Практична робота № 2 « Розрахунок матеріального і теплового балансів конвертерної плавки марки 35ГСм».
Тема: Розрахунок шихти та матеріального балансу на задану марку сталі. Мета практичного заняття: 1. Закріплення теоретичного матеріалу модулю «Періоди плавки в конвертері» 2. Підготовка студентів до самостійної роботи по курсовому та дипломному проектуванню. Хід виконання практичної роботи. 1. Вивчити методику розрахунку шихти та матеріального балансу конвертерної плавки на задану марку сталі. 2. Виконати розрахунок шихти та матеріального балансу конвертерної плавки на задану марку сталі. Методика виконання розрахунку. Метою розрахунку шихти є визначення витрат металевих та неметалевих шихтових матеріалів, окислювачів та феросплавів. Розрахунок ведеться на 100 кг металевої шихти. Спочатку розрахунку повинно бути записано завдання на розрахунок шихти конвертерної плавки (садка п конвертера, хімсклад чавуну металевого брухту і готової сталі, відсоток чавуну і брухту у шихті. Розрахунок виконується за зразковими розрахунками шихти. Розрахунок шихти та матеріального балансу плавки. Вихідні данні: Склад вихідних матеріалів приймаємо з данних комбінату і межах ДОСТу і затверджених технічних умов комбінату. Витрати чавуну приймаємо рівним – 75 %, металевого брухту – 25 %. Таблиця 2.1. Хімічний склад металевої частини шихти, чавуну, сталі перед розкисленням та готової сталі марки 35ГСм, %
Таблиця 2.2. Хімічний склад неметалевих матеріалів, %
Розрахунок шихти плавки. Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти (чавун + металевий брухт). Таблиця 2.3. Визначаємо середній склад металевої шихти. %
Визначаємо скільки вилучається домішок з вани на 100 кг металу за весь період плавки, кг: С 3,063 – 0,28 * 0,9 = 2,811 Мп 0,575 – 0,25 * 0,9 = 0,350 Sі 0,700 Р 0,035 – 0,025 * 0,9 = 0,013 S 0,036 – 0,015 * 0,9 = 0,022 Fе (в дим) 1,500 Σ 5,396 де 0,9 вихід придатної сталі.
Витрати заліза випарюванням при продувці вани технічно чистим киснем приймаємо рівним 1,1 %. При цьому 10 % сірки вигорає до SО2, тобто окисляється: 0,036: 10 = 0,0036 приблизно 0,004 кг сірки. Витрати кисню на окислення домішок складає при окисленні 10 % вуглецю до СО2 і 90 % до СО.
Витрати кисню,кг:
С - СО2 0,281 * 32: 12 = 0,749 С - СО 2,530 * 16: 12 = 3,373 Sі - SіО2 0,700 * 32: 28 = 0,800 Мп - МпО 0,3500 * 16: 55 = 0,102 Р - Р2О5 0,013 * 80: 62 = 0,017 S - SO2 0,004 * 32: 32 = 0,004 Fе - Fе2О3 1,500 * 48: 112 = 0,643 (в дим) ∑ 5,688
Утворюється асса окислів, кг:
СО2 0,281 + 0,749 = 1,030 СО 2,530 + 3,373 = 5,903 SіО2 0,700 + 0,800 = 1,500 МпО 0,351 + 0,102 = 0,452 Р2О5 0,013 + 0,017 = 0,030 SO2 0,004 + 0,004 = 0,008 Fе2О3 1,500 + 0,643 = 2,143
Перехід сірки в шлак, кг: 0,022 – 0,004 = 0,018 При цьому звільняється кисню, кг: 0,018: 2 = 0,009 Витрати кисню складають, кг 5,688 – 0,009 = 5,679
