Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Тема: Розрахунок матеріального балансу киснево-конверторної плавки.
Мета роботи: Навчитися розраховувати матеріальний баланс киснево-конверторної плавки.
При продувці рідкого чавуну технічно чистим киснем зверху застосовуються три основні способи охолоджування операції (плавки):
1) Охолоджування твердими окислювачами (залізняком, окалиною, агломератом і т.д.).
2) Охолоджування сталевим скрапом.
3) Охолоджування сталевим скрапом з добавкою невеликої кількості твердого окислювача (1-2% від маси чавуну) для прискорення процесу шлакоутворення і коректування температури металу по ходу продування.
У сучасних великовантажних кисневих конвертерах чаші застосовується третій спосіб охолоджування плавки.
Справжній зразковий розрахунок матеріального балансу киснево-конвертерної плавки складений для випадку роботи із застосуванням для охолоджування операції сталевого скрапу з невеликими добавками твердого окислювача (залізної руди) і призначений як навчальний посібник при виконанні курсових і дипломних робіт.
Розрахунок киснево-конвертерної плавки з охолоджуванням операції скрапом і рудою
Початкові дані
Таблиця №1 – Хімічний склад чавуну, скрапу, металу, перед розкислюванням і готової сталі 3 сп %
Найменування матеріалу | С | Si | Mn | P | S |
Чавун передільний 80% | 4,12 | 0,67 | 1,58 | 0,13 | 0,05 |
Скрап 20% | 0,17 | 0,23 | 0,46 | 0,03 | 0,04 |
Метал перед розкислюванням | 0,15 | 0,18 | 0,01 | 0,03 | |
Готова сталь | 0,14 – 0,22 | 0,12 – 0,30 | 0,45 – 0,65 | н.б.0,04 | н.б.0,05 |
Таблиця 2 – Хімічний склад вапно, плавикового шпату, руди і футерування %
Найменування матеріалу | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | CaF2 | H2O | |
Вапно | 2.0 | 91.0 | 1.0 | 1.5 | - | - | 0.5 | 4.0 |
Плавиковий шпат | 4,2 | 2,1 | - | 0,8 | - | 89,4 | - | 3,5 |
Залізняк | 7,1 | 1,0 | 0,2 | 4,6 | 86,0 | - | 1,1 | - |
Смолодоломітовий цеглина | 2,0 | 58,0 | 36,5 | 1,5 | 2,0 | - | - | - |
Витрата чавуну складає 80% від маси металевої шихти, витрата скрапу - 20%.
Витрата залізняку для прискорення шлакоутворення і коректування температури металу - 1,5% від маси металошихти (звичайно складає 1-2%).
Температура чавуну при заливці в конвертер 1315°С.
Температура стали перед випуском 1610°С.
Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти (чавун + скрап). Визначаємо середній склад металевої шихти %
Для чавуна
С 80/100×4,12=3,296
Mn 80/100×0,67=0,536
Si 80/100×1058=1,264
P 80/100×0,13=0,104
S 80/100×0,05=0,040 ці дані внесемо в таблицю 3
Для скрапа
С 20/100×0,17=0,034
Mn 20/100×0,23=0,046
Si 20/100×0,46=0,092
P 20/100×0,03=0,006
S 20/100×0,04=0,008 ці дані внесемо в таблицю 3
Таблиця 3 – Визначаємо середній склад металевої шихти, кг.
С | Mn | Si | р | s | |
Чавун | 3,269 | 1,264 | 0,536 | 0,104 | 0,040 |
Скрап | 0,034 | 0,092 | 0,046 | 0,006 | 0,008 |
Середній склад | 3,330 | 1,356 | 0,582 | 0,110 | 0,048 |
Визначаємо скільки віддаляється домішок на 100кг металу, кг
С 3,330-0,15×0,9 = 3, 195
Mn 1,356-0,18×0,9 = 1,194
Si 0,582
P 0,110-0,01×0,9 = 0,101
S 0,048 – 0,03×0,9 = 0,021
Fe(у дим) 1,2
-------------------------------------------
Чад домішок 6,293
Вихід сталі приймаємо рівним 0,9.
