21.04., 22.04., 27.04.20 "Розрахунок шихти та матеріального балансу якісних марок сталі"

Практична розрахована на 6 год - 3 пари

Практична робота № 7

Тема : «Розрахунок шихти та  матеріального балансу якісних марок сталі».

     Розрахунок шихти та матеріального балансу плавки сталі 70КК . Склад початкових даних  в межах ДОСТу та затверджених технічних умовах комбінату «АрселорМіттал Кривий Ріг». Початкові данні : чавуну – 54 % , брухту – 46 % .

Таблиця 2.1 - Хімічний склад металевої частини шихти  та сталі до розкислення та готової сталі % 

Матеріали	С	Sі	Мп	S	Р
Чавун 54 %	4,0	0,90	0,60	0,040	0,090
Брухт  46 %	0,20	0,28	0,45	0,040	0,030
Сталь перед  розкислен - ням	0,67	0	0,40	0,020	0,020
Готова сталь	0,67 – 0,75	0,27 – 0,37	0,40 – 0,70	0,025	0,025

Таблиця 2.2 - Хімічний склад неметалевих матеріалів 

Матеріали	SіО3	СаО	Аl2O3	MgO	Fe 2O3	Cr2O3	CO2	H2O	ппп
СаСО3	2,0	52,0	1,00	1,10	1,20	----	41,6	1,0	-----
Боксит	10,0	4,0	54,0	----	25,0	----	----	7,0	----
Магнезит	1,7	5,4	0,9	89,6	2,4	----	----	----	----
Магнезито- хроміт	4,5	1,5	4,0	66,5	12,7	10,50	0,30	----	----
Доломіт обпалений	3,00	53,00	2,6	36,00	2,00	----	3,40	----	----

Розрахунок шихти плавки на  ведемо на 100 кг. Визначаємо середній склад металевої шихти .

Таблиця 2.3 - Середній склад металевої шихти 

Матеріали	С	Sі	Мп	Р	S
Чавун вносить	2,16	0,486	0,324	0,049	0,022
Скрап вносить	0,092	0,129	0,21	0,014	0,018
Середній склад	2,252	0,615	0,534	0,063	0,040
Сталь до розкислення	0,67	0	0,40	0,020	0,020

Визначаємо скільки вилучається домішок з ванни на 100 кг шихти на весь період плавки , кг.

С    2,252 – 0,67 ∙ 0,95 =   1,616

Sі                                       0,615

Мп   0,534 – 0,40 ∙ 0,95 = 0,154

Р      0,063 – 0,020 ∙ 0,95 = 0,044

S      0,040 – 0,020 ∙ 0,95 = 0,021

Fe ( в дим )                         0,600

                                         ∑  3,050

Вихід сталі приймаємо 0,95 . Витрата заліза на випаровування при продувці О₂ приймаємо 0,6 % . При цьому 15 % сірки вигорає до SO₂ тобто окислюється .

           0,040 ∙ 15

       ----------------- = 0,006 кг

     100

Витрата кисню на окислення домішок складає , кг :

С – СО₂      1,616 ∙ 32 : 12 = 4,309

Sі – SіО₂     0,615 ∙ 32 : 28 = 0,703

Мп – МпО  0,154  ∙ 16 : 28 = 0,045

Р – Р ₂О₅      0,044 ∙ 80 : 62 = 0,057

S – SO₂       0,006 ∙ 32 : 32 = 0,006

Fe – Fe ₂О₃  ( в дим ) 0,600 ∙ 48 : 112 = 0,257

__________________________________________

                                                          ∑   5,377

Припускаємо , що виділений з ванни СО окислюється в робочому просторі до СО2

Утворюється маса окислів , кг :

СО₂        1,616 ∙ 44 : 12 = 5,925

SіО₂        0,615 ∙ 60 : 28 = 1,318

МпО       0,154 ∙ 71 : 55 = 0,199

Р ₂О₅        0,044 ∙ 142 : 62 = 0,101

SO₂         0,006 ∙ 64 : 32 = 0,012

Fe ₂O₃      0,600 ∙ 160 : 112 = 0,857

В шлак переходить сірки , кг

S – SO₂   = 0,021 – 0,006 = 0,015

Звільняється  О₂ , кг :

         0,015 : 2 = 0,0075

Витрата кисню складає , кг :

5,377 – 0,0075 = 5,369

Визначаємо витрату вапняку.

