Определение основных параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья (стр. 4 из 6)
6. Расчет расхода дутья
В качестве дутья для продувки металла сверху используем технически чистый кислород с содержанием 99,5% кислорода. Расход дутья определим по балансу кислорода, учитывая, что кроме дутья, кислород поступает в ванну при разложении оксидов железа неметаллических материалов, а расходуется не только на окисление примесей металла, но и на дожигание части СО до СО2, окисление железа, а также частично растворяется в металле и теряется в газовую фазу в начале продувки.
Ранее была определена потребность в кислороде для окисления примесей металла (таблица 6): 5,51 кг или 3,86 м3. Определим расход кислорода на окисление железа.
В таблице 9 в предпоследней колонке записано количество FeO (2,004 кг) и Fe2O3 (0,700 кг) в шлаке. Для их образования потребуется кислорода:
2,004·16/72 + 0,700·48/160 = 0,321 кг или 0,321·22,4/32 = 0,22 м3.
При этом окисляется железа:
2,004+ 0,700–0,321 = 2,383 кг.
Определим расход кислорода на дожигание СО. В зависимости от положения фурмы относительно поверхности металла 5…15%, а при использовании двухъярусных фурм до 25%, образующийся СО окисляется до СО2. Принимаем: 10% СО окисляется до СО2.
По реакции {CO}+0,5 {O2} = {СО2} на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11,2 м3 О2.
Так как при окислении углерода образовалось 6,63 кг СО (таблица 6), то для окисления 10% этого количества (0,663 кг) потребуется кислорода:
0,663·16/28 = 0,379 кг или 0,379·22,4/32 = 0,265 м3.
С неметаллическими материалами поступает 0,03 кг FeO и 0,458 кг Fe2O3 (таблица 9).
При их полном усвоении образуется кислорода:
0,03·16/72 + 0,458·48/160 =0,144 кг или 0,144·22,4/32 =0,101 м3.
При этом восстанавливается железа:
0,03 + 0,458 – 0,144 = 0,344 кг.
Теперь определим общую потребность в кислороде дутья для окислительного рафинирования (Vk):
Vk = 5,510 + 0,321 + 0,379 – 0,144 = 6,066 кг или 4,246 м3.
Обычно 5…10% oт этого количества (принимаем 8%) приходится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле с учетом содержания кислорода в дутье (99,5%). Определим общий расход дутья (Vд):
Vд = (6,066·8/100 + 6,066)·100/99,5 = 6,584 кг или 4,609 м3.
Избыток дутья примерно составит 6,584·8/100 = 0,527 кг.
7. Расчет выхода жидкой стали перед раскислением и составление материального баланса плавки
Сначала составим баланс металла за период окислительного рафинирования.
Приход металла состоит из 100 кг металлошихты (чугуна илома) и железа, восстановленного из неметаллических материалов.
Расходная часть баланса металла включает в себя массы окислившихся примесей (4,340 кг, по таблице 6), железа (2,383 кг, по пункту 6), потери металла с выносами и выбросами (обычно 1…2%, принимаем 1 кг), массу миксерного шлака (0,4 кг, по таблице 8) и потери железа с пылью.
Массу железа, теряемого с пылью, можно определить по формуле:
Gп = 0,00001·Vг·Кп·Feп,
где Gп – масса железа, теряемая с пылью во время продувки, кг;
Vr– объем образующихся газов, м3;
Кп – концентрация пыли в газе, г/м3 (обычно 150…250 г./м3);
Feп – содержание железа в пыли, % (обычно 60…80%).
В процессе продувки газы образуются в результате окисления углерода и поступления потерь при прокаливании из неметаллических материалов (поступлением азота из дутья пренебрегаем). Масса, объем и состав образующихся газов определяются в таблице 11.
Принимаем Кп = 200 г./м3, Feп = 70%.
