Расчет материального баланса плавки стали в 160-тонной ДСП на свежей шихте для получения стали марки 38Х2МЮА

Расчет материального баланса плавки стали в 160-тонной ДСП на свежей шихте для получения стали марки 38Х2МЮА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Жлобинский филиал Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине: Аппараты и ВОС

Расчет материального баланса плавки стали в 160-тонной ДСП на свежей шихте для получения стали марки 38Х2МЮА

Выполнил студент группы ВМ 61

Чакур С.И.

Руководитель проекта доцент, к.т.н.

Ланевский Э.Б.

г. Жлобин 2005г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Характеристика стали 38Х2МЮА

. Расчёт материального баланса ДСП 160 т

.2 Расчёт металлошихты на 1 т. металла

.3 Период плавления

.4 Период окисления

.5 Количество газов периодов плавления и окисления

.6 Материальный баланс периодов плавления и окисления (на всю плавку)

. Раскисление и легирование

Список использованной литературы

Введение

Технологический процесс выплавки стали в ДСП

Сталь в дуговой печи выплавляется одношлаковым процессом. По способу выплавки различают два варианта:

вариант - с завалкой шихты на "сухую" подину, очищенную от остатков шлака и металла предыдущей плавки;

вариант (основной) - с завалкой шихты на "болото", суммарной массой от 10 до 20 т оставшейся от предыдущей плавки части шлака и металла

Плавки по 1 варианту (на "сухую" подину) проводятся после холодного ремонта подины в течение первых двух-трех плавок подряд; на первой плавке после замены эркера или донных фурм; после горячего ремонта подины в течение первых одной - двух плавок подряд.

По второму варианту осмотр подины производится через 20 - 25 плавок.

Подготовка печи к плавке

После каждой плавки производится осмотр печи, состояние футеровки стен, шлакового пояса, центральной заменяемой части свода, подины, продувочных фурм (при ведении плавок по 1 варианту), сталевыпускного отверстия, состояния водоохлаждаемых элементов печи, электрододержателей, шлангов подачи воды на охлаждение, кабелей короткой сети.

Заправка и торкретирование печи производятся сразу после выпуска плавки, заправка может производится и после завалки и подвалки.

Подварку откосов в районе водоохлаждаемых панелей и холодильников рекомендуется проводить после подвалки.

При значительных повреждениях футеровки подины рекомендуется заправленные места покрывать слоем извести в количестве от 500 до 600 кг и выплавку одной - двух плавок осуществлять по облегченному тепловому (электрическому) режиму для обеспечения спекания заправленных участков (при отработке от 32000 до 37000 кВт ч при полной завалке технологическая пауза составляет от 25 до 50 мин.

Стравливание "заросшей" подины производится присадками песка, железной руды и окалины. Известь в этом случае присаживается в печь перед второй корзиной.

Также осуществляется ремонт и обслуживание фурм донной продувки и эркерного выпуска. Порог рабочего окна должен быть очищен от остатков металла и шлака. Порог заправляется (подваривается) сухим магнезитовым порошком или обожженным.

Доломитом, либо порошком из переработанных вторичных огнеупоров фракции не превышающей 20 мм в начале периода плавления.

Визуальным осмотром проверяется состояние огнеупорной футеровки малого свода и при необходимости производится его замена.

Замена и перепуск электродов производится после выпуска плавки, когда печь находится в положении «О» и после проплавления колодцев, после завалки или подвалки. Наращивание электродов производится только на специальном стенде. При перепуске электродов для предотвращения прожига подины электроды устанавливаются на расстоянии от 150 до 200 мм от "сухой" подины (по визуальной оценке) при нижнем положении электрододержателей.

Проверяется состояние шлангов гидросистем и водяного охлаждения, плотности их соединений и креплений, отсутствие мест прогара. Проверяется открытие вентилей подачи воды на охлаждаемые элементы и проток ее из сливных труб. Также проводится осмотр кабелей короткой сети.

Под рабочим окном на нулевой отметке устанавливается под слив шлака шлаковая чаша.

Шихтовка плавок

Загрузка металлошихты, состоящей из лома черных металлов и передельного чугуна, осуществляется с помощью специальных корзин (бадей) в два приема - завалка (основная) и подвалка.

Шихтовка плавок по массе и виду металлолома, должна соответствовать группам марок стали. При загрузке шихты в один прием (только завалка) загрузка чугуна осуществляется в последнюю очередь на металлолом.

При шихтовке низкоуглеродистых и легированных марок стали допускается частичная или полная замена лома категории Б на лом категории А. При шихтовке плавок легированным ломом категории Б массовая доля легирующих элементов должна быть не выше нижнего предела содержания этих элементов в заданной марке стали.

Порядок завалки металлошихты и шлакообразующих

При ведении процесса выплавки стали по 1 варианту (на "сухую" подину) через загрузочное отверстие свода загружаются кокс фракции от 25 до 40 мм в количестве от

до 700 кг и известь в количестве от 1 до 1,5 ~ соответственно.

При ведении процесса по 2 варианту (с "болотом") сразу после выпуска плавки рекомендуется присаживать известь от 1,0 до 2,0 т., а затем кокс фракции от 25 до 40 мм в количестве от 400 до 700 кг. Разрешается вместо извести использовать дробленный известняк в количестве от 0,5 до 1,5т. Завалка известняка на сухую подину не допускается во избежание зарастания подины.

Допускается производить присадку кокса (в начальный период расплавления завалки, подвалки при расходовании от 1000 до 1500 кВт ч электроэнергии) в количестве от 400 до 1000 кг.

