Розрахунок плавки сталі в основній мартенівській печі

 

Мета роботи: вивчити технологічні варіанти мартенівського процесу, шихтові матеріали, основні періоди плавки; виконати розрахунки основних технологічних параметрів плавки.

1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

1.1. Основні показники мартенівської печі:

- продуктивність: річна (для великих мартенівських печей перевищує 0,5 млн. т сталі в рік); годинна і об'єм сталі з 1 м² площі поду на добу (зазвичай, становить 12¸13 т/м²);)

- витрата палива.

1.2. Шихтові матеріали мартенівського переділу

Шихта мартенівської печі поділяється на 2 частині:

металеву:

- чавун застосовується в рідкому вигляді, або у вигляді чушок (в твердому стані), практично вміст хімічних елементів у переробних чавунах, % мас.: 3,9¸4,3 С; 0,5¸1,0 Si; 0,4¸1,7 Mn; 0,03¸0,06 S; 0,05¸0,15 Р (ГОСТ 807-70) і залежить від змісту Mn (підвищує вміст вуглецю), Si і Р (знижує вміст вуглецю);

- сталевий лом (внутрішній оборотний скрап і привозний, вуглецевий і легований, ГОСТ 2787-65);

- розкислювачі і легуючі добавки, використовують феросплави і деякі чисті метали (наприклад, алюміній, FeMn, SiMn, FeSi; нікель, FeCr, FeTi й ін.);

неметалічну (складається з двох частин: тверді окислювачі й флюси):

- тверді окислювачі:

- залізна (Fe₂O₃ ³ 84 %) і марганцева руди (MnO₂ й ін. оксиди і хімічні сполуки, розмір кусків 40¸150 мм);

- окалина (Fe₃O₄);

- агломерат, спік дрібної (часто пилоподібної) руди, розмірами 5¸10 мм; офлюсований агломерат; конвертерний шлак;

- флюси (вапняк, вапно, боксит, плавиковий шпат, бій шамотної цегли (містить 60 % SiO₂ і 30¸35 % Al₂O₃)):

- вапняк (осадочна гірська порода, що складається переважно з кальциту CaCO₃, найбільш частими домішками є: доломіт (MgO), кварц, оксиди і гідрооксиди залізу й марганцю, пірит, гіпс й ін.), застосовується для видалення сірки й фосфору з металу в шлак;

- вапно (продукти випалення вапняку CaO – оксид кальцію), застосовується для наведення шлаку після розплавлення шихти;

- боксит, розріджувач, (гірська порода, що складається в основному з гідратів глинозему, оксидів залізу з домішкою ін. мінеральних компонентів, основний компонент Al₂O₃, постійна складова частина – оксид заліза Fe₂O₃, тому є не тільки флюсом, але й окислювачем), зустрічаються наступні домішки: SiO₂, TiO₂, CaO, MgO, MnO, P₂O₅ і ін., застосовується для розрідження шлаку;

- плавиковий шпат (мінерал, CaF₂, фтористий кальцій; те ж, що і флюорит, (ГОСТ 7618–83), застосовується для розрідження дуже густих шлаків, що містять дуже високі концентрації CaO.

Чавун служить основним джерелом вуглецю, що забезпечує нормальне протікання мартенівського процесу. Кількість чавуну і стального лому в шихті може коливатися в будь-яких співвідношеннях у залежності від різновиду процесу, економічних умов, марок сталей, що виплавляються.

Залізняк і конвертерний шлак застосовуються як окислювачі, сприяють прискореному окисленню домішок. У ролі окислювача може також використовуватися окалина.

Вапняк, вапно, боксит, плавиковий шпат в мартенівському процесі служать для формування шлаку необхідного складу й в'язкості, що забезпечує протікання окислювальних реакцій, видалення шкідливих домішок і нагрів металу.