Витрата вапняку визначається по балансу СаО і SіО₂ в шлаку для отримання  В=2,6. Витрата бокситу становить 0,4 кг ( звичайно складає 0, 2 – 0,4 кг ).

Витрата футеровки складає : доломіта 0,8 – 1,2 % , магнезита 0,3 – 0,5 % , магне – зитохроміта 0,07 – 2,0 % ;

Приймаємо витрату доломіта 1,1 кг , магнезита 0,3 кг , магнезитохроміта 0,1 кг на 100 кг металошихти .

Витрата вапняку позначається через х.

Кількість СаО в шлаці надходить із матеріалів і футеровки :

Доломіт            1,1 : 100 ∙ 53 = 0,583

Магнезитохроміт   0,1 : 100 ∙ 1,5 = 0,002

Магнезит           0,3 ∙ 5,3 : 100 = 0,016

Боксит               0,4 ∙ 4 : 100 = 0,016

СаСО₃                х ∙ 52 : 100 = 0,52х

______________________________________

                                        0,617 + 0,52х

Кількість SіО₂ в шлаку вноситься матеріалами , кг

Металева шихта                                        1,318

Боксит                               0,4 ∙ 10 : 100 = 0,040

Доломіт                               1,1 ∙ 3 : 100 = 0,033

Магнезит                          0,3 ∙ 1,7 : 100 = 0,005

Магнезитохроміт              0,1 ∙ 45 : 100 = 0,005

СаСО₃                                     х ∙ 2 : 100 = 0,02х

_________________________________________  

                                                    1,401 + 0,02х

Замість  СаО  і SіО₂ підставляємо їх значення і визначаємо витрату СаСО₃ 

  0,617 + 0,52х

_____________  =  2,6

  1,401 + 0,02х

0,617 + 0,52х = 2,6 ( 1,401 + 0,02х )

0,468х = 3,026

х = 6,466

Металева шихта , СаСО₃ , боксит і футеровка вносять в шлак , кг :

Таблиця 2.4 - Склад шлаку , кг.

Окисли	матеріали
	Металева шихта	СаСО3	Боксит	Доломіт	Магнезит	Магнезито- хроміт	∑
1	2	3	4	5	6	7	8
SіО2	1,318	0,129	0,04	0,033	0,005	0,005	1,530
СаО	----	3,362	0,016	0,583	0,016	0,002	3,979
МgО	----	0,071	----	0,396	0,269	0,067	0,803
Аl 2O3	----	0,065	0,216	0,029	0,003	0,004	0,317
S	0,015	----	----	----	----	----	0,015
МпО	0,199	----	----	----	----	----	0,199
Р 2О5	0,101	----	----	----	----	----	0,101
Fe 2O3	----	0,076	0,100	0,022	0,007	0,013	0,218
Сr 2O3	----	----	----	----	----	0,011	0,011
∑	1,633	3,703	0,372	1,063	0,300	0,102	7,173

Крім цього , вапно утримує :

6,466 ∙ 41,6 : 100 = 2,689 кг СО₂

6,466 ∙ 1 : 100 = 0,071 кг  Н ₂О

Обпалений доломіт утримує :

1,1 ∙ 3,4 : 100 = 0,037 кг СО₂

Магнезитохроміт  утримує :

0,1 ∙ 0,3 : 100 = 0,0003 кг – не берем до уваги .

Боксит утримує :

0,4 ∙7 : 100 = 0,028 кг Н ₂О 

Маса шлака без окислів заліза складає , кг :

7,173 – 0,218 = 6,955

     Відновлення % FeO до % Fe ₂O₃  в кінцевому шлаку на практиці вуглець знаходиться в межах 3 – 4 .

