Рисунок 5.4 - Зависимость содержания фосфора в стали от кратности шлака

Расчетная часть.

Состав шлака представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Состав шлака, %

CaO	SiO2	FeO	MnO	MgO	PO2,5
45	17,5	18,5	10,5	8	0,5

[P]_н =0,041%

л=10 %

T=1873K

Примем, что жидкий металл - практически чистое железо, тогда Подставляя и и получим:

0,13•0,22+0,12•0,35+0•1,2+0,028•0,02+0,062•0,02+

(-0,03)•0,3+0,0002•0,3+0,024•0,6+0•0,005=0,07786.

так как

2•



=



Конечное содержание фосфора в металле определим по значению Lp и кратности шлака л по формуле (5.1.19).

Степень дефосфорации рассчитывается по формуле (5.1.20).

5.2 Раскисление стали

Температура металла 1600 °С. Термодинамическим расчетом определим содержание кислорода в металле после раскисления алюминием. Остаточная концентрация алюминия в стали - 0,005%.

Принимаем, что компоненты металла образуют идеальный разбавленный раствор.



В открытой печи КПа (1 атм). Следовательно, при 1600 °С произведение [C] [O] = 0,0023. Отсюда найдем начальную концентрацию кислорода в металле по формуле (5.2.1).

(5.2.1)

Для нахождения содержания кислорода в стали после раскисления удобно записать реакцию таким образом, чтобы алюминий и кислород участвовали в растворенном состоянии [14].

Тогда, константа равновесия реакции имеет уравнение в виде (5.2.2).

(5.2.2)

Отсюда активность кислорода имеет в виде уравнение (5.2.3).

(5.2.3)

Отсюда конечная концентрация кислорода рассчитывается по уравнению (5.2.4).

(5.2.4)

Константу равновесия реакции можно вычислить по уравнению (5.2.5).



(5.2.5)

Величину можно вычислить по уравнению (5.2.6).

(5.2.6)

Зависимость содержания кислорода в стали от содержания алюминия показана на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 - Зависимость содержания кислорода в стали от содержания алюминия

Расчетная часть.

Найдем начальную концентрацию кислорода по формуле (5.2.1).

Вычислим K₄ по формуле (5.2.5).



0,091•0,22+0,0056•0,35+0•1,2+0,03•0,02+0•0,02+

0•0,3+0•0,3+0•0,6+0,045•0,005=0,0228

(-0,45)•0,22+(-0,131)•0,35+(-0,021)•1,2+(-0,133)•0,02+0,07•0,02+

(-0,04)•0,3+0,006•0,3+(-0,013)•0,6+(-3,9)•0,005= -0,345

Определим по формуле (5.2.4).

5.3 Десульфурация стали

Сера удаляется из металла за счет перевода ее в шлак. Коэффициент распределения серы между этих фаз является важным параметром десульфурации и представлен уравнением (5.3.1) [14].

(5.3.1)

где (S), [S] - массовая доля серы (%) в шлаке и металле.

Можно найти используя выражение (5.3.2).

(5.3.2)



где (%R_nО_m) - массовая доля оксида в шлаке, %;

- активность кислорода в стали;

- коэффициент активности серы в металле.

Видно из выражения, что сера более быстро удаляется при низкой окисленности стали, высокой основности, высоком коэффициенте активности серы в жидком металле [14].

Зная L_S можно найти конечное содержание серы в металле [S]_к и шлаке (S)_к. Для этого необходимо составить и решить систему уравнений (5.3.3) и (5.3.4) [8].

(5.3.3)

(5.3.4)

где M_м и M_ш - масса металла и шлака, кг

[S]_н и (S)_н - начальные содержания серы в стали и шлаке, %

[S]_к и (S)_к - конечные содержания серы в стали и шлаке, %

Если параметры M_м и M_ш не изменяются, то, решив систему уравнений (5.3.3) и (5.3.4) можно получить формулу (5.3.5) для вычисления конечного содержания серы [14].

(5.3.5)

где л - кратность шлака, %.

Степень десульфурации рассчитываем по формуле (5.3.6).

(5.3.6)



Зависимость содержания серы в стали от содержания оксида кальция в шлаке показана на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 - Зависимость содержания серы в стали от содержания оксида кальция в шлаке

Зависимость содержания серы в стали от содержания кислорода показана на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 - Зависимость содержания серы в стали от содержания кислорода

Зависимость содержания серы в стали от кратности шлака показана на рисунке 5.8.



Рисунок 5.8 - Зависимость содержания серы в стали от кратности шлака

Расчетная часть.