1.3. Періоди плавки

У мартенівській плавці розрізнюються наступні періоди:

- заправка печі (гарячий ремонт робочого простору);

- завалка і прогрівання шихти (складається з декількох періодів у залежності від місткості печі, і розділяються на завалку сипучих (завалка руди, потім частини вапняку, знову руди, потім руда, що залишилася) і завалки стального лому);

- заливання рідкого чавуну (в скрап-рудному процесі);

- плавлення;

- доведення, що складається з рудного й чистого кипіння;

- випуск;

- розкислення (у печі або в ковші);

- легування (у печі або в ковші).

Заправка печі переслідує мету підтримки в робочому стані всіх елементів кладки плавильного простору. Для цього в момент випуску на подину і стінки, по мірі їх звільнення від шлаку, заправною машиною закидають вогнетривкі матеріали (дроблений обпалений доломіт, магнезитовий порошок й ін.) Після випуску з печі металу й шлаку подину ретельно оглядають і, якщо треба, виправляють помічені нерівності (бугри, ями). Можливий мінімум тривалості заправки складає 10¸15 хв., який досягається шляхом поєднання з іншими періодами плавки.

Завалка шихти здійснюється завалочною машиною. Всі тверді шихтові матеріали подаються до печі в спеціальних коробах – мульдах (місткістю до 3,3 м³). Мульди подаються в складі 7‑12 возиків по 4 на кожній. Тривалість завалки в залежності від місткості печі коливається від 1 до 3 годин. Вона визначається числом мульд, що залежить від насипної щільності матеріалів, які приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1

Насипна щільність шихтових матеріалів, т/м³

Найменування шихтового матеріалу	Насипна щільність, т/м3	Найменування шихтового матеріалу	Насипна щільність, т/м3
Залізняк	2,0¸2,8	Стальний лом:	легкий	0,3¸1,0
Вапняк	1,4¸1,7	середній	1,1¸2,0
Вапно	0,6¸0,7	важкий	2,5¸3,0
Боксит	1,2¸1,4	Окалина	1,9¸2,0

 

Заливання чавуну триває 20¸60 хв. Чавун зливають із ковша по жолобу через завалочні вікна в передній стінці. В період залиття чавуну в ньому розчиняється 30¸50 % лому від загальної його кількості. Час заливання чавуну прагнуть скоротити до мінімуму.

Період плавлення починається одразу після закінчення заливання чавуну і продовжується 1¸5 год. У піч у цей період подається максимальна кількість палива, ванна продувається киснем. У процесі заливання чавуну у перший момент плавлення відбувається інтенсивне утворення шлаку, оскільки весь кремній і частина марганцю, що міститься в чавуні, окислюються (у шлак частково переходять і оксиди заліза). Товстий шар шлаку, що утворився ускладнює передачу тепла від факела до металу. У зв'язку з цим в першій половині плавлення видаляють із печі (шляхом спуску в шлакові чаші через завалочні вікна) деяку кількість шлаку. У період плавлення забезпечується видалення з металу основної маси фосфору. Хімічний склад металевої ванни в момент повного розплавлення повинен містити на 0,4¸0,8 % вуглецю більше, ніж у заданій марці сталі. Окислення кремнію, більшої частини марганцю й фосфору закінчується в період плавлення, тоді як окислення вуглецю відбувається у всі періоди плавки. Тому окислення вуглецю є основною реакцією мартенівського процесу.

Доведення. Головне призначення цього періоду плавки полягає в тому, щоб забезпечити доведення його до заданого хімічного складу і необхідної температури. На початку цього періоду метал містить деякий надлишок вуглецю, фосфору й сірки, а його температура на 60¸100 °С нижче, ніж перед розкисленням. Складається з двох періодів: періодів рудного й чистого кипіння.