Визначення витрат вапна. Витрати вапна визначаємо по балансу СаО /SіО2 у шлаку для отримання основності 3,5 (середня основність шлаку на плавку складає 3,0 – 3,6). Для формування шлаку приймаємо витрати плавікового шпату 0,5 кг. Витрати (винос футеровки в практичних умовах складає 0,2 – 0,4 % або 2 – 4 кг /т сталі. Приймаємо витрати смолодоломітової цегли 0,3 кг на 100 кг металошихти. Витрати вапна позначаємо через у кг. Кількість СаО у шлаку, що надходить з матеріалів складе, кг:
Футеровки 0,3 * 0,34 = 0,102 Плавікового шпату 0,5 * 0,06 = 0,03
Вапна 0,92 у 0,132+ 0,92 у
Кількість SіО2 в кінцевому шлаку яке надходить з матеріалів, складе, кг Металевої шихти 1,500 Футеровки 0,3 * 0,029 = 0,009 Плавікового шпату 0,5 * 0,04 = 0,024 Вапна 0,02 у 1,533+ 0,02 у
Замість СаО і SіО2 підставимо значення та визначаємо витрати вапна:
СаО 0,132 + 0,92 у _______________________ = 3,5 SіО2 1,533 + 0,02 у
(1,533 + 0,02у) * 3,5 = 0,132 + 0,92 у
5,234 = 0,85 у
Звідкіля у = 6,158
Таблиця 2,4, Металева шихта, вапно, марганцевий агломерат, футеровка вносять у шлак, кг:
Допускаємо, що у першому наближенні, вміст окислів заліза у шлаці при продувці ассау зверху киснем буде таким,як в мартенівському шлаку: 13 % FеО і 4 % Fe2O3. Тоді асса окислів шлаку без FeO і Fe2O3 складає 83 %, а асса шлаку без окислів заліза буде рівна, кг: 8,9495 – 0,099 = 8,8505 Маса шлаку,кг: 8,8505: 0,83 = 10,663 Маса окислів заліза у шлаку, кг: 10,663 – 8,8505 = 1,813 У тому числі 0,426 кг Fe 2O3 і 1,386 кг FeO. Таким чином склад шлаку буде:
Таблиця 2.5. Склад шлаку.
Фактична основність шлаку:
% СаО 54,35 ________ = ________ = 3,5 % SіО2 15,51
Тобто відповідає заданій (допустимі відхилення на _+ 0,05) Окислиться заліза,кг: до Fe 2O3 0,426 – 0,099 = 0,327 FeO 1,386
Поступить заліза з ассау в шлак,кг: 1,387 * 56: 72 + 0,327 * 112: 160 = 1,079+ 0,23 = 1,31
Вихід готової сталі дорівнює,кг: 100 – 5,396 – 0,5 – 1 – 1,31 = 91,794
5,396 – угар домішок,кг 0,5 – кількість заліза допустамого у шлак у вигляді корольків,кг. 1 – витрати заліза з викидами,кг. 1,31 – угар заліза на утворення окислів заліза у шлаку,кг.
Необхідно кисню на окислення заліза, кг.
(1,386 – 1,079) + (0,327 – 0,23) = 0,404 Усього необхідно кисню на окислення домішок, кг.
5,679 + 0,404 = 6,083 де 5,679 – витрати кисню. Необхідно технічного кисню при 95 % - ному засвоєнні.
6,083 * 22,44 ________________ = 4,512 32 * 0,995 * 0,95
де 99,5 технічний кисень вміщує кисню. На 1 т садки витрати технічного кисню складають – 45,12 м³ / т.
Кількість азоту: 4,512 * 0,005 = 0,023 м³ або 0,029 кг
Кількість незасвоеного кисню: (4,512 – 0,023) * 0,05 = 0,224 м³ або 0,320 кг.
Маса технічного кисню рівна,кг 6,083 + 0,029 + 0,320 = 6,432
Кількість та склад отриманих газів приведені у таблиці:
Таблиця 2.6. Склад та кількість газів.
