Оборудование и технология производства сплава из стали марки 35Г в условиях предприятия ОАО "Ашинский металлургический завод"

- постепенно увеличить угол наклона печи для поддержания объёма жидкой стали над выпускным отверстием. При выпуске слегка изменяют положение ковша, так как угол наклона печи увеличивается;

- поднимающийся уровень стали в ковше контролирует оператор визуально на пульте управления выпуском. Когда уровень стали достигнет необходимого уровня свободного борта, начинают обратный наклон. Быстрая скорость возвращения в обратное положение способствует уменьшению объёма шлака, который проходит через выпускное отверстие, так как жидкое болото перемещается на сторону шлака. Продолжают наклон обратно при нормальной скорости до тех пор, пока печь доходит до примерно 6 или 7 градусов на стороне шлака. После наполнения ковша до необходимой массы его вывозит сталевоз из-под печи для дальнейшей его транспортировки на АКП.

При выпуске полупродукта в ковш присаживать следующие материалы:

- алюминий из расчета содержания углерода в последней пробе согласно табл.8:

Таблица 8 - Расчетное количество присаживаемого алюминия, кг

Массовая доля углерода в стали перед выпуском, %	Масса алюминия для присадки в ковш, кг
<0,05	195
0,05-0,07	165
0,07-0,09	135
0,10-0,15	105
0,16-0,20	90
0,20 не менее	60

- науглероживатель (УСМ, УМВК и т.п.) на нижний предел марочного состава (ориентировочное усвоение 70%);

- ферросилиций (ФС 45, ФС 75) по расчету на нижний предел кремния в марке с учетом угара 30 %;

- ферро(силико)марганец (МнС12 или МнС17) по расчету на нижний предел марочного состава по марганцу с учетом угара 20%.

- феррохром (ФХ 100А, ФХ 200А, ФХ 800А, ФХ 850А) но не более 1т;

- 700 - 800 кг свежеобожженной извести;

- глиноземсодержащий материал (АШБ, СГГ и т.п.) из расчета введения 350 кг Al₂O₃. При отсутствии материалов, содержащих Al₂O₃ в ковш вместо глиноземсодержащего материала присаживают плавиковый шпат массой 250-300 кг.

Температура металла перед выпуском и количество отданных материалов должны обеспечивать поступление металла на АКП со следующими параметрами:

Таблица 9 - Требования к полупродукту при поступлении на АКП

Температура полупродукта, оС	Содержание элементов в первой пробе на АКП, %
	S	P	Si	Mn
Не ниже 1580	Не более 0,060	Не более 0,015	На нижнем пределе по марке (см. приложение 4)

Для обеспечения максимального контакта металла и шлака во время и после выпуска осуществляют продувку аргоном через донную фурму сталь-ковша не менее 10 минут. По окончании продувки производят измерение температуры металла в ковше и отбирают пробу металла. Продолжительность транспортировки ковша с металлом от выпуска из ДСП до постановки его на стенд АКП должна быть не более 20 минут.

ь Описание технологических операций обработки стали на АКП

Полупродукт передается в ОНРС в ковше, перевозимом на передаточной тележке (сталевозе). С целью удаления печного шлака, ковш с полупродуктом сначала устанавливают на машину скачивания шлака. Уровень металла не должен быть выше 400 мм от верхнего края ковша. В случае его превышения на машине скачивания шлака излишки металла сливаются в шлаковую чашу.

ь Скачивание шлака на МСШ

Удаление шлака с поверхности стали производится механическим скребком. Для начала скачивания шлака с помощью МСШ ковш слегка наклоняют, а стрелу МСШ поднимают на такую высоту, чтобы скребок пришел в соприкосновение со шлаком по центру ковша. Затем для разламывания корки скребок перемещают к дальнему борту ковша. Во избежание выплеска шлака и металла из ковша запрещается производить прорыв корки шлака чрезмерным наклоном ковша. После пробивания корки по середине ковша, ее ломают скребком, расширяя зону взломанного шлака. Затем начинают скачивать, перемещая скребок «на себя». Скачивание шлака производят до появления зеркала металла. Уровень металла в ковше не должен быть выше 400 мм от верхнего края ковша. При скачивании шлака не допускают ударов скребка о футеровку ковша. Не разрешается срывать скребком настыли стали с ковша. Не следует погружать скребок в сталь. После скачивания шлака устанавливают очищенный от шлака ковш с металлом на сталевоз АКП. Установка ковша с металлом на стенд наклона МСШ и установка ковша на сталевоз №2 под обработку на АКП-100 осуществляется с помощью крана.

ь Обработка стали на АКП

Производится стыковка аргонопровода с ковшом для донной продувки. Устанавливается сталевоз с ковшом в положение «под крышкой». Опускается свод на ковш, состыковав газоход с газоотводящим патрубком свода, создать разрежение в газоходе до начала обработки стали. Устанавливается рабочий расход аргона для продувки стали (устанавливается визуально по «пятну» продувки не более 0,5 м). Для открытия забитой, «закозлившейся» продувочной пробки разрешается кратковременная подача аргона с давлением 1,6 МПа. В случае невозможности продувки ковша через донный продувочный узел дальнейшую обработку металла ведут по резервной схеме с использованием аварийной фурмы верхней продувки, предварительно просушенной на специальном стенде. При нормальной работе пробки в автоматическом режиме, режимы подачи аргона согласуются с выбранным режимом нагрева (ступенью мощности) работы АКП, состоянием шлака и периодом обработки:

- расход аргона по периодам обработки стали на АКП может изменяться в зависимости от состояния продувочного узла, при нормальном состоянии продувочного узла расход аргона составляет 5 - 25 м³\час;

- если во время нагрева наблюдается повышенный шум от электродов при неустойчивом горении дуг и значительных бросках напряжения, снижают расход аргона или переходят на более низкую ступень напряжения до наведения необходимого уровня шлака.

- визуальный контроль продувки проводят каждые 5 - 10 минут, особенно при работе на высоких ступенях нагрева, оголение зеркала металла должно составлять не более 0,5 м в диаметре.

Измеряется температура стали. Для повышения стойкости футеровки шлакового пояса сталь-ковшей вводится магнезитовый порошок марки ППК-88 в количестве до 0,6 кг/т. Вводится ТШС в количестве 300 кг. Включается АКП. Нагрев металла начинается с более низких ступеней мощности и переходит к более высоким ступеням после образования достаточно жидкоподвижного шлака. Во избежание повышенного износа футеровки ковша не работают на повышенных ступенях мощности при малых расходах аргона. Избегают повышенного расхода аргона, при котором наблюдается нестабильная работа электродов - броски тока по фазам, а также образование оголенных участков поверхности стали. Для уменьшения прямого излучения от дуг на футеровку ковша и уменьшения износа футеровки дуга прикрывается шлаком. Прогревается металл в течение 5-8 мин. Производится первая стадия нагрева стали в ковше до полного расплавления и усреднения шлака.