Разрешается использовать в завалку твердые окислители (железная руда, окисленные окатыши, окалина) в количестве от 0,5 до 2,0 т. Порядок присадки материалов на "болото" следующий: от 1,5 до 2,0 т извести, от 0,5 до 2,0 т твердого окислителя.

Завалку металлошихты в печь разрешается производить только после закрытия шибера и засыпки канала эркера.

При наличии в загрузочной бадье мокрого или промасленной шихты (истекание воды или бурное выделение пара и дыма при наведении корзины над печью), для исключения выбросов из печи перед завалкой корзины вводится дополнительно на шлак известь в количестве до 1,5т.

После того, как просыпется первая порция металлошихты в количестве от 5 до 7 т, корзина медленно поднимается вверх до полного раскрытия челюстных затворов с одновременным освобождением ее от металлолома.

Данный прием загрузки металлошихты должен соблюдаться особо тщательно зимний период времени во избежание "взрыва", когда металлолом в корзине покрыт снегом или в ломе может находиться лед.

До включения печи порог рабочего окна должен быть очищен и заправлен магнезитовым или доломитовым порошками. Профиль порога должен иметь форму желоба и не препятствовать спокойному истеканию шлака из печи, а также не ограничивать рабочее пространство для манипулятора.

Расплавление металлошихты завалки.

Расплавление шихты производится в автоматическом режиме. В автоматическом режиме осуществляется энергетический режим (переключение ступеней напряжения), присадка шлакообразующих и металлизованных окатышей в соответствии с типовым профилем плавки.

Включение оборудования в автоматический режим осуществляется на пульту печи. Допускается расплавление металлошихты в ручном режиме в соответствии с рекомендуемым энерготехнологическим режимом. Запрещается полное проплавление шихты завалки для исключения выбросов металла и шлака из печи при подвалке.

После выхода на 22-25 ступень напряжения и расходования от 1000 до 1500 кВтч электроэнергии производится включение стеновых, дверной и эркерной газокислородных горелок. Суммарный расход природного газа на все горелки и кислорода поддерживается автоматически. Продолжительность работы горелок от 10 до 16 мин.

После проплавления колодцев и расхода 3500 кВтч электроэнергии в печь присаживают известь в количестве от 1,5 до 2,5 т со скоростью 150-200 кг/мин, после расхода 7000-10000 кВтч присаживают кокс фракции от 25 до 40 мм в количестве до 400 кг разовыми порциями до 30 кг. Допускается вместо извести присадка дробленого известняка от 2.5 до 4.0 т порциями от 100 до 150 кг (коэффициент замены 1:1,5).

В случае отсутствия кислорода разрешается использовать твердые окислители. Присадку их осуществляют после отработки 6000 кВтч порциями от 100 до 150 кг до 1.0 т. При использовании в завалку твердых окислителей порционная их присадка в период плавления первой корзины (завалки) не производится.

Подвалка металлошихты.

Масса подвалки не должна превышать 60 т.

В случае использования легковесной шихты допускается производить подвалку металлолома из двух корзин.

Расплавление подвалки.

Расплавление подвалки производится в автоматическом режиме

С выходом на максимальную активную мощность включаются газокислородные стеновые, дверная и эркерная горелки. При нагреве скрапа и образовании «красного пятна» в районе рабочего окна при работе дверной горелки для более раннего ввода в рабочее пространство печи манипулятора "МАРК-4" производится подрезка металлошихты с помощью кислородного копья.

Сразу после окончания работы дверной горелки и подрезки шихты в рабочее окно вводится манипулятор «MARK-4» и производится продувка жидкого расплава кислородом через манипулятор с расходом от 1800 до 2400 м3/ч и комбинированную эркерную фурму с расходом от 1200 до 1500 м3/ч.

При выплавке сталей с ограничением по содержанию азота до 0,010 %/ продувка жидкого расплава через манипулятор «MARK-4» производится с расходом 1800 м3/ч. Продувка кислородом через комбинированную эркерную фурму до отбора первой пробы осуществляется с минимальной интенсивностью не более 300 м3/ч. При содержании

Углерода менее 0,30 % продувку расплава осуществляют либо только через манипулятор "MARK-4", либо только через комбинированную фурму с интенсивностью от 1200 до 1500 м3/ч. При содержании углерода более 0,30 % продувка жидкого расплава через манипулятор «MARK-4» производится с расходом 1800 м3/ч и через комбинированную фурму с расходом от 1200 до 1500 м3/ч.

При выходе из строя манипулятора продувка металла осуществляется через расходуемое кислородное «копье» и через эркерную комбинированную фурму.

В случае отсутствия кислорода разрешается использовать твердые окислители. Присадку их осуществляют после отработки 6000 кВт ч порциями от 100 до 150 кг до суммарной массы от 1,0 до 1,8 т.

После проплавления колодцев и расхода 3500 кВтч электроэнергии в печь осуществляется присадка извести до 1,8 т. Если используется, известняк, то его расход должен составлять от 2,5 до 3,5 т. Добавляется плавиковый шпат массой не более 100 кг. Для экономии извести и повышения стойкости огнеупорной футеровки печей рекомендуется использовать обожженный доломит.

Для повышения устойчивости горения дуг, защиты футеровки и водоохлаждаемых элементов печи от прямого излучения при помощи манипулятора и комбинированной эркерной фурмы подается углеродсодержащий материал с расходом от 15 до 30 кг/мин в количестве от 300 до 600 кг на плавку. Углеродсодержащий материал подается с таким расчетом, чтобы поддерживать шлак во вспененном состоянии до конца плавки.

Для беспрепятственного выпуска из печи первичного шлака через порог рабочего окна производится наклон печи на выпуск шлака, при этом скачивается не менее 1/3 вместимости шлаковой чаши.