Втрати заліза випаровуванням звичайно складають 0,8 – 1,6%.
Приймаємо 1,2%
Приймаємо, що при продування ванни киснем 10% S вигоряє до SO2, тобто окислюється:
0,048 /10 = 0,0048=0,005кг сірки
Витрата кисню на окислення домішок складає, кг:
C – CO2 3,195 ×0.1×32/12 = 0,850
C – CO 3,195×0.9×16/12 = 3,834
Si – SiO2 0.582×32/28 = 0,665
Mn – MnO 1,194×16/55 = 0.347
S – SO2 0,005×32/32 = 0,005
P – P2O5 0,101×80/62 = 0,130
Fe – Fe2O3 1,200×48/112 = 0,514
6,345
Приймаємо, що 90% С окислюється до СО, а 10% до CO2
Утворюється маса оксидів, кг
CO2 3,195×0,1 × 44/12 = 1,169
CO 3,195×0,9× 28/12 = 6,710
SiO2 0,582×60/28 = 1,247
MnO 1,194×71/55 =1,541
P2O5 0,101×142/62 = 0,231
SO2 0,005×64/32 = 0,010
Fe2O3 1,2×160/112 = 1,714
У шлак переходить сірки, кг
0,021 – 0,005 = 0,016
Під час переходу сірки в шлак звільняється кисню, кг
0,016/2 = 0,008
Витрата кисню складає, кг
6,345-0,008=6,337
Витрата вапно визначаємо по балансу СаО і SiO2 у шлаку для отримання основності 3,2 (основність шлаку повинна складати від 2,8 до 3,5). Для формування шлаку приймаємо витрату плавикового шпату рівним 0,3 кг За даними практики вітчизняних і зарубіжних заводів витрата разжижителей звичайно складає:
а) бокситу 0,6 - 1,2%;
б) плавикового шпату 0,2 - 0,6%.
Витрата (знос) футерування коливається в межах 0,8-1,2% від маси металошихти. Приймаємо витрату футерування рівним 1,1% або 1,1 кг на 100 кг металошихти.
Витрати вапна позначимо через х.
Кількість СаО в кінцевому шлаку, що поступає з матеріалів, складе, кг
Футерування 1,1/100×58 = 0,638
Залізняк 1,5/100×1,0 = 0,015
Плавиковий шпат 0,3/100×2,1 = 0,006
Вапно х/100×91 = 0,91х
-----------------------------------------------------------
Всього 0,6593+0,91х
SiO2 у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Металева шихта 1,247
Залізняк 1,5/100×7,1 = 0,106
Плавиковий шпат 0,3/100×4,2 = 0,013
Футерування 1,1/100×2,0 = 0,022
Вапно х/100×2,0 = 0,02х
-------------------------------------------------------
Всього 1,388+0,02х
MgО в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165
Залізняк 1,5/100×36,5 = 0,402
Вапно х/100×1,0 = 0,01х
---------------------------------------------------------------------
Всього 0,4185 +0,01х
Al2O3 у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165
Залізняк 1,5/100×4,6 = 0,069
Вапно х/100×1,5 = 0,015х
Плавиковий шпат 0,3/100×0,8 = 0,0024
-------------------------------------------------------------------
Всього 0,0879 +0,05х
Fe2O3 у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Футерування 1,5/100×86,0 = 1,29
Залізняк 1,1/100×2,0 = 0,022
-------------------------------------------------------------------
Всього 1,312
СаF2 в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Плавиковий шпат 0,3/100×89,4 = 0,2682
СО2 в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг
Плавиковий шпат 0,3/100×3,5 = 0,0105
Вапно х/100×4,0 = 0,04х
----------------------------------------------------------
Всього 0,0105+0,04х
Замість СаО і SiO2 підставляємо їх значення і визначаємо витрату вапно
0,659+0,91х = 3,2(1,388+0,02х)
0,659+0,91х = 4,4416+0,064х
0,659 - 4,4416 = 0,064х - 0,91х
-3,7826 = -0,846 х
Х = -3,7826/-0,846
Х = 4,470
Металева шихта, залізняк, плавиковий шпат, вапно і футерування вносять в шлак, кг(таблиця 4).
