7 Материальный баланс стали ШХ15 1 страница

7 Материальный баланс стали ШХ15

7.1 Расчет шихты

Таблица 7.1 – Химический состав отходов в завалке

В процентах

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni
А2	0,200	0,200	0,300	0,030	0,030	0,200	0,150
А3	0,300	0,300	0,50	0,030	0,030	0,200	0,150
чугун	4,000	0,900	1,000	0,100	0,030	0,000	0,000
А4	0,400	0,300	0,300	0,050	0,050	0,200	0,100

Продолжение таблицы 7.1

	Ti	Al	W	Mo	V	Cu	Fe
А2	0,030	0,040	0,100	0,050	0,020	0,200	98,500
А3	0,030	0,050	0,100	0,050	0,020	0,200	98,040
чугун	0,000	0,000	0,000	0,000	0,020	0,200	93,750
А4	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,100	98,500

Таблица 7.2 – Содержание компонентов в шихте

В килограммах

Группа отходов	Масса, кг	C	Si	Mn	P	S	Cr
А2		4,080	4,080	6,120	0,612	0,612	4,080
А3		7,200	7,200	12,000	0,720	0,720	4,800
чугун		134,400	30,240	33,600	3,360	1,008	0,000
А4		16,800	12,600	12,600	2,100	2,100	8,400
ИТОГО кг		162,480	54,120	64,320	6,792	4,440	17,280
ИТОГО %		1,354	0,451	0,536	0,057	0,037	0,144

Продолжение таблицы 7.2

Группа отходов	Ni	Ti	Al	W	Mo	V	Cu	Fe
А2	3,060	0,612	0,816	2,040	1,020	0,408	4,080	2008,380
А3	3,600	0,720	1,200	2,400	1,200	0,480	4,800	2352,960
чугун	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,672	6,720	3150,000
А4	4,200	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	4,200	4137,000
ИТОГО кг	10,860	1,332	2,016	4,440	2,220	1,560	19,800	11648,340

Таблица 7.3 – Состав шлакообразующих и огнеупорных материалов

В процентах

Материал	CaO	SiO2	MgO	Cr2O3	Al2O3	Fe2O3	CaF2	TiO2	P2O5	Потери при прокаливании
Известь	88,0	1,2	2,0	-	0,8	1,2	-	-	-	7,0
Магнезитохромитовый порошок					-		-	-	-	-
Плавико- вый шпат	0,5	3,6	-	-	0,2	1,5		-	-	0,2
Электрод	0,118	0,565	-	-	0,317	-	-	-	-	[C]=99
Магнезитовый порошок		4,5		-	-	2,5	-	-	-	-
Шамотный бой	1,5			-		3,5	-		-	-

Таблица 7.4 – Химический состав легирующих и раскислителей

В процентах

Материал	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	V	Al	Ti
А7	-	0,15	-	-	-	-	-	0,05	-	99,7	0,04
ФС-45	0,2		0,6	0,05	0,02	0,5	-	-	-		-
ФХ002А	0,02	1,5	-	0,02	0,02		-	-	-	0,2	-

7.2 Период плавления

1) Расчёт поступающих в шлак и атмосферу печи продуктов окисления металлического расплава производим на основании данных по угару элементов и составляем таблицу угаров для данной марки в период плавления для всех элементов.

Таблица 7.5 - Угары элементов при выплавке стали в ДСП в период плавления

В процентах

Угар	C	Si	Mn	DP	S	Cr	Ni	Ti	W	Al	Mo	Cu	V	Fe
Общий	20,0	100,0	70,0			12,0	2,0	100,0		100,0				2,0
В шлак		100,0	80,0			80,0		100,0		100,0				20,0
В улёт	100,0		20,0			20,0	100,0							80,0

Окисление элементов и ожидаемый химический состав металла по расплавлению шихты представлен в таблице 3.6.

Расчёт величин, приведённых в таблице, на примере углерода.

Исходное содержание -1354 кг (таблица 3.2);

Угар элемента -

где 1624 - исходное содержание, 20 - общий угар элемента;

Масса элемента в расплаве –162,40-32,496=129,984 кг;

Содержание элемента в расплаве -

где 1299,84- масса элемента в расплаве, кг;

116297,544- суммарная масса расплава, кг.