Измеряют температуру металла, отбирают пробу металла и шлака. По результатам химического анализа определяют последующий режим обработки и производят доводку химического состава стали вводом ферросплавов, наведением рафинирующего шлака. После получения заданного химического состава и температуры на АКП в ковш с металлом отдают 1 м³ теплоизоляционной смеси марки ТИС-250ВД и передают в разливочный пролет. После обработки металла на АКП-100 ковш с металлом снимается со сталевоза и передается на разливку, или стенд ожидания, с помощью крана.

Для обеспечения накопления ковшей для серийной разливки на МНЛЗ температура окончания обработки стали на АКП может быть увеличена с учетом последующей продувки на стенде ожидания но не выше, чем 1650^оС.

ь Раскисление рафинирующего шлака и металла. Легирование стали

Для марок стали с массовой долей углерода в готовом металле более 0,12 % используют углеродсодержащие материалы (фракции до 5мм), присаживаемые на поверхность шлака равномерно по всему зеркалу шлака порциями от 10 до 50 кг в зависимости от заданной массовой доли углерода в выплавляемой марке стали. Для раскисления шлака сталей с содержанием углерода в готовом металле менее 0,12 % используют гранулированный или дробленый алюминий, алюминий содержащий концентрат, либо алюмо-шлаковые брикеты.

Присадки ферросплавов производят в следующем порядке:

- добиваются получения однородного высокоосновного хорошо раскисленного жидкоподвижного шлака;

- устанавливают повышенный расход аргона (до 25 м³/ч);

- вносят присадки порций ферросплавов, визуально контролируя их прохождение и усвоение;

- через 2 минуты после прохождения последней порции, расход аргона уменьшают.

Рекомендуемая масса разовой порции ферросплавов - не более 100 кг. Корректировка содержания массовой доли углерода в металле производится путем присадки углеродсодержащих материалов фракции 0,5- 10 мм, через систему сыпучих материалов, на продувочное пятно (порциями, массой не более 50 кг), или вводом углеродсодержащих материалов через устройство для вдувания порошкообразных материалов. Окончательную корректировку химического состава стали, вне зависимости от количества присаживаемых материалов, производят не позднее, чем за 10 минут до окончания обработки металла на АКП

Показанием к окончанию процесса является достижение заданной температуры, при обеспечении заданного химического состава стали. После получения положительного анализа последней пробы и оптимальной температуры стали подают ковш на разливку.

ь Разливка стали на слябовой машине непрерывного литья заготовок

Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкую сталь из ковша 1 через промежуточное разливочное устройство 2 непрерывно подаются в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор 3, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток 5 (рис.1).

Перед заливкой металла в кристаллизатор вводится затравка - стальная штанга со сменной головкой, имеющей паз в виде ласточкиного хвоста, которая в начале заливки служит дном кристаллизатора. Вследствие интенсивного охлаждения жидкий металл у стенок кристаллизатора и на затравке затвердевает, образуется корка, соединяющая металл с затравкой. Затравка движется вниз при помощи тяговых роликов 6, постепенно вытягивая затвердевающий слиток из кристаллизатора. После прохождения тяговых роликов 6, затравку отделяют. Скорость вытягивания составляет в среднем 1 м/мин. Окончательное затвердевание в сердцевине происходит в результате вторичного охлаждения водой из форсунок 4. Затем затвердевший слиток попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком 7, на куски заданной длины. Слитки имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, отсутствуют усадочные раковины.

Рисунок 2 - Схема непрерывной разливки стали

ь Подготовка промежуточных ковшей и погружных стаканов к разливке

Разливщиком МНЛЗ принимается промковш с огнеупорного участка после сушки. При приемке не допускается наличие мусора и остатков раствора в рабочей полости. После приемки разливщик устанавливает стакан-дозатора и механизм «Интерстоп», огнеупорщик производит набивку стакан-дозатора после чего разливщик устанавливает стопор. Футерованный промковш накрывается крышкой и устанавливается на тележку промковша. Предварительный разогрев промежуточных ковшей для разливки производится на специальном стенде высокотемпературного разогрева промежуточных ковшей, оборудованного газовыми горелками. Во время нагрева промковша стопор открыт. При транспортировке промковша стопор закрыт. Время установки промежуточного ковша на разогрев отмечается в технологическом журнале. Разогрев производится до температуры 1100 - 1200°С. При разогреве промежуточного ковша под стакан-дозатором применяется труба для разогрева (эжектор). Погружной стакан устанавливается за 1-1,5 часа до начала разливки и разогревается вместе с разогревом футеровки промковша. Перед установкой погружного стакана визуально проверяется состояние канала стакан-дозатора на предмет засоренности и работоспособность стопора. Запасной стакан разогревается на передвижной станции разогрева в течении 45 - 90 мин. Время между окончанием разогрева погружного стакана и началом разливки не превышает 5 мин. Погружной стакан разогревается до температуры 700°С (желто-красного цвета, оценка визуальная). Производится проверка целостности стакана, геометрия, отсутствие трещин и сколов (визуально), готовность аварийного шибера промковша.

ь Проверка и подготовка кристаллизатора

После установки и регулировки исходной ширины и конусностикристаллизатора, оператором МНЛЗ проверяется поверхности широких и узких плит кристаллизатора на отсутствие повреждений. Зазор в стыках узких и широких медных плит не должен превышать 0,2 мм. Медные плиты визуально контролируются на наличие механических повреждений. Глубина канавок и царапин не должна превышать 0,5 мм в верхней части и 1,5 мм в нижней части кристаллизатора. При превышении пределов дефекты зачищают наждачной бумагой. Проверяют кристаллизатор на отсутствие течи воды в рабочую полость при максимальном расходе воды, путем установки максимального расхода воды на кристаллизатор.

ь Ввод затравки

Перед введением затравки оператор проверяет:

- надежность крепления головки к телу затравки. Головка затравки должна быть сухой, очищена от остатков металла, заусенец, не иметь трещин и других видимых дефектов. Перед заведением затравки в кристаллизатор проверяет работу всех механизмов.

При помощи тележки перемещения затравки перемещают её из «зоны парковки» до рольганга. После установки затравки на рольганг, производят её центровку, перемещают в направлении машины автоматически со скоростью 3,5 м/мин.

При достижении головки затравки середины бендера, она автоматически останавливается, введение затравки в кристаллизатор выполняется вручную с помощью толчкового режима продвижения со скоростью 0,4 м/мин. Выполнив указанные проверки оператор нажимает на пульте кнопку “Введение затравки”. Расстояние между затравкой и верхней гранью кристаллизатора должно составлять не более 600 мм.

