Розрахунок шихти й матеріального балансу виробництва сталі 40ХМФА

Розрахункова частина

Розрахунок шихти й матеріального балансу виробництва сталі 40ХМФА

Відповідно до ТУ 14-1У-1960-94 хімічний склад сталі марки 40ХМФА повинен находитись в наступних межах.

Таблиця 1 - Хімічний склад сталі марки 40ХМФА

Марка сталі	С	Mn	Si	Cr	S	P	Ni	М0	V
40ХМФА	0,37-0,44	0,4-0,7	0,17-0,37	0,8-1,10	до 0,025	до 0,025	до 0,03	0,2-0,3	0.1-0.18

Приймаємо для розрахунку наступний хімічний склад сталі 40ХМФА.

Таблиця 2 – Прийнятий хімічний склад сталі 40ХМФА.

Марка сталі	С	Mn	Si	Cr	S	P	М0	V
40ХМФА	0,4	0,55	0,27	0,95	0,02	0,02	0.25	0.15

Хімічний склад металевої частини шихти й феросплавів для легування наведені у таблиці 3.

Таблиця 3 - Хімічний склад металевої частини шихти й феросплавів для легування.

Матеріал	Зміст в %
С	Mn	Si	Cr	Fe	S	P	Мо	V
Лом сталевий Б3	1,05	0,55	0,3	0,7	97,37	-	0,03	-	-
Лом вуглецевий	0,8	0,2	0,3	-	98,6	0,05	0,05	-	-
Чавун переробний	4,00	0,5	0,4	3,5	91,4	0,05	0,15	-	-
Феромарганець ФМн88	2,0	90,0	3,0	-	4,87	0,03	0,1	-	-
Ферованадій ФВд50У0,4	0,40	2,5	1,5	-	40,51	0,02	0,07	-
Феромолібден ФМо60	0,05	-	0,5	-	39,3	0,1	0,05		-
Феросиліцій ФС25	0,8	1,0		0,8	72,28	0,02	0,10	-	-
Ферохром ФХ800	8,0	-	2,0		24,92	0,05	0,03	-	-

Хімічний склад шлакоутворюючих, окислювачів і футерівки наведені в таблиці 4.

Таблиця 4 - Хімічний склад шлакоутворюючих, окислювачів і футерівки.

Матеріал	Зміст в %
SiО2	Al2O3	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	S	P2O5	H2O	CO2
Руда залізна	4,4	2,0	90.0	0.9	0,6	0,2	0.05	0.05	0,8	1.0
Вапно	2,0	0,3	0,6	-	92,05	0,65	0,05	-	0,8	3,6
Бій шамоту	62,0	35,0	2,0	-	0,7	0,3	-	-	-	-
Шпат плавиковий	3,1	0,2	0,8	-	0,4	-	0,2	-	Са F2 95,0	0,3
Периклаз	2,8	1,0	2,3	-	1,7	92,2	-	-	-	-
Периклазохромит	6,5	4,0	11,5	-	2,0	66,0	-	-	Cr2О3 10,0	-
Доломит	1,0	2,3	0,5	-	87,2	9,0	-	-	-	-

Визначаємо склад металевої частини шихти.

Приймаємо, що наприкінці періоду окислювання вміст вуглецю в металі буде на 0,1% нижче нижньої межі. При використанні кисню під час плавлення вигорає 20% вуглецю даного в завалку. Кількість вуглецю, що вигорить в процесі окислювального періоду становить 0,3-0,5%. Приймаємо ΔСк=0,447%.

Розрахунок ведемо на 100 кг металевої шихти.

Хімічний склад завалки приводиться в таблиці 5.

Таблиця 5 - Хімічний склад металевої завалки.

Матеріал	Зміст
Вноси-ться, кг	С	Mn	Si	Cr	Fe	S	P	Mo	V
Сталь 40ХМФА	39,9	0,16	0,219	0,108	0,379	38,859	0,008	0,008	0.10	0.06
Лом сталевий Б3	36,9	0,387	0,203	0,111	0,258	35,930	-	0,011	-	-
Чавун переробний	5,1	0,204	0,026	0,020	0,179	4,661	0,003	0,008	-	-
Лом вуглецевий	18,1	0,145	0,036	0,054	-	17,847	0,009	0,009
Разом, кг		0,896	0,484	0,293	0,816	97.297	0,020	0,036	0.10	0.06
Разом, %		0,90	0.48	0.29	0.82	97.30	0.02	0.04	0.1	0.06

Кількість елементів, що вигоріли у період розплавлювання.

