Расчет технологических параметров периода нагрева лома

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по учебной дисциплине:
"Современные технологии сталеплавильного производства"

Выполнил: ст.гр. МЧМ-09
Рыбак П.А.

Руководитель: доцент, к.т.н.
Ганзер Л.А.

г. Новокузнецк
2012

ЗАДАНИЕ

1. Разработать технологию выплавки стали марки 08Ю в конвертере садкой 350 т, при верхней кислородной продувке с интенсивностью 3,0 м³/т·мин, принять долю чугуна в металлозавалке 80%.

2. Предусмотреть в процессе плавки использование угля ССО. Расход угля 0,6%.

3. Состав чугуна, %: Si - 0,68; Mn - 0,41; S - 0,013; P - 0,086.

4. Известь: CaO - 89,6%; ППП - 9,2%; РСМ - 1:14 мин; РСГ - 80 гр;

5. Расход ФОМИ - 1,4%.

6. Расход электродного боя - 0,3%.

В соответствии с требованиями, утвержденными на заседании кафедры, курсовой проект, представленный к защите в комиссии, должен содержать следующие разделы:

1. Расчет материального баланса плавки;

2. Расчет теплового баланса;

3. Разработка технологии конвертерной плавки с пересчетом расходных коэффициентов, полученных в пункте 1, на садку конвертера;

4. Расчет основных размеров конвертера;

5. Расчет сопла Лаваля, выбор и проектирование кислородной фурмы;

6. Выбор и обоснование типа и конструкции футеровки, способов "горячих" ремонтов;

7. Выбор и обоснование системы газоотчистки;

8. Графическая часть проекта (1 лист - 3 проекции агрегата, 2 лист - разрез по футеровки и головке кислородной фурмы).

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Исходные данные

Расчет материального баланса производится на 100 кг металлической завалки (чугун + скрап). Доля чугуна 80%.

Химический состав чугуна, скрапа, металла перед раскислением и готовой стали, приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав исходных материалов и продуктов

Наименование материала	Содержание элементов, %
C	Mn	Si	P	S
Жидкий чугун	4,5	0,41	0,68	0,19	0,020
Стальной скрап	0,25	0,60	0,16	0,28	0,033
Металл перед раскислением	0,10	0,15	следы	0,010	0,020
Готовая сталь 08Ю	до 0,07	0,25 - 0,45	0,15 - 0,30	до 0,025	до 0,030

Температура чугуна при заливке в конвертер принята равной t_чуг = 1380 °С. Температура металла в конце продувки принимается равной = 1641 °С.

На основе практических данных принимаем расход материалов и потери металла (в процентах от веса металлической завалки) значения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Расход материала и потери металла

Наименование	Условные обозначения	Расход 100 кг металлозавалки, кг (%)
1. ФОМИ	М_фоми	1,4
2. Электродный бой	М_{эл. бой}	0,3
3. Футеровка	М_ф.	0,1
4. Потери железа в виде пыли	М_пыли	0,60
5. Потери железа в виде корольков	М_кор.	0,30
6. Потери железа с выбросами и выдувкой	М_выбр.	1,0
7. Расход миксерного шлака	М_м.шл.	0,50
8. Загрязнения вносимые стальным скрапом	М_загр.	0,40
9. Потери металла в ковше при разливке	М_разл.	1,5
10. Расход угля ССО	q_уголь	0,6

Примерный химический состав неметаллической части шихты, футеровки конвертера и других материалов приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Состав исходных материалов

Наименование материала	Содержание компонентов, %
CaO	SiO₂	MgO	Fe₂O₃	FeO	Al₂O₃	CaF₂	MnO	P₂O₅	CO₂	H₂O	S
Известь	89,6	1,25	2,02	1,13		0,71				4,3		0,018
ФОМИ
Электродный бой						15,1	34,4			50,42		0,08
Футеровка	5,8		88,7	1,25		1,25
Миксерный шлак	7,5	54,5	3,3		18,7	10,6			0,2			0,2
Загрязнение стального скрапа						24,0
Зола угля	2,4	69,4	0,5	5,7		22,0

Расчет технологических параметров периода нагрева лома

Соотношение между жидким чугуном и стальным скрапом в металлической завалке выбирается с учетом состава и температуры заливаемого чугуна, а также требуемых показателей процесса окончания плавки.

В зависимости от условий работы, количество лома в шихте обычно составляет 20-30% от веса металлической завалки и обеспечивается предварительный нагрев лома. Нагрев лома осуществляется в конвертере за счет сжигания топлива (угля) в потоке кислорода.

Расчет расхода угля выполняется с целью обеспечения замкнутого теплового баланса плавки.

Расчет выполняется в несколько этапов ().

С учетом теплотворной способности, химического состава угля (см. таблицу 4), их расходами на предыдущей плавке и коэффициента усвоения тепла от топлива, определяется тепловой эффект предварительного нагрева лома.

Таблица 4 - Химический состав теплоносителей, %

Хим. состав угля	Содержание элементов
C^P	H^P	S^P	O^P	N^P	W^P	A^P
Уголь	81,1	4,0	0,3	4,5	2,0

В данном расчете расход угля принят равным 0,6 кг на 100 кг металлической завалки.

Q_нагр = Q_уголь;

Q_уголь= _(уголь) · M_уголь · К₁;

где K₁ - коэффициент усвоения тепла угля, %;

_(уголь) = 28680 кДж/кг;

К₁ = 35%;

Q_нагр = 28680 ∙ 0,6 ∙ 35 / 100 = 6022,8 кДж/100 кг.

