Основы расчета материального баланса плавки

Расчет материального баланса плавки в конвертере. Определение среднего состава шихты, определение угара химических элементов. Анализ расхода кислорода на окисление примесей. Расчет выхода жидкой стали. Описание конструкции механизма поворота конвертера.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 31.10.2014
Размер файла 413,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Кислородные конвертеры получили широкое распространение благодаря ряду технико-экономических преимуществ, главными из которых являются высокая производительность по сравнению с мартеновскими печами, способность переплавлять скрап и давать сталь лучшего качества по сравнению с воздушными конвертерами. В достаточно широкой эксплуатации находятся кислородные конвертеры с верхней, наклонной и донной продувкой ванны кислородом. Наибольшее распространение получили конвертеры с верхней продувкой. Они обычно называются конвертерами ЛД по имени австрийских городов Линй и Донавиц, где они были впервые построены.

В этих конвертерах, работающих на мартеновских чугунах, получают сталь достаточно хорошего качества, они способны переплавлять около 25 % стального скрапа в металлическую завалку. Увеличение доли скрапа сверх 25% в этих конвертерах невозможно, так как оксид углерода, образующийся при окислении углерода, дожигается вне пределов рабочего пространства конвертера. Это является существенным недостатком это конвертера, так как требует специальных устройств для дожигания СО; увеличения выделившегося при этом тепла.

1. Общая часть. Расчет материального баланса

Исходные данные.

Химические составы применяемых шлакообразующих материалов и ферросплавов приведены в таблица 1, 2.

Таблица 1 - Состав шлакообразующих материалов

Материалы

Состав

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

Сr2O3

Н2O

СO2

CaF2

Известь

2,0

86,0

2,0

2,0

-

-

2,0

6,0

-

Плавиковый шпат

3,0

3,5

-

1,0

-

-

-

6,0

86,5

Футеровка

5,0

2,0

70,0

3,0

8,0

12,0

-

-

-

Таблица 2 - Состав ферросплавов

Наименование ферросплава

Марка

Содержание, %

С

Mn

Si

P

S

Cr

Ti

V

Mo

Ni

1. Ферромарганец:

-низкоуглеродистый

-среднеуглеродистый

-углеродистый

ФMn 0,5

ФMn 1,0

ФMn 18

0,5

1,0

7,0

85,0

85,0

78,0

2,0

2,0

1,0

0,3

0,3

0,35

0,03

0,03

0,03

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2. Ферросилиций

ФС 65

-

0,4

65,0

0,05

0,03

-

-

-

-

-

3. Феррохром:

-низкоуглеродистый

-среднеуглеродистый

-углеродистый

ФХ 0,1

ФХ 200

ФХ 650

0,1

2,0

6,5

-

-

-

1,5

2,0

2,0

0,03

0,03

0,03

0,03

0,03

0,06

65,0

65,0

65,0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4. Ферротитан

0,1

-

0,34

0,04

0,03

-

28,0

-

-

-

5. Феррованадий

0,75

-

2,0

0,1

0,1

-

-

35,0

-

-

6. Ферромолибден

0,05

-

0,8

0,1

0,1

-

-

-

58,0

-

7. Ферроникель

ФН 1

-

-

-

-

-

-

-

-

-

99,99

В расчете рекомендуется принять:

1. Химический состав металла после продувки перед раскислением:

- содержание углерода - нижнее значение заданной марки стали, так как углерод дополнительно поступит с некоторыми ферросплавами;

- содержание марганца - 25% от исходного содержания в чугуне;

- содержание фосфора и серы - 0,020-0,025% каждого.

2. Расход футеровки - 0,3% от массы садки.

3. Технический кислород содержит 99,5% О2 и 0,5% N2.

4. Расход плавикового шпата - 0,3 кг.

5. Потери металла:

- с корольками - 0,5 кг;

- с выбросами - 1,0 кг.