Таблиця 4 – складові шлаку, кг
Матеріали | Всього | |||||
Мет шихта | Залізна руда | Футеровка | Плавиков. шпат | Вапно / Х / | ||
SiO2 | 1,247 | 0,106 | 0,022 | 0,013 | 0,069 | 1,477 |
CaO | - | 0,015 | 0,638 | 0,006 | 4,068 | 4,727 |
MgO | - | 0,003 | 0,402 | - | 0,045 | 0,450 |
Al2O3 | - | 0,069 | 0,016 | 0,002 | 0,067 | 0,154 |
SiO2 | 0,016 | - | - | - | - | 0,016 |
MnO | 1,541 | - | - | - | - | 1,541 |
P2O5 | 0,231 | - | - | - | - | 0,231 |
Fe2O3 | - | 1,29 | 0,022 | - | - | 1,312 |
CaF2 | - | - | - | 0,2682 | - | 0,268 |
∑ | 3,035 | 1,483 | 1,100 | 0,289 | 4,269 | 10,176 |
У вапно міститься
4,47/100×0,5=0,022 кг Н2О
4,47/100×4,0=0,179 кг СО2
Плавиковий шпат містить
0,3/100×3,5=0,011 СО2
Залізняк містить
1,5/100×1,1=0,016 кгН2О
Маса шлаку без оксидів заліза складає, кг
10,176- 1,312 = 8,864
Залежно від режиму продування, основності кінцевого шлаку і зміст “ С ” у металі в кінці продування плавки відношення FeO (у %) до Fe2O3 (у %) у шлаку звичайно коливається в межах 1,5 – 3,0.
Приймаємо вміст оксидів заліза в шлаку 12% FeO і Fe2O3 5%, тоді маса оксидів шлаку без FeO і Fe2O3 буде складати 83%.
Маса шлаку рівна, кг 8,864/83 × 100=10,679
Розраховуємо хімічний склад кінцевого шлаку, кг/ перший стовпчик беремо із таблиці 4, /останній стовпчик/.
% SiO2 1,477 / 10,679×100 =13,83
%СаО 4,727/ 10,679× 100 =44,26
% MgO 0,450 / 10,679× 100 =4,21
% Al2O3 0,154 / 10,679×100 =1,44
%S 0,016/ 10,679× 100 =0,15
% MnO 1,541/ 10,679×100 =14,43
% P2O5 0,231 / 10,679× 100 =2,17
% CaF2 0,268 / 10,679× 100 =2,51
% FeO 12,00
% Fe2O3 5,00
-------------------------------------------------------
Всього 100
Таблиця 5- Хім. склад кінцевого шлаку, %
SiO2 | СаО | MgO | Al2O3 | S | MnO | P2O5 | CaF2 | FeO | Fe2O3 | |
13,83 | 44,26 | 4,21 | 1,44 | 0,15 | 14,43 | 2,17 | 2,51 | 100 |
Фактична основність кінцевого шлаку
тобто відповідає заданою (допустимо на 0,05)
Маса оксидів заліза складає
10,679-8,864=1,815 кг, зокрема
FeO = 10,679/ 100×12 = 1,281
і
Fe2O3 = 1,815 - 1,281 = 0,534
Приймаємо, що 90% що вноситься рудою і футеруванням Fe2O3 відновлюється до заліза, а 10 % - до FeO
Відновлення Fe2O3 до заліза дає, кг
а) кисень 1,312 × 0,9×48/160 = 0,354
б) заліза 1,312 ×0,9 - 0,354 = 0,827
Відновлення Fe2O3 до FeO дає, кг
а) кисню 1,312×0,1×16/160 = 0,013
б) FeO 1,312×0,1-0,013 = 0,1118
Ця кількість FeO поступає в шлак.
