 + 0,3•1,4 + 0,13•24,0) = 0,157 кг

= 0,46 + 0,01(0,63•9,4) = 0,519 кг

= 0,01(7,94•90,0 + 0,4•7,6 + 0,63•7,5 + 0,3•40,3 + 0,13•3,0) = 7,348 кг

= 0,01(7,94•3,0 + 0,63•3,3 + 0,3•52,8 + 0,13•2,0) = 0,429 кг

= 0,08 + 0,01(0,63•0,2 + 7,94•0,1) = 0,089 кг

= 0,01(0,4•81,0) = 0,324 кг

= 0,397 + 0,01(7,94•0,1 + 0,63•0,2) = 0,406 кг

Общее количество шлакообразующих, оксидов и соединений (кроме оксидов железа), кг:

= + + + + + + + .(2.43)

= 2,119 + 0,157 + 0,519 + 7,348 + 0,429 + 0,089 + 0,324 + 0,406 = 11,391 кг

Уточненное количество конечного шлака, кг:

= (2.44)

= = 14,379 кг

Табл. 2.4 Химический состав конечного шлака, %

(%CaO) = и т. д.

(%SiО2) = = 14,74 %

(%CaO) = = 51,10 %

(%MgO) = = 2,98 %

(%MnO) = = 3,61 %

(%P2О5) = = 0,63 %

(%S) = = 2,82 %

(%Al2O3) = = 1,09 %

(%CaF2) = = 2,25 %

Фактическая основность шлака по данным табл. 2.4

= ; (2.45)

= 51,10 / 14,74 = 3,47

Уточненный выход жидкого металла в конце продувки, кг

 = , (2.46)

где

= +

количество железа, восстановленного из оксидов железа шихты;

= 0,007(0,3•2,1 + 0,0065•20,72•3,0 + 0,012•20,72•69,0) + 0,0078(0,63•16,3 + + 0,012•20,72•31,0) = 0,367 кг

=

количество железа, израсходованного на образование оксидов железа шлака;

= 0,007•14,379•6,92 + 0,0078•14,379• 13,86 = 2,251 кг

Принимаем:

= 1,2кг - угар железа в дым;

= 0,8кг - потери железа с выбросами;

= - потери железа в шлаке в виде корольков, кг

= 0,08•14,379 = 1,15 кг

= - количество оксидов железа в дыме, кг

= 1,43•1,2 = 1,716 кг

= (100 + 0,367) - (4,66 + 2,251 + 1,2 + 0,8 + 1,15) = 90,31 кг

Расход кислорода, кг

, (2.47)

где k - степень усвоения кислорода ванной (принимаем 97 %);

n - чистота кислорода (принимаем 99,5 %);

=, кг (2.48)

= 1,2•3,157 + 0,27•3,157 + 1,14• 0,72 + 0,29• 0,354 + 1,29•0,0354 + +0,01•14,379•[0,429•6,92 + 0,29•13,86] + 0,429•1,2 = 7,13 кг

= + =

, кг (2.49)

= 0,0043(0,3•2,1 + 0,0065•20,72•3,0 + 0,012•20,72•69,0) + 0,0029(0,63•16,3 + 0,012•20,72•31,0) + 0,0027•7,94•1,0 = 0,078 + 0,253 + 0,021 = 0,352 кг

Мдутья = (7,13 - 0,352) • 10000 / (97•99,5) = 7,023 кг

Расход кислорода , нм3

= Мдутья• 22,4/32 = 0,7 Мдутья .

= 0,7•7,023 = 4,916 нм3

Определяем продолжительность продувки, мин

,

где - интенсивность продувки, нм3/(т•мин) - (задана).

= = 14,9 мин.

Количество и состав конвертерных газов:

= + ; кг (2.50)

= •22,4/44; нм3

= 1.17 + 0.01(7,94•3,5 + 0,4•6,0) = 1,472 кг

= 1,472•22,4/44 = 0,749 нм3

= , кг (2.51)

= •22,4/28; нм3

= 6,63 кг

= 6,63С22,4/28 = 5,304 нм3

= ; кг (2.52)

Страницы: 1, 2