Перед взятием пробы металла и шлака из печи прекращается подача кислорода, углеродсодержащего материала и шлакообразующих материалов. Проба металла отбирается пробоотборником типа ПМР (с раскислителем) с помощью шомпольного приспособления. Охлаждение пробы производится на воздухе, допускается охлаждение пробы обдувом сжатым или вентиляторным воздухом. Проба сразу же отправляется в лабораторию по пневмопочте.

Доводка плавки.

Доводка плавки производится на 22-19 ступенях напряжения.

Продолжительность кислородного рафинирования зависит от массовой доли углерода в металле по расплавлению и его необходимого значения перед выпуском для заданной марки стали, при этом окисление углерода должно быть произведено не менее 0,1 %.

При отсутствии кислорода допускается использование твердых окислителей (железная руда, окисленные окатыши, окалина). Присадка твердых окислителей производится при температуре металла от 1580 до 1650 °С порциями массой от 100 до 150 кг с интервалом не менее 3 мин., не допуская бурного вскипания ванны.

Для поддержания шлака во вспененном состоянии в печь периодически присаживают кокс (размером фракции от 2 до 10 мм или от 25 до 40 мм) - 50 кг, плавиковый шпат - от 25 до 30 кг, известь до 1,0 т.

В процессе продувки кислородом вспененный шлак удаляется самотеком не допуская схода металла. Шлак в чаше осаживается сухим мусором, либо отходам, пиломатериалов. Осаживание шлака водой и заправочными материалами запрещается.

По окончании окислительного периода и нагрева металла перед выпуском измеряется температура и отбираются пробы металла и шлака.

При выплавке сталей с массовой долей углерода перед выпуском не более 0,20 % допускается выпускать плавку по результатам измерения его массовой доли прибором "Multi - Lab Celox".

Количество науглераживателя, присаживаемого в ковш, рассчитывается на нижний марочный предел для заданной марки стали.

Массовая доля серы и фосфора в металле перед выпуском не должна превышать требований НТД. Рекомендуемая массовая доля углерода, кремния и марганца после выпуска для последующей обработки на УВОС должна соответствовать нижнему пределу марочного состава стали.

Донное перемешивание ванны по методу "VRD" производится азотом или аргоном в автоматическом режиме. При выплавке марок стали содержанием азота не более 0,010% по НТД в готовом сорте донное перемешивание по методу "VRD" производится аргоном, а более 0,010% - азотом.

Выпуск металла из печи.

За 15-20 минут до выпуска плавки под печь устанавливается стальковш на сталевозе. Ковш должен быть прогрет до состояния красного каления (температура не менее 8000 С), не иметь остатков металла и шлака от предыдущей плавки.

На сталевозе ДСП №3 в обязательном порядке производится подключение аргона к продувочной пробке стальковша.

Шиберный затвор эркера открывается по команде мастера сталеваром с пульта управления выпуском. Выпуск плавки может начинаться при работающей печи. После наклона печи на + 40С производится автоматическое отключение ее, при этом электроды выводятся из пространства печи в положение выпуск автоматически, а процесс выпуска плавки продолжается.

На 10 т. металла в ковше производится раскисление металла алюминием по показаниям прибора "Multi - Lab Celox".

Ферросплавы присаживаются под струю на 40 т. металла в ковше. После предварительного раскисления присаживается алюминиевая катанка для доводки по химсоставу.

При ведении процесса с "болотом" в печи оставляется от 10 до 20 т металла и шлака. Выпуск плавки осуществляется начисто, если следующая плавка будет производиться с завалкой на "сухую" подину.

После выпуска металла из печи совмещается проведение инжекционной обработки с помощью установки «Velco» с донной продувкой аргоном для усреднения по химическому составу и температуре.

сталь выплавка дуговой печь

1. Характеристика стали 38Х2МЮА

Назначение - штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450 0С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валики, шестерни, валы, втулки и другие детали.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76, Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)

С	Si	Mn	Cr	Mo	Al	P	S	Cu	Ni
						не более
0,35-0,42	0.20-0.45	0.30-0.60	1,35-1,65	0.15-0.25	0.7-1.10	0.025	0.025	0.3	0.3

Механические свойства (ГОСТ 4543-71).

ГОСТ	Состояние поставки, режимы термообработки.	Сечение, мм	σ0,2	σв	δ 5	ψ	KCU. Дж/с*м2
			МПа		%
			не менее
4543-71	Пруток. Закалка 940 0С, вода или масло. Отпуск 640 0С, вода или масло	30	835	980	14	50	88

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Температура отпуска, 0С	σ0,2	σв	Δ 5	ψ	KCU. Дж/с*м2	HRCэ
	МПа		%
Пруток сечением 20 - 70 мм. Закалка 890 0С, масло
300 400 500 600	1660 1520 1270 1080	1870 1670 1420 1180	8 10 10 12	43 39 44 60	39 10 29 78	550 500 450 370

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1240, конца 800. До 50 мм охлаждение в штабелях на воздухе, 51-100 мм в ящиках. Свариваемость - не применяется для сварных конструкций. Обрабатываемость резанием - в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 240-277, σв = 780 МПа, Kv тв. cпл = 0.75, Kv6. cт = 0,55.

Флокеночувствительность - чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости - не склонна.

2. Расчет материального баланса ДСП 160 т

2.1 Среднешихтовой состав

Таблица 1

С	Si	Mn	Cr	Mo	Al	P	S	Cu	Ni
						не более
0,38	0.32	0,45	1,50	0.20	0.90	0.025	0.025	0.3	0.3

Химический состав шихтовых материалов приведены в таблице 2, данные о составе шлакообразующих материалов приведены в таблице 3.

