новая папка 1 / 241586
.pdf3. Расчет металлошихты конвертерной плавки
Расчет металлической шихты конвертерной плавки (расход чугуна и металлолома) выполним по данным теплового баланса конвертерной плавки с учетом требуемой температуры расплава на повалке конвертера. В приходной части определим тепло, выделяющееся при окислении примесей чугуна и металлолома, а также железа. Данное тепло расходуется на расплавление твердого металлолома, нагрев шлака и расплава до требуемой температуры на повалке конвертера и потерь тепла на нагрев отходящих конвертерных газов и теплообменные процессы с футеровкой конвертера.
3.1. Приход тепла
Химическое тепло окисления примесей и железа.
– Окисление углерода
QС |
qCO CO qCO |
|
1 CO |
[%C] |
|
М |
[%С] |
М |
[%C] |
Мконв |
, (8) |
|
|
|
ч |
ж.ч. |
м.л. |
м.л. |
пов |
ст |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где qCO и qCO |
2 |
– соответственно количество тепла, выделяющееся при окислении |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
углерода до СО и СО2, МДж/кг;
СО – доля углерода, окисляющегося в полости конвертера до СО;
[%C]ч, [%С]м.л. и [%С]пов– соответственно массовая доля углерода в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %;
Мм.л. – масса металлолома, загружаемого в конвертер, кг;
Мконвст – масса стали в конвертере (рассчитывается с учетом выхода жидкого от металлошихты), кг.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении углерода до СО ( qCO ), принимаем равным 10,47 МДж/кг; количество тепла,
выделяющееся при окислении углерода до СО2 (qCO 2 ), принимаем равным
34,09 МДж/кг; долю углерода, окисляющегося до СО ( СО ), принимаем равным
0,85.
11
– Окисление кремния
Q |
|
q |
|
|
[%Si]ч Мж.ч. [%Si]м.л. Мм.л. |
, |
(9) |
Si |
SiO2 |
|
|||||
|
|
100 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
где qSiO 2 – количество тепла, выделяющегося при окислении кремния, МДж/кг;
[%Si]ч и [%Si]м.л. – соответственно массовая доля кремния в жидком чугуне и металлоломе, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении кремния ( qSiO 2 ), принимаем равным 31,1 МДж/кг.
– Окисление марганца
QMn qMnO |
[%Mn] |
|
М |
|
[%Mn] |
М |
[%Mn] |
Мконв |
, |
(10) |
|
ч |
|
ж.ч. |
|
м.л. м.л. |
пов |
ст |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
где qMnO – количество тепла, выделяющегося при окислении марганца, МДж/кг;
[%Mn]ч, [%Mn]м.л. и [%Mn]пов – соответственно массовая доля марганца в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении марганца ( qMnO ), принимаем равным 7,36 МДж/кг.
– Окисление фосфора
|
|
QP qP O |
|
|
[%P] |
|
М |
|
[%P] |
М |
[%P] |
Мконв |
, |
(11) |
|
|
|
|
ч |
|
ж.ч. |
м.л. |
м.л. |
пов |
ст |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где qP O |
5 |
– количество тепла, выделяющегося при окислении фосфора, МДж/кг; |
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[%P]ч, [%P]м.л. и [%P]пов – соответственно массовая доля фосфора в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении фосфора ( qP2O5 ), принимаем равным 25 МДж/кг.
12
– Окисление железа
QFe qFeO FeO qFe2O3 |
1 FeO |
Fe |
общ |
Мконв |
|
|
|||||
|
|
шл |
, |
(12) |
|||||||
|
100 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где q FeO и qFe |
2 |
O |
3 |
– соответственно |
количество тепла, |
выделяющееся |
при |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
окислении железа до FeО и Fe2О3, МДж/кг;
FeО – доля железа, окисляющегося до FeО;
Feобщ – массовая доля железа в конвертерном шлаке, %.
Масса конвертерного шлака рассчитывается с учетом требуемой основности конечного конвертерного шлака и количества оксидов кремния , образующихся как в результате окисления примесей чугуна и металлолома, так и оксидов кремния из примесей твердой металлошихты:
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении железа до FeO ( q FeO ) принимаем равным 4,82 МДж/кг; количество тепла,
выделяющееся при окислении железа до Fe2O3 (qFe2O3 ) принимаем равным
7,37 МДж/кг; долю железа, окисляющегося до FeО ( FeО ) принимаем равной
0,75.
3.2. Расход тепла
1) Нагрев и расплавление металлолома, и теплосодержание стали.
|
|
Q |
Ств Тпл qпл Сж |
Твып Тпл М |
м.л. |
Сж |
Твып |
Т |
ж.ч. |
Мконв , (13) |
|
|
|
ст |
ст ст ст ст |
ст |
ст |
ст |
ст |
|
ст |
||
где Ссттв |
и |
Сстж |
– соответственно теплоемкость твердой и жидкой стали, |
||||||||
|
|
|
МДж/(кг·оС); |
|
|
|
|
|
|
|
|
qстпл – скрытая теплота плавления стали, МДж/кг; |
|
|
|
|
|||||||
Тстпл |
и |
Тствып |
– соответственно температура плавления и выпуска стали из |
||||||||
|
|
|
конвертера, оС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При выполнении расчетов теплоемкость твердой стали ( Ссттв ) принимаем
13
равной 7·10-4 МДж/(кг·оС); теплоемкость жидкой стали ( Сстж ) принимаем равной
8,38·10-4 МДж/(кг·оС); скрытую теплоту плавления стали ( qплст ) принимаем равной 0,242 МДж/кг; температуру плавления стали (Тплст ) принимаем равной температуре плавления чистого железа – 1535 оС.
