Расчёт материального и теплового балансов конвертерной плавки

 

 

2. Материальный баланс

2.1 Расчет среднего  состава металлошихты (табл. 4)

 

Таблица 4. Химический состав, %, (кг)

Материал	Вносят в шихту, % или кг
	C	Mn	Si	S	P
Чугун (78,60%)	3,632	0,514	0,514	0,024	0,086
Лом (21,186%)	0,033	0,055	0,044	0,007	0,004
Ср.состав	3,665	0,569	0,558	0,031	0,090

 

 

 

2.2 Расчет количества  примесей, удаленных из ванны

Выход жидкого металла после продувки колеблется от 88 до 93%. В расчете принимаем  выход жидкого металла равным 91,0%. Количество удаленных примесей составит, кг:

 

 

 

C	3,665-0,91*0,050=3,619
Mn	0,569-0,91*0,080=0,496
Si	0,558-0,91*0,000=0,558
S	0,031-0,91*0,019=0,017
P	0,090-0,91*0,008=0,083
Итого	4,773

 

2.3 Расчет количества  кислорода на окисление примесей  металлошихты и количества образующихся  при этом окислов, кг

 

C→CO2	0,543*32/12+0,543=1,991
C→CO	3,076*16/12+3,076=7,177
Mn→MnO	0,496*16/55+0,496=0,640
Si→SiO2	0,558*32/28+0,558=1,196
P→P2O5	0,083*80/62+0,083=0,190
	6,438кг О2    11,194 кг окислы

 

2.4 Расчет количества  CaO и SiO2 из материала

Источник	Расход, кг	SiO2, кг	CaO, кг
1. Si чугуна и лома	0,558	1,196	0,000
2. Агломерат	0,600	0,073	0,023
3. Плавиковый шпат	0,300	0,030	0,000
4. Футеровка	0,200	0,006	0,110
5. Миксерный шлак	0,468	0,182	0,192
6. Загрязнение лома	0,221	0,150	0,007
Итого		1,637	0,332

 

2.5 Расчет количества  извести

Для получения принятой основности (В = 3,4) в шлаке необходимо иметь (СаО) в количестве, кг:

МCaO = ∑SiO2*B = 1,637*3,4=5,566кг

Агломерат, футеровка, миксерный шлак и загрязнение лома вносят 0,332 кг СаО. Поэтому известь должна внести в шлак СаО, кг:

5,566 – 0,332 = 5,234 кг

Флюсующая способность одного килограмма извести:

Степень усвоения извести колеблется от 75 до 95%. В расчете принимаем - 90%. Тогда расход извести с учетом ее усвоения и флюсующей способности составит, кг:

5,234/(0,857*0,90) = 6,786 кг

Часть извести растворится в шлаке (90%), кг

6,786*0,90 = 6,107 кг

При расплавлении из извести перейдут в газовую фазу СО2 и Н2О, содержание которых в извести соответственно равно 3,5 и 0,5% (табл.3):

6,107*0,035=0,214 кг газа СО2

6,107*0,005=0,031 кг газа Н2О

В расчете принимаем, что неусвоенная известь (15 % от общего количества) будет вынесена отходящими газами  (9%) и останется в шлаке в виде твердых кусочков (6%). Тогда:

6,786*0,09=0,611 кг вынесено с газами

6,786*0,06=0,407 кг твердые кусочки

Нерастворившиеся твердые кусочки извести при нагреве выделяют газ СО2 и Н2О, кг:

0,407*0,035=0,014 кг газа СО2

0,407*0,005=0,002 кг газа Н2О

После перехода СО2 и Н2О в газовую фазу в шлаке останется, кг:

6,107-0,214-0,031=5,862 кг растворенной извести

0,407-0,014-0,002=0,391 кг твердые кусочки

 

2.6 Расчет количества  и состава шлака

Содержание окислов железа в шлаке зависит от способа продувки, концентрации углерода после продувки и пр. В расчете принимаем содержание (FеO) равным 13% и (Fе2О3)   - 4,0 %. Тогда масса шлака без окислов железа будет составлять 100 - 13 - 4 = 83 %.

Количество окислов, внесенное шихтовыми материалами и футеровкой в шлак, рассчитано в табл. 5

Таблица 5. Масса окислов в шлаке, кг

Окисел	Источник окислов							Итого, кг
	Металлошихта	Агломерат	Плавиковый шпат	Футеровка	Миксерный шлак	Загрязнение лома	Известь
CaO	-	0,020	-	0,082	0,192	0,007	5,649	5,950
SiO2	1,196	0,061	0,025	0,005	0,182	0,150	0,122	1,741
P2O5	0,190	-	-	-	-	-	-	0,190
Al2O3	-	0,013	-	0,002	0,047	0,055	0,092	0,209
MgO	-	-	-	0,059	0,038	0,004	-	0,101
MnO	0,640	-	-	-	0,004	-	-	0,644
CaF2	-	-	0,225	-	-	-	-	0,225
FeO	-	0,068	-	-	0,001	-	-	0,069
Fe2O3	-	0,338	-	0,002	-	0,004	-	0,344
S	0,017	-	-		0,004		-	0,021
∑,кг	2,043	0,500	0,250	0,150	0,468	0,220	5,863	9,494