Зазор между стенками кристаллизатора и головкой затравки должен составлять:

- со стороны широких стенок - не более 3 - 8 мм

- со стороны узких стенок - не более 4 - 15 мм.

После установки головки затравки в исходное положение производят следующее:

- обдувают сжатым воздухом головку затравки для удаления загрязнений и влаги;

- тщательно заделывают зазоры между головкой затравки и стенками кристаллизатора бумажным шнуром или шнуром асбесто-пуховым, не ранее чем за 30 мин до начала разливки. Набивку затравки необходимо начать с малого радиуса;

- по периметру на набивку кладут окалину или чугунную стружку толщиной 20-25 мм, или обрезь тонколистового проката (2- 3 мм);

- на поверхность стенок кристаллизатора наносится тонкий слой смазки (смесь отработанного масла и ШОС);

- на всех кристаллизаторах стыки узких и широких стенок (углы) по всей высоте кристаллизатора замазывают чугунной замазкой либо замазкой, замешанной до густого состояния, состоящей из солидола и графита или солидола и ШОС. Также допускается замазку углов производить густым водным раствором алебастра.

- ложат на головку затравки слой металлической сечки и материалы-холодильники (охлаждающие клети), которые должны быть прокалены и не иметь масляного загрязнения.

ь Подготовка МНЛЗ к приёму жидкого металла

Готовят ёмкости для аварийного слива металла. Наличие влаги, шлака, металла в них не допускается. Проверяют наличие рабочего инструмента, шлакообразующей и теплоизолирующей смеси на рабочей площадке разливки. Содержание влаги в шлакообразующей и теплоизолирующей смесях должно быть не более 0,5%. Не реже одного раза в неделю в ЦЗЛ проводится определение влажности смеси, для чего отбирается проба объемом не менее 0,5 л. Контроль, отбор проб и доставка их в ЦЗЛ осуществляется ОТК. Шлакообразующие смеси с истекшим сроком хранения и содержанием влаги более 0,5 % используют только в промежуточном ковше.

Перед окончанием обработки плавки на АКП на МНЛЗ выполняют следующие операции:

- проверяют готовность электросхем, гидросистем, аварийных систем;

- проверяют давление воды, сжатого воздуха, природного газа и кислорода, аргона;

- проверяют расходы воды на охлаждение кристаллизатора, узлов и механизмов МНЛЗ;

- проверить исправность работы пароотсоса;

- устанавливают рецепт разливки согласно заданной марки стали и заданного сечения.

По команде старшего разливщика устанавливают сталеразливочный ковш с металлом на поворотный стенд МНЛЗ и убедившись в правильной установке ковша на стенде, освобождают его от грузозахватного устройства и производят подсоединение гидравлического цилиндра на шиберный затвор. Затем сталеразливочный ковш перемещают в положение разливки. После установки стальковша в позицию разливки отключают горелки стенда разогрева промковша, снимают малую крышку и промковш вместе с погружным стаканом перемещают в положение разливки. Погружной стакан центрируют относительно кристаллизатора с помощью механизма юстировки установленного на тележке промковша. Допустимое отклонение относительно центра кристаллизатора не более 2 мм (оценка - визуально). Производят центровку шиберного затвора сталеразливочного ковша относительно приемного устройства промежуточного ковша. После капитального ремонта МНЛЗ в первой серии разливают сталь марки Ст3сп.

ь Начало разливки

Разливку стали начинают по команде мастера или старшего разливщика, для чего открывают шиберный затвор и приступают к заполнению металлом промежуточного ковша с максимальной скоростью. После появления металла, оператор главного пульта объявляет по внутренней связи: "Металл в промежуточном ковше". После наполнения промежуточного ковша ~10 т разливщик стали производит проверку работоспособности шиберного затвора сталеразливочного ковша на открытие и закрытие. После этого на зеркало металла присаживают ТИС марок GLUTIN MH-B, GLUTIN RS-10 в соотношении 1:1 c расходом 0,5-0,6 кг/т. После наполнения промежуточного ковша до 15-20 т опускают сталь-ковш до погружения защитной трубы в металл. Доводят уровень металла до рабочего 18-25 т и поддерживают его в течение всей разливки. Дальнейшую подачу ТИС производить по мере необходимости, не допуская оголения зеркала металла.

Минимально-допустимый уровень металла в промковше при смене сталеразливочного ковша - 10 т. При снижении уровня металла в промковше менее 10 т разливку прекращают. В стык соединения огнеупорной трубы с коллектором шиберного затвора подают аргон через специальное устройство, которым оборудована защитная труба. Расход аргона при этом должен находиться в пределах 30-50 Нл/мин при давлении 2-6 бар. В случае не поступления металла в промежуточный ковш выполнить следующие операции: 2 раза закрыть / открыть шиберный затвор.

По громкой связи оператор главного пульта МНЛЗ производит отсчет времени с начала наполнения кристаллизатора через каждые 30 секунд. При достижении уровня металла в кристаллизаторе выше выходных отверстий погружного стакана, проверяют работу стопора промковша. Затем в кристаллизатор подают ШОС (шлакообразующую смесь) равномерно по всему зеркалу металла.

Кристаллизатор считается наполненным, если уровень металла находится в пределах от 80 до 100 мм от верхнего среза медных плит кристаллизатора. Стакан должен быть погружен в металл на глубину 100-140 мм до верхнего среза его выходных отверстий (оценка визуальная). При наполнении кристаллизатора металлом до уровня от 100 до 150 мм от его верхней кромки старший разливщик на рабочей площадке МНЛЗ включает: качание кристаллизатора; через 5-10 секунд привод вытягивания сляба на скорости 0,20 м/мин; режим автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе.

Набор скорости производить по 0,02-0,04 м/мин через каждые 10 секунд до скорости 0,40 м/мин. Разливку на скорости 0,40 м/мин производить в течение 1 мин. Дальнейший набор скорости до 0,60 м/мин производить по 0,0,4-0,06 м/мин через каждые 10 секунд. После достижения скорости 0,60 м/мин производят замер температуры металла в промежуточном ковше, в зависимости от которой при необходимости плавно корректировать скорость разливки. При выходе на рабочую скорость разливки старший разливщик дает команду оператору главного пульта управления МНЛЗ на включение автоматического режима системы прогнозирования прорыва «ERGOLINE». Любые изменения скорости разливки выполняют при отключенном автоматическом режиме, т.е. в ручном.