2) Теплосодержание конвертерного шлака.
Q |
шл |
Сконв Тконв qпл |
Мконв , |
(14) |
|
|
шл шл |
шл |
шл |
|
|
где Сконвшл – теплоемкость конвертерного шлака, МДж/(кг·оС);
Тконвшл – температура конвертерного шлака, оС;
qплшл – скрытая теплота плавления шлака, МДж/кг;
Мконвшл – масса конвертерного шлака, кг.
При выполнении расчетов теплоемкость шлака ( Сконвшл ) принимаем равной
1,25·10-3 МДж/(кг·оС); температуру конвертерного шлака (Тконвшл ) принимаем равной Твыпст +50 оС; скрытую теплоту плавления стали ( qплшл ) принимаем равной
0,2095 МДж/кг;
3) Другие потери тепла.
Тепло, теряемое с отходящими газами, с излучением через горловину конвертера и теплообменные процессы с футеровкой конвертера, принимаем равной 10% от всех потерь тепла.
Массу жидкого передельного чугуна и металлолома определим с учетом равенства приходной и расходной частей теплового баланса, с учетом массы плавки по годному и выхода годного от жидкого и жидкого от металлошихты.
14
4.Контрольные вопросы
1.Конструкция оборудования конвертера.
2.Особенности футеровки конвертора.
3.Оборудование для транспортировки чугуна из доменного в конвертерный цех.
4.Виды шлакообразующих материалов и флюсов, применяемых в кислородном конвертере. Требования к ним.
5.Требования к твердой металлической шихте. Виды металлолома, используемые при конверторной плавке.
6.Требования к жидкому передельному чугуну.
7.Преимущества и недостатки применения низкокремнистого чугуна в шихтовке конвертерной плавки.
8.Последовательность операций, входящих в цикл конвертерной
плавки.
9.Цели и задачи подготовительного периода конверторной плавки.
10.Периоды продувки плавки и их особенности.
11.Особенности шлакообразования в конвертерной плавке.
12.Особенности комбинированной продувки.
13.Существующие способы продувки, применяемые при работе конвертера. Отличительные особенности различных типов продувки в конвертере.
14.Операции, не входящие в цикл плавки конвертера. Годовой фонд работы конвертера.
15.Окисление кремния в процессе конвертерной плавки.
16.Окисление углерода в процессе конвертерной плавки.
17.Окисление марганца в процессе конвертерной плавки. Особенности переработки низкомарганцовистых чугунов.
18.Особенности удаления серы в процессе конвертерной плавки.
19.Возможно ли явление ресульфурации в процессе проведения
15
конверторной плавки.
20.Особенности удаления фосфора в процессе конвертерной плавки.
21.Объясните явление рефосфорации, возникающее при конвертерной
плавке.
22.Способы ухода за футеровкой конвертера.
16
5. Пример оформления и расчета курсовой работы
Титульный лист курсовой работы оформляется в соответствии с требованиями Приложения 1 данных методических указаний. После титульного листа приводится оглавление с указанием названия разделов (начиная с введения) и количества страниц. Во ведении указываются основные параметры расчета в соответствии с требованиями Приложения 2. Далее, в соответствующих главах, приводятся результаты материального и теплового расчетов производства стали указанного химического состава.