 

Масса шлака без окислов железа равна, кг:

 9,494-0,069-0,344=9,081 кг (83% общей массы)

Общая масса шлака составит, кг:

9,081/0,83=10,941 кг

Масса окислов железа в шлаке составит, кг:

10,941-9,081=1,860 кг, в том числе

1,860*13/17=1,422 кг, FeO (13%)

1,860*4/17=0,438 кг, Fe2O3   (4%)

 

Химический состав шлака после продувки

	CaO	SiO2	P2O5	Al2O3	MgO	MnO	CaF2	S	FeO	Fe2O3	S
кг	5,950	1,741	0,190	0,209	0,101	0,644	0,225	0,021	1,422	0,438	10,941
%	54,383	15,913	1,737	1,910	0,923	5,886	2,056	0,192	12,997	4,003	100

 

Фактическая основность шлака (%СаО)/(%SiO2):

54,383/15,913 = 3,42

Коэффициент распределения серы ηs = (%S)/[%S]= 0,192/0,019=10,105

В материальный баланс берется общая масса шлака  с учетом твердых не растворившихся кусочков извести из которых выделились СО2 и Н2О:

10,941+0,391=11,332 кг

 

2.7 Расчет выхода  жидкого металла

В конце продувки начальная масса металлической шихты (100 кг) уменьшается на следующие величины: загрязнение лома (п. 1.8), удаленные из металлошихты примеси (п. 2.2), а так же окислившиеся до FеО и Fе2О3 железо; переход железа в «бурый дым», корольки металла в шлак выносы и выбросы металла из конвертора.

В расчете в конечном шлаке содержится 13%  FеО и 4% Fе2Оз. В том числе  FеО и Fе2Оз перешло в шлак из агломерата, загрязнения лома, футеровки (табл. 5). Таким образом от окисления железа получено:

1,422 – 0,069 = 1,353 кг FeO

0,438 – 0,344 = 0,094 кг Fe2O3

Переход железа из металла в шлак составит:

1,353*56/72+0,094*112/160=1,118кг

Потери железа с отходящими газами (т.н. «бурый дым») составляет 0,5... 1,0%. В расчете принимаем, 0,8 %.

Выносы металла неизбежны до начала образования шлака. Потери металла с ними не превышают 1,0 % . В расчете принимаем 0,5%.

Выбросы металла не являются неизбежными и колеблются от 0 до 3,0 % и более. В расчете принимаем 0,7 %.

Количество корольков металла в шлаке можно рассчитать, используя следующую зависимость:

СодержаниеС после продувки, %	0,06-0,11	0,12-0 ,17	0,18-0,23
Количество корольков, %	2,2	5,3	7,7

В расчете при С = 0,05 % количество корольков 2,2 % от массы шлака: 11,332*0,022=0,249 кг,

тогда выход жидкого металла составит:

100 - 0,221 – 4,773 – 1,118 - 0,800 - 0,500 - 0,700 - 0,249 = 91,639кг

 

2.8 Расчет количества  дутья

Согласно расчету на окисление примесей металлической шихты приходится 6,438 кг кислорода (п 2.3). Для окисления железа до (FеО) и (Fе2О3) потребуется кислорода (п. 2.7):

1,353 + 0,094 – 1,118 = 0,329 кг

Для окисления железа до Fе2Оз, переходящего в «бурый дым» потребуется кислорода (п. 2.7)

0,800*48/112 = 0,343 кг.

В материальном балансе учитывается  масса окисла в «буром дыме»,  т.е. 0,800+0,329=1,129 кг. Всего потребляется кислорода:

6,438 + 0,329 + 0,343 = 7,110 кг

В расчете принимаем чистоту кислорода 99,5% и степень усвоения его металлом 98%. Тогда расход технического кислорода составит:

7,110/0,995/0,98 = 7,292 кг или

7,292*22,4/32 = 5,104 м3 на 100 кг металлошихты.

Количество неусвоенного кислорода

7,292*0,02*0,995 = 0,145  кг   или 0,102 м3

Количество азота из технического кислорода составит:

7,292*0,005 = 0,036 кг или 0,025 м3

При    комбинированной    продувке    (процесс   типа   LВЕ)   расходуется 0,002...0,100 м3/т мин инертного газ, что составляет 0,5... 1,7 м3/т.

В расчете принимаем продувку аргоном в количестве 1,1 м3/т. Тогда на 100 кг металлошихты расходуется 0,11 м3 аргона или 0,11/22,4*40 = 0,196 кг.

 

2.9 Расчет количества  и состава отходящих газов

Согласно  расчету  в  газовую  фазу  поступает  СО2  от  окисления углерода шихты 1,991 кг (п. 2.3), из растворившихся и твердых кусочков извести соответственно 0,214 и 0,014 кг (п. 2.5).

Итого: 1,991 + 0,214 + 0,014 = 2,219  кг газа СО2.