Определение основных параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья (стр. 3 из 6)
Технологией выплавки стали предусматривается удаление миксерного шлака с поверхности чугуна перед заливкой его в конвертер. Тем не менее, часть шлака остается и принимает участие в формировании конвертерного шлака. Необходимо учитывать количество и состав миксерного шлака при расчетах плавки. Обычно бывает известна суммарная масса чугуна и шлака, так как их взвешивают в заливочном ковше общей массой. Поэтому количество миксерного шлака оценивают в процентах к массе чугуна. До удаления шлака из заливочного ковша это количество составляет 0,5…2,0%, а после скачивания – 0,2…1,0% к массе чугуна. Для расчета принимаем Gмш = 0,5%. Однако будем учитывать наличие миксерного шлака только при формировании конвертерного шлака, пренебрегая его влиянием на средний состав металлошихты.
Подобное замечание относится и к качеству металлического лома. Лом всегда частично окислен с поверхности и поступает в конвертер с некоторым количеством мусора: песком (основной компонент – SiO2) и глиной (Аl2О3). Окисленность и замусоренность лома оценивают в процентах к массе лома, что составляет в пределах 0,5…2,0% для каждого. Относительно небольшой расход лома на плавку позволяет пренебречь влиянием окалины и мусора в ломе при упрощенных расчетах.
С учетом этих замечаний расчет среднего химического состава шихты представлен в таблице 4.
Определим остаточное содержание примесей в металле в конце продувки. Содержание углерода было установлено ранее: [C]м=0,03%.
Кремний при выплавке стали в конвертере с основной футеровкой окисляется практически полностью, поэтому [Si]м = 0%.
Марганец, фосфор и сера во время продувки частично удаляются из металла. Степень их удаления зависит от условий ведения плавки (состава шлака и металла, их температуры) и момента окончания продувки. Обычно наблюдаемые значения степени удаления элементов приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Степень удаления элементов (%) из металла за время продувки вкислородном конвертере
| Химический элемент | Содержание углерода в металле в конце продувки, % | ||
| <0,10 | 0,10…0,25 | > 0,25 | |
| МарганецФосфорСера | 80…8590…9545…50 | 75…8085…9040…45 | 70…7580…8535…40 |
Для условий примера расчета при [С]м = 0,03% в соответствии с данными таблицы принимаем степень удаления марганца 83%, фосфора 93% и серы 47%.
Тогда:
[Mn]м = 0,66 (100 – 83)/100 = 0,111 кг;
[Р]м = 0,128·(100 – 93)/100 = 0,0089 кг;
[S]м = 0,027·(100 – 47)/100 = 0,014 кг.
Расчет окисления примесей шихты представлен в таблице 6.
Таблица 6 – Расчет окисления примесей шихты
| Расчетный показатель | С* | Si | Mn | P | S** | Все-го | ||
| Все-го | Окисляет-ся до СО | Окисляется до СО2 | ||||||
| Содержит-ся в шихте, кг | 3,18 | - | - | 0,51 | 0,66 | 0,128 | 0,027 | - |
| Остается после продувки, кг | 0,03 | - | - | 0,000 | 0,111 | 0,0089 | 0,014 | - |
| Удаляется при продувке, кг | 3,15 | 3,15·0,9=2,84 | 3,15·0,1=0,31 | 0,51 | 0,55 | 0,119 | 0,013 | 4,34 |
| Требуется кислорода, кгм3*** | - | 2,84·16/12=3,792,65 | 0,31·2·16/12= 0,830,58 | 0,51·2·16/28=0,580,41 | 0,55·16/55 =0,160,11 | 0,119· 5·16/ (2·31)= 0,1530,107 | –– | 5,513,86 |
| Образуется оксидов, кг | - | 6,63 | 1,14 | 1,09 | 0,71 | 0,272 | 0,013 | 9,855 |
*) Принимаем, что 90% углерода, удаляемого при продувке, окисляется до СО, а 10% – до СО2, остаточные содержания углерода в металле в% и кг отличаются несущественно, так как выход жидкого металла обычно составляет 90…92%.
**) Принимаем, что вся удаляемая из металла сера переходит в шлак, пренебрегая малым количеством ее окисления до газообразных продуктов.
***) Пересчёт в м3 производится из условия, что 32 кг кислорода занимают объем 22,4 м3.
5. Расчет количества и состава шлака
Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения неметаллических материалов. Необходимо определить количество и состав образующегося шлака.
Предварительно установим количество и состав неметаллических материалов (таблица 7).
В таблице 7 приведены значения величин, обычно наблюдаемые в производственной практике. Для расчета необходимо выбрать конкретные значения с использованием заданных величин так, чтобы содержание компонентов в материале в сумме составляло 100%.
