Расчёт материального и теплового балансов конвертерной плавки

Суммарный приход тепла:

 ∑Qпр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 186,221МДж.

Расход тепла складывается из следующих величин: теплосодержание жидкого металла, шлака и отходящих газов; тепло уносимое из конвертора выносами, выбросами, корольками и «бурым дымом»; тепло диссоциации влаги СаСО3 и окислов железа, вносимых шихтой.

 

4.5 Теплосодержание  жидкого металла,Q5

Q5 = [CТв*tпл + Qтпл + C**(tм – tпл)]*Mм,

 де СТв - теплоёмкость твердой стали (0,699 кДж/кг*гр);

      C* - теплоёмкость жидкого металла (0,837 кДж/кг*гр);

      Qтпл - скрытая теплота плавления (285 кДж/кг);

tм - температура металла (1650°С, п.1.2.6);

tпл - температура плавления, равная приблизительно

(1539-80[С] = 1539 – 80*0,05 = 1530°С);

Мм - масса   жидкого   металла   с   учетом   выносов, выбросов, корольков

Мм = 91,639 + 0,500 + 0,700 + 0,249 = 93,088кг;

Q5 = [0,699*1530 + 285 + 0,837*(1650 - 1530)]*93,088 = 135434,66 кДж =

           =135,435МДж

 

4.6 Теплосодержание  шлака, Q6

Q6 = (Cш*t + qш)*Mш,

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

                                                                         (Т = 1650 + 20 + 273 = 1943 °С);

                     tш - температура шлака (tм + 10…20 °С);

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

Мш - масса конечного шлака (11,779 кг п. 2.10).

Q6 = [(0,733 + 0,00025*1943)*1670 + 210]*11,332= 25305,7725 кДж = 25,306МДж.

 

 

4.7 Теплота отходящих газов, Q7

Принимаем     температуру     отходящих    газов    равной     средней температуре металла за плавку: (1330+1650)/2 = 1490 °С

Средняя удельная теплоемкость  газов  в зависимости от температуры, кДж/м3*гр:

 

Газ	0оС	1400оС	1500оС	1600оС	1700оС	Объем, м3
СО	1,302	1,461	1,470	1,478	1,486	5,742
СО2	1,620	2,341	2,364	2,385	2,404	1,130
Н2	1,278	1,361	1,369	1,377	1,386	-
Н2О	1,491	1,815	1,839	1,862	1,884	0,041
N2	1,333	1,437	1,447	1,455	1,462	0,029
О2	1,308	1,522	1,531	1,540	1,548	0,102
Ar	0,928	0,928	0,928	0,928	0,928	0,110

 

 

 

Теплосодержание отходящих газов:
CO	1,470*1490*5,742=12576,703
CO2	2,364*1490*1,130=3980,267
H2O	1,839*1490*0,041=112,345
N2	1,447*1490*0,029=62,525
O2	1,531*1490*0,102=232,681
Ar	0,928*1490*0,110=152,099
Итого Q7=	17116,62	кДж	17,117	МДж

 

4.8 Теплосодержание  частиц Fе2О3 «бурого дыма», Q8:

Q8 = Cч*tч*Mч,

где Сч -теплоемкость частиц Fе2О3( 1,248 кДж/кг*гр);

      tч - средняя температура ванны (1490 °С);

      Мч - масса частиц Fе2О3 (1,129 кг п. 2.10).

Q8 = 1,248*1490*1,129 = 2099,398 кДж = 2,099 МДж.

4.9 Теплосодержание  частиц извести в газах, Q9:

Q9 = Cч*tч*Mч,

где Сч - теплоемкость частиц извести (1,0 кДж/кг*гр);

     tч - средняя температура ванны (1490 °С);

     Мч - масса частиц извести (0,611 кг п. 2.10).

Q9 =  1,0*1490*0,611 = 910,39 кДж = 0,91 МДж.

 

4.10 Тепло диссоциации  окислов железа, внесенных шихтовыми  материалами, Q10:

Q10 = 5160*MFe2O3 + 3750*MFeO,

где 5160кДж/кг Fе2О3      при Fе2О3 = 2Fе + 1,5О2;

      3750 кДж/кг FеО        при  FеО = Fе + 0,5 О2;

      MFe2O3, - масса окисла Fе2О3 (0,344 кг табл.5);

       МFе0   - масса окисла  FеО   (0,069 кг табл.5).

Q10 = 5160*0,344 + 3750*0,069 = 2033,79 кДж = 2,03 МДж.

 

4.11 Тепло диссоциации  СаСО3 извести, Q11:

Q11 = 4025*MCaCO3,

где 4025 кДж/кг СО2      при СаСО3 = СаО + СО2;

      MCaCO3 - масса СО2 из извести (0,214 + 0,014 = 0,228 кг, п. 2.9)

Q11 =  4025*0,228 = 917,7 кДж = 0,92 МДж.

 

Суммарный расход тепла, ∑Qрасх= Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Q11:

∑Qрасх = 135,435+25,306+17,117+2,099+0,91+2,03+0,92=183,817 МДж

 

4.12 Потери тепла на нагрев футеровки через поверхность стен и днища, на нагрев воды в фурме колеблются в пределах 1...4% общего прихода тепла и уменьшаются с увеличением садки конвертора.

В расчете разница между приходом и расходом тепла составляет:                             186,221 – 183,817 = 2,404 МДж,            т.е.           2,16%

Следовательно, в расчете соотношение чугуна и лома принято правильно

 

 

 

4.13 Тепловой  баланс плавки (Табл. 10).