Рудне кипіння (поліровка) – основною задачею періоду поліровки є формування високоосновного шлаку (основність 2,0¸3,0), здатного поглинати сірку і втримувати фосфор до кінця плавки. Головною реакцією цього періоду є реакція окислення розчиненого в рідкому металі надмірного вуглецю. Утворюючись внаслідок цієї реакції пухирці окислу вуглецю вириваються на поверхню металу, пробивають шар шлаку і, виходячи на його поверхню, створюють враження «кипіння» ванни. Швидкість окислення вуглецю в цей період можна регулювати добавками залізняку або окалини, або продуванням ванни киснем. Склад шлаку, що забезпечує видалення з металу небажаних домішок (зокрема сірки), регулюється добавками вапна й ін. флюсуючих матеріалів. Пухирці окислу вуглецю, що виділяються, відіграють важливу роль у мартенівському процесі. Перемішуючи нижні шари металу (менш нагріті) із верхніми (більш нагрітими), вони прискорюють процес нагріву всього об'єму металу. Крім того, вони захоплюють на шляху вгору деяку кількість ін. газів і неметалічних часток, присутність яких у готовій сталі погіршує її якість.

Чисте кипіння, в цей період окислення розчиненого в металі вуглецю продовжується без будь-яких добавок, за рахунок розчиненого в шлаці й металі кисню. У період чистого кипіння відбувається остаточне доведення металу до необхідних температури і хімічного складу. Тривалість чистого кипіння суворо регламентується в залежності від марки сталі, що виплавляється, і складає 25¸40 хв.

Починаючи з моменту повного розплавлення ванни і до кінця періоду кипіння здійснюється контроль температури металу і хімічний аналіз шлаку і сталі. Загальна тривалість періоду кипіння 1¸2,5 год.

Випуск металу з печі здійснюють з боку задньої стінки через сталевипускний отвір, який відкривають шляхом механічного витягання утрамбованого магнезитового порошку (або прожигають струменем газоподібного кисню). Заздалегідь встановлюють підготовлені жолоб і сталерозливний ківш. Метал по жолобу стікає в сталерозливний ківш (на великій печі плавку випускають в 2 або 3 ковші). Загальна тривалість випуску до 20 хв. Після випуску плавки і необхідного огляду отвір знову закладають вогнетривкими матеріалами. З ковша метал розливають у виливниці або на установках безперервної розливки сталі. Для підвищення якості мартенівської сталі застосовуються різні методи позапічної обробки сталі в ковші.

Розкислення і легування – завершальний період плавки, основне призначення якого складається в зниженні вмісту кисню в металі і доведенні хімічного складу металу до заданого за вмістом усіх елементів, включаючи ті, що легують. Розкислюючі і легуючі добавки в залежності від марки сталі, що виплавляється, вводять або в піч, або в сталеплавильний ківш під час випуску металу.

1.4. Варіанти мартенівської плавки

У залежності від складу шихти (від співвідношення чавуна й лома в шихти) мартенівський процес поділяють на декілька технологічних варіантів:

1. Карбюраторний (скрап-вугільний) процес. Металева частина шихти складається практично тільки зі стального лому (скрапу), а кількість вуглецю (навуглецювачів), що вимагається, вводиться в шихту матеріалами, що містять вуглець (карбюраторами): антрацит, кокс, графіт, порошкоподібне кам'яне вугілля, бій графітових електродів тощо з урахуванням відсотка засвоєння вуглецю. Цей процес не набув великого поширення.

2. Скрап-процес характеризується тим, що шихта складається в основному зі скрапу. Витрата твердого чавуну при цьому залежить від необхідного для проведення періоду кипіння вмісту вуглецю в розплавленому металі і коливається від 25 до 45 %. Кількість необхідного для окислення домішок кисню приблизно дорівнює його кількості, що надходить з атмосфери печі, тому плавку проводять без добавок залізняку в завалку і з невеликими добавками в період доведення. Кислі мартенівські печі працюють тільки скрап-процесом. Скрап-процес зазвичай застосовується на заводах, що не мають доменних печей, а також у мартенівських печах машинобудівних заводів.

3. Скрап - рудний процес. Тверда частина шихти складається зі скрапу, руди і вапняку (як носіїв кисню і шлакоутворюючих), набув найбільшого поширення; для процесу характерна підвищена кількість чавуну (55¸80 % від маси металевої частини шихти), що заливається в піч у рідкому вигляді. Кількості кисню, що передається з атмосфери печі, недостатньо для окислення домішок (вуглецю, марганцю, кремнію, фосфору), тому необхідно давати в завалку додаткову кількість залізняку або використовувати кисень для продування рідкої ванни. Скрап-рудний процес застосовується в мартенівських цехах заводів, що мають доменні печі.