Таблица 2

Химический состав шихтовых материалов, %

№ п. п.	Материал	С	Si	Мn	Cr	P	S	Мо	Al	Fе
1	Лом	0.27	0.26	0.14	0.15	0.019	0,017	-	-	99,1
2	Чугун	4.24	0.35	0.60	-	0.27	0.03	-	-	94,5
3*	ФХ 006	0.06	1.2	-	70	0.04	0.03	-	-	28,7
4*	ФМн75	7	1	75	-	0.45	0.35	-	-	16,2
5*	ФС 65	0.1	65	-	-	0.05	0.03	-	-	34,5
6*	ФМо	0,05	0,8	-	-	0,05	0,1	60	-	39
7*	Алюминиевая катанка	-	-	-	-	-	-	-	99,5	-
8*	Электродный бой	99,9	-	-	-	-	-	-	-	-

* Ферросплавы подают при внепечной обработки.

Таблица 3

Состав шлакообразующих материалов, %

Наименование	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	P2O5	S
Известь свежеобожжённая	92.0	3.3	2.5	1.0	0.6	0.1	0.1
Магнезит	3.5	90.25	3.45	0.8	2.0	-	-
Шамот	0.7	0.3	62.0	35.0	2.0	-	-

 

.2 Расчёт металлошихты на 1 т металла

Определим расход феррохрома ФХ006:

QФХ006=mo*[Cr]*100 / Kус.*[Cr]´ ;

где mo - масса металла, кг;

[Cr] - содержание элемента в готовом металле, %;

Кус. - коэффициент усвоения хрома, %; (95%)

[Cr]´ - содержание элемента в ферросплаве, %.

QФХ006=1000*1.5*100/95*70=22,6 кг.

Определим расход металлического марганца ФМн 75 :

Q ФМр 75=mo*[Mn]*100 / Kус.*[Mn]´ ;

где [Mn] - содержание элемента в готовом металле, %;

Кус. - коэффициент усвоения марганца, %; (90%)

[Mn]´ - содержание элемента в ферросплаве, %.

Q ФМр75=1000*0,45*100/90*95=5,3 кг.

Определим расход ферросилициума ФС 65:

С учётом кремния внесённого ФХ006 и ФМн 75 и с учётом коэффициента усвоения (70%), в металл перейдёт:

QSi`= 1.2*22,6/100=0.27 кг - вносится ФХ006

QSi``=1*5,3/100=0.053 кг - вносится ФМн 75

∑QSi= GSi`+ GSi``=0.32 кг

что на 1000 кг составляет:

.32*100/1000=0.032%

QФС 65= mo*([Si}`-[Si]``)*100/Kус.*[Si]ФХ 65

где [Si}` - концентрация кремния в металле, %;

[Si]`` - количество кремния внесённого ферродобавками, %;

Kус - коэффициент усвоения кремния, %; (70%);

[Si]ФХ 65 - концентрация кремния в ФС 65, %; (65%).

QФС 65=1000*(0.32-0.032)*100/70*65=6.3 кг.

Определим расход ферромолибдена:

QФМо=mo*[Мо]*100 / Kус.*[Мо]´ ;

где mo - масса металла, кг;

[Мо] - содержание элемента в готовом металле, %;

Кус. - коэффициент усвоения молибдена, %; (97%)

[Мо]´ - содержание элемента в ферросплаве, %.

Количество чугуна в шихте составляет 10%, что составляет 100 кг.

В завалку подаётся чугун и металлический лом. Усвоение железа из чугуна составляет 96%, то есть в готовый металл перейдёт:

Q Fe (чугуна)=100*96/100=96 кг.

В металл так же перейдёт всё железо, содержавшееся в легирующих добавках (ФХ006, ФМн 75, ФС 65 и ФМо)

∑QFe= QФХ006*[Fe] ФХ006/100+ Q Мн 75*[Fe] Мн 75/100+ QФС 65*[Fe] ФС 65+ QФМо*[Fe] ФМо /100

∑QFe= 22,6*28.7/100+5,3*16,2/100+6,3*34,5/100+3,4*39/100=10,86 кг.

Итого в металл из чугуна и легирующих добавок переходит:

(96+10,86)*100/1000=9,6% железа.

С учётом выше рассчитанного определим необходимое количество металлического лома:

Qлома=mo*([Fe]`-[Fe]``)*100/Kус.*[Fe]лома

где [Fe]` - концентрация железа в готовом металле, %;

[Fe]`` - концентрация железа вносима чугуном и добавками, %;

Kус - коэффициент усвоения железа, %; (96%).

Qлома=1000*(96-9,6)*100/96*99,1=908 кг.

Рассчитав массы компонентов металлошихты, определяется общая её масса:

∑Qшихты=QФХ006+Q ФМн 75+QФС 65+ QФМо +Qчугуна +Qлома

∑Qшихты=22,6+5,3+6,3+3,4+100+908=1046 кг.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 4.

Таблица 4

Химический состав шихтовых материалов, кг

Материал	Количество кг.	С	Si	Мn	Cr	P	S	Мо	Fе
Лом	908	2,45	2,36	1,27	1,36	0,17	0,15	-	900,24
Чугун	100	4,24	0,35	0,60	-	0,27	0,03	-	94,5
ФХ 006	22,6	0,014	0,27	-	15,82	0,009	0,007	-	6,48
ФМн75	5,3	0,37	0,053	3,98	-	0,024	0,019	-	0,85
ФС 65	6,3	0,006	4,1	-	-	0,003	0,002	-	2,19
ФМо	3,4	0,002	0,027	-	-	0,002	0,003	2	1,37
Итого	1046

Выход годного металла: (1000/1046)*100=95.6 %.

 

.3 Период плавления шихты

Во время плавления в печь загружают:

-      металлический лом;

-        чугун;

         известь.

