Окислительный период
В этот период снижаем содержание углерода в ванне на 0,06 % ниже, чем в готовой стали по нижнему пределу ГОСТа, т.е. до 0,20 - 0,06 ~ 0,14%. Следовательно, в этот период необходимо удалить 0,418 - 0,14 = 0,278 кг углерода. Окислительный процесс будем вести добавлением 1 % железной руды и продувкой газообразным кислородом.
Кремний окислится полностью, т.е. 0,068 кг.
Марганец окислится на 50% , т.е. 0,301 × 0,50 = 0,1505кг, останется в ванне 0,301 - 0,1505 = 0,1505 кг.
Фосфор окислится на 50%, т.е.0,014 × 0,50 = 0,007 кг, останется в ванне 0,014 - 0,007 = 0,007 кг.
Сера окислится на 10%, т.е. 0,025 × 0,10 = 0,003 кг, останется в ванне 0,025 - 0,003 = 0,022 кг.
Хром окислится на 20%, т.е. 0,287 × 0,2 = 0,057 кг, останется в ванне 0,287 - 0,057 = 0,230 кг.
Никель уменьшится на 2%, т.е.0,287 × 0,02 = 0,006, останется в ванне 0,287 - 0,006 = 0,281кг.
Железа уменьшится на 2%, т.е. (96,064+0,63) × 0,02 = 1,934 кг, останется в ванне 96,064 - 1,934 = 94,13 кг.
Медь не окисляется, оставаясь в ванне: 0,287 кг.
Таблица 5 - Потребность кислорода в окислительном периоде
| элемент | Окисляется, кг | реакция | Потребуется кислорода, кг | Образуется окислов, кг |
| C | 0,278 | C + 0,5O2 = CO | 0,278*16/12=0,371 | 0,278+0,371 = 0,649 |
| Si | 0,068 | Si+O2 = SiO2 | 0,068*32/28=0,078 | 0,068+0,078 = 0,146 |
| Mn | 0,1505 | Mn+0,5O2 = MnO | 0,1505*16/55=0,044 | 0,1505+0,044 = 0,1945 |
| P | 0,007 | 2P+2,5O2 = P2O5 | 0,007*80/62=0,009 | 0,007+0,009 = 0,016 |
| S | 0,003 | S+O2 = SO2 | 0,003*32/32=0,003 | 0,003+0,003 = 0,006 |
| Cr | 0,057 | 2Cr+1,5O2 = Cr2O3 | 0,057*48/104=0,026 | 0,057+0,026 = 0,083 |
| Fe | 1,934*0,88 | 2Fe+1,5O2 = Fe2O3 | 1,702*48/112=0,729 | 1,702+0,729 = 2,431 |
| 1,934*0,12 | Fe+0,5O2 = FeO | 0,232*16/56=0,066 | 0,232+0,066 = 0,298 | |
| всего | 2,498 | 1,326 | 3,824 |
Так как в этот период вводится 1% железной руды, то она внесет 0,9*48/160 = 0,270 кг кислорода, и 0,90 - 0,270 = 0,630 кг железа.
С учетом кислорода, внесенного железной рудой, расход технического кислорода составит 1,326 - 0,270=1,056 кг или 
м3
Кремнезем в шлак поступает:
- с железной рудой (SiO2)руды= 8,0% : 1,0*8,0/100 = 0,08 кг;
- с шамотным боем (SiO2)щам = 62,0%: 0,5*62/100 = 0,31 кг;
- из подины и стен (SiO2) = 3,45%: 0,6*3,45/100 = 0,021 кг.
Всего в шлаке окислительного периода SiO2 будет, кг
0,08 + 0,31 + 0,021 +0,146 = 0,557 кг.
Для получения шлака основностью 3,5, потребуется СаО, кг 0,557 × 3,5=1,950 кг.
С учетом флюсующей способности извести (0,87 кг СаО/кг извести) и усвоения 80% , рассчитываем количество извести, которое необходимо ввести в ДСП в окислительном периоде плавки: 1,95 / (0,87 × 0,8) = 2,802 кг.
Расход плавикового шпата и шамотного боя для наведения шлака в окислительном периоде определяем из соотношения:
И0: П0: Ш0 = 4:1:1,
где И0 - количество извести в окислительном периоде, кг, П° и Ш0- количество плавикового шпата и шамотного боя, введенных в шлак, кг.