З метою прискорення видалення домішок у піч перед завалкою додається вапно і залізна руда, з розрахунку 2% від ваги металу вапна й 1% руди. Під час розплавлювання окислиться наступна кількість елементів.

Таблиця 6 – Кількість елементів, що окислились під час розплавлювання.

Елемент	Ступінь окислювання	Окислюється, кг.	Залишається в металі
С	20%	0,896*0,2=0,179	0,896-0,179=0,717
Si	80%	0.293*0,8=0,234	0,293-0,234=0,059
Mn	50%	0,484*0,5=0,242	0,484-0,242=0,242
P	60%	0,036*0,6=0,022	0,036-0,022=0,014
Fe	2%	97.297*0,02=1,946	97.297-1,946=95,351
Cr	10 %	0.816*0.1=0.082	0.816-0.082=0.734
V	2 %	0.06*0.02=0.0012	0.06-0.02=0.059

Зміст моно оксиду заліза в металі визначаємо по формулі Явойського:

При =0,717%

або

Нижче наведений розрахунок кисню необхідного для окислення домішок у період розплавлювання.

Кількість кисню необхідного для окислення домішок у період розплавлювання наведено у таблиці 7.

Таблиця 7 - Кількість кисню необхідного для окислення домішок у період розплавлювання.

Елемент	Окислюється, кг	Реакція окислювання	Потрібно кисню в кг.
С	0,179	C+ O2=CO	0.179* =0.239
Si	0,234	Si+O2=SiO2	0.234* =0.267
Mn	0,242	Mn= O2=MnO	0.242* =0.070
P	0,022	2P+ O2=P2O5	0.022* =0.006
Fe	1,946*0,88	2Fe+ O2=Fe2O3	1,946*0,88* =0.734
Fe	1,946*0,12	Fe+ O2=FeO	1,946*0,12* =0.067
Cr	0.082	2Cr+3/2O2=Cr2O3	0.082* =0.035
V	0.0012	2V+3/2O2=V2O3	0.0012* =0.001
Разом	2.706		1,419

В розрахунку прийнято, що 12% заліза окислюється до FeO, а 88% - до Fe₂O₃, при чому 3% - Fe₂O₃ розчиняється в шлаку, а 85% випаровується в зоні електричних дуг.

Кількість моно оксиду заліза розчиненого в металі

кг

Для чого потрібно кисню

Витрачається заліза 0,049-0,011=0,038 кг

Загальна потреба в кисні складає 1,419+0,011=1,430 кг

Залізною рудою вноситься 0,9 кг Fe₂O₃ або

кг O₂ та 0,63 Fe

Необхідно внести в метал кисню:

1,419-0,27=1,149 кг

Кількість заліза до моменту розплавлювання складає

97.297-1,946-0,038+0,63=95,943 кг

Склад металу в першій пробі по розплавлюванню наведені в таблиці 8.

Таблиця 8 - Склад металу в першій пробі по розплавлюванню.

Одиниці виміру	Утримується	Усього
С	Si	Mn	S	Р	V	Cr	Fe	FeO
кг	0,717	0,059	0,242	0,02	0,014	0,059	0,734	95.943	0,049	97,837
%	0.73	0,06	0.25	0.02	0.01	0.06	0.75	98,07	0.05

Розрахунок шлаку періоду розплавлювання.

У розрахунку прийнята наступна витрата футерівки:

З периклазохромитової цегли надійшло 2 кг/т або 0,2 кг на 100 кг шихти.

Із цієї кількості в період розплавлювання переходить 50% або 0,200*0,5=0,100 кг

В період кипа 35% або 0,200*0,35=0,070 кг

В період рафінування 15% або 0,200*0,15=0,030 кг

Надійде в шлак з подини та стін

Витрати периклазового порошку і цегли складають 15 кг/т або 1,5 кг на 100 кг шихти.