Затем определяется температура лома после нагрева по формуле:

= Q_нагр / (М_л · С_л) + t_л,

где С_л - темплоемкость твердого лома, равная кДж/кг·град;

Мл - количество лома, кг;

- температура лома после нагрева, °С;

t_л - температура лома до нагрева, °C (принимаем равной 0 °C);

= 6022, 8 / (20 · 0,7) = 430,2 °C

Избыточное тепло чугуна Q_изб рассчитывается на 100 кг чугуна. Во время продувки выгорит следующее количество основных примесей чугуна:

Q_изб = 10³ · [(8,35 - 0,1 · B) · Si + 1,6 · Mn + 3,8 · C + 2 + 0,0195 · t_чуг] –

– [(0,44 + 0,64 · B) · Si + 0,17 · Mn + 0,785 · C + 20,4] · t_м

где Si, Mn, C - окислившееся их количество, % от веса чугуна;

B - основность шлака (CaO / SiO₂ = 3,0);

C = 4,45%; Mn = 0,31 %; Si = 0,68;

t_чуг - температура заливаемого чугуна, °С;

t_м - температура металла на выпуске, °С;

Q_изб = 10³ · [(8,35 - 0,1 · 3) · 0,68 + 1,6 · 0,31 + 3,8 · 4,45 + 2 + 0,0195 · 1380] –

– [(0,44 + 0,64 · 3) · 0,68 + 0,17 · 0,31 + 0,785 · 4,45 + 20,4] · 1641 =

= 43058,199 кДж / 100 кг чугуна.

Далее рассчитывается величина охлаждающего эффекта лома, которая, в зависимости от температуры его нагрева будет иметь разную величину:

где - теплоемкость лома, равная 0,7 кДж / кг · град;

- температура плавления лома, °С (принимается равной температуре плавления выплавляемой стали);

- температура лома после нагрева;

- скрытая теплота плавления лома, равная 284,9 кДж / кг;

- температура металла в конце продувки, °C;

- теплоемкость расплавленного лома, равная 0,84 кДж / кг · град;

q_л = 0,7 · (1535 - 430,2) + 284,9 + (1641 - 1535) · 0,84 = 1147,3 кДж / кг.

При этом, расчетный расход лома составит:

где q_л - охлаждающий эффект лома, кДж / кг;

Получив значение величины , определяется разность между фактическим расходом лома и расчетным:

∆G = – .

После этого, как рассчитано необходимое количество угля на плавку, определяется количество кислорода на нагрев (таблица 5), а также состав и объем отходящих газов этого периода (таблица 6). Основываясь на практических данных работы конвертеров, принимаем, что углерод угля сгорает с образованием 40% CO и 60% CO₂. Также необходимо учитывать кислород для сжигания находящегося в угле водорода (окисление происходит по реакции 2H₂ + O₂ = 2H₂O).

Таблица 5 - Количество кислорода и образовавшихся оксидов

Элемент	Количество окислившегося элемента, кг	Потребное количество кислорода, кг	Количество образовавшегося окисла, кг
Уголь	81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 0,5 = 0,146	0,146 · 32 / 12 = 0,389	0,535
С - {CO₂}
C - {CO}	81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 0,5 = 0,097	0,097 · 16 / 12 = 0,130	0,227
H₂ - {H₂O}	4,0 ·,6 / 100 = 0,024	0,024 · 32 / 4 = 0,192	0,216
Итого:	0,267	0,711 - 4,5 · 0,6 / 100 = 0,684^*	0,978
^* - вычитаем кислород топлива, где 4,5 - кислород угля;

Таблица 6 - Количество и состав газов

Уголь
CO₂	(81,1 · 0,6 / 100 · 0,6 · 44) / 12 · 0,5 = 0,535
CO	(81,1 · 0,6 / 100 · 0,4 · 28) / 12 · 0,5 = 0,227
N₂	(0,6 · 2) / 100 = 0,012
H₂O (от H)	(4 · 0,6) / 100 · 18 / 2 = 0,216
H₂O	7,0 · 0,6 / 100 = 0,042
O₂	0,684 - 0,65 = 0,034^*
Итого:	1,07 кг
^* - не усвоенный ванной кислород;

Учитывая тот факт, что операция нагрева ограничена по времени (5 - 7 минут), в данном расчете принято, что в процессе нагрева сгорают летучие компоненты топлива, а также 40 - 70% углерода. Перед заливкой чугуна в конвертере остается не окислившийся углерод топлива и зола. Количество не окислившегося углерода может быть принято 50%.

С учетом усвоения кислорода ванной, равной 95%, чистоты технического кислорода 99,6%, а также количества азота, поступившего в металл с кислородом, определяется его количество на прогрев:

0,684 · 95 / 100 = 0,65 кг или 0,65 · 22,4 / 32 = 0,455 м³;

0,455 / 99,6 · 100 = 0,457 м³.

Вместе с кислородом поступит азота:

0,457 - 0,455 = 0,002 м³ или 0,003 кг.

Всего технического кислорода на прогрев требуется:

0,65 + 0,003 = 0,654 кг.

В процессе продувки образуются газы: CO₂, CO, N₂, H₂O от водорода топлива, H₂O, неусвоенный O₂.

В итоге за период нагрева выделится 1,07 кг газов.

Рассчитанные количества угля, кислорода и газов входят в итоговую таблицу материального баланса.