Статьи прихода	Кол-во		Статьи расхода	Кол-во
	МДж	%		МДж	%
Теплосодержание чугуна	95,95	51,52	Теплосодержание металла	135,435	72,73
Теплота реакций окисления	84,55	45,40	Теплосодержание шлака	25,306	13,59
В том числе углерод	52,992	28,46	Теплосодержание отходящих газов	17,117	9,19
кремний	15,021	8,07	Теплосодержание "бурого дыма"	2,099	1,13
марганец	3,487	1,87	Теплосодержание извести с газами	0,910	0,49
фосфор	1,640	1,88	Теплота диссоциации окислов Fe	2,030	1,09
железо	11,41	6,13	Теплота диссоциации CaCO3	0,920	0,49
Теплота шлакообразования	4,927	2,65	Потери тепла	2,404	1,29
Теплота миксерного шлака	0,794	0,43
Итого	186,221	100,00	Итого	186,221	100,00

 

 

5. Расчет расходных  коэффициентов на 1т годной стали

В расчете выход жидкой стали, после раскисления составил 92,5923 (п. 3)

Потери стали при разливке колеблятся от 0,5 до 4,0 %.

 Принимаем потери при разливке стали на МНЛЗ 2,0%,

т.е. 92,5923*0,02 = 1,852 кг.

При этом выход годной стали составит:

92,5923- 1,852 = 90,74 кг

 

 

 

 

 

 

 Расходные коэффициенты шихтовых материалов, т/т годного:

Чугун                           0,7794/0,9074 = 0,859

Лом                              0,2206/0,9074 = 0,243

Известь                       0,06786/0,9074 = 0,075

Кислород                    0,07292/0,9074 = 0,080

Аргон                          0,00196/0,9074 = 0,002

Агломерат                    0,0060/0,9074 = 0,007

Пл. шпат                     0,0030/0,9074 = 0,003

Ферромарганец           0,014846/0,9074 = 0,016

Ферросилиций           0,009931/0,9074 = 0,0011

Алюминий                 0,0028/0,9074 = 0,003

 

6. Описание технологии  плавки

Для производства стали марки 09Г2С, данного химического состава, в конвертер, ёмкостью 100 т, засыпали 22,060 т лома и залили 77,940 т чугуна.  В качестве основного шлакообразующего материала используют мягкообожженную известь, количество которой (6,786 т наплавку)   обеспечивает основность конечных шлаков 3,4.                                                                                                                              

     Основные технологические операции:

1. Завалка лома. Загрузку ведут через горловину краном, который опрокидывает лоток с ломом в наклоненный конвертор. Длительность операции 3-4 мин.
2. Загрузка извести 30%(1,722 т.) от общего количества, остальная известь и добавки присаживаются в течении 3-5  мин от начала продувки.
3. Заливка чугуна. Заливка ведется с помощью мостового крана через горловину наклоненного конвертора. Длительность операции 3-4 мин.
4. Продувка. Конвертор поворачивают в вертикальное положение, вводят кислородную фурму и включают подачу кислорода. В ходе плавки использую комбинированную продувку (процесс типа LBE). Расход кислорода на плавку составляет V=5104 м3

     Интенсивность продувки для конвертора садкой 100 т составляет

     IO2=450 м3 /мин.                

     Соответственно, длительность продувки: τпрод=V/ IO2=

=5104/450=11,34 мин. Для данной садки конвертора принимается оптимальное количество сопел на фурме n=3, угол наклона от сопла к вертикали β=9 град; исходя из этих данных рассчитывается среднее значение рабочей высоты фурмы от уровня спокойной ванны: Нф=1,55 м.

После зажигания плавки в конвертор несколькими порциями(2-3) загружают оставшуюся часть извести. Расход аргона: 100 м3 на плавку. Длительность операции 11 мин.

Химический состав металла после продувки:

С,%       Mn,%     Si,%     S,%       P,%        T,оС

0,05       0,08       0,00     0,019    0,008    1650

 

5. Контроль хода плавки. Целью контроля и управления конверторной плавкой является выведение параметров дутьевого режима на уровень, обеспечивающий получение стали заданного химического состава при определенной температуре на выпуске. Контроль за ходом процесса осуществляется с помощью специальных  датчиков, производящих прямое измерение температуры и химического состав металла, а также конверторных газов. Температуру ванны измеряют непрерывно с помощью термопар, вмонтированных в рабочий слой футеровки.
6. Взятие пробы, ожидание сигнала. Длительность операции 3-4мин.
7. Выпуск металла с раскислением. Металл из конвертора выпускают через летку, одновременно присаживая раскислители в сталеразливочный ковш на струю  металла. Для раскисления используют следующие ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций и алюминий, расходы их соответственно: 1,484т, 0,993т, 0,280т. Для предотвращения попадания шлака в сталеразливочный ковш применяют способ отсечки с помощью стального шара. Длительность операции 4-6 мин.
8. Слив шлака. Шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор в противоположную от летки сторону. Длительность операции 1-2 мин.
9. Доводка металла. После выпуска металла сталеразливочный ковш        направляется на УДМ (установка доводки металла) для усреднения по химическому составу и  температуре за счет продувки аргоном. Также на УДМ осуществляется дополнительное раскисление и легирование с помощью ввода алюминиевой катанки.

     Далее сталеразливочный ковш поступает на УНРС.

 

Общая длительность процесса составляет 25-31 мин.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Изменение содержания углерода в стали и температуры металла по ходу продувки