Таблица 7.6 - Химический состав металла по расплавлению шихты

В килограммах

Элемент	Исходное содержание	Угар элемента	Масса элемента в расплаве	Содержание элемента в расплаве, %
C	162,480	32,496	129,984	1,118
Si	54,120	54,120	0,000	0,000
Mn	64,320	45,024	19,296	0,166
P	6,792	0,000	6,792	0,058
S	4,440	0,000	4,440	0,038
Cr	17,280	2,074	15,206	0,131
Ni	10,860	0,217	10,643	0,092
Ti	1,332	1,332	0,000	0,000
W	4,440	0,000	4,440	0,038
Mo	2,220	0,000	2,220	0,019
V	1,560	0,000	1,560	0,013
Cu	19,800	0,000	19,800	0,170
Al	2,016	2,016	0,000	0,000
Fe	11648,340	232,967	11415,373	98,157
Всего	12000,000	370,246	11629,754	100,000

Расчёт количества образующегося оксида , кг, определяем по формуле:

, (1)

где - масса окисляющегося элемента i, кг;

, - стехиометрические коэффициенты элемента i и оксида соответственно;

, - молекулярные массы элементаi и оксида соответственно.

Расчет количества кислорода, кг, необходимого для окисления элементов, определяем по формуле:

(2)

Углерод. Окисление углерода происходит по реакции [С]+1/2{O₂}={CO}.

Образуется СО: кг.

Потребуется кислорода на окисление углерода: 43,328кг.

Кремний. При окислении кремния по реакции [Si]+2[O]®(SiO₂) образуется кремнезема: кг.

Потребуется кислорода на окисление кремния 61,851 кг.

Марганец. Окисление марганца происходит по реакции: [Mn]+1/2{O₂}=(MnO). Образуется оксида марганца: , из них 20% теряется с газами, а 80% переходит в шлак.

С газами теряется: кг (MnO).

Из них: кг (Mn).

В шлак переходит: кг (MnO).

Из них: кг (Mn).

Потребуется кислорода для окисления всего марганца 13,098 кг.

Сера. Допустим, что в период плавления она из шихты не удаляется.

Хром. Окисление хрома происходит по реакции: 2[Cr]+2/3{O₂}=(Cr₂O₃). Образуется оксида хрома Cr₂O₃ . Уносится печными газами кг (Cr₂O₃), из них - (Cr). Переходит в шлак кг (Cr₂O₃), из них - кг (Cr).

Потребуется кислорода для окисления всего хрома 0,957 кг.

Никель. Считаем, что в период плавления в зоне электрических дуг испаряется 2% никеля, имевшегося в шихте. Испарившийся никель уносится печными газами в количестве 0,217 кг.

Титан. Оксид титана полностью переходит в шлак. Образуется TiO₂: кг. Потребуется кислорода для окисления титана 0,888 кг.

Алюминий. При окислении алюминия образуется глинозема кг. Потребуется кислорода для окисления алюминия 1,792 кг.

Молибден, медь, ванадий, вольфрам. Принимаем, что в период плавления эти элементы из шихты не удаляются. Допустим, что ванадий не окислятся по причине небольшого его присутствия в шихте.

Железо. Считаем, что в период плавления 80% окислившегося железа теряется с газами, а 20% переходит в шлак. Образуется, оксидов железа в пересчете на FeO кг, по реакции [Fe]+1/2{O₂}=(FeO). Уносится печными газами кг (FeO), из них кг (Fe). Переходит в шлак кг (FeO), из них кг (Fe).

Потребуется кислорода для окисления всего железа 66,562 кг.

Металл. В конце предварительной продувки периода плавления в печи остается следующее количество металла (с учетом угаров элементов): 11629,754 кг, содержание углерода в металле составит 1,118%.

Содержание кислорода в металле определяем по формуле:

(3)

Содержание кислорода в металле %.

Определяем содержание кислорода в металле, которое пошло на насыщение металла, используя пропорцию:

,

где х – искомая величина, кг;

11629,75

4+х – масса металла с учетом содержания кислорода, кг;

0,0069 – содержание кислорода в металле, %.

х=8,025 кг

Таблица 7.7 – Состав металла периода плавления.

В килограммах

Элемент	Поступило с шихтой	Перешло в шлак	Потери с газами	Содержится в металле	Содержится в металле,%
C	162,480	0,00	32,50	129,984	1,118
Si	54,120	54,12	0,00	0,000	0,000
Mn	64,320	36,02	9,00	19,296	0,166
P	6,792	0,00	0,00	6,792	0,058
S	4,440	0,00	0,00	4,440	0,038
Cr	17,280	1,66	0,41	15,206	0,131
Ni	10,860	0,00	0,22	10,643	0,092
Ti	1,332	1,33	0,00	0,000	0,000
W	4,440	0,00	0,00	4,440	0,038
Mo	2,220	0,00	0,00	2,220	0,019
V	1,560	0,00	0,00	1,560	0,013
Cu	19,800	0,00	0,00	19,800	0,170
Al	2,016	2,02	0,00	0,000	0,000
Fe	11648,340	46,59	186,37	11415,373	98,157
Всего	12000,000	141,74	228,51	11629,754	100,000

2) Шлакообразование.