Расход плавикового шпата 2,802 / 4 = 0,701 кг,
расход шамотного боя 2,802 / 4 = 0,701 кг.
Окислительный период плавки заканчивается удалением 90% шлака из ДСП. В печи остается 1,260 кг шлака, который в своем составе имеет, кг:
FeO 0,03 + 0,298 × 0,1 = 0,060 кг
Fe2O3 0,247 + 2,431 × 0,1 = 0,490 кг
MnO 0,039 + 0,1945 × 0,1 = 0,058 кг
P2O5 0,005 + 0,016 × 0,1 = 0,007 кг
Cr2O3 0,083 × 0,1 = 0,008 кг
SiO2 0,078 + 0,557 × 0,1 = 0,134 кг
CaO 0,223 + 2,802 × 0,1 = 0,503 кг
Итого 1,260 кг.
В таблице 6 представлен состав металла в конце окислительного периода.
Таблица 6 - Состав металла в конце окислительного периода
| Состав мет. | Содержание, % | |||||||||
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu | Fe | всего | |
| кг | 0,14 | 0,1505 | 0,022 | 0,007 | 0,230 | 0,281 | 0,287 | 94,13 | 95,248 | |
| % | 0,147 | 0,158 | 0,023 | 0,007 | 0,242 | 0,295 | 0,301 | 98,827 |
Восстановительный период
Определяем необходимое количество шлака в восстановительном периоде.
В конце окислительного периода металл содержал 0,023% серы. Подлежит удалению 0,023 - 0,010 = 0,019% (кг) серы.
Принимаем коэффициент распределения серы между шлаком и металлом:
Шлак должен содержать серы
(S) = Ls*[S]r=40 × 0,010 = 0,40%.
Отсюда количество шлака восстановительного периода 
кг
Шлак восстановительного периода образуется:
- из остатка шлака окислительного периода, т.е. 1,260 кг;
- из свода ДСП поступает 0,100кг;
- из стен и подины поступает 0,300 кг.
Всего 1,660кг
Необходимо добавить шлаковой смеси, кг 4,75 – 1,660 = 2,861 кг.
На основании практических данных принимаем, что в шлаковой смеси содержится:
85% извести, т.е. 2,861 × 0,85 =2,432 кг;
15% плавикового шпата, т.е. 2,861 × 0,15 = 0,429 кг.
Металл раскисляют проводя глубинное раскисление кусковым 45% ферросилицием в количестве, необходимом для подведения содержания кремния в ванне 0,15%.
кг,
где Рж - вес жидкого металла, кг
45 - содержание кремния в ферросилиции, %;
0,8 - доля усвоения кремния, ед.
Содержание марганца подводят под его нижнее содержание по ГОСТу, т.е. 1,2%.
кг.
где (1,2 - 0,158) - количество марганца, которое нужно ввести в ванну, % ,(кг);
75 - содержание марганца в ферромарганце, %;
0,80 - доля усвоения марганца, из ФМп 75, ед.
Алюминий вводим в виде кусков в количестве 0,3 кг/т или 0,03 кг/100 кг металлошихты. После проведения глубинного раскисления на зеркало металла для наводки нового шлака задают шлаковую смесь из извести и плавикового шпата. Наведенный в ДСП шлак раскисляют порошковыми материалами (порошком ферросилиция марки ФС-75, коксиком и алюминиевой крупкой (АВ 97)).
Принимаем, что при раскислении шлака из него восстановится 65% окислов.
Таким образом, при содержании углерода в коксике 80% нам потребуется коксика, кг 0,135 / 0,8 = 0,169 кг.
В таблице 7 приводится количество восстановившихся окислов.
Таблица 7 - Восстановится окислов шлака
| Окисел | Вес, кг | Реакция | Расход восстановителя, кг | Переходит в металл, кг |
| FeO | 0,06 | FeO+C = Fe+CO | 0,06 × 12/72 = 0,01 | 0,039 × 56/72=0,03 |
| Fe2O3 | 0,490 | Fe2O3+3C = 2Fe+3CO | 0,490 × 36/160 = 0,11 | 0,319 × 112/160=0,223 |
| MnO | 0,058 | MnO+C = Mn+CO | 0,058 × 12/71 = 0,01 | 0,038 × 55/71=0,029 |
| P2O5 | 0,007 | 2P2O5+5Si = 4P+5SiO2 | 0,007 × 140/284 = 0,003 | 0,0046×124/284=0,002 |
| Cr2O3 | 0,008 | 2Cr2O3+3Si = 4Cr+3SiO2 | 0,008 × 84/304 = 0,002 | 0,005×208/304=0,003 |
| итого | 0,287 |
С учетом того, что часть углерода коксика будет идти на образование карбидов кальция, часть запутается в шлаке. Принимаем расход коксика на 20% больше расчетного, т.е.0,203 × 0,169 = 0,0343 кг/100 кг металлошихты.
