Тема: Розрахунок шихти і матеріального балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті

Мета роботи:

Закрепи та углибити знання по розділу «виробництво сталі у мартенівських печах» програми предмету.

Навчитися правильно розраховувати приходні та розхідні статки матеріального балансу плавки в двухванному сталеплавильному агрегаті прямоточного типу.

Використовувати отримані знання при виконанні курсових та дипломних проектів.

Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти. Початкові данні в додатку.

При постанові матеріального балансу слід прийняти:

- розхід переробного чавуну

- марку сталі і масову долю елементів в ній

- масовий вміст компонентів в неметалевій часті шихти.

При розрахунку роботи потрібно знайти:

- середній состав металевої шихти

- кількість домі шків видоляїмих з неї

- втрати заліза випарюванням (в дим)

- кількість вигоренної сірки

- розхід кисню на окислення домі шків

- масу оксидів, що утворюються

- розхід вапна

- зміст кінцевого шлаку

- вихід жито кого заліза

- кількість газів, що утворилися.

По результатам розрахунків здійснюється сполучний баланс приходу та розходу матеріалів та компонентів, які утворюються при проведенні плавки, перед розкисленням плавки.

Розрахунок матеріального балансу плавки.

Склад початкових матеріалів приймаємо із заводських даних у рамках ГОСТу та утверджених технічних умов заводу.

Витрати чавуна приймаємо 65%, скрапу 35%.

Таблиця 1 – Хімічний. склад металевої часті шихти

Марка сталі	Масовий склад елементів в %.
С	Mn	Si	Не більш
P	S
3 сп	0,14-0,22	0,4-0,65	0,17-0,37	н.б.0,034	н.б.0,02

Таблиця 2 - Хімічний состав металічної частини шихти, сталі перед розкисленням.

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
С	Mn	Si	P	S
Чавун передільний 65%	4,00	1,3	0,75	0,16	0,04
Скрап 35%	0,17	0,46	0,23	0,025	0,03
Сталь перед розкисленням	0,12	0,18		0,012	0,022

Таблиця 3 – хімічний склад не металевих матеріалів, %

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	Cr2O2	H2O	СО2
Вапно	2,0	86,00	3,00	2,00	-	-	1,00	6,00
Доломіт	3,00	53,00	36,00	2,60	2,00	-	-	3,40
Магнезит	4,50	1,50	66,50	4,00	12,70	10,50	-	0,30
Боксит	10,00	4,00	-	54,00	25,00	-	7,00	-

Розрахунок шихти плавки.

Розрахунок ведемо на 100 кг метало шихти.

Визначаємо середній склад металевої шихти.

Для чавуна

С 65/100×4,00= 2,600

Si 65/100×0,75=0,487

Mn 65/100×1,30=0,845

P 65/100×0,16=0,104

S 65/100×0,04=0,026

Для скрапа

С 35/100×0,17= 0,059

Si 35/100×0,23=0,080

Mn 35/100×0,46=0,161

P 35/100×0,025=0,008

S 35/100×0,03=0,010

Таблиця 4 – середній склад металевої шихти

	С	Mn	Si	P	S
Чавун вносить	2,600	0,845	0,487	0,104	0,026
Скрап вносить	0,059	0,161	0,080	0,008	0,010
Середній склад(сума)	2,659	1,006	0,567	0,112	0,036

Визначаємо скільки видалиться сумішей із ванни на 100 кг металу за весь період плавки.

С 2,659-0,12×0,9 = 2,647

Mn 1,006-0,18 ×0,9 = 0,844

Si 0,567

P 0,112-0,012×0,9 = 0,101

S 0,036-0,022×0,9 = 0,016

Fe (в дим) приймаємо = 1,1

---------------------------------------------------------------

Всього 5,275

Вихід сталі приймаємо рівним 0,9. Втрати заліза випаренням при продувці ванни технічним киснем приймаємо рівним 1,1%. При цьому 10% S випалюється до SО ₂ тобто окислюється:

0,036/10=0,0036=0,004 кг. сірки.

Розхід кисню на окислення сумішей складе, кг:

C – CO₂ 2,647×32/12 = 7,059

Si – SiO₂ 0,567×32/28 = 0,648

Mn – MnO 0,844×16/55 = 0,245

S – SO₂ 0,004×32/32 = 0,004

P – P₂O₅ 0,101×80/62 = 0,130

Fe – Fe₂O₃ /в дим/ 1,1×48/112 =0,471

8,557

Виділиться із ванни СО окислюється в робочім просторі печі до СО₂.

Приймаємо, що 70% вуглецю окислиться до СО₂, а залишившиєся СО допалиться в вертикальному каналі.