     Приймаємо у вмісті окислів заліза в шлаку  10 % FeO та 3 % Fe ₂O₃ , тоді маса окислів шлаку без FeO та Fe ₂O₃ складає 87 % .

Маса шлака дорівнює , кг :

6,955 : 87 ∙ 100 = 7,994

Таблиця 2.1.5. Хімічний склад кінцевого шлаку , % .

SіО2	СаО	МgO	Al2O3	S	MnO	P 2O5	Cr2O3	FeO	Fe2O3	∑
19,14	49,77	10,05	3,96	0,19	2,49	1,260	0,14	10,0	3,00	100

Фактична основність складає :

    % СаО                        49,77

_________   =     ____________    =   2,6

   % SіО₂                       19,14

Маса окислів заліза в шлаку складає :

7,994 – 6,955 = 1,039 кг , в тому числі

Fe = 7,994 : 100 ∙ 10 = 0, 799 кг

Fe2О3 = 1,039 – 0,799 = 0,240 кг .

     Приймаємо , що 90 % вносимого СаСО3 бокситом , футеровкою Fe2O3 відновленого до Fe , а 10 % до FeO .

     Відновлене Fe2O3 до Fe дає , кг

а) 0,218 ∙ 0,9 ∙ 48 : 160 = 0,059

б) 0,218 ∙ 0,9 – 0,059 = 0,137

     Відновлення Fe2O3 до FeO дає , кг

а) 0,218 ∙ 0,1∙ 16 : 160 = 0,002

б) 0,218 ∙ 0,1 – 0,002 = 0,0198

     Ця кількість FeO поступає в шлак . В результаті  окислення Fe утворюється , кг :

FeO                     0,799 – 0,0198= 0,779

Fe2O3                                             0,240

  ________________________________ 

                                                       1,019

Окислення Fe , кг :

0,779 ∙ 56 : 72 + 0,240 ∙ 112 : 160 = 0,606 + 0,168 = 0,774

Вихід сталі дорівнює , кг :

100 + 0,137 – 3,050 – 0,774 – 0,5 = 95,813

де – 0,5 витрати заліза в корольки .

Потрібно кисню на окислення заліза , кг:

1,019 – 0,774 = 0,245

      Всього потрібно О₂  на окислення домішок та заліза , кг :

5,369  + 0,245 – ( 0,059 – 0,002 ) = 5,553

     Ця кількість О₂ надходить з газової фази та кисневих фурм .

Скільки утворилося газів , кг :

СО₂  5,925 + 2,689  + 0,037 = 8,651

Н2О  0,071 + 0,028 = 0,099

SO₂                            0,012

 ______________________________

                                   ∑   8,762

МАТЕРІАЛЬНИЙ     БАЛАНС  ПЛАВКИ

Надійшло  :                                                     Отримано :

_________________________________________________________________

Чавун    -54,00 кг                                             Сталі   - 95,813  кг

Скрап    - 46,00 кг                                            Корольків   - 0,500 кг

СаСО₃    - 6,466 кг                                           Шлаку        - 7,994 кг

Боксит   - 0,400 кг                                            Газів          - 8,762 кг

Доломіт – 1,100 кг                                           Fe2O₃ ( в дим ) – 0,857

Магнезит -  0,300 кг                                         Кисень   - 5,553   

Магнезитохром – 0,1

∑     113,926                                                          ∑  113,919

                           113,926 – 113,919   

Невязка :          _________________   ∙ 100          =   0,002 %                                    

                          113,926

             РОЗРАХУНОК  РОЗКИСЛЕННЯ  СТАЛІ .

Таблиця 2.6 -  Хімічний склад розкислювачів .

Матеріали	С	Sі	Мп	Р	Fe
феросіліцій	0,20	46,5	0,65	0,05	52,6
Сілікомарганець	1,10	18,5	65,6	0,20	14,6

Розрахунок необхідної кількості розкислювачів .