Таблица 11 – Расчет количества газообразных продуктов плавки
| Источник поступления | Количество, кг | |||
| СО | СО2 | Всего | ||
| Окисление углерода | 6,630 | 1,140 | 7,770 | |
| Известь | - | 4,33·5/100 = 0,216 | 0,216 | |
| Дожигание части СО | -0,663 | 0,663·44/28 = 1,042 | 0,379 | |
| Дутье снизу | - | - | - | |
| Итого | кг | 5,967 | 2,398 | 8,365 |
| м3 | 5,967·22,4/28 = 4,774 | 2,398·22,4/44 = 1,221 | 5,995 | |
| Состав газа, % | 79 | 21 | 100,0 | |
Тогда Gп = 0,00001·5,995·200·70 = 0,839 кг.
Таким образом, выход жидкого металла перед раскислением (Gм) составит: Gм= 100 + 0,344 – 4,340 – 2,383 – 1,0 – 0,4 – 0,839 = 91,38 кг.
Материальный баланс плавки сведем в таблицу 12.
Таблица 12 – Материальный баланс плавки
| Задано | Получено | ||
| Наименование | кг | Наименование | кг |
| Чугун жидкийЛом металлическийОкатышиИзвестьПлавиковый шпатДутьё:сверхуснизуФутеровка конвертераНевязка | 79,00021,0000,6004,3300,2006,584-0,5000,084 | Металл жидкийШлакГазИзбыток дутья сверхуВыносы и выбросыПотери железа с пылью | 91,38010,0198,3650,5271,0000,839 |
| Итого | 112,214 | Итого | 112,214 |
8. Составление теплового баланса плавки и определение температуры металла
Приход тепла
а) Физическое тепло жидкого чугуна:
Qч =Gч/(61,9 + 0,88·tч),
где Qч – физическое тепло жидкого чугуна, кДж;
tч– температура жидкого чугуна, °С.
Известно: Gч = 79,0 кг; tч = 1400 °С.
Тогда Qч=79,0·(61,9 + 0,88·1400) = 102218,1 кДж.
б) Тепловой эффект реакций окисления примесей шихты:
Qx=14770·[С]ok + 26970·[Si]ok+ 7000·[Mn]ok + 21730·[Р]ok
где Qx– тепло от окисления примесей металлошихты, кДж;
[С]ок – количество окислившегося углерода, кг;
[Si]ок-то же, кремния, кг;
[Мп]ок-то же, марганца, кг;
[Р]ок-то же, фосфора, кг;
Известно: [С]ок = 3,15 кг; [Si]ок= 0,51 кг; [Мn]ок = 0,55 кг; [Р]ок= 0,119 кг (таблица 6).
Тогда Qх = 14770·3,15 + 26970·0,51 + 7000·0,55 + 21730·0,119 = 66716,07 кДж.
в) Химическое тепло образования оксидов железа шлака:
QFe=3707·GFeO+5278·GFe2O3,
где QFe – тепловой эффект от окисления железа, кДж;
GFeO– количество FeO в шлаке, кг;
GFe2O3 – количество FeO в шлаке, кг.
Известно: GFeO = 2,004 кг; GFe2O3=0,700 кг (по таблице 9).
Тогда
QFe = 3707·2,004 + 5278·0,700 = 11123,4 кДж.
г) Тепловой эффект реакций шлакообразования:
,где Qшo– тепло образования соединений в шлаке, кДж;
GCаO – количество СаО в шлаке, кг;
GSiO2 - то же, SiO2, кг.
Известно: GСaО = 3,992 кг; GSiO2: = 1,363 кг (по таблице 9).
Тогда
Qшо = 628·3,992 + 1464·1,363 = 4502,4 кДж.
д) Тепло дожигания СО:
QСО =10100·Gco·Z,
где Qco– химическое тепло окисления СО, кДж;
Gco– количество СО, дожигаемого в полости конвертера, кг;
Z – доля тепла, передаваемого конвертерной ванне (обычно Z = 0,1…0,3).