CO₂ 2,647×44/12 =9,706

SiO₂ 0,567×60/28 = 1,215

MnO 0,844×71/55 = 1,089

P₂O₅ 0,101×142/62 = 0,231

SO₂ 0,004×64/32 = 0,008

Fe₂O₃ 1,1×160/112 = 1,571

Перехід сірки до шлаку, кг:

0,016-0,004 = 0,012

При цьому визволяється кисню, кг:

0,012 /2 = 0,006

Розхід кисню складе:

8,557-0,006= 8,551

Визначення розходу вапна

Розхід вапна визначаємо з балансу СаО та SiO₂ в шлаку для отримання основності 2,6. Для формування шлаку приймаємо розхід бокситу дорівнює 0,4. розхід футеровки в практичних умовах складе:

доломіту 1,5-2,0%, магнезиту 0,07-0,2% від маси метало шихти.

Приймаємо розхід доломіту рівним 1,7кг, магнезиту 0,1 кг на 100 кг метало шихти.

Розхід вапна позначаємо через х. кількість СаО у шлаку, поступаючи з матеріалів, складе, кг:

СаО

доломіт 1,7/100×53 =0,901

магнезит 0,1/100×1,5 =0,002

боксит 0,4/100×4,0 =0,016

вапно х/100×86,0 =0,86

-----------------------------------------------

усього 0,918+0,86х

SiО₂

Метало шихта 1,215

Боксит 0,4/100×10,0 =0,051

Доломіт 1,7/100×3,0 =0,051

Магнезит 0,1/100×4,5 =0,005

Вапно х/100×2,0 =0,02х

------------------------------------------------

Усього 1,311+0,02х

Al₂O₃

Боксит 0,4/100×54 =0,216

Доломіт 1,7/100×2,6 =0,0442

Магнезит 0,1/100×4,0 =0,004

Вапно х/100×2,0 =0,02x

------------------------------------------------------

Усього 0,2642+0,02х

MgО

Доломіт 1,7/100×36,0 =0,612

Магнезит 0,1/100×66,5 =0,067

Вапно х/100×3,0 =0,03х

-----------------------------------------------------

Усього 0,6785+0,03х

Fe₂O₃

Боксит 0,4/100×25,0 =0,1

Доломіт 1,7/100×2,0 =0,034

Магнезит 0,1/100×12.7 =0.0127

------------------------------------------------------

Усього 0.1467

Cr₂O₃

Магнезит 0,1/100×10,50 =0,0105

Замість СаО і SiО₂ підставимо їх значення і знайдемо розхід вапна:

0,918+0,86х = 2,6(1,311+0,02х)

0,918+0,86х = 3,4086+0,052х

0,918 - 3,4086 = 0,052х - 0,86х

-2,4906 = -0,808 х

Х = 2,4906/0,808

Х = 3,083

Металева шихта, вапно, боксит та футеровка вносить у шлак, кг:

Таблиця 5 – вміст шлаку

оксиди	Матеріали	Усього
Метало-шихта	Боксит	Доломіт	Магнезит	Вапно /х/
SiO2	1,215	0,040	0,051	0,005	0,062	1,373
CaO	-	0,016	0,901	0,002	2,551	3,570
MgO	-	-	0,612	0,067	0,092	0,771
Al2O3	-	0,216	0,044	0,004	0,062	0,326
S	0,012	-	-	-	-	0,012
MnO	1,089	-	-	-	-	1,089
P2O5	0,231	-	-	-	-	0,231
Fe2O3	-	0,100	0,034	0,013	-	0,147
Cг2О2	-	-	-	0,011	-	0,011
∑	2,547	0,372	1,642	0,102	2,867	7,530

Крім того у вапні міститься:

3,083/100×6,0= 0,185 кг СО₂

3,0,83100×1,0= 0,031 кг Н₂О

В опаленому доломіті:

1,7/100×3,4= 0,058 кг СО₂

У магнезиті:

0,1/100×0,3= 0,0003 кг СО₂

У бокситі:

0,4/100×7,0= 0,028 кг Н₂О

Маса шлаку без оксидів заліза складе, кг:

7,530-0,147=7,383

Приймає склад окислів заліза в шлаку16% FeO і 6% Fe₂O₃, тоді маса окислів без FeO і Fe₂O₃ буде складати 78%.

Маса шлаку равна, кг:

7,383/78×100=9,465

Робемо розрахунок для таблиці 6

% SiO₂ 1,373/ 9,465× 100 = 14,51%

%СаО 3,570 / 9,465×100 = 37,72%

% MgO 0,771 / 9,465× 100 =8,14%

% Al₂O₃ 0,326 / 9,465× 100 =3,44%

%S 0,012 / 9,465×100 =0,13%

% MnO 1,089/9,465× 100 =11,50%

% P₂O₅ 0,231 / 9,465× 100 =2,44%

% Cг₂F₂ 0,011 / 9,465× 100 =0,12%

% FeO =16,00%

% Fe₂O₃ = 6,00%

Усього 100%

Таблиця 6 – хімічний склад кінцевого шлаку, %

SiO2	СаО	MgO	Al2O3	S	MnO	P2O5	Cг2F2	FeO	Fe2O3	∑
14,51	37,72	8,14	3,44	0,13	11,5	2,44	0,12	16,00	6,00

Фактична основність шлаку

Тобто відповідає заданої (допускається відхилення на ± 0,05)

Маса окислів заліза у шлаку складе:

9,465-7,383=2,082 в том числі

FeO = 9,465/100×16 =1,514 кг

Fe₂O₃ = 2,082-1,514 =0,568 кг

Приймаємо, що 90% вноситься бокситом у футеровки Fe₂O₃ востановлюється до заліза, а 10% до FeO

Востановлення Fe₂O₃ до заліза дає, кг:

- кисень 0,147×0,9×48/100 =0,040

- залізо 0,147×0,9-0,04 =0,092

Востановлення Fe₂O₃ до FeO дає, кг:

- кисень 0,147×0,1×16/100 =0,001

- FeO 0,147×0,1-0,001 =0,014

Ця кількість FeO поступає у шлак.