Измерение температуры жидкой стали, в промежуточном ковше на МНЛЗ осуществляет разливщик стали, с помощью термопар марок TC 360312, CE 36011290 или ПТПР-91-900. Первый замер температуры металла производят после достижения скорости разливки 0,60 м/мин. Второй и последующие замеры температуры производят через каждые 20 т разлитой стали. Результаты замеров регистрируют в паспорте разливки. В зависимости от результата замера, марки разливаемой стали и сечения сляба, устанавливают рабочую скорость разливки.

При разливке первой плавки в серии и при смене промежуточных ковшей, температуру металла в сталеразливочном ковше после внепечной обработки допускается увеличить на 5-10 °С выше верхнего предела. Разница показаний температур воды на выходе и на входе в кристаллизатор (DT) по широким и узким стенкам должна быть 6-7,5 °С. При увеличении DT более 7,5 °С по команде оператора МНЛЗ энергетик должен увеличить расход воды на стенки кристаллизатора до достижения значения рабочего уровня DT. При увеличении DT более 12 °С разливку прекратить. При разливке металла по мере расходования ШОС в кристаллизаторе ее новые порции равномерно рассыпают по поверхности металла до получения темного цвета засыпки. Расход смеси согласно плановым нормам расхода.

Бурление в кристаллизаторе и оголение зеркала металла не допускается. Периодически около стенок кристаллизатора проверяют наличие гарнисажа, отсутствие твердых шлакометаллических образований на мениске металла. Грубые шлаковые корки, твердые шлакообразования при этом удаляют.

Разливщик стали немедленно закрывает шибер, как только визуально определит начало появления шлака из сталеразливочного ковша, при помощи манипулятора снимает защитную трубу. При замене сталеразливочного ковша разливщик стали очищает кислородом внутренний канал защитной трубы, проверяет ее целостность. Поворотный стенд разворачивают на 180^о, отсоединяют гидроцилиндр шиберного устройства, с помощью крана снимают ковш с поворотного стенда и передают в разливочный пролет мартеновского цеха для кантовки оставшегося шлака.

ь Отделение затравки

После выхода головки затравки из последней пары роликов горизонтального участка оператор ПУ-2 контролирует ее отделение в автоматическом режиме и поперечную транспортировку в позицию ожидания. Затем в позиции ожидания при необходимости выполняют замену головки затравки и техническое обслуживание.

ь Окончание разливки и резка металла на слябы

Окончание разливки производят только на мерной длине сляба, с учетом обрезки хвостовой части сляба длиной 0,70 м. Во время слива последних порций металла промежуточный ковш приподнимают так, чтобы отверстия погружного стакана открылись на треть. Удаляют полностью шлак из кристаллизатора. При достижении мерной длины с учетом хвостовой обрези стопор немедленно закрывают и поднимают промежуточный ковш, нажимают кнопку «окончание разливки» при этом скорость автоматически увеличивается до 0,28 м/мин, до момента вывода сляба из кристаллизатора. После нажатия кнопки «окончание разливки» автоматически включается программа «ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЗКИ», на ПУ МГР-1 с целью минимизации обрезки автоматически производится расчет оптимальной порезки и на мониторе выдаются варианты порезки. Оператор МГР-1 должен выбрать наиболее оптимальный вариант порезки и начать процесс. С целью исключения ошибки программы «ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЗКИ» оператор МГР-1 отрезку последнего сляба должен производить в ручном режиме.

Разливка на МНЛЗ стали марки 35Г

Таблица 10 - Температурно-скоростные режимы разливки стали марки 35Г

Параметры разливки металла
Марка стали	35Г
Сечение сляба, мм	240 х 1300
Рабочий интервал температур в п/к, оС	1524-1540
Температура металла в с/к, оС	1560-1575
Температура металла в п/к, оС	1524 и ниже	1525-1534	1535-1540	1541 и выше
Скорость разливки, м/мин*	0,85	0,84-0,71	0,70-0,60	не более 0,60
Примечание: * С увеличением температуры металла в промковше скорость разливки уменьшать.

Таблица 11 - Распределение расхода воды по зонам ЗВО

Зоны	Распределение по зонам, %
Узкие грани (подбой)	3,4
Широкие грани (подбой)	9,4
Бендер, верх	17,7
Бендер, низ	13
Сегмент № 1 малый радиус	4,1
Сегмент № 1 большой радиус	4,5
Сегмент № 2, 3 малый радиус	5,5
Сегмент № 2, 3 большой радиус	6,4
Сегмент № 4, 5 малый радиус	4
Сегмент № 4, 5 большой радиус	4,6
Сегмент №6, 7 малый радиус	2,8
Сегмент №6, 7 большой радиус	3,2
Сегмент № 8,9,10 малый радиус	8,5
Сегмент № 8,9,10 большой радиус	12,9

ь Контроль химического состава и температуры металла в ДСП

Отбор проб металла производят пробоотборниками марок SAE 1200/900, SAE 1200/900 P6 или ПМ-39, ПН-10-900. Замер температуры металла выполняют разовыми термопарами марок TC 360312, CE 36011290 или ПТПР-91-900. Первый замер температуры производят после полного расплавления металлошихты. Последний замер температуры производят не ранее чем за 3 мин до выпуска. Промежуточный контроль температуры металла рекомендуется проводить через 10-15 мин работы под током (в зависимости ступени нагрева), через 1-2 мин после подъема электродов.

При отборе проб и замере температуры в ручном режиме:

- отбор проб стали и замер температуры вручную производят через 1-2 мин после разрыва электрической дуги;

- пробоотборник и термопреобразователь погружают в расплав стали на глубину 2/3 длины пробоотборника;

- время отбора проб - от 5 до 8 сек, время замера температуры - 5 сек;

- пробу охлаждают сжатым воздухом до потемнения, затем в воде до температуры, достаточной для последующего высыхания пробы.

Последнюю пробу отбирают не ранее, чем за 10 мин до выпуска плавки. При необходимости вместе с последней пробой отбирают стержневую пробу для определения газов. Проба металла не должна содержать шлак. В случае появления на пробе шлаковых включений, трещин и других дефектов - пробу бракуют и отбирают новую. Перед взятием пробы металла и шлака из печи прекращается подача кислорода, углеродсодержащего материала и шлакообразующих материалов.

Пробы металла на химический анализ после отбора и охлаждения подручный или сталевар передает по пневмопочте в лабораторию экспресс-анализа и сообщает лаборанту № плавки и № пробы.