Расход порошка ФС75 на раскисление шлака по литературным источникам, составляет 0,3-0,5 кг/т, принимаем 0,3 кг/т или 0,030 кг/100 кг металлической шихты,
Для окончательного раскисления шлака используем алюминиевую крупку в количестве 0,3 кг/т или 0,03 кг/100 кг металлической шихты.
Восстановленные из шлака окислы поступают в металлическую ванну, увеличивая ее вес: 95,248 +0,287=95,535.
После выдержки металла под белым шлаком приступаем к доводке химического состава металла.
Таблица 8 - Состав металлической ванны перед доводкой
| Содержание, % | ∑ | |||||||||
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Zr | Cu | Fe | |
| 0,174+0,05 | 0,15 | 1,2 | 0,010 | 0,009 | 0,245 | 0,295 | - | 0,30 | 95,524 | 97,957 |
*0,05 - науглероживание ванны в восстановительном периоде плавки электродами, %. Для получения заданного содержания элементов в готовой стали в ванну присаживают кусковые ФС 65, ФХ65, ФМn 75, а также кусковый алюминий.
Доводка
В таблице 9 приводится состав материалов, используемых для раскисления и легирования стали.
Таблица 9 - Состав материалов, используемых для доводки металла
| Мате- риал | Химический состав, % | Доля усвоения основного элемента,ед | ||||||
| C | Si | Mn | S | P | Al | Cu | ||
| ФХ65 | 2,0 | 1,5-2,0 | 0,02-0,04 | 0,03-0,05 | - | 68-74 | 0,8-0,85 | |
| ФС65 | 0,05 | 65,0 | 0,35 | 0,02 | 0,05 | - | - | 0,9 |
| ФМn75 | 0,50 | 0,5 | 75,0 | 0,03 | 0,37 | - | - | 0,9 |
| АВ97 | - | 0,5 | - | - | - | 97,0 | - | 0,3 |
Расход материалов определяем по формуле:
где 
— вес металла перед доводкой, %;
А - содержание элемента в готовой стали, %;
Б - содержание элемента перед доводкой, %;
Ф - содержание основного элемента в ферросплаве, %;
У - доля усвоения основного элемента, ед.
Расход ферромарганца ФМn75, кг:
кг;
Расход ферросилиция ФС65, кг:
кг.
Расход алюминия АВ 97 для окончательного раскисления ванны принимаем 0,3 кг/т или 0,03 кг/100 кг металлической шихты.
Ввиду малой присадки ферросплавов при доводке металлической ванны, повышение содержания других элементов в металле от примесей, находящихся в вводимых материалах, не учитываются.
Корректировки металлической ванны по другим элементам хрому, никелю не требуется.
Таблица 10 - Химический состав полученной стали
| С | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu |
| 0,224 | 0,75 | 1,40 | 0,010 | 0,009 | 0,245 | 0,295 | 0,30 |
Таким образом, химический состав металла соответствует заданной марке стали.
В таблице 11 представлен расход материалов на плавку стали марки 25Г2С выплавленной в ДСП-25.