Таблица 5

Средний состав металлошихты в завалку

Материал		Количество. кг.	Химический состав, кг.
			С	Si	Mn	Cr	P	S	Fe
Лом		908	2,45	2,36	1,27	1,36	0,17	0,15	900,24
Чугун		100	4,24	0,35	0,60	-	0,27	0,03	94,5
Итого	кг	1000	6,7	2,7	1,9	1,4	0,44	0,18	994,74
	%	100	0,67	0,27	0,19	0,14	0,044	0,018	99,5

Во время плавления окисляются следующие элементы:

Углерод.Угар углерода шихты составит 20% или 6,7*20/100=1,34 кг;

останется углерода в металле 6,7-1,34=5,36 кг.

Кремний. Кремний окисляется до следов, то есть переходит полностью в шлак.

Марганец. Угар марганца равен 50%. В шлак перейдет 1,9*50/100=0,95 кг; в металле останется 1,9-0,95=0,95 кг.

Хром. Угар хрома составит 10%. Перейдёт хрома в шлак 1,4*10/100=0,14 кг; останется хрома в металле 1,4-0,14=1,26 кг.

Фосфор. Угар фосфора составляет 60%. Перейдёт фосфора в шлак 0.44*60/100=0.26 кг; в металле останется 0,44-0,26=0,18 кг.

Сера. Сера содержащаяся в металле, во время плавления не выгорает, то есть в металле останется 0,18 кг.

Железо. Угар железа составит 2%. Перейдёт в шлак и улетучится в зоне электрических дуг 994,74*2/100=19.9 кг; в металлической ванне останется 994,74-19,9=974,8кг.

Расчёт кислорода, необходимого для окисления примесей металла в период плавления, приведён в таблице 6.

Таблица 6

Количество кислорода, необходимое для окисления пимесей.

Элемент	Окисляется кг.	Химическое уравнение	Требуется кислорода, кг.
Углерод	1,34		1,34/12*16=1,8
Кремний	2,7	[Si] + {O2} =(SiO2)	2,7/28*32=3,1
Марганец	0,95		0,95/55*16=0,28
Хром	0,14	2[Cr]+3/2{O2}=(Cr2O3)	0,14/104∙48=0,07
Фосфор	0,26		0,26/62*80=0,34
Железо	19,9*0,88		19,9/112*48*0,88=7,5
Железо	19,9*0,12		19,9/72*16*0,12=0,53
ВСЕГО	13,62 кг О2
На основании материального баланса принимаем, что из окислившегося железа 12% окисляется до FeO, 3% до Fe2O3, которые перейдут в шлак, а 85% Fe окисляется до Fe2O3 и улетучивается в зоне электрических дуг.

Содержание закиси железа, растворённой в металле, определяют по приближённой формуле Феттера и Чипмана:

[%C]*%Fe=0.0124+0.05*[%C].

При содержании углерода в металле 0.41%, содержание растворённой закиси железа составит:

[%Fe]=(0.0124+0.05*0.536)/0.536=0.073% (0.016% кислорода)

Так как данные по формуле Феттерса завышены, то примем содержание кислорода в металле 0.015% или 0.015*4.5=0.067% FeO, т.е. приближённо 975*0.067/100=0.65кг FeO, для чего потребуется: кислорода 0.65*16/72=0.14 кг, железа 0.65-0.14=0.51 кг. Общая потребность в кислороде 13,62+0.14=13,76 кг.

Количество железа к моменту расплавления составит:

,8-0.51=974,3 кг.

Состав металла в первой пробе по расплавлении, приведен в таблице 7

Таблица 7

Химический состав металла первой пробы

Элемент	Содержание
	кг.	%
C	5,36	0.55
Si	0	0
Mn	0,95	0.1
Cr	1.26	0.13
S	0.18	0.02
P	0.18	0.02
FeO	0.65	0.07
Fe	974,3	99.1
Итого	∑ 982.9	100

Шлак периода плавления.

Поступает в шлак из металла, кг:

SiO2 2.7*60/28=5,790.95*71/55=1,23O3 0.14 ∙ 152 / 104 = 0,2O5 0.26*142/62=0.619.9*0.12*72/56=32O3 19.9*0.03*160/112=0.85

Поступает в шлак с известью.

Количество извести определим через основность по формуле:

=m(CaO)/m(SiO2)(CaO)=mизв.*(СаО)изв./100+mф*(СаО)ф/100

где mизв - масса извести;ф - масса футеровки;

(CaO) - содержание окисла, %.

(SiO2)=mизв.*(SiO2)изв./100+mф*(SiO2)ф./100+(SiO2)окисл.*60/28

где (SiO2)окисл. - масса окислившегося кремния из металла.

Примем основность шлака равной 2 и массу извести выразим через х тогда:

= (х*92/100 + 6*3.5/100)/ (х*2.5/100 + 6*3.45/100 + 5,79)

*(х*2.5/100 + 6*3.45/100 + 5,79)=(х*92/100 + 6*3.5/100)

.05х+0.414+11.6=0.92х+0.21

-0.21=0.92х-0.05х

,79=0.87х

х=14 кг.

СаО14*92/100=12.9*3.3/100=0.46*2.5/100=0.35O314*1/100=0.14O314*0.6/100=0,08

P2O514*0.1/100=0.014

Поступает в шлак из подины

Расход магнезитового порошка на блоки и заправку составляет 10 кг на тонну стали. Из этого количества в период плавления переходит 60%, или 6 кг и в окислительный период 40%, или 4 кг. Количество элементов по массе представлено в таблице 8.