1.1 Определение среднего состава шихты

Исходные данные для расчета приводятся ниже:

Химические составы чугуна, скрапа, готового металла, приведенные в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав исходных материалов и продуктов,%

Наименование материала

C

Si

Mn

P

S

Чугун (75%)

4,0

0,81

0,74

0,28

0,033

Скрап (25%)

0,25

0,10

0,50

0,04

0,04

Готовая сталь 08ю

(ГОСТ 9045-93)

до

0,07

до

0,03

до

0,35

до

0,020

до

0,025

Определяется средний состав шихты, кг:

C

Si

Mn

P

S

Чугун вносит

3

0,6075

0,555

0,21

0,0248

Скрап вносит

0,0625

0,025

0,125

0,01

0,01

Средний состав

3,0625

0,63

0,68

0,22

0,0348

Металл перед раскислением

0,07

-

0,185

0,020

0,025

Средний состав элемента рассчитывается по формуле:

%Э* + %Э*,

где Э - химический элемент.

С) 4,0* + 0,25* = 3+0,0625 = 3,0625 кг.

Si) 0,81* + 0,10* = 0,6075+0,025 = 0,63 кг

Mn) 0,74* + 0,50* = 0,555+0,125 = 0,68 кг

Р) 0,28* + 0,04* = 0,21+0,01 = 0,22 кг

S) 0,033* + 0,04* = 0,0248+0,01 = 0,0348 кг

1.2 Определение угара химических элементов шихты, кг

Угар примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и в стали перед раскислением:

Поступило с шихтой

Осталось в металле

Окислилось

С

3,0625 -

0,7*0,9

= 2,99 кг

Si

0,63 -

0

= 0,63 кг

Mn

0,768 -

0,185*0,9

= 0,514 кг

Р

0,22 -

0,020*0,9

= 0,2 кг

S

0,0348 -

0,025*0,9

= 0,0123 кг

Fe(в дым)

= 1,5 кг

Всего:

5,846 кг

где 0,9 - выход жидкой стали.

1.3 Расчет расхода кислорода на окисление примесей

Принимаем, что 10% С окисляется до СО2, а 90% до СО, найдем расход кислорода на окисление примесей и массу образовавшихся оксидов:

Расход кислорода, кг

Масса оксида, кг

С>CO2

0,299*32/12 = 0,797

0,299+0,797 = 1,096

С>CO

2,691*16/12 = 3,588

2,691=3,588 = 6,279

Si>SiO2

0,63*32/28 = 0,72

0,63+0,72 = 1,35

Mn>MnO

0,514*16/55 = 0,149

0,514+0,149 = 0,663

P> P2O5

0,2*80/62 = 0,258

0,2+0,258 = 0,458

Fe>Fe2O3

(в дым)

1,5*48/112 = 0,643

1,5+0,643 = 2,143

Итого

6,8

11,989

1.4 Расчет количества и состава конвертерного шлака

Основной составляющей сталеплавильного шлака является CaO, который поступает из извести. Поэтому, сначала рассчитывается расход извести на плавку, зависящий от содержания кремния в шихте.

Расход извести, обозначенный через «Y», определяем по балансу CaO и SiO2 в шлаке для обеспечения заданной основности находим:

количество CaO в конечном шлаке, кг, поступающее из:

футеровки 0,3*0,2 = 0,006

плавикового шпата 0,3*0,035 = 0,011

извести 0,86*Y

Итого 0,017+0,86*Y

количество SiO2 в конечном шлаке, кг, поступающее из:

металлической шихты 1,35

футеровки 0,3*0,05 = 0,015

плавикового шпата 0,3*0,03 = 0,009

извести 0,02*Y

Итого 1,374+0,02*Y

Задаваясь основностью шлака CaO/SiO2 = 3,5, определим расход извести

,

откуда Y = 5,998 кг.

Данные расчетов состава шлака сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Источники и состав шлака, кг

Вносят источники

Содержание

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Сr2O3

S

MnO

P2O5

Fe2O3

CaF2

Металлическая шихта

1,35

-

-

-

-

0,012

0,663

0,458

-

-

Футеровка

0,015

0,006

0,210

0,009

0,036

-

-

-

0,024

-

Плавиковый шпат

0,009

0,011

-

0,003

-

-

-

-

-

0,26

Известь

0,121

5,158

0,126

0,126

-

-

-

-

-

-

Итого:

1,495

5,175

0,336

0,138

0,036

0,012

0,663

0,458

0,024

0,26

Принимаем содержание оксидов железа в шлаке равным 13% FeO и 4% Fe2O3. Тогда, масса оксидов шлака без FeO и Fe2O3 83%, а масса шлака без оксидов железа - 8,573 кг (таблица 4).

Рассчитываем массу шлака, которая равна 8,573/0,83 = 10,329 кг, в том числе 1,343 кг FeO и 0,413 кг Fe2O3.