В зразку окислення заліза виникає, кг:

FeO 1,514-0,014 =1,500

Fe₂O₃ 0,568

----------------------------------------------------

Усього 2,068

Окислюється заліза, кг:

1,500×56/72+ 0,568×112/160 =1,565

Визначаємо втрати заліза у виді корольків заліза, заплутавшихся у межах 4-6 % від маси металошихти, приймаємо 3 %

Вихід сталі дорівнюється, кг:

100+0,092-5,275-1,565-0,284 =92,968

Потреби кисню на окислення заліза, кг

2,068-1,565=0,503

Усього знадобиться кисню на окислення заліза та сумішей, кг

8,557+0,503-(0,040+0,001) = 9,019

Цей кисень поступає із фурм і атмосфери печі.

Кількість утворюючих газів, кг:

СО₂ 9,706+0,185+0,058 =9,949

Н₂О 0,031+0,028 =0,063

SO₂ 0,008

--------------------------------------------

Усього 10,016

Таблиця 7 – матеріальний баланс плавки

Матеріальний баланс плавки
Поступило, кг Чавун 65,00 Скрап 35,00 Вапно 3,083 Боксит 0,4 Доломіт 1,7 Магнезит 0,1 Кисень 9,019	Получено, кг Сталь 92,968 Корольків 0,284 Шлаку 9,465 Газів 10,016 Fe2O3 (дим) 1,571
Всього 114,302	114,304

Нев’язка (допустимо до 0,20%).

Додаток10

Завдання для розрахунку матеріального балансу в ДСА

№ варіанта	Доля чавуну	Состав чугуна, %	Доля скрапа	Состав скрапа, %
С	Мn	Si	S	P	С	Мn	Si	S	P
		3,95	1,3	0,74	0,036	0,16		0,2	0,40	0,23	0,029	0,025
		3,89	1,26	0,71	0,031	0,15		0,21	0,41	0,21	0,032	0,024
		3,87	1,33	0,72	0,032	0,16		0,22	0,42	0,21	0,031	0,025
		3,79	1,23	0,73	0,033			0,.23	0,43	0,21	0,031	0,023
		3.,97	1,23	0,74	0,034	0,16		0,.24	0,44	0,22	0,031	0,024
		3,86	1,32	0,75	0,035			0,20	0,45	0,23	0,025	0,025
		3,80	1,33	0,76	0,036	0,15		0,16	0,46	0,23	0,026	0,026
		3,91	1,25	0.77	0,037	0,16		0,18	0,47	0,22	0,027	0,027
		3,93	1,25	0,78	0,038	0,16		0,17	0,48	0,22	0,028	0,028
		4,00	1,29	0,79	0,039	0,15		0,16	0,49	0,19	0,029	0,029
		4,05	1,26	0,80	0,040	0,16		0,16	0,50	0,20	0,030	0,030
		4,10	1,25	0,81	0,041	0,16		0,19	0,51	0,21	0,031	0,031
		4,.05	1,23	0,82	0,042	0,16		0,19	0,52	0,22	0,032	0,032
		4,12	1,28	0,83	0.043	0,12		0,17	0,53	0,23	0,030	0,033
		4,11	1,22	0,84	0,044	0,14		0,16	0,44	0,24	0,031	0,034
		4,03	1.25	0,71	0,040	0,13		0,18	0,45	0,25	0.026	0,030
		4,01	1,30	0,72	0,033	0.14		0,16	0,45	0,26	0,031	0,025
		4,01	1,22	0,74	0,036	0,14		0,18	0,45	0,27	0,031	0,030
		4,00	1,30		0,036	0,15		0,18	0,45	0,22	0,031	0,025
		4,01	1,26	0,71	0,036	0,15		0,18	0,47	0,23	0,026	0,026
		4,0.5	1,31	0,71	0,034	0,14		0,15	0,45	0,21	0,025	0,025
		3,98	1.55	0,71	0,034	0,16		0,18	0,44	0,22	0,028	0,025
		4,00	1,33	0,75	0,035	0.16		0,17	0,44	0,22	0,026	0,025
		3,96	1,33	0,75	0,035	0.17		0,17	0,41	0,22	0.026	0,026
		4,01	1,25	0,75	0,036	0.17		0,18	0,41	0,22	0,028	0,025

Додаток 10а

Завдання для розрахунку матеріального балансу в ДСА