4. Рудний процес. Шихта складається в основному тільки з рідкого чавуну з використанням стального лому і з продуванням ванни газоподібним киснем (широкого застосування не отримав).

Понад 95 % мартенівської сталі виплавляється основним процесом (скрап-рудним і скрап-процесом). Кислий мартенівський процес значно менш поширений, ніж основний, в зв'язку з тим, що в ньому ускладнюється видалення сірки й фосфору і тому потрібні більш чисті (а, отже, більш дорогі) шихтові матеріали; плавка при кислому процесі триває довше, ніж при основному. Однак кислий процес дозволяє отримати сталь високої якості, чисту від шкідливих домішок, що характеризується дуже малою анізотропністю властивостей вздовж і впоперек напряму подальшої обробки тиском. Широко використовувалася для виробництва роторів турбін, великих колінчастих валів, стовбурів артилерійських знарядь і ін. виробів, які повинні мати високу механічну міцність вздовж і впоперек волокна.

Окислювальні процеси в мартенівській печі протікають в контакті чотирьох фаз: металу, шлаку, пічної атмосфери й футерівки (див. рис. 3.1). Основним джерелом кисню для окислювальних процесів є газова фаза в робочому просторі над ванною печі. Для інтенсифікації окислювальних процесів застосовують окислювачі: залізняк, агломерати, окатиші, технічний кисень, стисле повітря, пару.

У мартенівському процесі (на відміну від конвертерних) тепла, що виділяється внаслідок хімічних реакцій окислення домішок металевої ванни, недостатньо для проведення плавки. Тому в піч додатково подається тепло, що отримується внаслідок спалення палива в робочому просторі. Паливом служать природний газ, мазут, коксовий і доменний гази. Для забезпечення повного згоряння палива повітря на горіння подається в кількості, трохи більшій теоретично необхідного. Це створює надлишок кисню в продуктах згоряння, в яких присутні також газоподібні оксиди СО₂ і Н₂О, що частково дисоціюють при високій температурі. У результаті відбувається окислення заліза й ін. елементів, що містяться в шихти (для інтенсифікації горіння палива частина повітря, що подається в піч може замінюватися киснем, але при цьому погіршується екологічність процесу; газоподібний кисень подається також у ванну для інтенсифікації окислювальних процесів).

Окислювальний потенціал атмосфери печі визначається кількістю надлишкового кисню, повітря, а також киснем СО₂ і Н₂О, що частково дисоціюють при температурі плавки. Зразковий хімічний склад газів, що відходять: ~1,0 % О₂, 15¸18 % СО₂, 10¸15 % Н₂О (інше азот й ін. газоподібні продукти). Парціальний тиск О₂ в робочому просторі печі 1¸2 кПа (0,01¸0,02 ат.).

Окислення шихти починається відразу після її завалки. Поверхня шматків лома сплавляється з утворенням окалини, яка стікаючи зі шматків металу, звільняє нові його поверхні для окислення. Кількість кисню, засвоєного шихтою, залежить від тривалості завалки, прогрівання й типу металолому. Чим довше завалка і більш легковаговий лом (велика його поверхня), тим довший процес накопичення кисню ванною.

Окислювальна здатність мартенівської печі вимірюється кількістю кисню, що переданий металу, на одиницю маси металу в одиницю часу або через 1 м² площі поду в одиницю часу. При роботі мартенівських печей без продування ванни киснем в період, коли ванна покрита шлаком, окислювальна здатність коливається в межах 1,3¸6,5 кг О₂/(т×ч). При використанні інтенсифікаторів (О₂, повітря) величина окислювальної здатності печі значно зростає.

При роботі скрап-процесом (25¸45 % рідкого чавуну) кількість необхідного для окислення домішок кисню приблизно дорівнює кількості, що надходить з атмосфери печі. Тому плавки можна проводити без добавок окислювачів або з невеликими добавками залізняку в період доведення.