Состав шлака представлен в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Состав шлака, %

CaO	SiO2	Al2O3	MnO+FeO	MgO
55	23	8	1	13

Al-раскислитель;

[S]_н =0,029%

л=3%

T=1873K

=(0,091•0,22+0,0056•0,35+0•1,2+0,03•0,02+ 0•0,02+0•0,3+0•0,3+0•0,6+0,045•0,005)=0,0228.



Активность кислорода рассчитываем по формуле (5.2.3).

=-3,155

(0,11•0,22+0,063•0,35+(-0,026)•1,2+(- 0,028)•0,02 + 0,29•0,02 +(-0,011) •0,3+0•0,3+(-0,0084) •0,6+0,035•0,005=0,0133

Коэффициент распределения серы между металлом и шлаком рассчитываем по формуле (5.3.2).

Конечное содержание серы в металле определим по значению L_S и кратности шлака л по формуле (5.3.5).

Степень десульфурации рассчитываем по формуле (5.3.6).



6 Экономическая часть

Себестоимость плавки по технологии переплава представлена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Себестоимость плавки по технологии переплава [15]

	Кол-во	Единица измерения	Цена, руб./ед.	Сумма, руб.
Отходы 20ГЛ	4231,952	кг	10	42319,52
Чистый лом	1813,694	кг	15	27205,41
ФС65	25,06	кг	65	1628,9
ФМн78	31,41	кг	80	2512,8
Алюминий	3	кг	100	300
Известь	120,91	кг	2,5	302,275
Футеровка (50 плавок)	30	кг	30	900
Электроэнергия (600 кВт•ч/т)	3600	кВт•ч	1,4	5040
Заработанная плата		руб.		500
Итого				80709

Себестоимость по технологии плавки с рафинированием представлена в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Себестоимость по технологии плавки с рафинированием [15]

	Кол-во	Единица измерения	Цена, руб./ед.	Сумма, руб.
Углеродистый лом	5855,93	кг	10	58559,3
Чугун	308,2	кг	12	3698,4
ФС65	35	кг	65	2275
ФМн78	86,58	кг	80	6926,4
Алюминий	3	кг	100	300
Известь	123,3	кг	2,5	308,25
Футеровка (30 плавок)	50	кг	30	1500
Кислород (16м3/т)	96	м3	50	4800
Аргон (0,5 м3/т)	3	м3	100	300
Электроэнергия (600 кВт•ч/т)	3600	кВт•ч	1,4	5040
Электроды	21	кг	300	6300
Заработанная плата		руб.		500
Итого				90507,35

Себестоимость плавки по двум технологиям показывает, что первая технология более эффективно, чем вторая (с рафинированием).

Разница себестоимости двух технологий примерно составляет:



7 Безопасность жизнедеятельности

В металлургическом цеху всегда производятся разные операции: подъем груза, плавка и разливка стали, ремонтные работы. Все эти операции происходят под тяжелыми нагрузками. Кроме того, выплавка стали идет под световыми и тепловыми излучениями и высоким уровнем шума. Поэтому, плавильщики и литейщики должны знать и соблюдать правила техники безопасности. В противном случае это может привести к тяжелым последствиям в работе.

1) При выплавке стали сталевар должен быть очень внимательно. Электропечь пожароопасная, пожар может происходить при выбросе жидкого металла. Поэтому, около печи должны стоят огнетушители.

2) Плавильщик должен быть одеть в специальную одежду, для зашиты от тепловых излучений и брызг металла.

3) Запрещается работать с металлом без очков.

4) Прежде чем приступить к работе необходимо:

- убрать лишние предметы у электропечи;

- проверить работу печи и механизма наклона печи;

- проверить систему охлаждения, звуковую и световую сигнализации;

- проверить наличие трещин в футеровке;

- проверить механические и электрические части электропечи;

- проверить состояния рабочего места;

5) При загрузке лома плавильщик должен проверить, что в нем не были взрывоопасные предметы, если есть удалять их.

6) Не забрасывать в печь влажные материалы (шихту и ферросплавы).

7) Загрузка шихты, удаление шлака и перемешивание стали должны проводиться при отключенной печи.

8) Инструмент, применяемый при работе электропечи должен быть электроизолированным.

9) Брать пробу металла и шлака, перемешивание жидкого металла осуществляются подогретым, высушенным инструментом.

10) После каждой плавки должна проводиться проверка состояния футеровки и тигля печи.

11) При обнаружении дефектов в футеровке, в тигле печи, необходимо очистить от остатков металла и шлака, засыпать футеровочную массу и утрамбовать [16].