1.3.5 Контроль качества продукции

В процессе обработки металла на АКП фиксируются и заносятся в плавильный журнал и паспорт плавки следующие параметры:

- дата, номер плавки, заданная марка стали;

- номер сталеразливочного ковша и стойкость его футеровки (количество плавок);

- высота свободного борта

- количество минут продувки пробки (на предыдущих плавках)

- количество минут продувки аргоном через донную пробку на данной плавке

- суммарное количество минут продувки на пробке (на предыдущих плавках плюс на данной плавке, по окончании обработки металла на АКП)

- давление аргона на пробку при обработке металла на АКП

- начало, окончание и общая продолжительность обработки (час: мин);

- вес ковша со сталью т;

- вес жидкой стали, т;

- температура металла по ходу обработки, оС;

- расход аргона, за обработку (м3);

- вид и количество присаживаемых материалов;

- количество теплоизолирующей смеси;

- химический состав металла по ходу обработки;

- расход электроэнергии, кВт час/т;

- фамилия, имя, отчество мастера смены и сталевара.



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологические параметры выплавки

Рассмотрим технологию выплавки стали 35ГС в дуговой печи с последующей обработкой в ковше-печи в электросталеплавильном цехе № 2 на ОАО «АМЗ». Доводка стали в ковше-печи освобождает от необходимости жестко контролировать содержание серы в металле по ходу плавки в ДСП.

Исходными данными требования к данной марке стали. Состав стали 35ГС согласно ТИ 123-ЭС-01-2011 приведен в таблице 12.

Таблица 12 - Химический состав стали марки 35ГС, масс. %

Химический элемент	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu
Содержание	? 0,37	? 0,9	? 1,2	? 0,070	? 0,020	? 0,30	? 0,30	? 0,30

ь Шихтовка плавки

Изначально ДСП загружают при помощи скраповой бадьи, оборудованной зажимом на дне, используя основной и вспомогательный крюки загрузочного крана. Печь и скраповая бадья предназначены для выполнения загрузки за счет двух или трех бадей даже при завалке легковесного лома (плотностью менее 0,7 т/м³).Вес лома в бадье должен составлять не более 50 т, объемом не более Ѕ бадьи.

Загрузка не должна превышать 90% объема печи во избежание проблем с закрытием свода. Последовательность загрузки лома в бадью - исключительно важна (особенно, первая загрузка или первоначальная загрузка при условии использования Consteel).

При погрузке лома на конвейер должны быть учтены следующие моменты:

Лом должен быть разложен равномерно, его высота должна составлять приблизительно 650 мм, что на 150 мм ниже высоты загрузочного конвейера. Если используются чугун и брикетированное железо, для получения равномерной загрузки они должны быть разложены на загрузочном конвейере тем же самым образом. При этом загрузка чугуна и брикетированного железа в ДСП должна быть закончена за 15 минут до выпуска для того, чтобы предотвратить любые задержки, вызванные высоким содержанием углерода.

Из-за высокой плотности чугуна и брикетированного железа (ГБЖ), при использовании этих материалов загрузка конвейера соответственно увеличивается. Программа АСУ ТП ДСП уменьшит скорость конвейера для того, чтобы соответствовать интенсивности подачи в рамках заданной системы продолжительности загрузки.

Загружаемые на конвейер Consteel чугун и брикетированное железо, дойдут до печи приблизительно через 10 минут. Более крупные, тяжёлые куски скрапа могут поглотить больше тепла во время транспортировки через устройство предварительного подогрева, следовательно, по возможности, они должны быть размещены на верхнем слое.

В зимнее время во избежание примерзания компонентов металлошихты к конвейеру Consteel и блокирования его движения, запрещается оставлять металлошихту на конвейере на длительный период времени (более 1 часа). Перед остановкой печи на ремонт, загрузку шихты вести таким образом, чтобы после завалки плавки перед ремонтом конвейер остался пустым. В случае аварийных остановок печи на длительный срок (более 1 часа) загруженную шихту снять с открытого участка конвейера на участок складирования металлошихты.

При завалке через конвейер тяжеловесного лома для исключения поломки электродов обязательно производить заблаговременно отключение печи и подъем электродов. Отключение производить через промежуток времени с момента захода тяжелого (объемного) лома в горячую зону конвейера (под прижимной ролик) до подхода лома к печи. Данное время определяется скоростью конвейера Consteel.

Скорость конвейера, % 100 95 90 85 80 75 70 65 60

Время до печи, мин 5,8 6,1 6,5 6,8 7,3 7,8 8,3 9,0 9,7

Завалка печи бадьей.

Дно бадьи должно быть наполнено слоем легковесного лома без воды или масла; дробленный очищенный лом может использоваться вплоть до 10% от общего объема завалки. Данный слой действует в виде подушки для обеспечения защиты огнеупорного пода печи от возможных повреждений из-за тяжеловесных кусков скрапа. А также является неким уплотнением, предотвращающим потери через дно бадьи мелкого лома.

Следующий слой должен содержать самые тяжелые (большие) куски лома вплоть до 15% от загрузки бадьи во избежание поломки электродов при падении лома во время плавления.

Следующий слой лома должен составлять основной объем веса шихты. Это слой лома среднего веса для защиты футеровки и водоохлаждаемых панелей от теплоизлучения дуги.

Последний слой - это легковесный лом малого размера, необходимый для облегчения зажигания и выравнивания дуги.

Максимальный размер лома для загрузки бадьи не более 1000Ч500Ч500 мм с массой не более 1000 кг.

Расчет ведем на 100 кг металлошихты. Среднее содержание хрома в шихте для большинства выплавляемых марок стали не должно превышать 1 %. В противном случае образующиеся соединения оксидов хрома сильно понижают жидкотекучесть шлака, что затруднит ведение плавки.

В качестве шихты используем собственные отходы стали марки Ст3сп, образовавшиеся в ходе обработки сляб в ЛПЦ - 1, а также отходы стали марки 65Г. Исходя из этого, зададим в шихту 70 кг отходов стали Ст3сп и 30 кг отходов стали 65Г. Данные о фактическом химическом составе используемых материалов приведены в табл. 13 и 14.



Таблица 13 - Химический состав металлической части шихты, масс. %

Материал	C	Si	Mn	Cr	P	S	Fe
Ст3сп	0,20	0,20	0,50	0,20	0,04	0,03	98,83
65Г	0,67	0,25	0,95	0,20	0,02	0,02	97,89

Таблица 14 - Химический состав шлакообразующих и огнеупорных материалов, %

Материал	CaO	SiO2	MgO	Cr2O3	Al2O3	Fe2O3	CaF2	P	S	п.п.п.
Плавиковый шпат	0,5	3,6	_	_	0,2	1,2	94,0	-	-	0,2
Известь	78,0	9,3	2,0	-	0,8	1,2	-	-	-	8,7
Периклазо-углерод	-	0,2	86,0 - 95,0	-	0,5	0,2	-	Углерод 6,0 - 15,0	-

С учетом массы компонентов и их химического состава определим массу элементов, вносимых каждым компонентом шихты, и представим результаты также в виде табл. 15.

