7 Материальный баланс стали ШХ15 2 страница

Печная атмосфера.

Общая масса кислорода, усвоенного из воздуха, кг. Объем кислорода в воздухе:

м³.

Количество сопутствующего азота находим из условия, что объемное содержание кислорода в воздухе равно 21%, тогда, м³.

Массовое содержание кислорода в воздухе 23%, тогда, кг.

Объем и масса воздуха:

м³;

кг.

Определим количество влаги, вносимой воздухом из следующих условий:

Влажность атмосферного воздуха

(6)

м³

Количество водяного пара в 1 м³ атмосферного воздуха r_в.пара=0,013 кг/м³.

Масса влаги m_вл=V_влаж.в×r_в.пара=132,865×0,013=1,727 кг.

Водяной пар реагирует с окисью углерода по реакции:

{H₂O}+{CO}={CO₂}+{H₂}

При этом образуется водород и углекислый газ в количестве:

кг;

кг.

Для этого необходима окись углерода в количестве:

кг.

Следовательно, железной рудой необходимо внести кислорода 290,792 – 36,617 = 254,175кг.

Для того, чтобы внести такое количество кислорода, необходимо израсходовать в период плавления железной руды

где 254,175– необходимо внести кислорода с железной рудой, кг;

27,7 – содержание кислорода в руде, %.

Руда, кроме кислорода, вносит железа

из них 39,822 кг остается в шлаке в виде FeO, следовательно, переходит в металл железа 571,663 – 39,822=531,841 кг.

Руда также вносит, кг:

Определение количества и состава газов в период плавления.

Таблица 7.10 – Количество и состав печного шлака до дефосфорации

В килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	åFeO	Cr2O3	Al2O3
Известь	2,880	211,200	0,000	2,592	0,000	1,920
Футеровка ванны	1,971	0,657	0,000	1,183	0,000	0,657
Футеровка стен и свода	1,170	0,360	0,000	1,863	1,800	0,720
Оксиды из металлич. ванны	115,971	0,000	46,498	59,906	2,425	3,808
Руда	48,174	0,918	0,000	39,822	0,000	37,622
Всего	170,166	213,135	46,498	105,366	4,225	44,727
Всего,%	27,647	34,629	7,555	17,119	0,686	7,267

Продолжение таблицы 7.10

Источник поступления	MgO	TiO2	P2O5	S	å
Известь	4,800	0,000	0,000	0,000	223,392
Футеровка ванны	6,110	1,314	0,000	0,000	11,892
Футеровка стен и свода	11,880	0,000	0,000	0,000	17,793
Оксиды из металлич. ванны	0,000	2,220	0,000	0,000	230,828
Руда	2,753	0,000	1,376	0,918	131,583
Всего	25,543	3,534	1,376	0,918	615,488
Всего,%	4,150	0,574	0,224	0,149	100,000

Таблица 7.15 – Баланс металла до дефосфорации

В килограммах

Элемент	Поступило с шихтой	Поступило с рудой	Перешло в шлак	Потери с газами	Содержится в металле	Содержится в металле, %
C	162,480	0,000	0,000	32,496	129,984	1,069
О	0,000	0,803	0,000	0,000	0,803	0,007
Si	54,120	0,000	54,120	0,000	0,000	0,000
Mn	64,320	0,000	36,019	9,005	19,296	0,159
P	6,792	0,000	0,000	0,000	6,792	0,056
S	4,440	0,000	0,000	0,000	4,440	0,037
Cr	17,280	0,000	1,659	0,415	15,206	0,125
Ni	10,860	0,000	0,000	0,217	10,643	0,088
Ti	1,332	0,000	1,332	0,000	0,000	0,000
W	4,440	0,000	0,000	0,000	4,440	0,037
Mo	2,220	0,000	0,000	0,000	2,220	0,018
V	1,560	0,000	0,000	0,000	1,560	0,013
Cu	19,800	0,000	0,000	0,000	19,800	0,163
Al	2,016	0,000	2,016	0,000	0,000	0,000
Fe	11648,340	531,841	46,593	186,373	11947,214	98,231
Всего	12000,000	532,644	141,739	228,506	12162,398	100,000

3) Окислительная дефосфорация при выплавке стали.