Матеріальний баланс плавки до розкислення: Надійшло,кг Отримано.кг Чавуну 75 Сталі 91,794 Металевий брухт 25 Шлаку 10,663 Вапна 6,158 Корольків 0,5 Плавікового шпату 0,5 Викидів 1 Футеровки 0,300 газів 7,302 Технічного кисню 6,432 Fe 2O3 2,143 _________________________________ _________________________ 113,390 113,400
ассау: 113,390 – 113,400 __________________ * 100 = - 0,009 % 113,400
(допустимо до +_ 0,02 %)
РОЗРАХУНОК РОЗКИСЛЕННЯ СТАЛІ.
У сталі перед розкисленням міститься,кг. вуглецю - 0,26 сірки - 0,014 марганцю - 0,23 фосфору - 0,023
Концентрація розчиненого у металі кисню до кінця плавки перед розкисленням залежить від багатьох факторів: від вмісту вуглецю в металі, окислів заліза у шлаку, температури ассау. Звичайно концентрація кисню, розчиненого в металі до кінця плавки, яка знаходиться під шлаком з вмістом 16 – 20 % (FeO і Fe2O3) з основністю 3,5, при температурі ванни 1600 – 1650 ° С знаходимо по формулі Г.І. Ойкса: (% С) * (% О2) = (0,035 + 0,006 % С). Звідки:
% О2 = 0,0035 + 0,006 * % С = 0,0035 + 0,006 * 0,28 __________________ __________________ % С 0,28 = 0,0185 кг або
0,0185 * 0,91794 = 0,017 кг Розкислення сталі марки 35ГСм проводиться сілікомарганцем з розрахунку отримання в готовій сталі середьозаданого вмісту марганцю. Присадка феросплавів в ковш проводиться рівномірно після наповнення 1/5 ковша ассау та закінчується при наповнені ассау на 2/3 його висоти. При зливу ассау в ківш проходить вторинне окислення ассау. Загальний угар «Мп» - 20 %. Витрати SіМп на 100 кг металошихти визначаємо по формулі:
Р = Q * (а – b) * 1000 * 100 -------------------------------- С * (100 – а) кг, де Q – садка агрегату, а – середньо вказаний вміст елементу в готовій сталі,% в – надмірковий вміст елементу у сталі,% а – угар елемента – розкислювача у ковші, %
Р = 0,1 * (1,00 – 0,25) * 1000 * 100 ----------------------------------------------- 65 * (100 – 20) = 1,442 кг
Ця кількість SіМп вносить,кг С 1,442 * 0,015 = 0,022 Sі 1,442 * 0,050 = 0,072 Мп 1,442 * 0,650 = 0,937 Р 1,442 * 0,004 = 0,006 S 1,442 * 0,001 = 0,001 Fe 1,442 * 0,280 = 0,404 Σ 1,442
Приймаємо,що кремній окислюється повністю, вуглець на 50 %. На окислення домішок необхідно кисню,кг:
С – СО 0,011 * 16: 12 = 0,0147 Sі –SіО2 0,072 * 32: 28 = 0,0823 Мп – МпО 0,187 * 16: 55 = 0,0545 Σ 0,1515
Утворюється асса окислів, кг СО 0,011 + 0,0147 = 0,0257 SіО2 0,072 + 0,082 = 0,154 МпО 0,187 + 0,0545 = 0,2415
Переходить з розкислювачів в сталь, кг 1,442 – 0,011 – 0,072 – 0,187 = 1,172
Надійде кисню з атмосфери, кг 0,1515 – 0,017 = 0,1345
Вихід сталі після розкислення (без урахування витрат заліза із шлаками, що спускають), кг 91,794 + 1,172 – 0,017 = 92,95
Вихід шлаку, кг 10,663 + 0,154 + 0,2415 = 11,058
Матеріальний баланс після розкислення сталі: Надійшло, кг Отримано, кг Сталь до розкислення – 91,794 Сталі після розкислення - 92,95 Шлак до розкислення - 10,663 Шлак після розкислення - 11,058 SіМп - 1,442 СО - 0,026 Кисень з атмосфери - 0,135 104,034 104,034
Сталі після розкислення, кг
Таблиця 2.7. Сталі після розкислення.