Таблица 15 - Масса элементов, вносимых шихтовыми материалами, кг

Компонент шихты	C	Si	Mn	Cr	P	S	Fe	Всего
Отходы Ст3сп	0,140	0,140	0,350	0,140	0,028	0,021	69,181	70,00
Отходы 65Г	0,201	0,075	0,285	0,060	0,006	0,006	29,367	30,00
Всего	0,341	0,215	0,635	0,200	0,034	0,027	98,548	100,00

Кроме металлической части шихты, в завалку сверху добавляют известь. Для наведения шлака в завалку на 1 т металлошихты обычно дают 15...30 кг извести.

ь Плавка в дуговой сталеплавильной печи

ь Период плавления

В период плавления происходит расплавление металлошихты, сопровождающееся окислением химических элементов, которые в виде оксидов переходят в шлак. Помимо продуктов окисления шлак периода плавления образуется из вносимой в завалку извести и материала футеровки печи, попадающего в шлак в результате разрушения футерованной части печи.

Продукты окисления компонентов металлического расплава вносят в шлак следующее количество оксидов.

Кремний. К окончанию периода весь кремний окисляется до SiO₂. Количество окислившегося кремния 0,215 · 1 = 0,215 кг. На окисление этого количества кремния потребуется 0,215 · 32/28 = 0,246 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,215 · 60/28 = 0,461 кг SiO₂.

Марганец. В период плавления до MnO окислится 35 % от вносимого шихтой марганца, т.е. 0,635 · 0,35 = 0,222 кг. На его окисление потребуется 0,222 · 16/55= = 0,065 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,222 · 71/55 = 0,286 кг MnO.

Хром. При современной технологии плавки хром окисляется незначительно. Учитывая относительно невысокое содержание хрома в шихте, в период плавления до Cr₂O₃ окислится около 5 % от вносимого шихтой хрома, т.е. 0,200·0,05 = 0,010 кг. На его окисление потребуется 0,010 · 48/104 = 0,005 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,010 · 152/104 = 0,015 кг Cr₂O₃.

Железо. В период плавления окислится 0,4 % от вносимого шихтой железа, т.е. 98,548 · 0,004 = 0,394 кг. Из них половина окислившегося железа уносится с пылью в виде Fe₂O₃. На окисление этого количества железа потребуется 0,394·0,5·48/112 = 0,084 кг кислорода. При этом образуется 0,394 · 0,5 · 112/160 = = 0,138 кг Fe₂O₃. В шлак будет внесено 0,394 · 0,5 · 72/56 = 0,253 кг FeO. На его образование требуется 0,394 · 0,5 · 16/56 = 0,056 кг кислорода.

Фосфор. В период плавления в шлак из металла переходит 30 % фосфора в виде P₂O₅. Окислится 0,034 · 0,3 = 0,010 кг фосфора, на что потребуется 0,010 · 80/62 = = 0,013 кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,010 · 142/62 = 0,023 кг P₂O₅.

В период плавления углерод не окисляется, сера из металла не удаляется.

Учтем, что в завалку вместе с металлошихтой вводили известь в количестве около 2 % от массы завалки или 2 кг на 100 кг шихты. С учетом получения необходимой основности скорректируем это значение до 1,5 кг. С известью вносится в шлак, кг:

CaO: 0,780 · 1,5 = 1,170 кг;

MgO: 0,020 · 1,5 = 0,030 кг;

SiO₂: 0,093 · 1,5 = 0,140 кг;

Al₂O₃: 0,008 · 1,5 = 0,012 кг;

Fe₂O₃: 0,012 · 1,5 = 0,018 кг или в пересчете на FeO 0,018 · 112/160 · 72/56 = 0,016.

Вследствие потерь при прокаливании из извести удалится в атмосферу 0,087·1,5= 0,131 кг CO₂.

Во время работы печи происходит износ футерованной части подины и свода, продукты износа в виде соответствующих оксидов переходят в шлак. Печь имеет периклазоуглеродистую набивную подину, водоохлаждаемые стены и свод, расход периклазоуглеродистых огнеупоров около 3 кг/т (или 0,3 кг на 100 кг металлошихты.

По результатам выполненных расчетов определяем состав и количество шлака в конце периода плавления (таб. 16). Отдельно составляем баланс металла за этот период (таб. 17).

Таблица 16 - Количество и состав печного шлака периода плавления

Источник	SiO2	CaO	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	P2O5	У
Известь	0,140	1,170	-	0,016	-	0,012	0,030	-	1,368
Футеровка	0,004	-	-	-	-	-	0,276	-	0,280
Продукты окисления	0,461	-	0,286	0,253	0,015	-	-	0,023	1,038
Всего, кг	0,605	1,170	0,286	0,269	0,015	0,012	0,306	0,023	2,686
Всего, %	22,524	43,560	10,648	10,015	0,558	0,447	11,392	0,856	100

При составлении баланса металла учтем, что в процессе плавки происходит науглероживание металла в результате износа графитированных электродов. Расход электродов на плавку в современных печах составляет 1,7...2,5 кг/т стали. В ДСП на ОАО «АМЗ» расход электродов 2 кг/т или 0,2 кг на 100 кг шихты и усвоение углерода ванной 75 %. С учетом того, что продолжительность периода плавления составляет 2/3 общего времени плавки, в металл дополнительно перейдет 0,2 · 0,75 · 2/3 = 0,100 кг углерода и выделится 0,2 · 0,25 · 28/12 · 2/3 = = 0,078 кг СО. На это потребуется 0,2 · 0,25 · 2/3 · 16/12 = 0,044 кг О₂.

Таблица 17 - Баланс составляющих металла за период плавления

Элемент	Поступило с шихтой	Перешло в шлак	Содержится в металле
			кг	%
C	0,341	-	0,441	0,445
Si	0,215	0,215	-	-
Mn	0,635	0,222	0,413	0,416
Cr	0,200	0,010	0,190	0,191
S	0,027	-	0,027	0,027
P	0,034	0,010	0,024	0,024
Fe	98,548	0,197	98,154*	98,897
У	100,000	0,654	99,249	100

*С учетом потерь с пылью.

Основность полученного шлака, выраженная через отношение % CaO / % SiO₂= = 1,93. Это удовлетворяет требованиям к шлаку в период плавления.

ь Период окисления

Сразу после окисления жидкого шлака его начинают вспенивать, и по мере наполнения ванны печи жидким металлом часть шлака через рабочее окно самотеком покидает рабочее пространство печи. С ним удаляется значительная часть фосфора. Потери шлака в течение всей плавки компенсируют небольшими присадками извести, поддерживая необходимый уровень шлака и его основность.