На основе известного количества шлака можно рассчитать процентное содержание отдельных составляющих, приведенное в таблице 5.

Таблица 5 - Количество составляющих шлака, кг/%

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

S

MnO

P2O5

Fe2O3

FeO

Сr2O3

CaF2

кг

1,495

5,175

0,336

0,138

0,012

0,663

0,458

0,413

1,343

0,036

0,26

10,329

%

14,48

50,10

3,252

1,336

0,116

6,418

4,434

3,998

13,00

0,248

2,517

100

1.5 Расчет выхода жидкой стали

В кислородно-конвертерном процессе возможны потери металла с угаром химических элементов, выбросами, выносами и корольками в шлаке.

При этом в шлак переходит оксидов железа, кг:

до Fe2O3 0,413 - 0,024 = 0,893.

до FeO 1,343.

где 0,024 кг - количество Fe2O3, поступающее из различных источников (см. выше).

Поступит железа из металла в шлак

1,343*56/72 + 0,389*112/160 = 1,044+0,272 = 1,316 кг.

Выход жидкой стали составит

100-5,846 -0,5-1,0-1,1,316 = 91,338 кг,

где 100 - масса металлической части шихты, кг; 5,846- угар примесей шихты, кг; 1,316 - угар железа на образование оксидов железа в шлаке, кг; 0,5 - количество железа, запутавшегося в шлаке в виде корольков, кг; 1,0 - потери железа с выбросами, кг;

1.6 Общий расход кислорода на плавку

Как уже было подсчитано ранее, расход кислорода на окисление примесей металлошихты составил 6,155 кг. Однако, существует дополнительный расход кислорода, в том числе на окисление железа (определяется как разность между массами оксида и исходного элемента), равный

(1,343-1,044)+(0,389-0,272) = 0,416 кг.

Всего потребуется кислорода на окисление химических элементов:

6,155+0,416 = 6,571 кг.

В техническом кислороде содержится 99,5% кислорода и 0,5% азота.

Количество азота составит:

6,571*0,005 = 0,033 кг.

Принято, что ванной усваивается 95% поступающего кислорода.

Количество неусвоенного кислорода составит:

(6,571-0,033)*0,05 = 0,327 кг.

Масса технического кислорода, поступающего в конвертер, составит (на 100кг металлозавалки):

6,571+0,033+0,327= 6,931

или

6,931*22,4/32 = 4,85 м2 (48,51 м3/т)

1.7 Расчет количества и состава газов

Из ранее проведенных расчетов составляем таблицу 6.

Таблица 6 - Состав и количество выделяющихся газов

кг

м3

%

СО2

0,359+0,017+1,096 = 1,472*

0,749

17,88

СО

6,279

5,023

76,29

Н2О

0,119

0,148

1,44

О2

0,327

0,229

3,98

N2

0,033

0,026

0,4

Всего

8,23

6,175

100

* Сумма СО2, поступившего из извести, плавикового шпата, от горения углерода.

1.8 Материальный баланс плавки до раскисления

На основании произведенных расчетов, составляем материальный баланс плавки, представленный в таблице 7.

Таблица 7 - Материальный баланс плавки

Поступило, кг:

Получено, кг:

Чугун 75,0

Сталь 91,338

Скрап 25,0

Шлак 10,329

Плавиковый шпат 0,3

Корольки в шлаке 0,5

Известь 5,998

Выбросы 1,0

Размыв футеровки 0,3

Газы 8,23

Технический O2 6,931

Fe2О3 (в дым) 2,143

Невязка: 0,009

Всего: 113,529

Всего:113,54

Невязка:

Допускается невязка не более 0,5%.

1.9 Раскисление и легирование

Раскисление - это процесс удаления излишнего кислорода из металла различными способами.

Легирование - это операция присадки в сталь легирующих элементов для придания ей каких-либо особых физико-химических или механических свойств (твердость, жаропрочность и т.д.)

Как было принято ранее в металле перед раскислением содержится с учетом выхода жидкого металла (90%), кг:

С = 0,07*0,9 = 0,063; Mn = 0,185*0,9 = 0,166; Si = 0;

S = 0,025*0,9 = 0,022; Р = 0,020*0,9 = 0,018.