В результаті окислення заліза утворюється, кг
FeO 1,281 - 0,118 = 1,163
Fe2O3 0,534
---------------------------------------
Всього 1,697
Окислюється заліза, кг
(1,163×56/72) + (0,534×112/160)=0,904+0,374= 1,278
Втрати заліза у вигляді корольків металу, що заплуталися в шлаку (коливається в межах 6 – 10% від маси шлаку). Приймаємо 8%, тоді втрати складуть:
10,679/100×8 = 0,865
Вихід сталі рівний, кг
100 + 0,827 - 6,293 - 1,278 – 1,0 – 0,865 = 91,406
де 1,0 – втрати металу з викидами (коливається в межах 0,5 – 1,1% від маси металошихти);
6,293-чад домішок;
1,278 - окислюється заліза;
0,87- втрати заліза у вигляді корольків металу
0,827- відновлення Fe2O3 до заліза
Буде потрібно кисню на окислення заліза, кг
1,697 - 1,278 = 0,419
Всього буде потрібно кисню на окислення домішок і заліза, кг
6,337+ 0,419– (0,354+0,013) = 6,389
Приймаємо технічний кисень що містить 99,5% О2 і 0,5% N2.
Буде потрібно технічного кисню при 95% засвоєнні, м3
Кількість незасвоєного кисню рівна 4,731×0,05 = 0,237 м3 або 0,237×32/22,4 = 0,338 кг
Кількість азоту рівна 4,731×0,005=0,024 м3 або 0,024×28/22,4=0,030 кг
Маса технічного кисню рівна, кг 6,389 + 0,338 + 0,030= 6,757
Таблиця 6 Склад і кількість газів
Складаючи | кг | М3 | % |
СО2 | 1,169+0,179+0,011 = 1,359 | 0,692 | 10,86 |
СО | 6,710 | 5,368 | 84,27 |
Н2О | 0,022+0,016 = 0,038 | 0,047 | 0,74 |
О2 | 0,338 | 0,236 | 3,70 |
N2 | 0,030 | 0,024 | 0,38 |
SO2 | 0,010 | 0,003 | 0,05 |
Разом | 8,485 | 6,370 |
Для розрахунку третього стовпчика м3 таблиці 6 необхідно:
СО2 1,359×22,4/44=0,692
СО 6,710×22,4/28=5,368
Н2О 0,038×22,4/18=0,047
О2 0,338×22,4/32=0,236
N2 0,030×22,4/28=0,024
SO2 0,010×22,4/64=0,0035
Для розрахунку четвертого стовпчика, % таблиці 6 необхідно:
СО2 0,692×100/6,370=10,86
СО 5,368×100/6,370=84,27
Н2О 0,047×100/6,370=0,74
О2 0,236×100/6,370=3,70
N2 0,024×100/6,370=0,38
SO2 0,003×100/6,370=0,05
Таблиця 7-Матеріальний баланс плавки
Поступило, кг | % | Одержано, кг | % | ||
Чавуну | 80,00 | 70,09 | Стали | 91,406 | 80,08 |
Скрапу | 20,00 | 17,52 | Корольків | 0,850 | 0,74 |
Залізняку | 1,500 | 1,31 | металу у викидах | 1,000 | 0,87 |
Плавикового шпату | 0,300 | 0,26 | Шлаку | 10,679 | 9,36 |
Вапно | 4,470 | 3,92 | Газів | 8,485 | 7,43 |
Футерування | 1,100 | 0,96 | Fe2O3 (у дим) | 1,714 | 1,50 |
Техн.. кисню | 6,757 | 5,92 | |||
Всього | 114,127 | Всього | 114,134 |
Незв'язність що в межах допустимого.