Пример выполнения курсовой работы (вариант №21) 5.1. Расчет параметров внедоменной обработки чугуна
Для определения необходимости проведения внедоменной обработки чугуна предварительно определим требуемую концентрацию серы в жидко м передельном чугуне, заливаемом в конвертер, с учетом массы плавки по жидкому и требуемой концентрации серы в стали на повалке конвертера. Для упрощения расчетов примем соотношение между расходом жидкого передельного чугуна и металлолома на выплавку стали как 80% и 20% соответственно, тогда требуемая концентрация серы в чугуне составит:
– для собственного металлолома:
|
|
154,6 103 0,2 0,35 |
|
154,6 103 0,8 0,50 |
|
|
154,6 103 0,2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
0,5 |
28 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
0,92 |
0,98 |
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
; |
||||||||
М конв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
шл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11167 кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
0,005 |
|
|
|
|
|
154,6 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
[%S]треб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11167 7 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
чуг |
|
|
|
154,6 10 |
|
|
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0,9 |
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,2 |
|
0,025 |
|
0,5 0,5 |
0,005% |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
0,8 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
– для покупного металлолома:
17
|
|
154,6 103 0,2 0,35 |
|
154,6 103 0,8 0,50 |
|
|
154,6 103 0,2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
3,0 |
28 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
0,92 |
0,98 |
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
; |
||||||||
М конв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
шл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16211кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,005 |
|
|
|
|
154,6 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
[%S]треб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16211 7 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
чуг |
|
|
|
154,6 10 |
|
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0,9 |
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,2 |
0,080 |
|
0,5 0,5 |
|
0,007% |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
0,8 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
– для смеси сортов металлолома в соотношении 50×50:
|
|
154,6 103 |
0,2 0,35 |
|
154,6 103 |
0,8 0,50 |
|
|
154,6 103 0,2 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
1,75 28 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
0,92 |
0,98 |
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
; |
||||||||||||
М конв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
шл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13689 кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,005 |
|
|
|
|
|
|
|
154,6 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
[%S]треб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13689 7 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
чуг |
|
|
|
|
|
|
|
154,6 10 |
0,8 |
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0,92 0,98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0,2 |
|
|
0,080 0,025 |
|
|
0,5 0,5 |
0,045% |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Расчетные значения требуемой концентрации серы в чугуне без применения дополнительных способов десульфурации стали возможны только при применении в шихтовке конвертерной плави собственного металлолома, чистого по содержанию серы. При этом требуемая концентрация серы в чугуне перед заливкой в конвертер превышает ее содержание в доменном чугуне для исходных условий расчета – 0,020%, по этой причине требуется проведение десульфурации чугуна.
18
5.2. Приход тепла
2.1. Химическое тепло окисления примесей и железа
– Окисление углерода
|
4,6% М |
|
0,1% М |
|
0,025% |
154,6 |
105 |
|
|
QС 10,47 0,85 34,09 1 0,85 |
ж.ч. |
м.л. |
|
|
|
|
|||
|
|
98 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
100 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,644598 Мж.ч. 0,014013 Мм.л. 552,656
–Окисление кремния
Q 31,1 |
0,50% Мж.ч. 0,35% Мм.л. |
|
0,1555 М |
ж.ч. |
0,10885 М |
м.л. |
. |
|||||||||
|
|
|||||||||||||||
Si |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– Окисление марганца |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0,10% М |
|
0,50% М |
|
|
|
0,04% |
154,6 105 |
|
|
|
|
|||
QMn 7,36 |
ж.ч. |
м.л. |
|
|
98 |
|
. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,00736 Мж.ч. 0,0368 Мм.л. 464,431
–Окисление фосфора
|
0,06% М |
|
0,010% М |
|
|
0,005% |
154,6 105 |
|
|
|
|
QP 25 |
ж.ч. |
м.л. |
|
|
. |
|
|||||
|
|
|
|
98 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,015 Мж.ч. 0,0025 Мм.л. 197,194 |
|
|
|
|
||||||
Расчетная масса конвертерного шлака составит: |
|
|
|
|
|||||||
Мконв Мм.л. 0,35% Мж.ч. 0,50% 60 Мм.л. 0,5% 28 |
|
||||||||||
шл |
|
|
|
28 17 |
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0,073529412 Мм.л. |
0,06302521 Мж.ч. |
|
|
|
||||||
19
– Окисление железа
QFe 4,82 0,75 7,37 1 0,75 20% (0,073529412 Мм.л. 0,06302521 Мж.ч. ) 100
0,080257353 Мм.л. 0,068792017 Мж.ч.
Итого, общий приход тепла составил:
Qприход 0,644598 Мж.ч. 0,014013 Мм.л. 552,656 0,1555 Мж.ч. 0,10885 Мм.л.
0,00736 Мж.ч. 0,0368 Мм.л. 464,431 0,015 Мж.ч. 0,0025 Мм.л. 197,194
0,080257353 Мм.л. 0,068792017 Мж.ч.
0,891250017 Мж.ч. 0,244220353 Мм.л. 1214,281
5.3. Расход тепла
1) Нагрев и расплавление металлолома, и теплосодержание стали с учетом потерь температуры чугуна при проведении десульфурации
Q |
ст |
7 10 4 |
1535 0,242 8,38 10 4 |
1695 1535 М |
м.л. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
8,38 10 4 1695 1345 5 |
154,6 |
105 |
|
|
. |
||
|
|
98 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,45058 Мм.л. 46930,56531
2)Теплосодержание конвертерного шлака
Q |
шл |
1,25 10 3 1695 50 0,2095 0,073529412 М |
м.л. |
0,06302521 М |
ж.ч. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
0,175790441 Мм.л. 0,150677521 Мж.ч. |
|
|
|
|
||
|
|
|
Общий расход тепла составляет: |
|
|
|
|
|
|
||
Q |
расход |
1,45058 Мм.л. 46930,56531 0,175790441 Мм.л. 0,150677521 Мж.ч. |
|
||||||||
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1,807078268 Мм.л. 0,167419468 Мж.ч. 52145,07257
Сучетом баланса (равенства) прихода и расхода тепла определим расход жидкого передельного чугуна и металлолома на выплавку стали:
0,891250017 Мж.ч. 0,244220353 Мм.л. 1214,2811,807078268 Мм.л. 0,167419468 Мж.ч. 52145,07257 .
или
20