Таблица 8

Период		Наименование окисла
		CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3
Плавления	%	3.5	90.25	3.45	0.8	2.0
	кг	0.21	5.42	0.21	0.05	0.12
Окисления	%	3.5	90.25	3.45	0.8	2.0
	кг	0.14	3.61	0.14	0.03	0.08

Таблица 10

Состав и количество шлака периода плавления

Источник поступления		CaO	MgO	SiO2	Cr2O3	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnO	P2O5	Всего
Металл		-	-	5.79	0,2	-	3	0.85	1,23	0.6	11,67
Известь		12.9	0.46	0.35	-	0.14	-	0.08	-	0.014	13,94
Подина		0.21	5.42	0.21	-	0.05	-	0.12	-	-	6
Итого	кг	13,1	5.88	6.35	0,2	0.19	3	1	1,23	0.6	31,55
	%	41,5	18,6	20,1	0,6	9,5	3,2	3,9	1,9	100

Расход электродов примем 3 кг. на 1 т. садки.

По периодам плавки расход электродов примерно пропорционален расходу энергии: в период плавления 70% или 2,1 кг., а в окислительный период 30%, или 0,9 кг. на всю плавку. Залой вносимой электродами пренебрегаем.

2.4 Окислительный период плавки

Состав металла в окислительный период плавки изменяется следующим образом:

Углерод. Для хорошей дегазации металла окисляют на 0.3%. удалим углерод до содержания 0,25%. Вес металла к концу окислительного периода ориентировочно составит 970 кг. К концу окислительного периода в металле должно быть углерода приблизительно:

*0.25/100=2,4 кг;

выгорит 5,36-2,4=2,96 кг.

Марганец. К концу окислительного периода в металле приблизительно останется 0,07 % марганца, или

*0.07/100=0,68 кг.

окислится 0,95-0,68=0.27 кг.

Фосфор. Считаем, что к концу периода в металле останется 0.007 % фосфора, или

*0.007/100=0.07 кг.

окислится 0.18-0.07=0.11 кг.

Сера. При основности шлака равной 3, и непрерывном его обновлении, можно рассчитывать, что из металла будет удалено 0.005 % серы, или

*0.005/100=0.1 кг

останется в металле 0.18-0.05=0.13 кг.

Потребность в газообразном кислороде.

Количество кислорода, необходимое для окисления примесей приведено в таблице 11.

Таблица 11

Количество кислорода, необходимое для окисления примесей

Элемент	Окисляется кг.	Химическое уравнение	Требуется кислорода, кг
Углерод Марганец Фосфор	2.96 0.27 0.011	С + 1/2 O2 = CO Mn + 1/2 O2 = MnO 2P + 5/2 O2 = P2O5	2.96*16/12=3.95 0,27*16/55=0.08 0.011*80/62=0.01
Итого	3,24		4,04

Количество закиси железа в жидкой стали.

По формуле Феттерса и Чипмана в металле, содержащем 0.25% углерода, должно находиться в растворе:

FeO=(0.0124+0.05*0.25)/0.25=0.1% (0.022% О)

Для кислородных плавок формула Феттерса и Чипмана даёт завышенное содержание кислорода в металле.

Примем содержание кислорода в металле равным 0.02% или 0.09% FeO.

Металл в конце периода плавления содержал 0.065% FeO. Необходимо повысить содержание закиси железа на 0.09-0,067=0.023% или 970*0.023/100=0.22 кг. FeO, на что потребуется:

кислорода0.22*16/72=0.047 кг;

железа0.22-0.047=0.173 кг.

Количество FeO, потребное для поддержания в шлаке определённой концентрации этого окисла.

По данным Ф.П. Еднерала, в плавках на свежей шихте металлу с 0.3-0.08% С, соответствует шлак с 7.54-17.85% Fe общ. (среднее 12.23%).

Известно, что при вдувании кислорода в металл содержание окислов железа в шлаке меньше, чем при окислении железной рудой. Для металла с содержанием С»0.25% примем содержание Fe общ. В шлаке равным 10%.

Для распределения железа между FeO и Fe2O3 можно задаться соотношением: (Fe в FeO)/(Fe в Fe2O3)=x/y»3. Так как х+у=10, то х(Fe в FeO)=7.5%, у(Fe в Fe2O3)=2.5%. Следовательно, в окислительном шлаке содержится 7.5*72/56=9.64% FeO и 2.5*160/112=3.57% Fe2O3.

Вес шлака окислительного периода.

Из металла подлежит удалению 0.01% Р. Для удаления фосфора, при нарастающей температуре металла, требуется основность шлака 2.5-3.0 и его обновление (шлак стекает через порог рабочего окна). Учитывая это обстоятельство, принимаем среднее содержание пятиокиси фосфора во вновь наводимом шлаке равным 0.5%.

Вес вновь наводимого шлака (без учёта остатков шлака периода плавления):

(0.01/0.5)*(142/62)*965≈44 кг.

Принимаем, что шлак окислительного периода удалён на 70%. В печи остаётся шлака 31,55*30/100≈9,5 кг.

Общий вес шлака окислительного периода составляет:

44+9,5=53,5 кг.

Потребность в извести.

Для определения количества присаживаемой извести принимаем основность шлака CaO/SiO2=3, а сумму CaO+MgO+MnO=65%.

Закись марганца вносится:

-      шлаком периода плавления

1,23*30/100=0.37 кг.

-      окисляющимся марганцем из металла

0.27*71/55=0.35 кг.

Всего вносится 0,37+0,35≈0,72 кг. марганца.

Окись магния вносится:

-      шлаком периода плавления

5.88*30/100=1.8 кг.

-      подиной

*90.25/100=3.6 кг.

Если обозначить известь через х, то известь внесёт

х*3.3/100 MgO

Всего вносится окиси магния

.8+3.6+0.033х=5.4+0.033х

Окись кальция вносится:

        шлаком периода плавления

13,1*30/100=3.9 кг.