Принимаем: расход плавикового шпата – 0,2 кг; твердого окислителя (окатышей) – 0,6 кг; миксерного шлака – 0,5% к массе чугуна (по пункту 4) или 80·0,5/100 = 0,4 кг. Принимаем расход рабочего слоя футеровки конвертера на каждую плавку 0,5 кг/100 кг металлошихты, что позволяет иметь стойкость футеровки 850…900 плавок. Обычно рабочий слой футеровки выполняют из смолодоломита (МgО=35…50%; СаO=45…65%), смоломагнезитодоломита (MgO=50…75%; СаО=15…45%), периклазографита (МgО не менее 72% и углерода 6…20% или МgО не менее 84% и углерода 6… 14%). В качестве материала футеровки выберем смоломагнезитодоломит.
Таблица 7 – Количество и состав неметаллических материалов, используемыхв конвертерной плавке
| Материал | Расход на плавку, % | Содержится в металле, % | ||||||
| СаО | SiO2 | Fe2O3 | FeO | П.п.п.* | Прочие | Ито-го | ||
| ИзвестьПлавиковый шпатТвердый окислительФутеровка конвертераМиксерный шлак | 4,0…11,00,1…0,40,0…1,50,2…1,00,2…2,0 | 80…920…51…1415…6525…35 | 1…53…204…121…530…40 | ––58…901…20…1,5 | ––1…18–5…7 | 5…10––2…20***– | 5…1575…95**5…1040…8010…25 | 100100100100100 |
*) П.п.п. – потери при прокаливании извести состоят в основном из
СО2, образующегося при разложении необожженного известняка.
**) Главным компонентом плавикового шпата является CaF2.
***) Содержание углерода в огнеупорном материале.
Для выбора состава окатышей определим содержание Fe2O3в них по заданным значениям Fe и FeO:
Fe2O3= (63,0 – 1,0·56/72)·160/112 = 88,89%.
Расход извести будем определять расчетом по балансу оксидов СаО и SiO2. Количество и состав неметаллических материалов, необходимых для дальнейших расчетов, сведены в таблице 8.
Таблица 8 – Количество и состав неметаллических материалов, используемыхв расчете конвертерной плавки
| Материал | Расход на плавку, % | Содержится в металле, % | ||||||
| СаО | SiO2 | Fe2O3 | FeO | П.п.п.* | Прочие | Итого | ||
| ИзвестьПлавиковый шпатТвердый окислительФутеровка конвертераМиксерный шлак | Определяется расчетом0,20,60,50,4 | 85,05,02,030,035,0 | 1,015,04,03,040,0 | ––88,92,01,0 | ––1,0–6,0 | 5,0–––– | 9,080,03,065,018,0 | 100100100100100 |
Для расчета расхода извести, а в дальнейшем для определения количества и состава шлака, удобно составить таблицу 9. Сначала заполним все первые колонки таблицы 9, включая колонку «Итого».
Расход извести определим по формуле:
,где Gиз – расход извести, кг/100 кг металлошихты;
В-основность шлака;
(SiO2) – поступление в шлак SiO2 из всех источников, кроме извести, кг;
(ΣCaO) – то же, СаО, кг;
(СаО)из – содержание СаО в извести, %;
(SiO2)из-то же, SiO2, %.
Основность шлака обычно изменяется в пределах 2,5…4,0 (чаще всего 3,0…3,5). Для более глубокого удаления серы и фосфора стремятся иметь максимальную основность, но не приводящую к ухудшению жидкоподвижности шлака.
Принимаем В = 3,5.
Тогда:
Теперь можно заполнить колонку «Вносится известью» в таблице 9.
Для заполнения оставшихся двух колонок таблицы 9 необходимо определить уровень концентрации оксидов железа в шлаке. Содержание оксидов железа в шлаке не имеет прямой связи с их количеством в шихтовых материалах, а зависит, в первом приближении, от содержания углерода в металле и удельного расхода дутья снизу (таблица10).
В процессе продувки оксиды железа поступают в шлак при окислении железа металлического расплава кислородом дутья и при растворении неметаллических материалов. Часть оксидов железа участвует в процессах окислительного рафинирования. Содержание оксидов железа в шлаке в конце продувки зависит от соотношения процессов их образования и расходования. В свою очередь эти процессы зависят от конкретных параметров плавки.
Для упрощения расчетов условно будем считать, что все оксиды железа, поступающие в конвертерную ванну с неметаллическими материалами, полностью разлагаются на железо, переходящее в жидкий металл, и кислород, участвующий в окислении примесей. В то же время оксиды железа шлака образуются за счет окисления железа металлического расплава кислородом дутья.
По данным таблицы 10 принимаем FeO=20% и Fe2O3=7%. Записываем эти значения в последнюю колонку таблицы 9. На все остальные оксиды шлака в количестве 7,314 кг приходится 100 – (20+7)= 73%. Отсюда определяем общее количество шлака: 7,314·100/73 = 10,019 кг и заполняем все оставшиеся колонки и строки таблицы 9.
При выплавке IF-стали конечный шлак конвертерной плавки должен содержать не более 7% SiO2, что позволит уменьшить до приемлемого уровня восстановление из него кремния при последующем микролегировании металла титаном. Для получения указанного содержания SiO2 в шлаке плавку стали в конвертере следует вести с удалением промежуточного шлака после введения примерно 1/3 от расчетного количества кислородного дутья.