5. Расчетная часть

На основании исходных параметров технологического процесса, представленных в таблицах 4.1 и 4.2, рассчитывают:

1. Массу жидкого металла, полученного в конвертере после продувки его кислородом, кг

М_ж = М_сляб + М_{тех.потерь} – 0,8  М_раск, (1)

где М_сляб – масса металла после разливки на МНЛЗ в слябах, кг;

М_сляб = Т_заг  Ш_заг  L_заг  _сляб;

Т_заг, Ш_заг, L_заг – толщина, ширина, длина отливаемых слябов, м (выписать из паспорта плавки, 3 стр.);

_сляб – плотность стали в слябах, кг/м³ (~7800);

М_раск – масса раскислителей и легирующих, присаживаемых в ковш (Al, FeMn, SiMn, FeSi, FeTi и др.), с учетом угара (~20 %), 0,8М_раск, кг (из паспорта плавки);

М_{тех.потерь} – масса технологических потерь (35 % от М_сляб), кг;

или

М_ж = 1,04  М_сляб – 0,8  М_раск. (1.1)

2. Массу химического элемента в металлошихте определяем по формуле, кг

М_[Е] = 0,01 (М_ч  [%Е]_ч + М_л  [%Е]_л ), (2)

где М_[Е] – масса химического элемента Е (C, Mn, Si, S, P), кг;

М_ч, М_л – масса чугуна и лома на плавку, соответственно, кг;

[%Е]_ч, [%Е]_л – содержание соответствующего химического элемента в чугуне и стальном ломе, %.

3. Среднее (избыточное) содержание химического элемента в металлошихте определяем по формуле, %:

[%Е]_м.ш = [М_[Е] / (М_ч + М_л )]  100. (3)

4. Массы окисляющихся примесей переходящих в шлак (при определении количества серы необходимо учитывать, что основная масса серы не окисляется, а удаляется из металла в шлак по реакции [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO), учитывая, что кремний окисляется практически весь до SiO₂, определяем по формуле

M_[E]^окисл = M_[E] – M_ж  [%Е]_ж  10^-2, (4)

где [%Е]_ж – содержание соответствующего химического элемента в жидкой стали после продувки кислородом, %.

5. Массу кислорода на окисление избыточных примесей при окислении 10 % углерода до СО₂ и 90 % до СО (по реакциям: ССО₂; ССО; MnMnО; SiSiО₂; PP₂О₅; SSО₂ ; FeFe₂О₃), принимая, что при продувке ванны кислородом 10% серы выгорает до SО₂ от удаляемой серы, определяем по формуле, кг:

М_О2 = 0,1  М_[C]^окисл 32/12 + 0,9  M_[C]^окисл 16/12 + М_[Mn]^окисл 16/55 +

+ М_[Si]^окисл 32/28 + М_[P]^окисл 80/62 + 0,1 М_[S]^окисл 32/32 + М_[Fe]^окисл 16/56, (5)

где М_[C]^окисл, M_[C]^окисл, М_[Mn]^окисл, М_[Si]^окисл, М_[P]^окисл, М_[S]^окисл, М_[Fe]^окисл – массы окислившихся химических элементов, соответственно, кг.

М_[Fe]^окисл определим из общей массы шлака, которую определим из формулы

М_шл = М_[Si]^окисл  (60/28) / [(%SiO₂)  10^–2], (5.1)

М_[Fe]^окисл = М_шл  10^–2  (%FeO)  56/72. (5.2)

6. Интенсивность продувки жидкого металла кислородом, м³/мин

I = V_О2 / _прод (6)

где V_О2 – объем кислорода на плавку, м³;

_прод – продолжительность продувки жидкого металла кислородом (из паспорта плавки), мин.

V_О2 = М_О2  22,4/32. (6.1)

7. Удельную интенсивность продувки кислородом, м³/тмин

i = I / M_ж, (7)

8. Уточненное количество формирующегося шлака, кг

М_шл' = (М_[Si]^окисл 60/28 + (%SiO₂)_ш.м 10^–2  М_изв-ти ) / (%SiO₂)^конеч  10^–2, (8)

где (%SiO₂)_ш.м – содержание SiO₂ в извести, загружаемой за период продувки жидкой стали (~3,5; см. в источн. [4]), %.

9. Перегрев жидкого металла, С

t = t_замер – t_ликв, (9)

где t_замер – температура металла на повалке (при сливе жидкого металла в сталеприемный ковш, из паспорта плавки), С;

t_ликв – температура плавления железа с добавками других компонентов определяется (с учетом химического состава жидкого металла после продувки) по формуле, С.

t_лик = 1539 – (88[% C] + 8[%Si] +5[%Mn] + 4[%Ni] +5[%Cu] +

+ 2[%W] + 2[%Mo] + 1,5[%Cr] + 25[Ti] + 30[P]). (9.1)

10. Уточненное количество окислившегося железа (FeO), перешедшего в шлак, кг

М_{[Fe]окисл}' = М_шл'  (%FeO)  10^–2  56/72. (10)

11. Количество тепла, вносимого от основных источников теплового баланса технологического процесса (в конвертерном процессе Q₁ > Q₂ > Q₃), МДж

Q_приход = Q₁ + Q₂ + Q₃, (11)

где Q₁ – физическое тепло жидкого чугуна, МДж;

Q₂ – химическое тепло окисления примесей металлошихты (тепло экзотермических реакций), МДж;

Q₃ – химическое тепло реакций шлакообразования, МДж.

Q₁ = М_ч  [C₁^ч  t_s^ч + q_ч + C₂^ч (t_ч – t_s^ч), (11.1)

где М_ч – масса жидкого чугуна, кг;

C₁^ч, – теплоемкость твердого чугуна (0,755), кДж/(кг С);

C₂^ч – теплоемкость жидкого чугуна (0,92), кДж/(кг С);

t_s^ч – температура плавления чугуна (~1200), С;

t_ч – температура чугуна, (в паспорте плавки), С;

q_ч – скрытая теплота плавления чугуна (218), кДж/кг.

Q₂ = 11096  0,9  M_[С]^окисл + 34710  0,1 M_[С]^окисл + 26922  M_[Si]^окисл +

+ 7034  M_[Mn]^окисл + 19763  M_[Р]^окисл , (11.2)

где 11096, 34710, 26922, 7034, 9763 – тепловые эффекты реакций окисления: ССО₂, ССО, SiSiO₂, MnMnO, PP₂O₅ (на 1 кг элемента), кДж;

0,1; 0,9 – количество кислорода на окисление примесей при окислении 10 % углерода до СО₂ и 90 % до СО;

M_[С]^окисл, M_[Si]^окисл, M_[Mn]^окисл, M_[Р]^окисл – масса окисляющихся примесей, соответственно C, Si, Mn, P, кг.

Q₃ = М_SiO2  2300 + М_P2O5  4860, (11.3)

где М_SiO2 и М_P2O5 – массы окислившихся элементов кремния и фосфора, перешедших из жидкого металла в шлак, кг.

12. Процент усвоения раскислителей и легирующих элементов, %

С_[Е] = [(М_сляб [Е_сляб]10^–2 – М_ж [Е_ж]10^–2) / (М_ф.спл.  [%E]_ф.спл.10^–2)]100, (12)

где [Е_сляб], [Е_ж] – содержание химического элемента в готовой стали (слябе) и после продувки кислородом в жидком металле, %;

М_ф.спл. – масса раскислителя (или ферросплава), содержащего химический элемент Е, кг;

[%E]_ф.спл. – содержание раскисляющего (или легирующего) элемента в материале, % (из паспорта или литературных источников).