З цієї кількості в період розплавлювання переходить 40% або 1,5*0,4=0,600 кг

В окислювальний період й період рафінування по 30% або 1,5*0,3=0,450 кг

В шлак в період плавлення надійде із:

Металу, кг SiO₂

V₂O₃

MnO

P₂O₅

Cr₂O₃

FeO

Fe₂O₃

У розрахунку прийнято що 10% силіціуму і 15% мангану окисляється й випаровується в зоні електричних дуг.

З вапна, кг СаО 2,0*0,92*0,95=1,748кг

MgO 2,0*0,0065=0,013 кг

SiO₂ 2,0*0,02=0,040 кг

Al₂O₃ 2,0*0,003=0,006 кг

Fe₂O₃ 2,0*0,006 =0,012 кг

Під і укоси, кг СаО 0,6*0,017=0,010 кг

MgO 0,6*0,922=0,553 кг

SiO₂ 0,6*0,028=0,017 кг

Al₂O₃ 0,6*0,01 =0,06 кг

Fe₂O₃ 0,6*0,023 =0,014 кг

З склепу: СаО 0,100*0,02=0,002 кг

MgO 0,100*0,66=0,066 кг

SiO₂ 0,100*0,065=0,0065 кг

Al₂O₃ 0,100*0,04=0,004 кг

Fe₂O₃ 0,100*0,115=0,015 кг

Cr₂O₃ 0,100*0,10=0,010 кг

Нижче наведена зведена таблиця шлаків періоду плавлення.

Таблиця 9 – Кількість і склад шлаку періоду розплавлювання.

Джерело надход ження	Усього
CaO	MgO	SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	V2O3	MnO	P2O5	Cr2O3	Усього
Метал	-	-	0,451	-	0,30	0,083	0,003	0,266	0,05	0,120	1,273
Вапно	1,748	0,013	0,04	0,006	-	0,012	-	-	-	-	1,819
Склеп	0,002	0,066	0,006	0,004	-	0,012	-	-	-	0,01	0,10
Під і відкоси	0,01	0,533	0,017	0,006	-	0,014	-	-	-	-	0,58
Залізна руда	0,006	0,002	0,044	0,02	-	-	-	0,009	0,001	-	0,082
Доломит	0,070	0,007	0,001	0,002	-	0,001	-	-	-	-	0,080
Разом, кг	1,836	0,621	0,559	0,038	0,30	0,122	0,003	0,275	0,051	0,130	3,935
Разом, %	46,66	15,78	14,21	0,97	7,62	3,10	0,08	6,99	1,30	3,30	100%

Шлак періоду розплавлювання скачується на 70% і починають окислювальний період плавки.

Окислювальний період плавки.

Склад металу в окислювальний період змінюється в такий спосіб.

Вуглець: для гарної дегазації окисляють 0,3%.

Приймаємо орієнтовним вагу металу наприкінці окислювального періоду 97,5 кг, а зміст вуглецю 0,70%.

Повинно бути вуглецю: кг

Вигорить вуглецю: 0,717-0,683=0,034 кг

Манган: до кінця окислювального періоду залишиться приблизно 0,2% мангану або кг

Окислитися: 0,242-0,195=0,047 кг

Силіціум: при продувці киснем силіціум окислитися до слідів, тобто окислитися 0,059 кг.

Фосфор: до кінця окислювального періоду в металі залишиться 0,01% або кг.

Окислитися 0,014-0,0098=0,0042 кг.

Вигар сірки становить 0,01%.

Хром: до кінця окислювального періоду в металі залишиться 0,01% або 0,0098кг

Окислиться: 0,734 – 0,0098=0,724кг

Ванадій: до кінця окислювального періоду в металі залишиться 0,01% або 0,0098кг

Окислиться: 0,734 – 0,0098=0,724кг

Розрахунок потрібної кількості кисню для окислювання домішок наведені у таблиці 10.

Таблиця 10 – Розрахунок потрібної кількості кисню для окислювання домішок.

Елемент	Окислюється, кг	Реакція	Потрібно кисню
С	0,034	C+ O2=CO	0,034* =0,045
Si	0,059	Si+O2=SiO2	0,059 * =0.067
Mn	0,047	Mn= O2=MnO	0,047* =0.014
P	0,0042	2P+ O2=P2O5	0,0042* =0.005
S	0.01	S+O2=SO2	0.01* =0,01
Cr
V
Разом

Дата добавления: 2015-08-27