Необходимое количество каждого ферросплава определяется по формуле:

где [%]г.с. - среднее содержание элемента в готовой стали, %;

[%]п.р. - содержание элемента в металле перед раскислением, %;

[%]ф - содержание элемента в ферросплаве, %;

У - угар элемента, %.

В дальнейших расчетах принят следующий угар элементов, %:

С - 15; Si - 25; Mn - 20; Cr - 15; V - 15; Ti - 90; Ni - 0.

Расходы ферромарганца и ферросилиция согласно таблице 1 будут равны:

Химический состав ферросплавов приведен в таблице 2.

Количество элементов, вносимых ферросплавами, приведено в таблице 8.

Таблица 8 - Количество элементов, внесенных в металл, кг

Элемент

Вносится ферромарганцем

Вносится ферросилицием

Всего

C

------

0,003

Mn

0,0341

Si

0,0154

P

0,0002

Fe

0,018

Итого

0,045

0,0261

0,071

Тогда выход жидкой стали, после раскисления, составит:

91,338+0,071 = 91,409

Угар раскислителей 0,054+0,031-0,071 = 0,014

Проверка химического состава готовой стали, приведена в таблице 9.

Таблица 9 - Состав готовой стали

Наименование

С

Mn

Si

P

S

Fe

Всего

Металл перед раскислением

0,063

0,166

0

0,018

0,022

91,069

91,338

Вносятся ферросплавами

0,003

0,0341

0,0154

0,0002

-

0,018

0,071

Всего: кг

%

0,066

0,2

0,0154

0,0178

0,022

91,087

91,409

0,072

0,218

0,017

0,0195

0,024

99,648

100

Полученный химический состав готовой стали, соответствует пределам, предусмотренным ГОСТ 19281-89. Окончательный материальный баланс представлен в таблице 10.

Невязка не превышает допустимого значения 0,5%.

Таблица 10 - Материальный баланс плавки

Поступило, кг:

Получено, кг:

Чугун 75,0

Сталь 91,409

Скрап 25,0

Шлак 10,329

Плавиковый шпат 0,3

Корольки в шлаке 0,5

Известь 5,998

Выбросы 1,0

Размыв футеровки 0,3

Газы 8,23

Технический O2 6,931

Fe2О3 (в дым) 2,143

Раскислители 0,085

Угар раскислителей 0,014

Невязка: 0,009

Всего: 113,614

Всего:113,625

Невязка:

Допускается невязка не более 0,5%.

2. Специальная часть. Описание конструкции механизма поворота конвертера

материальный баланс плавка конвертер

Механизм поворота обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° со скоростью от 0,1 до 1 м/мин. Поворот конвертера необходим для выполнения технологических операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и др. Механизм поворота может быть односторонним и двусторонним. У конвертеров вместимостью 130--150 т и менее делают односторонний механизм поворота, в котором одна из цапф соединена с приводом. Наклон большегрузных конвертеров требует приложения значительного крутящего момента, вызывающего большие напряжения в металлоконструкциях опорного кольца и привода. Поэтому для более равномерного их распределения механизм поворота большегрузных конвертеров делают двухсторонним. Этот механизм имеет два синхронно работающих привода, каждый из которых соединен с одной цапфой. Механизмы поворота бывают стационарными и навесными. В состав стационарного механизма (рис. 2) обычно входят установленные на жестком фундаменте электродвигатель с редуктором, вращающий момент от которых передается цапфе с помощью шпинделя или зубчатой муфты. Недостатком механизма является его быстрый износ вследствие того, что, будучи неподвижно закрепленным, он испытывает удары вращающихся цапф в случае их перекоса, а также ударные нагрузки в момент включения привода. В последние годы применяют более совершенные навесные (закрепленные на цапфе) многодвигательные механизмы поворота (см. рисунок 2). На цапфе жестко закреплено ведомое зубчатое колесо 4, закрытое корпусом 7; этот корпус опирается на цапфу через подшипники и от проворачивания его удерживает демпфер 9. Таким образом, при вращении зубчатого колеса 4 с цапфой корпус 7 остается неподвижным. Зубчатое колесо вращают несколько (от 4 до 6) электродвигателей с редукторами 6, выходные валы шестерни 5 которых находят в зацепление с колесом; эти валы-шестерни через подшипники крепятся в отверстиях стенки корпуса 7. Электродвигатели с редукторами держатся (навешены) на валах-шестернях 5; вращая валы, сами двигатели остаются неподвижными, так как удерживаются от проворачивания демпферами 8 (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - Кислородный конвертер с двухсторонним навесным многодвигательным механизмом поворота: 1 - опорный подшипник; 2 -- цапфа; 3 -- защитный кожух; 4 -- ведомое зубчатое колесо; 5 -- вал-шестерня; 6 -- навесной электродвигатель с редуктором; 7 -- корпус ведомого колеса; 8, 9 -- демпфер; 10 -- опорная станина; 11 -- опорное кольцо