Задачами окислительного периода являются:

- окисление углерода и фосфора в металле до их требуемого содержания в готовом полупродукте и частично удаление серы;

- нагрев металла до необходимой температуры.

Окисление металла проводят продувкой техническим кислородом с чистотой не менее 99,5 %. В случае затруднений с удалением фосфора в ванну печи можно присадить железную руду. В нашем случае для получения не более 0,12...0,20 % фосфора в металле достаточно поддерживать в этот период основность не ниже 2,7...3,0 при содержании FeO в шлаке около 12...15 %.

Для интенсификации массо- и теплопереноса в сталеплавильной ванне, способствующей нормальному развитию в ней физических и физико-химических процессов, в это время необходимо обеспечить возможность окисления не менее 0,3...0,5 % углерода.

Обезуглероживание и окисление примесей. С учетом того, что углеродистые ферросплавы значительно дешевле, чем низкоуглеродистые, используем в дальнейшем для легирования углеродистые ферросплавы. Поэтому с учетом количества вводимых ферросплавов необходимо в конце периода иметь содержание углерода в металле на нижнем пределе по марке или несколько ниже. Примем, что содержание углерода в металле в конце окислительного периода должно составлять 0,10 %.

Углерод. После окончания периода плавления в металле с учетом науглероживания электродами содержится 0,441 кг углерода. Учтем науглероживание электродами за период окисления и определим количество углерода, которое необходимо окислить.

За окислительный период при расходе электродов 2 кг/т в металл с учетом 75 % усвоения попадает дополнительно 0,2 · 0,75 · 1/3 = 0,050 кг. углерода. Всего требуется окислить углерода

(0,441 + 0,050) - 0,10 = 0,391 кг.

Примем, что весь углерод окисляется до СО. Тогда для окисления 0,481 кг углерода потребуется 0,391 · 16/12 = 0,641 кг О₂ и образуется 0,391 · 28/12 = 1,122 кг СО.

Марганец. В окислительный период окислится примерно 45 % оставшегося в металле марганца: 0,413 · 0,45 = 0,186 кг. На его окисление необходимо 0,186·16/55 = 0,054 кг О₂. При этом образуется 0,186 · 71/55 = 0,240 кг MnO.

Хром. С учетом относительно невысокого содержания хрома в металле за этот период окислится 5 % хрома, поступившего с металлом: 0,190 · 0,05 = 0,010 кг. На его окисление необходимо 0,010 · 48/104 = 0,005 кг О₂ и в результате образуется 0,010 · 152/104 = 0,015 кг Cr₂O₃.

Железо. В окислительный период окислится около 0,4 % железа из металла, 85% от этого количества переходит в шлак в виде FeO, а 15 % удаляется в виде пыли Fe₂O₃ с отходящими газами. Всего окисляется 0,004 · 98,154 = 0,393 кг железа.

В шлак перейдет 0,393 · 0,85 = 0,334 кг железа, на его окисление израсходуется 0,334 · 16/56 = 0,095 кг О₂ и образуется 0,334 · 72/56 = 0,429 кг FeO. С пылью теряется 0,393 - 0,334 = 0,059 кг железа, на его окисление до Fe₂O₃ требуется 0,059 · 48/112 = 0,025 кг кислорода. Образуется 0,059 · 160/112 = 0,084 кг Fe₂O₃.

Сера. В окислительный период из металла удаляется около 20 % содержащейся в нем серы: 0,027 · 0,2 = 0,005 кг.

Фосфор. В окислительный период в шлак переходит 30 % имеющегося в металле фосфора: 0,024 · 0,30 = 0,007 кг. На его окисление до P₂O₅ требуется 0,007·80/62 = 0,009 кг O₂ и в шлак переходит 0,007 · 142/62 = 0,016 кг P₂O₅.

Шлакообразование в окислительный период. К концу периода плавления в печи остается 1/3 шлака, состав которого приведен в табл. 10. После этого в печи наводится новый шлак присадками извести. Шлак окислительного периода образуется из остатков шлака предыдущего периода, извести, оксидов - продуктов окисления металла, компонентов износа футеровки. С учетом требуемой величины основности примем, что в окислительный период присаживают 0,5 кг извести. С ней в шлак попадет:

CaO: 0,780 · 0,5 = 0,390 кг;

MgO: 0,020 · 0,5 = 0,010 кг;

SiO₂: 0,093 · 0,5 = 0,047 кг;

Al₂O₃: 0,008 · 0,5 = 0,004 кг;

Fe₂O₃: 0,012 · 0,5 = 0,006 кг или в пересчете на FeO 0,006 · 112/160 · 72/56 = 0,005.

Вследствие потерь при прокаливании из извести удалится в атмосферу 0,087·0,5= 0,044 кг CO₂.

Из футеровки при расходе за период 0,2 кг на 100 кг металлошихты в шлак переходит:

MgO: 0,920 · 0,2 = 0,184 кг;

SiO₂: 0,012 · 0,2 = 0,002 кг.

Аналогично периоду плавления подсчитываем количество и состав шлака (см. таб. 18) и определяем баланс металла (таб. 19).

сплав печь брак шихта

Таблица 18 - Количество и состав шлака в конце окислительного периода

Источник	SiO2	CaO	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	P2O5	У
Известь	0,047	0,390	-	0,005	-	0,004	0,010	-	0,456
Футеровка	0,002	-	-	-	-	-	0,184	-	0,186
Продукты окисления	-	-	0,240	0,429	0,015	-	-	0,016	0,700
Шлак периода плавления	0,202	0,390	0,095	0,090	0,005	0,004	0,102	0,008	0,896
Всего, кг	0,251	0,780	0,335	0,524	0,020	0,008	0,296	0,024	2,238
Всего, %	11,215	34,853	14,969	23,414	0,894	0,357	13,226	1,072	100

Примечание. Основность % CaO / % SiO₂ = 3,1. Это удовлетворяет требованиям ведения плавки.



Таблица 19 - Баланс составляющих металла за окислительный период

Элемент	Поступило в период плавления	Перешло в шлак	Содержится в металле
			кг	%
C	0,391	-	0,10	0,10
Si	0	0	0	0
Mn	0,413	0,186	0,227	0,232
Cr	0,190	0,010	0,18	0,183
S	0,027	0,005	0,022	0,022
P	0,024	0,007	0,017	0,017
Fe	98,154	0,334	97,761*	99,536
У	99,249	0,542	98,217	100

*С учетом потерь с пылью.

Химический состав полупродукта удовлетворяет условиям ТИ 123-ЭС-01-2011.