Рафинирование стали от фосфора обычно осуществляется путем его окисления и перевода образующегося оксида фосфора в шлаке:

[P]+2,5∙ (FeO)=(PO_2,5)+2,5∙Fe_(ж) (7)

По экспериментальным данным получено уравнение

(8)

При 1873 К: ;

Выразим состав шлака в мольных (X _RO) или в ионных (X _R) долях. Для этого предварительно вычислим число молей оксидов n_RO и число катионов n_R+ в 100 г шлака, что показано в таблице 1.13):

; ; ; ,

где (RO) - содержание оксида RO в шлаке (Таблица), %;

- молекулярная масса оксида RO;

- количество катионов R⁺ в молекуле RO.

Таблица 7.13 – Состав шлака дефосфорации

Состав шлака	CaO	SiO2	MnO	FeO	MgO	Al2O3	Cr2O3	TiO2	PO2,5
MRO										-
nRO	0,583	0,406	0,100	0,224	0,178	0,054	0,004	0,007	0,002	1,559
XRO	0,374	0,260	0,064	0,144	0,114	0,034	0,003	0,004	0,001	1,000
nR+	0,583	0,811	0,100	0,224	0,178	0,108	0,009	0,007	0,002	2,023
XR+	0,288	0,401	0,050	0,111	0,088	0,053	0,004	0,003	0,001	1,000

По теории регулярных растворов В.А. Кожеурова найдем значения коэффициентов активности и :

(9)

(10)

Значение f_P определим по параметрам взаимодействия первого порядка при 1873 К:

После преобразования формулы 8 получим выражение для коэффициента распределения фосфора между металлом и шлаком:

, (11)

где - атомная масса фосфора.

По значению L_P определим конечную концентрацию фосфора в металле [P_K], %:

(12)

где - начальные концентрации фосфора в металле и шлаке соответственно, %;

и - молекулярные массы P и P₂O₅ соответственно;

- кратность шлака, %;

m_ш и m_м – массы шлака и металла, кг.

Определяем количество окислившегося фосфора по пропорции:

где х – искомая величина, кг;

12162,398-х – масса металла с учетом окисления фосфора, кг;

6,792-х – масса фосфора в металле с учетом окисления фосфора, кг.

При этом образуется P₂O₅-

На окисление фосфора потребуется кислорода 6,016 кг

Таблица 7.16 – Баланс металла после дефосфорации

В килограммах

Элемент	Поступило с шихтой	Дефосфорация	Содержится в металле	Содержится в металле, %
C	129,984	0,000	129,984	1,069
О	0,803	0,000	0,803	0,007
Si	0,000	0,000	0,000	0,000
Mn	19,296	0,000	19,296	0,159
P	6,792	4,662	2,130	0,018
S	4,440	0,000	4,440	0,037
Cr	15,206	0,000	15,206	0,125
Ni	10,643	0,000	10,643	0,088
Ti	0,000	0,000	0,000	0,000
W	4,440	0,000	4,440	0,037
Mo	2,220	0,000	2,220	0,018
V	1,560	0,000	1,560	0,013
Cu	19,800	0,000	19,800	0,163
Al	0,000	0,000	0,000	0,000
Fe	11947,214	0,000	11947,214	98,268
Всего	12162,398	4,662	12157,736	100,000

Таблица 7.17 – Количество и состав печного шлака после дефосфорации

В килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	åFeO	Cr2O3	Al2O3
Шлак в ванне	170,166	213,135	46,498	105,366	4,225	44,727
Десульфурация	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Всего	170,166	213,135	46,498	105,366	4,225	44,727
Всего,%	27,176	34,038	7,426	16,827	0,675	7,143

Продолжение таблицы 1.10

Источник поступления	MgO	TiO2	P2O5	S	å
Шлак в ванне	25,543	3,534	1,376	0,918	615,488
Десульфурация	0,000	0,000	10,678	0,000	10,678
Всего	25,543	3,534	12,054	0,918	626,166
Всего,%	4,079	0,564	1,925	0,147	100,000

