Итого: Σ = 0,524 кг.
Принято, что окисленность скрапа (в виде Fe2O3) составляет 1% его массы, т.е. 0,35 кг. Согласно проведенным исследованиям на ОАО «Уральская Сталь», вместе с чугуном из миксера попадает небольшое количество шлака (1,5% массовой доли чугуна) 1,5 кг/100 кг, при этом состав шлака:
45,0% CaO; 6,0% Al2O3; 7,5% MgO;
40,0% SiO2; 1,5% S.
Миксерный шлак внесет:
- CaO ………………….. 0,45 · 1,5 = 0,675 кг;
- SiO2 …………………. 0,40 · 1,5 = 0,6 кг;
- Al2O3 ………………… 0,06 · 1,5 = 0,1125 кг;
- MgO ………………… 0,075 · 1,5 = 0,1125 кг;
- S ……………………. 0,015 · 1,5 = 0,0225 кг.
Известняка вводим 1,5 кг.
Поступит SiO2 из материалов:
- металлошихты ………1,464 кг;
- магнезитохромита …. 0,012 кг;
- загрязнений скрапа … 0,262 кг;
- миксерного шлака …. 0,6 кг;
- доломит …………….. 0,024 кг;
- известняка …………. 0,002 · х кг.
Σ 2,362 + х Σ 0,02 кг
Поступил Al2O3 из материалов:
- магнезитохромита … 0,008 кг;
- загрязнений скрапа … 0,147 кг;
- миксерного шлака …. 0,090 кг;
- доломит …………….. 0,024 кг;
- известняк. ………….. 0,003 · х кг.
Поступление MnO из материалов:
- металлошихты …….. 0,574 кг;
- известняк. ………….. 0,0015 · х кг;
Σ 0,574 + 0,0015 · х кг
Поступление MgO из материалов:
- магнезитохромита …. 0,132 кг;
- миксерного шлака …. 0,116 кг;
- доломит …………….. 0,432 кг;
- известняк …………… 0,02 · х кг
Σ 0,677 + 0,02 · х кг
Поступление СаО из материалов:
- магнезитохромита …. 0,004 кг;
- миксерный шлак …… 0,675 кг;
- доломит …………….. 0,660 кг;
- известняк ……………. 0,53 · х кг
Σ 1,339 + 0,53 · х кг
Поступление Р2О5 из материалов:
- металлошихты ………. 0,083 кг;
- известняка …………… 0,0007 · х кг
Σ 0,083 + 0,0007 · х кг
Поступление S из материалов:
- металлошихты ………. 0,001 кг;
- миксерного шлака …… 0,0215 кг;
- известняка ……………. 0,001 · х кг
Σ 0,0225 + 0,001 · х кг
Содержание FeO и Fe2O3 с учетом экспериментальных данных принято равным соответственно 20% и 7%
Количество шлака по расплавлению
Lш = 0,262 · Lш + 5,327 + 0,5747 · х (7)
Второе уравнение составляем по основности шлака 1 периода, которую примем 1,8, тогда:
(1,339 + 0,53 · х)/(2,362 + 0,02 · х) = 2,0
х = 6,908
Масса шлака составит:
Lш = 5,327 + 0,5747 · 6,908/0,738 = 12,6 кг.
Рассчитаем количество и состав шлака периода расплавления:
SiO2 ………………… 2,362 + 0,02 · 6,908 = 2,50 кг;
Al2O3 ……………….. 0,269 + 0,003 · 6,908 = 0,29 кг;
MnO ………………… 0,574 = 0,574 кг;
CaO …………………. 1,339 + 0,53 · 6,908 = 5,000 кг;
MgO ………………… 0,677 + 0,02 · 6,908 = 0,815 кг;
P2O5 ………………… 0,083 + 0,0007 · 6,908 = 0,088 кг;
S ……………………. 0,0225 + 0,0001 · 6,908 = 0,023 кг;
FeO ………………… 0,2 · 12,6 = 2,52 кг;
Fe2O3 ……………….. 0,07 · 12,6 = 0,79 кг.
Σ Lш = 12,6
Баланс железа 1 периода плавки приведен в таблице 6.
Количество окислившегося железа
0,357 + 1,886 = 2,243 кг.
Расход кислорода на окисление железа до Fe2O3
0,357 · 48/112 = 0,153 кг.
Расход кислорода на окисление железа до FeO
1,886 · 16/56 = 0,539 кг.