Шлак периода плавления образуется из извести, окатышей, составляющих разрушающейся футеровки ванны, свода и стен, оксидов, полученных при окислении компонентов металлической шихты.

а) Расчет компонентов, вносимых известью в шлак, кг:

В данном расчете ведем пересчет на FeO по формуле:

, (5)

где и - массы FeO и Fe₂O₃ соответственно, кг;

и - молекулярная масса железа в Fe₂O₃ и FeO соответственно;

и - молекулярные массы FeO и Fe₂O₃ соответственно.

В пересчете на FeO .

Кроме того, выделится в атмосферу за счет потерь от прокаливания:

кг (CO₂).

б) Расчет составляющих, поступивших в шлак из футеровки ванны ДСП.

Примерный расход магнезитового порошка на заправку печи (при механизированной заправке) определяем по формуле, кг/т:

72×m₀^-0,294, (6)

где m₀ – масса садки печи, кг.

Расход магнезитового порошка равен: 72×12000^-0,294×12,0=66,94 кг.

Тогда магнезит внесет в шлак, кг:

, в пересчете на FeO

в) Расчет составляющих, поступивших в шлак из стенок и свода.

В сверхмощной печи применяются водоохлаждаемые стены и свод. В связи с этим расход магнезитохромитовой футеровки нижней части стен, центральной части и покрытия водоохлаждаемых панелей невелик. Примем суммарный расход магнезитохромитовых огнеупоров 1,5 кг/т стали, или 18 кг на всю садку. Тогда, разрушающаяся магнезитохромитовая футеровка внесет в шлак, кг:

, в пересчете на FeO

г) Поступлением в шлак золы электродов пренебрегаем в связи с низким содержанием золы в современных высококачественных графитовых электродах и их сравнительно не большим расходом (4…5кг/т стали). Принимаем, что за время плавления расходуется 4,5кг/т электродов, т.е. 54 кг. В электроде содержание углерода составляет 99%, тогда окисляется углерода:

кг.

Принимаем, что 70% углерода окисляется до {CO}, а 30% - до {CO₂}. Тогда образуется:

кг;

кг.

Количество кислорода, необходимого для окисления углерода составит:

кг;

кг.

Итого масса кислорода на окисление углерода равна 92,664 кг.

д) Расчет составляющих, поступивших в шлак из руды (окатышей).

Содержание FeO в шлаке, ориентировочно полагая, что шлак в печи в конце периода плавления должно быть 15,1%.

Определяем количество FeO в шлаке, ориентировочно полагая, что шлак в печи в конце периода составляет 5…7% от массы металла или

кг,

где 11629,754 – масса металла с учетом содержания кислорода, кг;

шлак составляет 6% от массы металла.

Определяем количество FeO в шлаке, учитывая, что содержание FeO в шлаке составляет ориентировочно 15,1 %

Это количество вносится известью, футеровкой, оксидами из металлической ванны и рудой. Известью, футеровкой и оксидами из металлической ванны в шлак внесено 2,592+1,183+1,863+59,906=65,544 кг FeO.

Тогда руда внесет 10,536 – 65,544= 39,822 кг FeO.

На образование такого количества FeO потребуется:

железа , кислорода 39,822 – 30,973=8,849 кг

ж) В период плавления в металл поступило 0,803 кг кислорода. Для определения необходимого кислорода, составляем баланс, кг:

- на окисление углерода – 43,328;

- на окисление кремния – 61,851;

- на окисление марганца – 13,098;

- на окисление хрома –0,957;

- на окисление титана –0,888;

- на окисление алюминия – 1,792;

- на окисление железа – 66,562;

- на образование FeO – 8,849;

- на насыщение металла –0, 803;

- на окисление электродов – 92,664.

Всего: 290,792.

Газообразный кислород окисляется по реакции:

y{O₂}+x[i]=(i_xO_y)

В данный период часть газообразного кислорода усваивается жидким металлом из печной атмосферы. А остальная часть поступает с железной рудой (окатышами). Скорость усвоения кислорода из воздуха на каждый квадратный метр площади печи на уровне откосов составляет величину порядка 10…30 кг/час. Если принять, что продолжительность периода составит 40 минут, то за это время усвоится кислорода кг.

Дата добавления: 2015-08-29