а) Середньозаданий вміст елементів в готовій сталі :

                                       0,27 + 0,37

         (  % Sі )    ср =   -----------------    = 0,32 %

                                              2

       ( % Мп )    ср   =  0,40  + 0,70      = 0,55 %

                                   ___________          

                                              2

б) Недостає до середньозаданого в готовій сталі :

( % Sі ) = ( % Sі ) ср – ( % Sі ) = 0,32 %

( % Мп ) = ( % Мп ) ср – ( % Мп ) = 0,55 – 0,40 =0,15 %

в)  Необхідно ввести розкислювачів .

     Необхідну кількість розкислювачів визначаємо по формулі :

                  ( % Т ) ∙ М мет                 100

М ср   =   ______________     ∙      ________      ;

                            В                           100 – а

 ( % Т ) недостатнього елемента до середньозаданого  складу в готовій сталі ;

 М мет – кількість рідкого металу в кінці плавки , кг.

 а – угар розкислювачів , % .

 В – кількість  елемента в розкислювачах ,% .

 Приймаємо угар елементів :  С  - 14 % ,        

                                                     Sі – 15 % ,

                                                   Мп – 16 % .

 Витрата SіМп :                    

                                          0,15 ∙ 95,263                     100

                 М SіМп =  ___________       ∙         __________     = 0,261 кг

                                                65,6                            100 – 16

Витрата FeSі  :

                                   0,32 ∙ 95,263                      100               = 0,775 кг

                МFеSі  =  ____________         ∙       __________    

                                            46,5                           100 – 15

Вихід рідкої сталі після розкислення .

Таблиця 2.7 - Вноситься в метал розкислювачів , кг .

Елементи	Вноситься сілікомарганцем	Вноситься  феросіліцієм	М ел.
С	0,060 ∙ 1,10   100 – 14 _________  ∙ _______        100               100     = 0,003	0,183 ∙ 0,20    100 – 14 _________  ∙  _______        100                 100     = 0,0013	0,0043
Sі	0,060 ∙ 18,5    100 – 15   _________   ∙  _____        100                   100     = 0,041	0,183 ∙ 46,5     100 – 15 _________   ∙  _______       100                  100    =0,306	0,347
Мп	0,060 ∙ 65,6     100 – 16  _________   ∙  _______    100                  100      = 0,144	0,183 ∙ 0,65       100 – 16 _________    ∙  ________ 100                                            100 =0,004	0,148
Р	0,060 ∙ 0,20 _________        100        = 0,0005	0,183 ∙ 0,05 ___________          100         = 0,0004	0,0009
Fe	0,060 ∙ 14,6  __________    100            = 0,038	0,183 ∙ 52,6  __________      100           = 0,408	0,446
∑	0,227	0,720	0,946

     Приймаємо , що Р розкислювачів  повністю переходить в метал .

Вихід рідкої сталі в ковші , кг :

 М ст = 95,813 + 0,946 = 96,759

 Перевіряємо хімічний склад готової сталі . Склад елементів визначаємо по формулі :

( % Е ) = М ел  + М ел . розк

                _________________   ∙ 100 ;

                         М ст

                         0,67 + 0,0043 

 ( % С ) ст   =    _____________    ∙ 100 =  0,70 %

                          96,759

                           0,347         

                          ___________ 

 ( % Sі ) ст   =      96,759          ∙  100 = 0,36 %     

                           0,40 + 0,148

 ( % Мп ) ст  =   ____________    ∙  100   = 0,57 %

                               96,759

                          0,020 + 0,0009    

 ( % Р ) ст  =    ______________  ∙ 100    =   0,022 %

                              96,759

                         0,020  

 ( % S ) ст  =   _________   ∙  100   =   0,021 %

                           96,759

Завдання для практичної роботи № 7

Номер варіанту	Відсоток чавуну  %	Відсоток металевого брухту %
1.	60	40
2.	61	39
3.	62	38
4.	63	37
5.	64	36
6.	65	35
7.	66	34
8.	67	33
9.	68	32
10.	69	31
11.	70	30
12.	59	41
13.	58	42
14.	57	43
15.	56	44
16.	55	45
17.	53	47
18.	52	48
19.	51	49
20.	50	50
21.	49	51
22.	48	52
23.	47	53
24.	46	54
25.	45	55

Висновок.