Известно: GСО= 0,663 кг (по таблице 11).
Принимаем Z = 0,2. Тогда Qco = 10100·0,663·0,2 = 1339,3 кДж.
Общий приход тепла составляет:
102218,1 + 66716,07 + 11123,4 +4502,4 + 1339,3 =185899,27 кДж.
Расход тепла
а) Физическое тепло жидкого металла:
Qм = (54,8 + 0,84·tм)·Gм,
где Qм – теплосодержание жидкого металла, кДж; Gм – выход жидкого металла, кг;
tм – расчетная температура металла, °С.
Известно: Gм = 91,38 кг. Тогда
qm = (54,8 + 0,84·tM)·91,38 = 5007,6 + 76,76tм.
б) Физическое тепло шлака:
Qш = (2,09·tM-1379)·Gш,
где Qш – теплосодержание жидкого шлака, кДж;
Gш– количество образующегося шлака, кг.
Известно: Gш = 10,019 кг (см. табл. 9). Тогда
Qш = (2,09·tм – 1379) 10,019 = 20,94·tМ – 13816,2.
в) Физическое тепло отходящих газов:
Qг = (1,32·tг– 220)·(GCO+ Gco2),
где Qг – теплосодержание образующихся газов, кДж;
tг – средняя температура отходящих газов, ºС;
GСО – количество образующегося СО, кг;
Gсo2 - то же, СО2, кг.
Известно: Gco=5,967 кг; GCO2=2,398 кг (по таблице 11).
Принимаем tr = 2000 °С. Тогда:
Qг = (1,32·2000 – 220)·(5,967+ 2,398) = 20243,3 кДж.
г) Затраты тепла на разложение оксидов железа неметаллических материалов.
Эта статья теплового баланса рассчитывается по формуле, аналогичной для расчета QFe в приходной части этого баланса. Для расчета учитывают только оксиды железа, поступающие в конвертер с неметаллическими материалами (по таблице 9):
QFe = 3707·0,03 + 5278·0,458 = 2529 кДж.
д) Потери тепла с выносами и выбросами:
Qв = (54,8 + 0,84·tмс) Gв,
где Qв – потери тепла с выносами и выбросами, кДж;
Gв – общее количество выносов и выбросов, кг;
tмс – средняя температура металла, °С (обычно наибольшие выносы и выбросы наблюдаются в период максимальной скорости окисления углерода, когда температура металла находится в интервале 1500…1600 °С).
Известно; GB = 1,0 кг. Принимаем tмс = 1550 °С. Тогда:
Qв = (54,8 + 0,84·1550)·1,0 = 1357 кДж.
е) Затраты тепла на пылеобразование (Qп):
Qп = (54,8 + 0,84·tг)·Gп.
Известно: tг = 2000 °C; Gп = 0,839 кг.
Тогда Qп = (54,8 + 0,84·2000)·0,839 = 1455,49 кДж.
ж) Тепло на разложение карбонатов:
Qк = 4038·Gк.
где Qк – тепло, затрачиваемое на разложение карбонатов (на обжиг недоразложившегося известняка в извести – недопала), кДж;
Gк – количество СО2 в извести, кг.
Известно: Gк= 0,216 кг (по таблице 11).
Тогда Qк = 4038·0,216 = 872,21 кДж.
з) Тепловые потери.
В эту статью (Qтп) включают все виды тепловых потерь и неучтенные статьи расхода тепла. Обычно они составляют 2…4% от общего прихода тепла. Приняв величину тепловых потерь, равной 3% от прихода тепла, получим:
Qтп= 185899,27 ·3/100 = 5576,98 кДж.
Общий расход тепла составит 5007,6 + 76,76tм + 20,94·tМ – 13816,2+ 20243,3 + 2529 + 1357 + 1455,49 + 872,21 + 5576,98 = 23225,38 + 97,7tм. Приравняв приходную и расходную части теплового баланса, определим температуру жидкого металла в конце продувки: