Технологический расчет выплавки стали марки 09Г2С в ДСП-80
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
«ПЕРВОУРАЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: Технологический расчет выплавки стали марки 09Г2С в ДСП-80
Проект выполнил: Климов В. С.
Руководитель проекта: Жданов А. В.
Нормоконтроль: Бобылева Л. А.
2016
ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
Рассчитайте:
- количество лома и чугуна
- количество и состава шлака
потребность в окислителях
присадку ферросплавов.
Исходные данные:
Марка стали 09Г2С ГОСТ 19281 <#"justify">ЭлементыСMnSiSPCuNi%0,12-0,071,3-1,70,5-0,80,030,030,20,2
Химический состав чугуна в таблице 2.
Талица 2 - Химический состав чугуна.
ЭлементыСMnSiSPCuMo%4,20,50,40,020,030,020,005
Ёмкость печи 80 т.
Ферросплавы, применяемые для раскисления и легирования:
ФМн90 (C-0,5%; Mn-90%; Si-1,8%; S-0,02%; P -0,3%.)
Фс65 (C-0,1%; Mn-0,4%; Si-65%; S-0,02%; P -0,05%.)
Перечень применяемых окислителей:
Технический кислород (содержание О2 -99,5%), Железорудный материал (содержание Fe- 52%), Степень использования кислорода в железорудном материале -80%. В качестве флюса применяется известь (содержание СаО - 92%; SiO2 - 8%)
Основности шлака 1,95
ВВЕДЕНИЕ
В работе необходимо провести расчёт технологии выплавки стали заданной марки стали - 09Г2С в ДСП ёмкостью 80 тонн и рассчитать химический состав металла по периодам плавки. Необходимо выполнить расчёт соотношения в составе шихты: лома и чугуна и произвести расчёт газообразного кислорода и твердого окислителя, в виде железной руды. Дополнительно требуется произвести расчёты: количества и состава шлака, расчет расхода извести. Определена потребность в ферросплавах для раскисления и легирования.
Сталь 09Г2С ГОСТ 19281 <#"justify">В условиях ПАО ПНТЗ выплавка стали осуществляется по схеме ДСП-АКП- Вакууматор и разливка на МНЛЗ (приложение Б).
1. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЛОМА И ЧУГУНА
Определим количество углерода в составе шихты.
где 0,28 - количество углерода в марке ниже нижнего придела на 0,01-0,03, %;
,4 - количество углерода, окисляемое в окислительный период, %;
,2 - количество углерода сгораемое во время плавки, %;
масса печи, кг.
Для определения доли лома и чугуна составим систему уравнений:
где мл - масса лома, кг;
мч - масса чугуна, кг;
%Сл - количество углерода в ломе, %;
%Сч - количество углерода в чугуне, %;
%Сшихты - количество углерода в составе шихты, %.
Решая систему уравнения, определим массу лома и массу чугуна при условии, что содержание углерода в ломе СЛ=0,09% и содержание углерода в чугуне Сч=4,2%.
;
После решения системы уравнения мл=кг, а мч=1 кг.
Ориентировочный состав шихты:
Чугун - 18,5%; Лом - 81,5%.
Средний состав шихты приведен в таблице 3.
Таблица 3 - Химический состав исходного сырья и средний состав шихты.
МатериалЕдиницы измеренияколичествоХимический состав, % массСMnSiSЛомкг6520058,68978,00423,819,56%81,50,091,500,650,03ЧугунКг14800621,6074,0059,22,96%18,54,200,500,40,02Ср. Шихтакг80000680,281052,0048322,52%100,0,851,320,6040,03Ломкг16,30130,400130,4063442,86%0,030,2000,2079,30Чугункг4,442,960,740,0014034,10%0,030,020,010,0017,54Ср. Шихтакг20,74133,360,74130,4077476,96%0,030,1700,1696,85
2. РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ШЛАКА
Расчет количества и состава шлака определим на основе данных по угару элементов из состава шихты: C, Mn, Si, P, Fe, Мо, Ni
Угар элементов в период плавления представлен в таблице 4.
Таблица 4 - Угар элементов в период плавления.
ЭлементыCMnSiPFeМоNi%10254015100
В результате получаем информацию о составе металла в конце периода плавления, которую приводим в таблице 5.
Таблица 5 - Состав металла в конце периода плавления.
Состав П.П.Единицы измеренияСодержание элементов %Кол-воCMnSiSкг78698612,25789,00289,822,52%1000,7810,3680,03угаркг1302,1168,03263193,20Состав в П.П.Единицы измеренияСодержание элементов, % массPCuMoNiFeкг17,63133,360,74130,476702,19%0,020,1700,1797,46угаркг3,11000774,77
Угар элементов в окислительный период приведен в таблице 6.
Таблица 6 - Угар элементов в окислительный период.
ЭлементыCMnSiPFeМоNi%60-8050-8510035-504-600
В результате получим информацию о составе металла в окислительный период (таблица 7).
Таблица 7 - Химический состав металла в конце окислительного периода.
Состав О.П.Единицы измеренияСодержание элементов, % массКол-воCMnSiSкг7426155,10276,150,00222,52%1000,070,370,0000030,03угаркг4436,7557,15512,85289,8000Состав О.П.Единицы измеренияСодержание элементов, % массPCuMoNiFeкг8,81133,360,74130,473634,1%0,010,1800,1899,16угаркг8,810003068,09
При расчёте присадок ферросплавов, для раскисления и легирования, ориентируемся на состав металла в конце окислительного периода.
В результате расчета окисления примесей в период плавления и окислительный период плавки было определено их общее количество (таблица 8).
Таблица 8 - Количество окисленных примесей за период плавления и окисли тельный период.
Единицы измерения Количество элементовMnSiPFeсуммакг827,79275,5214,864825,165943,33%13,9284,6360,25081,186100
Для определения количества и состава шлака необходимо провести пересчёт массы окисленного компонента в соответствующие оксиды:
Mn- MnO; Si- SiO2 ;P- P2O5 ;Fe- FeO.
Таблица 9 - Молярные массы элементов.
ЭлементыMnSiPFeOМ, г/моль5528305616
Пересчёт количества окислившихся примесей производится по формуле:
где - масса окислившихся элементов после периода плавления и окислительного периода, кг;
- молярная масса окислившихся элементов, г/моль;
молярная масса кислорода, г/моль.
=1001,6
Результаты расчета количества и состава шлака приведены в таблице 10.
Таблица 10 - Количество и состав шлака.
Единицы измеренияКоличество элементовMnOSiO2P2O5FeOсуммакг1001,56103526,834940,827004,201%14,29914,780,38370,541100
Для формирования шлака заданного состава с основностью (CaO)(SiO2)=1,95 необходимо добавить извести.
При расчёте добавки извести в шлак, необходимо задать требуемую основность шлака, значения которой приведены в задании расчетной работы (CaO /SiO2) =1,95.
Присадка чистого CaO (при условии отсутствия CaO в составе исходной шихты ДСП) производится по формуле:
где осн. - основность шлака (CaO)/(SiO2)=1,95;
SiO2 - количество SiO2 в шлаке, кг.
мCaO = 1.9 1035= 2018,25 кг.
Пересчёт состава шлака с учетом необходимой добавки чистого CaO приведены в таблице 11.
Таблица 11 - Состав шлака с учетом добавки чистого CaO.
Единицы измеренияКоличество элементовMnOSiO2P2O5FeOCaOсуммакг1001,552103526,8324940,8162018,259022,451%11,1011,470,29754,7622,37100
После определения количества требуемого чистого CaO, для получения шлака заданного состава, проведем расчет потребности в извести при условии, что она содержит 92% CaO и 8% SiO2 . Для расчета количества извести определим содержание «активного» CaO в ее составе, то есть его флюсующую способность : на связывание SiO2 в составе извести и соотношения 1:1 будет задействовано 8% CaO. Таким образом: 92-8х1,95=76,4% - содержания активного CaO в составе извести. Формула пересчета состава шлака:
где - масса CaO в шлаке, кг;
- количество SiO2 в извести, %;
- количество активного CaO в извести, %.
где - масса CaO в шлаке, кг;
- количество активного CaO в извести, %.
Результаты расчета количества состава шлака в период плавления и окислительный период с учетом добавки извести до основности CaO /SiO2 =1,95 приведены в таблице 12.
Таблица 12 - Состав шлака в период плавления и окислительный период с учетом добавки извести.
Единицы измеренияКоличество элементовMnOSiO2P2O5FeOCaOсуммакг1001,551246,3426,834940,822430,359645,89%10,3812,920,2851,2225,196100
3. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОСТИ В ОКИСЛИТЕЛЯХ
Расчет потребности в окислителях производится на основе данных по угару элементов в период плавления и окислительного периода, производим расчёт потребности газообразного кислорода на окисление примесей, кислород используется технический (99,5% кислорода).
Окисляется: С, Mn, Si, Р, Fe, масса окисляющихся компонентов для расчёта складывается из суммы элементов в период плавления и окислительный период.
где - количество элементов окисляющихся в период плавления. кг;
- количество элементов окисляющихся в окислительный период, кг.
Содержание железа в составе железорудного материала 55% (см. задание для расчёта).
Произведём пересчёт железа в составе железорудного материала на оксид Fe2O3. Расчёт ведём на 100 килограмм железорудного материала.
)
сталь металл шихта плавка
где - масса железа в железорудном материале, кг;
- молярная масса железа, г/моль;
- молярная масса кислорода, г/моль.
Реакция окисления железа с применением железорудного материала нами не учитывается, поскольку поступления FeO в шлаке учтено в степени освоения кислорода руды (80%) соответственно, примерно 20 % Fe2O3 перейдёт в шлак в виде FeO по реакции Fe + Fe2O3=3FeO. Массу железорудного материала найдём по формуле:
где - масса элемента в период плавления и окислительный период, кг;
- молярная масса элемента, г/моль;
- молярная масса Fe2O3, г/моль.
Найдём массу железорудного материала с учётом степени усвоения (80%):
где - масса железорудного материала необходимого на окисление углерода, кг;
масса железорудного материала необходимого на окисление марганца , кг;
масса железорудного материала необходимого на окисление кремния, кг;
масса железорудного материала необходимого на окисление фосфора, кг;
Найдём массу кислорода, необходимую на окисление примесей:
где - масса элемента в период плавления и окислительный период, кг;
- молярная масса кислорода. г/моль;
- молярная масса элемента. г/моль.
Найдём необходимый объём кислорода:
где - масса кислорода, кг;
- молярный объём (22,4 л/моль).
Делаем перерасчёт на технический кислород с усвоением 80%:
Находим общий объём кислорода:
где необходимый объём кислорода для окисления углерода, м3;
- необходимый объём кислорода для окисления марганца, м3;
- необходимый объём кислорода для окисления кремния, м3;
- необходимый объём кислорода для окисления фосфора, м3;
- необходимый объём кислорода для окисления железа, м3.
Результаты расчёта приведены в таблице 13.
Таблица 13 - Объём кислорода необходимый для окисления примесей в период плавления и окислительный период.
Единицы измеренияКоличество кислородаСMnSiPFeсуммам3733,04198,5485,4313,53965,542396,04%30,5948,28520,2600,56540,297100
4. РАСЧЕТ ПРИСАДКИ ФЕРРОСПЛАВОВ
Расчёт присадки ферросплавов производится на основе данных по химическому составу металла в конце окислительного периода. Необходима добавка марганца и кремния.
Для раскисления и легирования применяем ферромарганец марки ФМн78 и ферросилиций марки ФС65.
Расчет присадки ферросплавов производим по формуле:
- количество элемента в марке, %;
количество элемента после окислительного периода, %;
- коэффициент усвоения, %;
количество элемента в ферросплаве, %.
Расчёты и состав добавок ферросплавов приведены в таблице 14
Таблица 14 - Состав ферросплавов.
Добавка ферромарганца марки ФМн90количество Химический состав, % масс С MnSiS%0,5901,80,021057кг5,285903,73519,0260,2114%0,585,51,80,02добавка ферросилиция марки ФС65 %0,10,4650,02888кг0,8883,552503,4960,1776%0,10,456,70,02
Добавка ферромарганца марки ФМн90количество Химический состав, % масс PCuМоNiFe%0,30007,381057кг3,17100078,0066%0,30007,38добавка ферросилиция марки ФС65%0,0500036,43888кг0,444000323,4984%0,0500036,43
Результат расчёта конечного состава металла после раскисления и легирования оформляем в виде таблицы 15.
Таблица 15 - Состав металла после раскисления и легирования.
Единицы измеренияколичествоХимический состав, % и массаСMnSiSкг76206,19061,2761183,437522,52422,909%1000,081,5530,690,030Единицы измеренияХимический состав, % и массаPCuМоNiFeкг12,430133,3600,740130,40074035,608%0,0160,1750,0010,1797,152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе выполнен расчёт технологии выплавки марки стали - 09Г2С в ДСП ёмкостью 80 тонн. Данная Сталь 09Г2С конструкционная низколегированная применяется для изготовления сварных конструкций.
В условиях ОАО ПНТЗ выплавка стали осуществляется по схеме ДСП-АКП- Вакууматор и разливка на МНЛЗ.
В курсовой работе был рассчитан химический состав металла по периодам плавки. Произведены расчёты: газообразного кислорода и твердого окислителя, в виде железной руды, соотношения в составе шихты: лома и чугуна, количества и состава шлака, расчет расхода извести, и определена потребность в ферросплавах для раскисления и легирования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Поволоцкий Д. Я., Рысс М. А., Строганов А.И., Ярцев М. А.
Электрометаллургия стали и ферросплавов / - М.: Металлургия, 1974. - 551 с.
2. Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Кравченко В.Ф., Бородин Д.И. Металлургия стали / - М.: Металлургия, 1983. - 584 с.
3. ГОСТ 19281 <http://www.ukrtop.info/gost/gost_start.php?gost_number=19281> - 89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.
4. ГОСТ 4755 - 91 Ферромарганец. Технические требования и условия поставки.
5. ГОСТ 1415-93 Ферросилиций. Технические требования и условия поставки.