Расчёт материального и теплового балансов конвертерной плавки

В газовую фазу переходит Н2О из растворившихся и твердых кусочков извести 0,031кг и 0,002 (п. 2.5).

Итого: 0,031 + 0,002 = 0,033 кг газа Н2О.

 

 

 

Таблица 6. Состав отходящих газов

Состав	Масса, кг	Объем, м3	%
СО2	2,219	1,130	15,79
СО (п. 2.3)	7,177	5,742	80,26
Н2О	0,033	0,041	0,57
О2 (п. 2.8)	0,145	0,102	1,43
N2 (п. 2.8)	0,036	0,029	0,41
Ar (п. 2.8)	0,196	0,110	1,54
Итого:	9,803	7,154	100

 

 

2.10 Материальный  баланс (табл.7)

 

Таблица 7. Материальный баланс

Поступило			Получено
Материал		кг	Материал		кг
1	Чугун	77,940	1	Металл	91,639
2	Лом	22,060	2	Шлак	11,332
3	Известь	6,786	3	Отход. газы	9,803
4	Кислород	7,292	4	Выносы	0,500
5	Аргон	0,196	5	Выбросы	0,700
6	Агломерат	0,600	6	Корольки	0,249
7	Пл. шпат	0,300	7	Fe2O3 в дым	1,129
8	Футеровка	0,200	8	Известь (с газ)	0,611
9	Микс. шлак	0,468	9
Итого:		115,842			115,963

Допускается невязка баланса не более 0,1%

 

3. Раскисление металла

Расход раскислителей и легирующих материалов можно определить по формуле:

х = Т*(а - б)/(100*в*г + а*в – а*в*г - а), кг, где

Т - масса жидкого металла, кг

а - содержание примесей в стали, %

б - содержание примесей в металле до раскисления, %

в - доля примесей в ферросплаве, ед.

г - доля усвоения примесей, ед.

В  данном  расчете,  при  выплавке  стали 10Г2Б,  используем  следующие ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций и алюминий (табл. 8)

 

Таблица 8. Химический состав ферросплавов, %

Марка сплава	Si	Mn	Al	C	S	P	Fе	∑
ФМn1,5	2,5	90,00	–	1,50	0,03	0,30	5,70	100,00
ФС65	65,00	0,35	1,03	0,05	0,02	0,05	33,50	100,00
АВ97	0,50	–	98,50	–	–	–	–	–

       

 Угар элементов зависит от способа раскисления, окисленности ванны и колеблется в широких пределах: угар марганца - 5...15%, кремния -10...20%, алюминия - 60...95%.

В расчете принимаются следующие угары: марганец 8,0%, кремний 14,0%, алюминий 90,0%.

Расход ферромарганца составит:

ФМн1,5 = 91,639*(1,4 – 0,08)/(100*0,90*0,92 + 1,4*0,90 – 1,4*0,90*0,92 – 1,4)=1,484 кг

Ферромарганец содержит, кг

C	Mn	Si	S	P	Fe	Σ
0,0223	1,3356	0,0371	0,0005	0,0045	0,0846	1,4846

 

Окислится, кг 

Mn	Si	Σ
0,1068	0,0371	0,1439

 

Перейдет в сталь ферромарганца:

1,4846 – 0,1439 = 1,3407 кг

Перейдет в сталь марганца:

1,3356 – 0,1068 = 1,2288 кг

 

Расход ферросилиция:

ФС65 = 91,639*0,60/(100*0,65*0,86 + 0,60*0,65 – 0,60*0,65*0,86 – 0,60) =

= 0,993 кг

 

Ферросилиций содержит, кг

C	Mn	Si	Al	S	P	Fe	Σ
0,0005	0,0035	0,6455	0,0102	0,0002	0,0005	0,3327	0,9931

 

Окислится, кг         

Si	Al	Σ
0,0904	0,0102	0,1006

 

Перейдет в сталь ферросилиция: 0,9931 – 0,1006 = 0,8325 кг

Перейдет в сталь кремния: 0,6455 – 0,0904 = 0,5551 кг

Расход алюминия:

АВ97 = 91,639*0,030/(100*0,985*0,100 + 0,030*0,985 – 0,030*0,985*0,100 – 0,030)= 0,280  кг