Таблица 11 - Расход материалов на плавку стали марки 25Г2С выплавленной в ДСП-25
| Материал | На 100 кг металлической шихты, кг | На плавку садкой 25000 кг | |
| кг | % | ||
| Завалка Отходы ст.5 сп Твердый чугун Известь Плавление Известь Плавиковый шпат Железная руда Шамотный бой Кислород Окислительный период Железная руда Кислород Известь Плавиковой шпат Шамотный бой Восстановительный период Известь Плавиковой шпат | 95,83 4,17 1,00 2,230 0,308 1,00 0,308 0,981 1,00 1,056 2,802 0,701 0,701 2,432 0,429 0,397 1,654 0,03 0,03 0,03 0,169 1,005 0,290 0,03 118,583 | 23956,25 1043,75 557,5 77,0 77,0 245,25 264,0 700,5 175,25 175,25 608,0 107,25 99,25 413,5 7,5 7,5 7,5 43,75 251,25 72,5 7,5 29639,75 | 80,82 3,52 0,84 1,88 0,26 0,84 0,25 0,83 0,84 0,89 2,36 0,59 0,59 2,04 0,35 0,34 1,40 0,03 0,03 0,03 0,15 0,85 0,24 0,03 |
| ФС ФMn75 АВ97 | глубинное раскисление металла | ||
| Алюм. крупка ФС75 (порошок) Коксик (порошок) | диффузионное раскисление шлака | ||
| Раскисление и легирование ванны ФС65 ФMn75 AB97 Всего |
Варианты индивидуальных заданий приводятся в приложении 1 и 2.
Практическая работа №2
Расчет теплового баланса электроплавки
Целью составления энергетического баланса является определение суммарного количества электрической энергии, которую необходимо выделить в ДСП в период расплавления.
На плавление и нагрев до 1600оС одной тонны металла расход электроэнергии определяется по формуле:
Qм=1000[tпл*Ст.с.+λст+Сж.с.*( tрас- tпл)]* 
;
где Qм – расход электроэнергии на 1 т металла, кВт*ч;
tпл – температура плавления стали, оС;
Ст.с. – теплоемкость твердой стали, кДж/(кг*оС);
λст – скрытая теплота плавления стали, кДж/(кг*оС);
Сж.с. – теплоемкость жидкой стали, кДж/(кг*оС);
tрас – температура металла по расплавлении, оС;
tпл – температура плавления металла, оС;
- переводной коэффициент кДж в кВт*ч.
Qм=1000[1500*0.7+272+0.84*(1600-1500)]* = 391 кВт*ч;
При количестве шлака по расплавлении 4% (40 кг/т) на его нагрев и расплавление расходуется:
Qшл=(tшл*Сшл+λшл)* ;
где Qшл – расход электроэнергии на шлак, кВт*ч;
Сшл – теплоемкость шлака, кДж/(кг*оС);
Λшл – скрытая теплота плавления шлака, кДж/(кг*оС);
tшл – температура шлака по расплавлении, оС;
- переводной коэффициент кДж в кВт*ч.
Qшл=40(1650*1.11+210)* =23 кВт*ч;
Общий расход электроэнергии на расплавление составит:
Qоб= Qм+ Qшл
Qоб=391+23=414 кВт*ч
Это количество энергии составляет 65% от всего расхода на плавку. Остальные 35% включают в себя потери с охлаждающей водой, с уходящими газами, на излучение поверхностью печи, через открытые окна и на эндотермические реакции. Таким образом, удельный расход электроэнергии составит:
А=Qоб/0,65=414/0.65=636 кВт*ч/т
Распределение прихода тепла зависит от мощности печи, оснащения печей газокислородными горелками и т.д. в таблице 1 приводится структура энергетического баланса ДСП разной удельной мощности.
Таблица 1 Структура энергетического баланса ДСП
| Статьи баланса | Высокомощная ДСП (1000 кВА/т) | ДСП низкой и средней мощности (до 500 кВА/т) | |
| Приход | Электроэнергия | 50-60 | 75-85 |
| Газокислородные горелки | 5-10 | ||
| Химические реакции | 30-40 | 15-25 | |
| Расход | Сталь | 55-60 | 50-55 |
| Шлак | 8-10 | 8-12 | |
| Охлаждающая вода | 8-10 | 5-6 | |
| Отходящие газы | 17-28 | 7-10 | |
| Разное | 1-3 | 17-30 |
Контрольные вопросы для самопроверки
1 Сколько углерода содержится в низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталях?
2 С какой целью в шихту электропечи добавляют твердый передельный чугун?
3 Какие легирующие элементы добавляют в завалку электропечи?
4 Перечислите задачи восстановительного периода плавки в основной электропечи.
5 В какие периоды плавки в основной электропечи удаляется фосфор?
6 С какой целью в окислительный период могут подавать газообразный кислород?
7 Почему в конце окислительного периода рекомендуется максимальное скачивание шлака?
Дата добавления: 2015-01-15; просмотров: 1520;