 

Рис. 3.1. – Схема переходу кисню з газової атмосфери печі через шлак у метал [2]:

1 – пічна атмосфера; 2 – шлак; 3 – рідкий метал; 4 – футеровка.

 

Перехід кисню з атмосфери печі в метал багатостадійний і включає турбулентну дифузію, адсорбцію на поверхні границь розділу і безпосередньо хімічні реакції:

2(FeO) + {O}_адс = (Fe₂O₃)

(Fe₂O₃) + [Fe] = 3(FeO)

(FeO)_ш-м = [Fe]_м-ш + [O]_м-ш

При переділі скрап-рудним процесом (55¸80 % рідкого чавуну) для прискорення процесу окислення домішок використовують кисень залізняку і технічний кисень для збагачення факела або проводять подачу кисню в метал. При використанні в якості інтенсифікатора процесу залізняку перехід кисню в метал спрощується й описується постадійно:

(Fe₂O₃) + [Fe] = 3(FeO)

(FeO) = [Fe] + [O]

При продуванні металу технічним киснем він реагує безпосередньо з металом

{O₂} + 2[Fe] = 2(FeO)

(FeO) = [Fe] + [O]

Потрібно зазначити, що описаний механізм переходу кисню дещо спрощений, більш повно він розглядається в курсі «Теоретичні основи сталеплавильних процесів» [4].

З метою рафінування (очищення) розплаву у ванну присаджують шлакоутворюючі. У основному процесі для отримання необхідних властивостей шлаку у ванну присаджують вапняк, вапно й боксит.

 

2. ЗАВДАННЯ

2.1. Виконати розрахунок шихти мартенівської плавки

Вихідні данні прийняти згідно варіанту з таблиць 4.1 і 4.2 Хімічний склад лому (скрапу) прийняти, %: С=0,2-0,5; Si=0,2-0,4; Mn=0,1-0,5; S=0,030-0,045; P=0,030-0,050.

Таблиця 4.1

Склад готової сталі

Варіант	Марка сталі	Хімічний склад, %
С	Si	Mn	Cr	Ni	S	P	Cu
		0,07-0,14	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,12-0,19	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,17-0,34	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,22-0,3	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,27-0,35	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,32-0,4	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,37-0,45	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,42-0,5	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,47-0,55	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,52-0,6	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3
		0,57-0,65	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,3	≤0,04	≤0,035	≤0,3

 

Таблиця 4.2

№ варіанта	Хімічний склад чавуну, %
С	Si	Mn	S	P
	3,9	0,6	1,56	0,12	0,06
	3,72	0,5	1,2	0,18	0,07
	4,0	0,47	1,6	0,14	0,05
	4,0	0,65	1,17	0,11	0,06
	3,7	0,8	1,5	0,2	0,05
	4,0	0,75	1,35	0,16	0,07
	3,9	0,71	1,42	0,2	0,07
	3,8	0,6	0,99	0,18	0,906
	4,2	0,62	1,23	0,12	0,05
	4,0	0,7	1,52	0,19	0,06
	4,1	0,68	1,1	0,13	0,07
	4,05	0,57	1,35	0,1	0,06
	3,95	0,55	1,65	0,12	0,07
	3,88	0,64	1,58	0,13	0,05
	3,9	0,49	1,15	0,16	0,06
	4,1	0,73	1,62	0,11	0,08
	3,92	0,66	1,55	0,19	0,07
	3,85	0,5	1,3	0,1	0,06
	4,12	0,77	1,47	0,13	0,07
	3,79	0,52	1,7	0,11	0,07

 

Таблиця 4.4

Склад металошихти, %

Варіант	Чавун	Скрап

 

Таблиця 4.5

Неметалева частина шихти, (Е, %)

Матеріа- ли	Залізна руда	Вапняк	Доломіт	Магнезито- хроміт склепіння	Магнезит поду	Пісок скрапу
SiO2		0,9	2,8		2,75
Al2O3	11,3	0,57	2,95		0,85
CaO	0,6		52,6	5,3	5,6
MgO	0,15	1,6	35,4		89,4
P2O5	0,05	0,94
Fe2O3	82,5	0,39		12,4	1,4
CO2		3,1	3,25	0,3
H2O	0,4	0,5
Cr2O3

 

3. ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ

Провести розрахунок шихти мартенівської плавки сталі 20кп складом

ДСТУ	Марка сталі	C	Si	Mn	P	S
1050-94	20КП	0,17-0,24	0,07	0,25-0,5	≤0,035	≤0,04

 

Хімічний склад чавуну та лому згідно завдання вносимо до табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Металева частина шихти, %

	Матеріали	C	Si	Mn	P	S
	Чавун	4,1	0,75	0,56	0,2	0,025
	Скрап	0,205	0,035	0,375	0,05	0,05

 

Розрахунок шихти ведемо на 100 кг металошихти:

1. Чавун рідкий		% або		кг
2. Скрап		% або		кг

кг;

кг.

Визначаємо середній склад металевої шихти, %.

Масу хімічного елементу в металошихті визначаємо за формулою, кг

М_[Е] = М_ч × [%Е]_ч × 10^-2 + М_с × [%Е]_с × 10^-2,

де [%Е]_ч, [%Е]_с – вміст відповідного хімічного елементу в чавуні і стальному скрапі, %.

Таблиця 5.2

	Мате- ріали	C	Si	Mn	P	S	Fe
	Чавун	4,1·59/100= =2,419	0,75·59/100= =0,4425	0,3304	0,118	0,01475	59-2,41-0,4425- -0,3304-0,118- -0,0147=55,6754
	Скрап	0,205·41/100= =0,08405	0,01435	0,15375	0,0205	0,0205	41-0,08405- -0,01435- -0,1537-0,0205- -0,0205=40,7069
Середній склад	2,50305	0,45685	0,48415	0,1385	0,03525	96,3822

 

Приймаємо склад металевої ванни, %

Таблиця 5.3

Матеріали	C	Si	Mn	P	S
Металева ванна	0,16		0,065	0,021	0,016

 

Визначаємо кількість елементів, що вигоряють із 100 кг металевої шихти за весь період плавки (),%

Таблиця 5.4

Матеріали	C	Si	Mn	P	Разом
Склад шихти	2,50305	0,45685	0,48415	0,1385	3,58255
Склад ванни перед розкисленням	0,16		0,065	0,021	0,246
Кількість елементів, що вигоряють	2,34305	0,45685	0,41915	0,1175	3,3366

 

Визначаємо витрати кисню ()для окислення елементів шихти. При окисленні:

C → CO	2,34305·16/12=3,124
Si → SiO2	0,45685·32/28 =0,522
Mn → MnO	0,41915·16/55 =0,122
P → P2O5	0,1175·80/62 =0,152
Разом	3,920 кг О2

Визначення витрат залізної руди на окислення елементів із 100 кг металевої шихти

Кількість кисню, що виділяє 1 кг залізної руди при умовах відновлення оксидів заліза ()

Fe2O3 → Fe (75%)	82,5/100*0,75*48/160=0,1856
Fe2O3 → FeO(25%)	82,5/100*0,25*16/160=0,0206
Разом	0,2063 кг О2

У зв'язку з тим, що дуття, яке подається у піч для спалювання палива, збагачується до 28 % технічним киснем, окислювальну здібність полум'я приймаємо до 45 %, тоді залізна руда повинна забезпечити 55 % потреби кисню для окислення елементів шихти.

Визначаємо потребу залізної руди:

(3,920·0,55)/0,2063=10,453 кг руди

Визначаємо кількість оксидів, що вносяться у шлак:

Із металевої шихти:

SiO2 від окислення	Si=0,45685·60/28=0,979кг
MnO від окислення	Mn=0,41915·71/55=0,541кг
P2O5 від окислення	P=0,1175·142/62=0,269кг

Крім оксидів із металевої шихти у шлак війдуть:

елементи руйнування подини 1,5-2,5 % доломіту, приймаємо 2 %;

елементи руйнування склепіння 0,07 % магнезито-хроміту, приймаємо 0,07%;

пісок від забруднення скрапу – 1 % від ваги скрапу.

В шлак вносяться матеріалами, %

Таблиця 5.5

Матеріа- ли	Металева шихта	Залізна руда	Доломіт	Магнезито- хроміт склепіння	Пісок скрапу	Разом
Витрата		10,453		0,07	= =0,41	-
SiO2	0,979	10,453·5/100= =0,523	2·2,8/100= =0,056	0,07·5/100= =0,0035	0,41	1,979+ +0,523+ +0,056+ +0,0035+ +0,41= =1,971
P2O5	0,269	0,00523	-	-	-	0,274
Al2O3	-	1,1811	0,059	0,0007	-	1,241
Fe2O3	-	-	0,06	0,0087	-	0,069
CaO	-	0,0627	1,052	0,0037	-	1,118
MgO	-	0,0157	0,708	0,0448	-	0,768
FeO	-	1,940	-	-	-	1,940
MnO	0,541	-	-	-	-	0,541
Cr2O3	-	-	-	0,0084	-	0,0084
Разом	1,789	3,728	1,935	0,0698	0,41	7,932

Примітка: Кількість внесених оксидів визначається:

FeO визначається із розрахунку, що 25 % Fe₂O₃ руди відновлюється до FeO

Fe₂O₃ =10,453·82,5/100=8,623 кг

Fe₂O₃=>FeO=8,623·0,25=2,156 кг

FeO=2,156·144/160=1,940 кг

Визначення кількості вапняку

Потреба СаО на офлюсовування:

P₂O₅→(CaO)₄·P₂O₅=0,274·56/142·4=0,433

SiO₂→(CaO)₂ ·SiO₂=1,971·56/60·2=3,679

СаО =4,112 кг

Кількість СаО, що необхідно внести вапняком:

4,112-1,118=2,994 кг СаО

Флюсуюча здатність вапняка: = 92/100-0,09/100=0,92- 0,009·112/60=0,903 кг

Необхідна кількість вапняку без витрат на десульфурацію:

2,994/0,903=3,315 кг

Визначаємо кількість вапняка на десульфурацію. Кількість сірки переходить у шлак за плавку:

=0,03525-0,016=0,01925 кг

Потреба СаО на десульфурацію:

S →CaS =0,01925·40/32=0,02406 кг СаО

Потреба вапняка на десульфурацію:

0,02406/0,903=0,027 кг

Загальна потреба вапняка:

3,315+0,027=3,341 кг

Таблиця 5.6

Кількість і склад шлаку

Матеріали	Шихта, крім вап.	Вапняк	Склад шлаку	% складшлаку
SiO2	1,971	3,341·0,9/100=0,030	2,001	18,02
P2O5	0,274	3,341·0,94/100=0,031	0,306	2,75
Al2O3	1,241	3,341·0,57/100=0,019	1,260	11,34
Fe2O3	0,069	3,341·0,39/100=0,004	0,073	0,65
CaO	1,118	3,341·92/100=3,074	4,192	37,75
MgO	0,768	3,341·0,9/100=0,016	0,784	7,06
FeO	1,940	-	1,940	17,47
MnO	0,541	-	0,541	4,87
Cr2O3	0,0084	-	0,0084	0,08
Разом	7,932	3,174	11,106

 

Основність шлаку СаО/SiO₂=37,75/18,02=2,09

Визначення виходу рідкого металу

Заліза відновленого із 10,453 кг залізної руди:

10,453·82,5/100·0,75·112/160=4,527 кг

Втрати металу, що залишається у шлаці у виді корольків, складають 5-6 % від ваги шлаку. Приймаємо – 5 %. Втрати дорівнюють:

11,106·5/100=0,555 кг

Вихід рідкого металу, з урахуванням пригару заліза, пригару елементів шихти та втрат заліза зі шлаком:

100+4,527-(3,3366+0,01925+0,555)=100,616 кг

 

Визначення витрати розкислювачів

Для розкислення сталі застосовують розкислювачі FeMn (78 % Mn).

Розкислення сталі 20КП ведемо FeMn у печі

Визначаємо потребу FeMn. Приймаємо вигорання Mn = 40 % у печі у залежності від вмісту вуглецю у металі (30-40 %).

Вміст Mn перед розкисленням -	0,065	%
Вміст Mn у готової сталі -	(0,25+0,5)/2=0,375	%
Необхідно внести Mn у сталь -	0,375-0,065=0,31	%

Тоді витрати FeMn дорівнюють:

M_FeMn=(0,31·100) /[(78/100·(100-40)]=0,662 кг

1. Заліза: M_FeMn (100- 0,662 (100-

-1,5-1-78-0,5-0,03)/100=0,1266 кг Fe.

2. Вуглецю, який 30% "C" FeMn вигоряє при розкисленні, і у метал перейде 70% вуглецю:

M_FeMn ·70/100=0,662·0,015·0,7=0,007.

3. Відновиться заліза при розкисленні марганцю:

M_FeMn ·40/100·56/55=0,662·0,78·0,4·56/55=0,210 кг Fe

Склад сталі після розкислення феромарганцем та феросіліцієм, кг

 

Таблиця 5.7

Вноситься в метал розкислювачами, %

Джерела	C	Mn	Si	P	S	Fe	Разом
Сталь п/р	0,16	0,065		0,021	0,016	100-0,16- -0,065- -0,021- -0,016= =99,738
Внесено FeMn	0,007	0,31	-	-	-	0,1266+0,210= =0,337	0,654
Разом	0,167	0,3750		0,021	0,016	100,075	100,654

 

Визначаємо вихід рідкої сталі після розкислення: М_ст=100,616+0,654=101,270 кг

 

Складання загального матеріального балансу

Складовими частинами матеріального балансу є дані, отримані при розрахунку шихти та додатково визначаємо:

1. Кількість кисню пічної атмосфери на окислення елементів шихти:

3,920·0,45=1,764 кг

На окислення Mn із FeMn =M_FeM · ·40/100·16/55=

=0,662·0,78·0,4·16/55=0,060 кг;

На окислення С із FeMn M_FeM · ·0.3·16/12=

0,662·0,015·0,3 16/12=0,004 кг;

На окислення Si ізFeMn M_FeM · ·32/28=

0,662·0,01·32/28=0,008 кг.

Усього кисню пічної атмосфери:

1,764+0,060+0,004+0,008=1,836 кг.

2. Кількість оксидів, що переходять у шлак із FeMn:

MnO = M_FeM ·40/100·71/55=0,662·0,78·0,4·71/55 =0,267 кг;

SiO₂ = M_FeM ·60/28=0,662·0,01·60/28=0,014 кг.

3. Кількість газу СО:

від вуглецю шихти =2,34305·28/12=5,467 кг;

від вуглецю FeMn M_FeM ·0.03·28/12=

=0,662·0,015·0,03·28/12=0,007 кг.

4. Кількість Н₂О руди та вапняка:

=10,453·0,004+3,341·0,005=0,059 кг.

5. Кількість СО₂ вапняка та доломіту:

3,341·0,031+2·0,0325=0,169 кг

Таблиця 5.8

Матеріальний баланс плавки

ДАНО	кг	ОТРИМАНО	кг
1. Чавун		1. Рідка сталь	101,270
2. Скрап		2. Шлак	11,120
3. Залізна руда	10,453	3. Королькі у шлаці	0,555
4. Вапняк	3,341	4. СО від горіння вуглецю	5,474
5. Доломіт		5.СО2 вапняка та доломіту	0,169
6. Магнезито-хроміт склепіння	0,07	6.Н2О руди та вапняка	0,059
7. Пісок у скрапу	0,41	Разом	118,647
8. Феромарганець	0,662
9. Кисень пічної атмосфери	1,836
Разом	118,772

 

Нев'язка = 100(118,772-118,647)/118,772=0,105 %

 

 

Практична робота № 4