Суммарный материальный баланс периода плавления

Израсходовано, кг	Получено, кг
а) Шихты – 12000 из них 1) А2 - 2040 2) А3 – 2400 3) чугун – 3360 4) А4 - 4200 б) Шлакообразующих –1157,597 из них 1) известь – 240,0 2) руда – 917,597 в) Футеровка ДСП – 83,70 из них 1) магнезита – 65,7 2) магнезитохромита – 18 г) электродов – 54 д) воздух – 160,931 в том числе: 1) кислород –36,617 2) азота – 122,587 3) влаги – 17,27	а) Металла –12157,736 б) Шлака – 626,166 в) Пыли – 252,070 в том числе 1) MnO – 11,624 2) Сr2O3 – 0,606 3) Ni – 0,217 4) FeO –239,623 г) Газов – 362,87 в том числе 1) CO – 160,455 2) CO2 –79,828 3) азота – 122,587
Всего – 13456,228	Всего – 13454,025

Невязка –13456,228–13454,025=2,203 кг или %

Полученная невязка находится в допустимых пределах.

3 Окислительный период

Окисление элементов и шлакообразование.

Общий угар металла и отдельных легирующих элементов в период продувки кислородом определяем по данным балансовых плавок и на основе производственного опыта. Составляем таблицу угаров для марки ШХ15 в окислительный период для всех элементов.

Таблица 3.1 – Угар элементов при выплавке стали в ДСП в окислительный период

В процентах

Угар	C	Si	Mn	Cr	Ti	Al	Fe
Общий	DС	100,0	68,0	16,0	100,0	100,0	1,5
В шлак		100,0	80,0	95,0	100,0	100,0	30,0
В улёт	100,0		20,0	5,0			70,0

Окисление элементов и ожидаемый химический состав металла по расплавлению шихты представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Химический состав металла в конце окислительного периода

В килограммах

Элемент	Исходное содержание	Угар элемента	Масса элемента в расплаве	Содержание элемента в расплаве, %
C*	129,984	10,932	119,052	0,996
О	0,803	0,000	0,803	0,007
Si	0,000	0,000	0,000	0,000
Mn	19,296	13,121	6,175	0,052
P	2,130	0,000	2,130	0,018
S	4,440	0,000	4,440	0,037
Cr	15,206	2,433	12,773	0,107
Ni	10,643	0,000	10,643	0,089
Ti	0,000	0,000	0,000	0,000
W	4,440	0,000	4,440	0,037
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	0,166
Al	0,000	0,000	0,000	0,000
Fe	11947,214	179,208	11768,006	98,460
Всего	12157,736	205,695	11952,042	100,000

* Для гарантированного получения заданного состава стали необходимо получить в конце обезуглероживания содержание углерода в металле 0,99%. Тогда массу окислившегося углерода определяем из пропорции:

,

где - искомая величина, кг;

- масса углерода с учетом его окисления, кг;

- масса металла с учетом угара углерода, кг.

=10,932 кг

Углерод. При окислении углерода, образуется оксида углерода СО:

кг.

Потребуется кислорода 24,401 кг.

Кремний. Кремния окислилось 100%.

Марганец. В окислительный период теряется 68% марганца. Из них – 20% с газами, а 80% переходит в шлак. Образуется MnO: кг.

Испарится MnO: кг, из них: кг (Mn).

Перейдет MnO в шлак: 16,938–3,388=13,55 кг, из них Mn: 13,121–2,624=10,497 кг.

Потребуется кислорода для окисления всего марганца 3,817 кг.

Фосфор. Принимаем, что фосфор во время продувки не удаляется.

Сера. Принимаем, что сера во время продувки не удаляется.

Хром. Образуется оксида хрома Cr₂O₃: кг.

Испарится Cr₂O₃: кг, из них Cr: кг.

Перейдет в шлак Cr₂O₃: 3,556–0,178=3,378 кг, из них Cr: 2,433–0,122=2,311 кг.

Потребуется кислорода для окисления всего хрома 1,123 кг.

Никель. Принимаем, что никель из металла во время продувки не удаляется.

Титан. Титана окислилось 100%.

Вольфрам. Принимаем, что вольфрам из металла во время продувки не удаляется.

Молибден, медь, ванадий. Принимаем, что в окислительный период эти элементы из металла не удаляются. Допустим, что ванадий не окисляется по причине небольшого присутствия в металле.

Алюминий. Алюминия окислилось 100%.

Железо. Образуется оксидов железа в пересчете на FeO: кг.

Дата добавления: 2015-08-29