Таблица 6 – Баланс железа 1 периода плавки
| Источник | Из Fe2O3, кг. | Из FeO, кг. |
| 1 | 2 | 3 |
| Доломит | 0,0025 | - |
| Магнезитохромит | 0,0140 | - |
| Известняк | 0,01 | - |
| Окалина скрапа | 0,017 | 0,080 |
| Итого | 0,1965 | 0,080 |
| Содержится в шлаке | 0,553 | 1,966 |
| Переходит в сталь | 0,357 | 1,886 |
Расход кислорода на окисление железа до FeO
1,886 · 16/56 = 0,539 кг.
Так как в первый период выделяется много СО, то окислительная способность печи будет небольшой, ее можно принять 5 кг/м2 · ч.
Примем площадь пода одной ванны 54 м2, тогда продолжительность процесса будет 2,9 часа.
Количество кислорода, поступившего из атмосферы:
5 · 54 · 2,9 · 100/250000 = 0,31 кг/100 кг.
Необходимое количество чистого кислорода:
3,408 + 0,153 + 0,539 – 0,31 – 0,0735 = 3,716 кг.
Коэффициент усвоения подаваемого в ванну кислорода 90%
Расход технического кислорода:
3,716 · 22,4/0,95 · 0,9 · 32 = 3,04 м2/100 кг.
На 1 тонну металлошихты потребуется 3,04 м3/т технического кислорода.
Расход чистого кислорода
3,716 · 22,4/32 = 2,601 м3
Расход чистого кислорода с учетом коэффициента усвоения:
2,601/0,9 = 2,89 м3
4,34 · 0,1 = 0,304 м3 (0,434 кг)
Количество неусвоенного азота:
4,34 · 0,05 = 0,152 м3 (0,217 кг)
Количество технического кислорода, поступающего в ванну:
3,716 + 0,217 + 0,304 = 2,966 м3 (4,237 кг)
Корольков в шлаке будет 10% от массы шлака
12,6 · 0,05 = 1,26 кг.
Выход металла после 1 периода плавки:
Мж.ст = Мм.ш. – (Мм.ш./100)[(∆ [С] + ∆[Mn] + ∆[Р]) – Мж.шл-Мк-Мб.д.q (8)
где Мж.ст – масса жидкой стали, кг;
Мм.ш – масса металлошихты, кг;
∆ [ ] – угар примесей, кг;
Мж.шл – масса шлака, кг;
Мк – масса корольков, кг;
Мб.д. – масса бурого дыма, кг.
Мж.ст. = 100 – (1,8 + 0,683 + 0,445 + 0,034) – 2,243 – 0,524 – 0,35 – 1,26 – 1,5 =
= 91,16 кг.
Выделится СО2 из материалов:
- известняка ………………. 2,867;
- доломита ………………… 0,030.
Σ 2,897
Выделится Н2О из материалов:
- загрязнений скрапа …….. 0,115;
- известняка ………………. 0,060;
- доломита ………………… 0,026
Σ 0,201
Материальный баланс 1 периода плавки представлен в таблице 7.
Таблица 7 – Материальный баланс 1 периода
| Поступило | Получено | ||
| Источники | Масса, кг | Источники | Масса, кг. |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Металлошихты | 100,00 | Металла | 91,16 |
| Известняка | 6,908 | Шлака | 12,60 |
| Магнезитохромит | 0,20 | Корольки | 0,350 |
| Доломит | 1,20 | СО | 4,2 |
| Кислород из атмосферы | 0,31 | СО2 | 2,897 |
| Технический кислород | 4,237 | Н2О | 0,201 |
| Неусвоенного кислорода | 0,434 | ||
| N2 | 0,217 | ||
| Fe2O3 в бурый дым | 0,69 | ||
| Итого | 112,155 | Итого | 112,746 |
2 период плавки
Расход кислорода и количество окислившихся примесей во время доводки в таблице 8
Таблица 8 – Расход кислорода и количество окислов в период доводки, кг.
| Окисление | Угар примесей | Расход кислорода | Масса окисла |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| C → CO | 0,930 | 1,240 | 2,17 |
| Si → SiO2 | - | - | - |
| Mn → MnO | 0,12 | 0,032 | 0,142 |
| P → P2O5 | 0,010 | 0,013 | 0,029 |
| Fe → в дым | 0,0018 | 0,0018 | 0,0036 |
| Fe → в дым | 0,365 | 0,137 | 0,502 |
| Итого | 1,41 | 2,306 | 3,716 |
Расчет состава и количества шлака приведен в таблице 9.
