Выплавка стали в дуговой сталеплавильной печи. Период плавления
2.2.1 Окисление элементов
Расчет поступивших в шлак продуктов окисления металлического расплава производим на основании данных по угару элементов (приложение 9) и составляем таблицу угаров для данной марки в период плавления для всех элементов, входящих в таблицу 3 (таблица 6).
Таблица 6
Угары элементов при выплавке стали в ДПС в период плавления, %
Угар |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Ti |
W |
Al |
Mo |
V |
Cu |
Fe |
Общий |
20,0 |
100,0 |
70,0 |
∆Р |
0 |
20,0 |
1,5 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
0 |
0 |
0 |
2,0 |
В шлак |
0 |
100,0 |
80,0 |
100,0 |
0 |
80,0 |
0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
0 |
0 |
0 |
20,0 |
В улет |
100,0 |
0 |
20,0 |
0 |
0 |
20,0 |
100,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
80,0 |
Окисление элементов и ожидаемый химический состав металла по расплавлению шихты представлен в таблицу 7.
Таблица 7
Химический состав металла по расплавлению шихты*, кг
-
Элемент
Исходное содержание
Угар элемента
Масса элемента в расплаве
Содержание элемента в расплаве, %
C
634,400
126,880
507,520
0,948
Si
226,000
226,000
0
0
Элемент
Исходное содержание
Угар элемента
Масса элемента в расплаве
Содержание элемента в расплаве, %
Mn
274,000
191,800
82,200
0,154
P**
20,032
0
20,032
0,037
S
21,575
0
21,575
0,040
Cr
88,000
17,600
70,400
0,132
Ni
60,00
0,900
59,100
0,110
Ti
9,600
9,600
0
0
W
25,600
25,600
0
0
Mo
16,000
0
16,600
0,030
V
8,600
0
8,600
0,016
Cu
74,600
0
74,600
0,139
Al
14,400
14,400
0
0
Fe
53737,200
1074,744
52662,000
98,393
Всего
55210
1687,524
53522,480
100,000
* Расчет величин, приведенных в таблице, на примере углерода.
Исходное содержание – 634,400 кг (таблица 3)
Угар
элемента -
,
где 634,600 – исходное содержание, 20 – общий угар элемента (таблица 6);
Масса элемента в расплаве – 634,600 – 126,880 = 507,520 кг;
Содержание элемента
в расплаве -
где 507,520 – масса элемента в расплаве,
кг; 53522,480 – суммарная масса расплава,
кг.
** Расчет дефосфорации приведен далее.
Расчет количества
образующегося оксида
,
кг определяем по формуле
, (1)
где
-
масса окисляющегося элемента I
(таблица 7 – угар элемента), кг;
,
-
стехиометрические коэффициенты элемента
i
и оксида
соответственно;
,
-
молекулярные массы элемента i
и оксида
соответственно.
Расчет количества кислорода, кг, необходимо для окисления элементов, определяем по формуле
, (2)
Углерод. Окисление углерода происходит по реакции
[C]+1/2{
}={CO}.
Образуется СО (1)
.
Потребуется кислорода на окисление углерода (2)
296,053 - 126,880 = 169,173 кг.
Кремний. При
окислении кремния по реакции [Si]+2[O]→(
)
образуется кремнезема (1)
На окисление кремния потребуется кислорода (2) 258,286 кг
Марганец. Окисление марганца происходит по реакции
[Mn]+1/2{ }=(MnO).
Образуется MnО
(1)
.
Из этого количества 20% теряется с газами,
а 80% переходит в шлак (таблица 6).
С газами теряется
из них
.
В шлак переходит
,
из них
;
20 и 80 – количество MnO и Mn, которое теряется с газами и переходит в шлак, соответственно, %.
Потребуется кислорода для окисления всего марганца (2) 55,796 кг
Сера. Принимаем, что в период плавления сера из шихты не удаляется.
Хром. Окисление хрома происходит по реакции
Образуется оксида
хрома
(1)
Уносится печными
газами
,
из них
.
Переходит в шлак
из них
.
Потребуется кислорода для окисления всего хрома (2) 8,123 кг.
Никель. Считаем, что во время плавления в зоне электрических дуг испаряется 1,5% никеля, имевшегося в шихте (таблица 6). Испарившийся никель уносится печными газами в количестве 0,900 кг (таблица 7).
Титан. Оксид титана полностью переходит в шлак (таблица 6).
Образуется
(1)
.
Потребуется кислорода для окисления титана (2) 6,400 кг.
Вольфрам. Принимаем, что в период плавления вольфрам из шихты не удаляется.
Алюминий. При окислении алюминия образуется глинозем (1)
Потребуется кислорода для окисления алюминия (2) 12,800 кг.
Молибден, медь, ванадий. Принимаем, что в период плавления эти элементы из шихты не удаляются (таблица 6). Допускаем, что ванадий не окисляется по причине небольшого его присутствия в шихте.
Железо. Считаем, что в период плавления 80% окислившегося железа теряется с газами, а 20% переходит в шлак (таблица 6).
Образуется, оксидов железа в пересчете на FeO (1)
.
Уносится печными
газами
из них
Переходит в шлак
из них
Потребуется кислорода для окисления всего железа (2) 307,070 кг.
Металл. В конце периода плавления в печи остается следующее количество металла (с учетом угаров элементов): 53522,480 кг (таблица 7), содержание углерода в металле составит 0,948% (таблица 7).
Содержание кислорода в металле определяем из графика (приложение 10) или по формуле
(3)
Определяем содержание кислорода в металле, которое пошло на насыщение металла, используя пропорцию
где х – искомая величина, кг; 53522,480+х – масса металла с учетом содержания кислорода, кг; 0,006 – содержание кислорода в металле, %
х=3,211 кг