Розрахунок теплового балансу плавки.
Прихід тепла.
1. Фізичне тепло рідкого чавуну, тобто, що надходить у конвертер при температурі 1320° С, ккал: Q 1 = (0,178 * 1200 + 52 + 0,2 (1320 – 1200) * 75 = 21720 де 0,178 – середня теплоємкість тверлого чавуну від 0°С до температури плавлення ккал / кг * град, 1200 – температура плавлення чавуна,°С 52 - скрита теплота плавлення тверлого чавуну, ккал / кг, 0,20 - середня теплоємкість рідкого чавуну, ккал / кг * град, 75 - кількість чавуну в металошихті,кг,
2.Тепло екзотермічних реакцій, ккал: С –СО2 8137 * 0,281 = 2286 С – СО 2498 * 2,530 = 6320 Мп – МпО 1758 * 0,350 = 615 Sі – SіО2 7423 *0,700 = 5196 Р – Р 2О3 5968 * 0,013 = 76 S – SO2 2216 * 0,004 = 9 Fe – Fe 2O3 1758 * 0,241 = 424 Fe – FeO 1150 * 1,151 = 1323 Fe – Fe 2O3 (в дим) 1758 * 1,500 = 2637 Q2 = 18886 де ассау – теплові ефекти, які відносяться ассауого елементу, ккал /кг. Множитель кількість окислених домішок чавуну, кг.
3.Тепло шлакоутворення, ккал При формуванні шлаку в ньому утворюється 2СаО * SіО22, 4 СаО * Р 2О5, 554 * 0,700 * 60: 28 = 831 1132 * 0,013 * 142: 62 = 34 Q3 = 865 У данному розрахунку ентальпія холодних матеріалів не враховується. Прихід тепла рівний Q пр = Q1 + Q2 + Q3 = 21720 + 18886 + 865 = 41471 ккал Витрати тепла:
1. Фізичне тепло сталі нагрітої до 1590° С, виносить тепла, ккал: Q1 = (0,167 * 1500 + 65 + 0,2 (1590 – 1500) * (91,794 + 1 + 0,5) =31113
де 0,167 – середня теплоємкість твердої сталі, ккал /кг *град. 1500 – температура плавлення ассау,° С 65 – скрита температура плавлення твердої сталі, ккал/ кг, 0,20 – середня теплоємкість рідкої сталі, ккал /кг * град, 91,794 – асса рідкої сталі,кг. 1,5 – корольки та викиди ассау,кг.
2. Фізичне тепло шлаку, тобто шлак виносить тепла, ккал, Q2 = 10,663 * (0,298 * 1610 + 50) = 5649
де 10,663 – асса шлаку, кг, 0,298 – теплоємкість шлаку, ккал /кг * град, 50 – скрита теплота плавлення шлаку, ккал / кг 1610° С – температура шлаку.
3. Витрати тепла приймаємо рівним 5% приходу, ккал; Q3 = 41471 * 0,05 = 2074
4.Частинки Fe 2О3 виносять тепла, ккал,
Q4 =(0,294 * 1450 + 50) * 2,143 = 1021
5.Гази виносять тепла при середній температурі 1450° С, ккал,
СО2 814 * 0,524 = 426 СО 506 * 4,722 = 2389 О2 528 * 0,224 = 118 N2 499 * 0,023 = 11 SO2 814 * 0,007 = 1 Q5 = 2945
де перший стовбчик чисел – тепловий вміст 1м³ газів при температурі 1450° С, ккал/м.
Витрати тепла рівні:
Q в = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 31113 + 5649 + 2074 + 1021 + 2945 = 42802 ккал
Недолік тепла рівний:
Qнед = Qвит – Qпр = 42802 – 41471 = 1331 ккал.
Таблиця 2.8. Тепловий баланс плавки.
Завдання для практичної роботи № 2
|