 

Алюминий содержит, кг

Al	Si	Др.	Σ
0,2758	0,0014	0,0028	0,28

 

 

Окислится, кг     

Al	Si	Σ
0,248	0,0014	0,2496

 

Перейдет в сталь алюминия АВ97:

0,280 – 0,2496 = 0,0304 кг

Перейдет в сталь алюминия:

0,2758 – 0,2482 = 0,0276 кг

 

 

Выход жидкой стали после раскисления:

91,639 + 1,3407 + 0,8925+0,0304=                 =92,5923 кг

Определение состава стали (табл. 9)

 

Таблица 9

Источник	Внесены в сталь, кг
	C	Mn	Si	Al	S	P
Металл после продувки	0,0460	0,073	0,000	0,000	0,017	0,007
Ферромарганец	0,0223	1,2288	0,000	0,000	0,00045	0,0045
Ферросилиций	0,0005	0,0040	0,550	0,000	0,0002	0,0005
Алюминий	0,0000	0,0000	0,00	0,028	0,0000	0,000
Всего, кг	0,0688	1,3058	0,555	0,028	0,0177	0,012
%	0,0740	1,4103	0,599	0,030	0,0191	0,013

                    

Химический состав соответствует стали марки 09Г2С.

 

4. Тепловой баланс

Приход тепла складывается из следующих величин: физическое тепло чугуна, химическое тепло реакций окисления элементов металлической шихты, химическое тепло реакции шлакообразования, физическое тепло миксерного шлака.

 

4.1 Физическое  тепло чугуна (Q1)

Q1 = [Cтв*tпл + Qпл + C**(tчуг – tпл)]*Mчуг,

где  СТв - теплоёмкость твердого чугуна (0,745 кДж / кг*гр);

       С* - тепло жидкого чугуна   (0,870 кДж / кг*гр);

       Qпл - скрытая теплота плавления (217,7 кДж/кг);

        Tпл - температура плавления ( 1150 .... 1200 °С);

        tчуг - температура чугуна (1322 °С, п.1.1);

        Мчуг - масса чугуна (78,6 кг, п.1.3)

Q1 =  [0,745*1150 + 217,7 + 0,870*(1330– 1150)]*77,94= 95,95 МДж

 

4.2 Химическое  тепло реакций окисления, (Q2).

Удельные тепловые эффекты реакций:

Элемент-окисел	МДж/кг	∆Элемента, кг	Q2, МДж
C→CO2	34,71	(п.2,3) 0,543	18,848
C→CO	11,10	3,076	34,144
Mn→MnO	7,03	0,496	3,487
Si→SiO2	26,92	0,558	15,021
P→P2O5	19,76	0,083	1,640
Fe→FeO	4,82	(п.2.7) 1,052	5,071
Fe→Fe2O3	7,32	0,066+0,800=0,866	6,339

 

                                                                                    ИтогоQ2: 84,55 МДж

 

4.3   Тепло  реакций  шлакообразования, (Q3).

Удельные тепловые эффекты реакций:

МДж/кг Мокисла, кг

(SiО2) → (2CaO*SiО2)   2,30 * 1,741 (табл.5)

(Р2О5) → (4СаО*Р2О5)   4,86 * 0,190

При образовании шлака выделится тепло, МДж

(SiО2) → (2CaО*SiО2)   2,30*1,566 = 4,004

(Р2О5) → (4СаО*Р2О5)   4,86*0,135 = 0,923

Итого Q3   4,927 МДж

 

4.4 Теплосодержание  миксерного шлака, (Q4), МДж

Q4 = (Cш*tш*qш)*Mш,

где Сш - средняя теплоемкость шлака равная С0 =0,733 + 0,00025Т

                                                                              (Т = 1330-15+273 = 1588 °С);

                  tш - температура шлака (tчуг – 15…20 °С);

                 qш- скрытая теплота плавления (210 кДж/кг);

                  Мш - масса миксерного шлака (0,393 кг п. 1.7).

Q4 = [(0,733 + 0,00025*1588)*1315 + 210]*0,468 = 793,705 кДж  = 0,794 МДж