Выводы

Рассмотрены две разные технологические схемы получения стали 20ГЛ в разных агрегатах. В первой технологии использовано в качестве шихты 30% чистого лома и 70% отходы стали 20ГЛ. Процесс проводится методом переплава в индукционной тигельной печи, без рафинирования металла от серы и фосфора. Вторая технология предусматривает использования углеродистого лома и чугуна в дуговой сталеплавильной печи с дальнейшим рафинированием стали от серы и фосфора. Фосфор удаляется в ДСП, сера на установке ковш-печь.

В индукционной тигельной печи расход металлошихты и ферросплавов меньше чем в дуговой сталеплавильной печи. Выход годного при плавке в ИТП составляет 98%, в ДСП примерно 94%.

Для окисления примесей в ДСП требуется 16 м³/т кислорода, а в ИТП плавка идет без применения кислорода. Элементы окисляются незначительно за счет кислорода воздуха.

Методом переплава в ИТП можно получить металл с низким содержанием серы и фосфора так как используются чистая шихта и можно не применить операции десульфурации и дефосфорации.

Угар элементов шихты и ферросплавов меньше в ИТП чем в ДСП. Это обеспечивается отсутствием окислительного периода в ИТП.

Расход шлака при плавке в ДСП почти два раза больше чем в ИТП. Выход пыли и газа больше в ДСП, чем в ИТП.

Разница себестоимости плавки по двум технологиям примерно составляет 9800 руб. за одну плавку. Технология плавки переплавом более эффективна.



Список использованных источников

1. Турсунов Н. К. Исследование процессов рафинирования и модифициро-вания металла с целью совершенствования технологии выплавки стали 20ГЛ в индукционной тигельной печи: Дис. … канд. техн. наук. - М., 2017. - 116 c.

2. Стали и сплавы. Под редакцией В. Г. Сорокина, М. А. Гервасьева, Марочник. - Москва. 2001 г.

3. Егоров А. В. Электрометаллургия стали и спецэлектрометаллургия. Электроплавильные печи черной металлургии - М:МИСиС, 2007 г. - 428 с.

4. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов

и сплавов. Изд. доп. и перераб. М.: Металлургия, 1968. 496 с.

5. Общая металлургия: учебник для вузов / Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. - 6-изд., перераб и доп. - М.: ИКЦ “Академкнига”, 2005 - 768c.: 253 ил.

6. Турсунов Н. К., Семин А.Е., Котельников Г. И. Кинетические особенности процесса десульфурации при выплавке стали в индукционной тигельной печи // Черные металлы. - 2017. №5. - С. - 23-28.

7. Турсунов Н. К., Санокулов Э. А., Семин А.Е. Исследование процесса десульфурации конструкционной стали с использованием твердых шлаковых смесей и РЗМ // Черные металлы. - 2016. №4. - С. - 32-36.

8. Турсунов Н. К., Семин А.Е., Санокулов Э. А. Исследование процессов дефосфорации и десульфурации при выплавке стали 20ГЛ в индукционной тигельной печи // Сборник трудов XIV международного конгресса сталеплавильщиков. Москва - Электросталь, 2016. С. -272-276.

9. Турсунов Н. К., Семин А. Е., Санокулов Э. А. Исследование процессов дефосфорации и десульфурации при выплавке стали 20ГЛ в индукционной тигельной печи с дальнейшим обработкой в ковше с использованием РЗМ // Черные металлы. - 2017. №1.- С.- 33-40.

10. Семин А. Е., Турсунов Н. К., Косырев К. Л., Инновационное производство высоколегированной стали и сплавов. - Учебное пособие. МИСиС Москва - 2017 год.

11. Электрометаллургия стали и ферросплавов / Поволоцкий Д. Я., Рощин В. Е., Рысс М. А., Строганов А. И., Ярцев М. А., Учебник для вузов. Изд. 2-е, переработ. И доп. М.: Металлургия. 1984

12. Семин А. Е., Кочетов А. И, Косырев К. А. Выплавка стали в открытых дуговых печах. Учебное пособие для выполнения курсовых дипломных работ. Москва - 1997.

13. Оценка и пути достижения экологической чистоты металлургического производства: метод. Указ. К выполнению курсовой работы / Л. М. Симонян, А. А. Хилько. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. - 29 с.

14. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов: Сб. задач с решениями/ В. А. Григорян, А. Я. Стомахин, Ю. И. Уточкин и др. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: МИСиС, 2007. -318.

15. Экономика предприятия с расширенным использованием финансовых моделей: Учеб. Пособие для вузов / И. М. Рожков, И. А. Ларионова, А. В. Пятецкая. - М.: МИСИС, 2004. - 320 с.

16. Отчет практики в Ташкентском ЛМЗ.

Размещено на Allbest.ru