Допустимо до 0,20%
Додаток 2
Данні для розрахунку матеріального балансу конверторної плавки
Варіант | Доля чувуну | Зміст чавуну, % | Доля скрапа | Зміст скрапа, % | ||||||||
С | Мn | Si | S | P | С | Мn | Si | S | P | |||
4,10 | 1,56 | 0,7 | 0,13 | 0,05 | 0,20 | 0,42 | 0,23 | 0,04 | 0,03 | |||
4,11 | 1,55 | 0,71 | 0,14 | 0,05 | 0,21 | 0,44 | 0,22 | 0.04 | 0,03 | |||
4,09 | 1,53 | 0,72 | 0,14 | 0,06 | 0,22 | 0,44 | 0,22 | 0,04 | 0,03 | |||
4,09 | 1,48 | 0,73 | 0,13 | 0,06 | 0,20 | 0.43 | 0,23 | 0,04 | 0,03 | |||
4,12 | 1,54 | 0,74 | 0,14 | 0,05 | 0,16 | 0,44 | 0,24 | 0.04 | 0,03 | |||
4,11 | 1,55 | 0,65 | 0,13 | 0,06 | 0,19 | 0,45 | 0,25 | 0,04 | 0,03 | |||
4,09 | 1,56 | 0,66 | 0,13 | 0,05 | 0,19 | 0,46 | 0,26 | 0,04 | 0,03 | |||
4,14 | 1,56 | 0,69 | 0,13 | 0,06 | 0,17 | 0,47 | 0,24 | 0,04 | 0,03 | |||
4,13 | 1,58 | 0,68 | 0,12 | 0,05 | 0,18 | 0,48 | 0,24 | 0,04 | 0,03 | |||
4,12 | 1,59 | 0,69 | 0,13 | 0,06 | 0,19 | 0,49 | 0,23 | 0,04 | 0,03 | |||
4,12 | 1,55 | 0,65 | 0,13 | 0,05 | 0,18 | 0,50 | 0,25 | 0,03 | 0,03 | |||
4,13 | 1,56 | 0,71 | 0,12 | 0,05 | 0,16 | 0,51 | 0,24 | 0,03 | 0,03 | |||
4,12 | 1,57 | 0,69 | 0,13 | 0,05 | 0,19 | 0,52 | 0,22 | 0,03 | 0,03 | |||
4,12 | 1,57 | 0,68 | 0,13 | 0,06 | 0,19 | 0,53 | 0,23 | 0,03 | 0,03 | |||
4,12 | 1,57 | 0,65 | 0,12 | 0,05 | 0,19 | 0,49 | 0,24 | 0,03 | 0,03 | |||
4,13 | 1,58 | 0,66 | 0,13 | 0,05 | 0,17 | 0,44 | 0,21 | 0,04 | 0,03 | |||
4,13 | 1,49 | 0,66 | 0,13 | 0,06 | 0,18 | 0,45 | 0,22 | 0,04 | 0,03 | |||
4,14 | 1,60 | 0,67 | 0,12 | 0,05 | 0,18 | 0,44 | 0,23 | 0,04 | 0,03 | |||
4,14 | 1,58 | 0,68 | 0,13 | 0,05 | 0,18 | 0,44 | 0,23 | 0,04 | 0,03 | |||
4,15 | 1,56 | 0,69 | 0,13 | 0,05 | 0,19 | 0,45 | 0,25 | 0,04 | 0,03 | |||
4,15 | 1,55 | 0,69 | 0,12 | 0,05 | 0,18 | 0,45 | 0,23 | 0.04 | 0,04 | |||
4,16 | 1,55 | 0,68 | 0,13 | 0,06 | 0,18 | 0,46 | 0,23 | 0,041 | 0,04 | |||
4,16 | 1,60 | 0,66 | 0,12 | 0,05 | 0,18 | 0,46 | 0,22 | 0,042 | 0,04 | |||
4,17 | 1,55 | 0,67 | 0,13 | 0,05 | 0,17 | 0,46 | 0,23 | 0.043 | 0,04 | |||
4,15 | 1,55 | 0,68 | 0,13 | 0,06 | 0,18 | 0,46 | 0,24 | 0,044 | 0,04 |
Додаток 3
Масовий зміст елементів у сталі
Дата публикования: 2015-04-07; Прочитано: 632 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!