Навесной многодвигательный привод обладает следующими преимуществами: перекос цапф не влияет на его работоспособность, так как, будучи закрепленным на цапфе, привод перемещается вместе с ней; при выходе из строя одного двигателя привод остается работоспособным; демпферы частично компенсируют динамические нагрузки при включениях и торможениях, что снижает износ шестерен привода; в 2--3 раза уменьшается масса привода; существенно уменьшается площадь, необходимая для его установки, -- так, например, максимальный размер вдоль оси колонн цеха у 300-т конвертера с двухсторонним стационарным приводом составляет около 28 м, а при двухстороннем навесном приводе -- около 20 м.

Механизм поворота конвертера содержит тихоходный редуктор и быстроходные редукторы, корпусы которых закреплены на корпусе тихоходного редуктора. В корпусе тихоходного редуктора установлена приводная вал-шестерня. Хвостовик приводной вал-шестерни расположен в полости корпуса быстроходного редуктора. Выходное зубчатое колесо быстроходного редуктора закреплено на хвостовике приводной вал-шестерни. Крепление выходного зубчатого колеса непосредственно на хвостовике приводной вал-шестерни повышает надежность работы механизма поворота конвертера, снижает его себестоимость, уменьшает вес быстроходного редуктора и габариты его корпуса.

Литература

1 Воскобойников В.Г. и др. Общая металлургия: Учебник для вузов- 6-е изд. перераб. и доп. - М. Академкнига, 2002. - 768с.

2 Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: Учебник для техникумов. В 2-х томах. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2. - М.: Металлургия, 1986. - 376с.

3 Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. - М.: Металлургия, 2003. - 528 с.

4 Чернышева Н.А. Расчет материального и теплового балансов кислородно-конвертерной плавки (упрощенный): метод. Указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т; - Новокузнецк: Изд. Центр СибГИУ, 2012. - 15 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Определение параметров процесса плавки стали в конвертере с верхней подачей дутья: расчет расход лома, окисления примесей металлической шихты, количества и состава шлака. Выход жидкой стали перед раскислением; составление материального баланса плавки.

    курсовая работа [103,4 K], добавлен 19.08.2013

  • Методика упрощенного расчета параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья. Расчет выхода жидкой стали перед раскислением, составление материального баланса. Определение расхода материалов на плавку, выхода продуктов.

    курсовая работа [65,6 K], добавлен 31.05.2010

  • Расчет шихты для плавки, расхода извести, ферросплавов и феррованадия. Материальный баланс периода плавления. Количество и состав шлака, предварительное определение содержания примесей металла и расчет массы металла в восстановительном периоде плавки.

    курсовая работа [50,9 K], добавлен 29.09.2011

  • Технология плавки, расчет ее материального и теплового баланса. Режим дутья в кислородном конверторе. Раскисление стали присадками ферромарганца и ферросилиция. Расход раскислителей. Выход стали после легирования феррохромом. Параметры шлакового режима.

    курсовая работа [68,8 K], добавлен 06.04.2015

  • Расчет шихты для получения медного штейна методом автогенной плавки "оутокумпу". Проведение расчета шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи. Материальный баланс плавки агломерата на воздухе, обогащенном кислородом, без учета пыли.

    контрольная работа [36,4 K], добавлен 15.10.2013

  • Определение среднего состава металлошихты, состава металла по расплавлении, количества руды в завалку, количества шлака, образующегося в период плавления, состава металла перед раскислением, количества руды в доводку. Расчет материального баланса.

    курсовая работа [135,8 K], добавлен 25.03.2009

  • Технологические параметры плавки и тепловой баланса (химическое тепло металлошихты и миксерного шлака, реакций шлакообразования). Технология конвертерной плавки. Расчет размеров и футеровка кислородного конвертера, конструирование кислородной фурмы.

    дипломная работа [661,7 K], добавлен 09.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.