-      подиной

*3.5/100=0.14 кг.

        известью

х*92/100 CaO

Всего вносится окиси кальция

.9+0.14+0.92х=4+0.92х

Сумма CaO+MgO+MnO=53,5*65/100≈35 кг. или

0,72+5.4+0.033х+4+0.92х=35 кг.

+0.953х=35 кг.

.953х=25 кг.

х=25/0.953≈26 кг.

Потребуется 26 кг. извести.

Потребность в шамотном бое

(определяем по содержанию кремнезёма)

Кремнезема вносится:

        шлаком периода плавления

.35*30/100=1.9 кг.

        подиной

*3.45/100=0.14 кг.

        известью

*2.5/100=0.65 кг.

Всего вносится 1.9+0.14+0.69≈2.7 кг.

Требуется кремнезёма для получения основности 3:

(4.04+0.92*26)/3=9,3 кг.

Требуется шамотного боя

(9,3-2.7)/0.62=11 кг.

Поступление в шлак железа

Из шлака периода плавления

3*30/100=0.9 кг. (FeO)

*30/100=0.3 кг. (Fe2O3)

Из подины

*2/100=0.08 кг. (Fe2O3)

Вносится известью

*0.6/100=0.16 кг. (Fe2O3)

Вносится шамотным боем

*2/100=0.2 кг. (Fe2O3)

Итого вносится 0.9 кг. FeO и 0.74 кг Fe2O3

Шлак должен содержать

.64% или 54,8*9.64/100=4,9 кг FeO;

3.57% или 54,8*3.57/100=1,8 кг Fe2O3.

Для повышения окисленности шлака требуется:

железа: (4,9-0.9)*56/72=3.1 кг; FeO

кислорода:4-3,1=0,9 кг.

железа:(1.8-0.74)*112/160=0.74 кг; Fe2O3

кислорода:1,06-0,74=0.32 кг.

Данные о весовом количестве и химическом составе шлака окислительного периода приведены в таблице 12.

Таблица 12

Вес (кг) состав шлака окислительного периода

Окисел	Источники появления					Итого
	Из шлака периода плавления	Из металла	Из извести	Из подины	Из шамотного боя	кг	%
CaO MgO MnO SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 P2O5 S	3,9 1,8 0,4 1,9 0,06 0,9 0,3 0,18 0,004	- - 0,35 - - 3,1 0,74 0,021 0,1	23,9 0,86 - 0,65 0,26 - 0,16 0,026 0,026	0.14 3.61 - 0.14 0.03 - 0.08 - -	0,077 0,033 - 6,8 3,85 - 0,22 - -	28 6,3 0,8 9,5 4,2 4 1,5 0,23 0,13	51 11,5 1,5 17,3 7,7 7,3 2,7 0,4 0,24
Всего	9,5	4,3	26	4	11	54,8	100

Таблица 13

Выход и состав металла к концу окислительного периода в таблице № 13.

Элемент	Содержание
	Кг	%
Углерод Кремний Марганец Фосфор Сера Закись железа 970*0.09/100	2,4 0 0,68 0,07 0,13  0,87	0,24 0 0,069 0,007 0,013  0,09
Железо: -в печи в конце периода плавления -расходуется на образование закиси и окиси железа 0.173+3.1+0.74	974,8 4.0
Всего железа	970	98,7
Всего стали	983	100

2.5 Количество газов периодов плавления и окисления.

При окислении углерода металла образуется окись углерода в количестве

(1,34+2.94)*28/12≈10 кг.

В течении всей плавки расходуется графитированных электродов на всю плавку:

.1+0.9=3 кг.

или

*99/100=2.97 кг.

углерода.

На основании анализа опытных плавок считаем, что углерод электродов окисляется следующим образом: 70% до СО и 30% до СО2.

С образованием окиси углерода сгорает:

.97*0.7≈2.1 кг. углерода

и образуется

.1*28/12=4.9 кг. СО.

на что требуется

.9-2.1=2.8 кг кислорода.

С образованием углекислого газа сгорает:

.97*0.3=0.89 кг. углерода

и образуется

.89*44/22=1.78 кг. СО2

на что требуется

.78-0.89=0.89 кг. кислорода.

Ранее было рассчитано количество кислорода необходимое для периодов плавления и окисления:

,62+4.04+0.047+0,9+0.32≈19 кг

Всего требуется кислорода 19+0.89+2.8≈22,6 кг. Допустим, что 50% кислорода поступит с воздухом в период плавления.

Потребуется газообразного кислорода

,6*0.5=11,3 кг.

Считая использование кислорода равным 85% определяется количество газообразного кислорода необходимого в периоды плавления и окисления

,3*100/85=13,3 кг.

или технического кислорода (98% О2)

,3*100/98=13,6 кг.

или

,6*22.4/32=9,5 м3.

С кислородом вносится 2% азота, т.е.

,6-13,3=0.3 кг.

Для окислительных процессов используется кислорода воздуха

,6*0.5=11,3 кг.

или

,3*22.4/32=7,9 м3,

кислороду воздуха сопутствует азот (включая аргон и прочие газы)

,3*77/23=37,8 кг.

или

,9*79/21=29,7 м3.

Объём воздуха составляет

,9+29,7≈37,6 м3.

Вес воздуха составляет

,3+37,8=49,1 кг.

При нагреве из извести выделяется, кг.:

СО2(14+26)*0.2/100=0.08

Н2О(14+26)*0.2/100=0.08

Влага, вносимая воздухом.