Таблица 9 – Определение количества составляющих шлака периода доводки, кг.
| Источ-ники | SiO2 | Al2O3 | MnO | MgO | CaO | P2O5 | S | FeO | Fe2O3 | Σ |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Шлак периода распла-вления | 2,500 | 0,290 | 0,57 | 0,81 | 5,000 | 0,088 | 0,023 | 2,52 | 0,79 | 12,6 |
| Магне-зито-хромит | 0,006 | 0,004 | - | 0,06 | 0,002 | - | - | - | 0,011 | 0,10 |
| Метал-лошихта | - | - | 0,14 | - | - | 0,023 | - | 0,40 | 0,074 | 0,63 |
| Добав-ка из-вести | 0,046 | 0,007 | - | 0,04 | 1,117 | 0,001 | - | - | 0,005 | 1,22 |
| Итого | 2,552 | 0,301 | 0,71 | 0,92 | 6,119 | 0,112 | 0,025 | 2,92 | 0,88 | 14,6 |
Основность шлака равна:
41,91/17,48 = 2,4
Выход металла:
Мж.ст. = 91,16 – 1,41 – 0,311 – 0,0518 – 14,577 · 0,05 + 0,27 = 88,68 кг.
Количество [FeO], образовавшегося за счет окисления железа во втором периоде плавки
[FeO] = 2,92 – 1,886 = 1,034 кг.
Количество [Fe2O3], образовавшегося за счет окисления железа во втором периоде плавки
[Fe2O3] = 0,531 – 0,357 = 0,174 кг.
Расход кислорода на окисление железа до [FeO]
1,034 · 16/72 = 0,230 кг.
При этом окислится железа
1,034 – 0,230 = 0,804 кг.
Расход кислорода на окисление железа до [Fe2O3]
0,174 · 48/160 = 0,052 кг.
При этом окислится железа
0,174 – 0,052 = 0,122 кг.
Количество корольков в шлаке примем 5%
14,577 · 0,05 = 0,729 кг.
Количество кислорода, поступившего из атмосферы
5 · 54 · 100/250000 = 0,108 кг.
Количество кислорода, которое пошло на окисление элементов:
ОΣ = ОС + ОMn + OP + OFe шл + ОFe пыль (9)
ОΣ = 2,306 + 0,230 + 0,052 + 0,027 = 2,615 кг.
Количество кислорода, которое надо подать через фурмы:
2,615 – 0,108 = 2,507 кг.
Необходимое количество технического кислорода
2,507 · 22,4/0,95 · 32 · 0,9 = 2,053 м3/100 кг.
Количество неусвоенного кислорода
2,053 · 0,1 = 0,2053 м3
Количество азота
2,053 · 0,05 = 0,103 м3
Материальный баланс второго периода плавки представлен в таблице 10.
Таблица 10 – Материальный баланс второго периода плавки
| Поступило | Получено | ||
| Источники | Масса, кг | Источники | Масса, кг. |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Металл | 91,160 | Сталь | 88,680 |
| Продолжение таблицы 10 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Шлак | 12,600 | Шлак | 14,577 |
| Магнезитохромит | 0,100 | Корольки | 0,729 |
| Доломит | 0,300 | Бурый дым | 0,502 |
| Кислород из атмосферы | 0,108 | Газы СО | 2,170 |
| Технического кислорода | 2,930 | СО2 | 0,183 |
| Извести | 1,314 | N2 | 0,103 |
| О2 | 0,205 | ||
| SO2 | 0,0036 | ||
| Итого | 108,512 | Итого | 107,235 |
Материальный баланс всей плавки представлен в таблице 11
Таблица 11 – Материальный баланс всей плавки, кг.
| Поступило | Получено | ||
| Источники | Масса, кг | Источники | Масса, кг. |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Металлошихта | 100,00 | Сталь | 88,68 |
| Магнезитохромит | 0,300 | Потери с корольками | 1,07 |
| Доломит | 1,500 | Шлак | 10,228 |
| Кислород из атмосферы | 0,418 | Бурый дым | 1,192 |
| Технический кислород | 6,967 | Газы СО | 6,370 |
| Извести | 1,314 | СО2 | 3,080 |
| Известняк | 6,908 | N2 | 0,337 |
| O2 | 0,707 | ||
| H2O | 0,201 | ||
| Продолжение таблицы 11 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Итого | 117,407 | Итого | 116,226 |
Тепловой баланс рабочего пространства