2.2 Энергоемкость оборудования

Диаметр электрода:

d_Э= (1)

где: d_Э - диаметр электрода, мм;

I - максимальный ток, А;

i - допустимая плотность тока, А/см²

Для современных графитированных электродов i=30-35 А/см²

Принимаю I=30 кА

d_Э= =0,6 м

Выбираю стандартный электрод d_Э=610 мм.

Диаметра распада электрода выбирается с учетом необходимости быть достаточным для размещения электрододержателей без замыкания при перемещении электродов и при условии необходимой прочности центральной части свода. Он равен:

d_Р=(2,5-3,5)

d_Р=3610=1830 мм

2.3 Материальный баланс

Продувку кислородом прекращают, когда содержание углерода в металле достигнет заданного.

После выполнения всех расчетов составляем итоговый материальный баланс плавки, в который заносим все вводимые в печь материалы и все получаемые при этом продукты. Количество материалов суммируем за всю плавку. Поскольку точно определить долю кислорода из атмосферы, пошедшую на окисление элементов нельзя, то считается, что получено значение расхода кислорода суммарное. Реальный расход кислорода несколько меньше (таб. 20).

Таблица 20 - Материальный баланс плавки

Поступило	Получено
Материал	Количество, кг	Продукт	Количество, кг
Отходы Ст3сп	70	Сталь	97,761
Отходы стали 65Г	30	Шлак	4,924
Известь	2,0	СО	1,935
Из футеровки	0,5	СО2	0,175
Из электродов	0,2	Пыль	0,256
Кислород на плавку	1,342	Невязка	- 1,009
Итого	104,042	Итого	105,051

Невязка составляет 1,009 кг или 0,97 %.



2.4 Тепловой расчет печи

ь Приход тепла

Тепло, вносимое электрической энергией, Q₁

На ОАО «АМЗ» расход электрической энергии фиксируется приборами учета электроэнергии. Важным параметром, характеризующим использование электроэнергии, является коэффициент полезного действия, учитывающий потери энергии при подводе ее к рабочему пространству печи на ДСП - 120 в ЭСПЦ - 2 з = 90 %. Расход электроэнергии, с учетом подогрева лома и наличия газокислородных горелок и времени их работы, равен 350 кВт·ч/т. Для пересчета кВт·ч в МДж используется переводной коэффициент 3,6 (1 Вт/ч = 3600 Дж/ч).

Расчет проведем на 100 кг шихты. Зададимся расходом электрической энергии, равным 350 кВт·ч/т стали, или 35 кВт·ч на 100 кг. Тогда с учетом электрического КПД з = 0,9

Q₁ = 35 · 3,6 · 0,9 = 113,40 МДж.

Тепло, вносимое газокислородными горелками, Q₂

Вносимое горелками тепло определяется по формуле:

Q_гор = N_гор · ф · Р_гор · 3,6, (2)

где N_гор - число горелок на печи, шт.;

ф - время работы горелки, ч;

Р_гор - мощность горелки, кВт;

3,6 - переводной коэффициент кВт·ч в МДж.

ДСП на «АМЗ» оборудована 4 газокислородными горелками по 3,3 МВт каждая. Продолжительность их работы за плавку 10 минут (0,17 часа).

Q_гор = 4 · 0,17 · 3,3 · 10³ · 3,6 = 8078,4 МДж.

С учетом емкости печи количество тепла, внесенного горелками, приведенное к 100 кг металлошихты составит: Q₂ = 6,73 МДж.

Тепло, вносимое в печь шихтовыми материалами, Q₃

Расчет энтальпии ведется по формуле:

ДH_к = М_к · с_к · Дt_к, (3)

где ДH_к - изменение энтальпии соответствующего компонента;

М_к - масса компонента;

с_к - теплоемкость компонента;

Дt_к - изменение температуры компонента.

Энтальпия лома, заваливаемого в печь, подогретого до 400 ^оС состави:

H_л = 100 · 0,538 · 10- ³ · 400 = 21,52 МДж.

Энтальпией остальных компонентов пренебрегаем, т. к. их подается очень мало.

Итого энтальпия шихты составит:

Q₃ = ДН = 21,52 МДж.

Тепло, вносимое при протекании экзотермических реакций, Q₄

В процессе ведения плавки происходит окисление имеющихся в шихте компонентов (в первую очередь Si, Mn, C и Fe). Точно учесть количество тепла, выделившееся при их протекании, на практике сложно из-за неоднородности химического состава шихты. Кроме того, при введении в печь избытка кислорода происходит избыточное окисление железа, а при введении малого количества кислорода часть углерода может не окислится.

Q₄ = M_Siq_Si + M_Mnq_Mn + M_Cq_C + M_Feq_Fe + M_Crq_Cr, (4)

где M_i - масса соответствующего элемента, окислившегося за всю плавку по материальному балансу;

q_i - тепловой эффект реакции его окисления.

В расчете условно принимаем, что все элементы окисляются по реакции:

xMe+yO = Me_xO_y. (5)

С учетом материального баланса запишем, что окислится:

Si до SiO₂: 0,215 · 28,4 = 6,11 МДж;

Mn до MnO: (0,222 + 0,186) · 6,99 = 2,85 МДж;

Cr до Cr₂O₃: (0,010 + 0,010) · 11 = 0,22 МДж;

Fe до FeO: (0,197 + 0,334) · 4,76 = 2,53 МДж;

Fe до Fe₂O₃: (0,197 + 0,059) · 7,36 = 1,88 МДж;

С до СО: (0,033 + 0,481) · 11,3 = 5,81 МДж.

Итого Q₄ = 19,40 МДж.

В процессе плавки часть графита окисляется до СО, часть - до СО₂, часть попадает в металл, а часть выносится в виде пыли с отходящими газам. При составлении теплового баланса принимают те же допущения, что и при составлении материального баланса (расход электродов 2 кг/т, 2/3 этого количества попадает в металл и учитывается при окислении углерода из расплава, остальное сразу окисляется до СО).

Итого за плавку приход тепла в печь:

Q_п = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄, Дж, (6)

Q_п = 113,40 + 6,73 + 21,52 + 19,40 = 161,05 МДж.

ь Расход тепла

Тепло, идущее на нагрев, плавление и перегрев до заданной температуры металла, шлака и легирующих добавок, Q₅

В процессе плавки происходит расплавление лома, шлакообразующих и легирующих элементов (если они вводятся в шихту). Количество тепла каждой составляющей определяется исходя из материального баланса по формулам:

H_М = M_M · [c₁ · (t_пл - t_о) +q_M + c₂ · (t_вып + t_пл)], (7)

где М_М - масса компонента данного вида, вносимого в печь за плавку;

с₁ - средняя теплоемкость этого материала в интервале температуры от загрузки до плавления;

с₂ - средняя температура металла в интервале температуры от плавления до выпуска;

t_o - температура скрапа при завалке;