Температура воздуха 20 0С, давление 760 мм, относительная влажность составляет 70%. => упругость насыщенного пара равна 17.5 мм. Упругость водяных паров в воздухе составляет:

17.5*70/100=12.25 мм.

Количество влажного атмосферного воздуха составляет:

V=(37,6*(273+20)/273)*(760/(760-12.25))=37,6*1.07*1.02=41 м3.

Точка росы t` при р=12.25 расположена около 14 0С. Вес водяного пара в 1 м3 атмосферного воздуха составляет:

W=0.29*р/273=0.29*12.25/273=0.012 кг.

Воздух внесёт с собой влаги

.012*41=0.5 кг.

Всего влаги

.08+0.5=0.58 кг.

Водяной пар восстанавливается окисью углерода по реакции

Н2О+СО=Н2+СО2.

При этом образуется

.58*2/18=0.064 кг. водорода.

Потребуется окиси углерода

.58*28/12=1.35 кг.

образуется углекислого газа

.35*44/28=2,121 кг.

В периоды плавления и окисления расходуется газообразного кислорода 13,3 кг. В атмосферу печи расходуется 15%,

или

13,3*15/100=2 кг.

Свободный кислород окисляет окись кислорода до СО2 по реакции СО+1/2(О2)=СО2.

Образуется СО2

*44/16=5,5 кг.

Для этого требуется СО:

,5-2=3,5 кг.

Таблица 14

Сводная таблица газов периодов плавления и окисления.

	Кг.	%
Окись углерода (10+4.9-1.35-3,5) Углекислый газ (1.78+0.08+2+5,5) Водород Азот (37,8+0.3)	10 9,36 0.08 38,1	17,24 16,12 0,14 65,69
Всего:	≈58	100

Таблица 15

Материальный баланс периодов плавления и окисления. (на 1 т.)

Израсходовано, кг.		Получено, кг.
Железный лом Чугун Известь Электродов Магнезита Шамотного боя Воздуха (влажного) Газообразного кислорода	908 100 40 3 10 11 41 11	Металла Шлака (31,55*0.7+54,8) Газов Испаряется железа в виде бурого дыма в районе дуг 19.9*0.85*160/112 Невязка (1,5%)	983 76 58   24 17
Всего	1124	Всего	1124,4

 

.6. Материальный баланс периодов плавления и окисления (на всю плавку)

Таблица 15.

Израсходовано, кг.		Получено, кг.
Железный лом Чугун Известь Электродов Магнезита Шамотного боя Воздуха (влажного) Газообразного кислорода	145280 16000 6400 480 1600 1760 6560 1760	Металла Шлака (32*0.7+54) Газов Испаряется железа в виде бурого дыма в районе дуг 19.6*0.85*160/112 Невязка (1,5)	157280 12160 9280   3840 2720
Всего	179840	Всего	179840

3. Раскисление и легтрование

Для достижения химического состава во время выпуска плавки (под струю) присаживают раскислители и легирующие компоненты.

Таблица 17

Химический состав стали перед выпуском

С	Si	Mn	Cr	Mo	Al	P	S
0,24	Следы	0,069	0	0	0	0,007	0,013

Расчёт количества каждого элемента производим по формуле:

Gi=(Cкон-Cнач)*Ммe/100*Сфер.*Кусв.

где Gi - масса соответствующего материала, кг:

Cкони Cнач - концентрации компонента в стали до и после легирования.

Ммe - масса металла в ковше, кг;

Сфер - концентрация компанента в присаживаемом материале;

Кусв.- коэффициент усвоения компонента.

Коэффициенты усвоения равны:

Хром из ФХ 006 0,95

Кремний из ФС 65 0,7

Марганец из ФМн 75 0,9

Молибден из ФМо 60 0,97

Алюминий из АВ 87 0,2

Алюминиевая катанка 0,7

Тогда для получения заданных концентраций необходимо

ФХ 006 Gфх 006=(1,5-0)*160000/100*0,7*0,95=3609 кг.

ФС 65 G ФС 65=(0,32-0)*160000/100*0,65*0,7=770 кг.

ФМн 75 G ФМн 75=(0,45-0,069)*160000/100*0,75*0,9=903 кг.

ФМо 60 G ФМо 75=(0,2-0)*160000/100*0,60*0,97=550 кг

Прирост углерода из ферродобавок составит:

∆С ФХ 006=3609*0,06*100*0,7/(100*160000)=0,0009%

∆С ФС 65=770*0,1*100*0,7/(100*160000)=0,0003%

∆С ФМн 75=903*7*100*0,7/(100*160000)=0,028%

∆С ФМо 75=550*0,05*100*0,7/(100*160000)=0,0001%

Суммарный прирост углерода составит 0,029%

Остаточное содержание углерода в металле было 0,24% , после введения ферродобавок получилось 0,24+0,029=0,27%. В готовой стали необходимо, что бы содержание углерода в стали, составляло 0,38%, для науглераживания используем электродный бой. Необходимо ввести:

Э. бой Gэ.б.=(0,38-0,27)*160000/100*0,7*0,99=254 кг

Содержание алюминия в готовой стали примем равным 0,05%

Тогда необходимо присадить АВ87:

GАВ 87=(0,05)*160000/100*0,88*0,2=455 кг.

После предварительного раскисления легируем сталь алюминием.

Ал. катанка G АК=(0,9-0,05)*160000/100*0,99*0,7=1963 кг

Все раскислители присаживаются в порядке увеличения их раскислительной способности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

. В.Г.Воскобойников, В.А.Кудрин, А.М.Якушев «Общая металлургия»

Москва «Металлургия» 2000г

.А.В. Егоров « Электроплавильные печи черной металлургии»

Москва «Металлургия» 1985г

. Журналы «Сталь» № 12/200, № 1/2000, № 4/2000.,