Практическая работа № 2

Тема:	Расчет количества извести на плавку
Цель работы:	овладеть навыками расчета необходимого количества шлакообразующих на плавку. В результате выполнения практической работы студенты должны уметь: - выбирать и рассчитывать требуемое количество шлакообразующих и флюсов; - пользоваться технологическими инструкциями; должны знать: - характеристику неметаллических шихтовых материалов сталеплавильного производства; - влияние шихтовых материалов на режим технологических процессов.
Приборы, материалы и инструмент	Калькулятор
Порядок выполнения практической работы	1. Усвоить теоретический материал по темам: - Неметаллическая часть шихты. Шлакообразующие материалы, разжижители. Характеристика и требования, предъявляемые к ним. Твердые окислители. Виды и свойства науглероживателей. Подготовка неметаллической части шихты к плавке - Cвойства огнеупоров. Условия эксплуатации огнеупоров в сталеплавильных агрегатах 2 Ответить на тесты. 3 Выполнить и записать задания практической работы в тетрадь по практическим занятиям. 4 Сдать выполненную практическую работу на проверку преподавателю Сдать выполненную практическую работу на проверку преподавателю

Теоретическая часть

В качестве неметаллической части шихты сталеплавильного производства применяются шлакообразующие материалы (известь и известняк), флюсы (плавиковый шпат, боксит, шамотный бой), твердые окислители (железная руда, агломерат, прокатная окалина, железорудные окатыши).

Известь

Известь получают обжигом известняка СаСОз при 1000—1100°С в трубчатых вращающихся печах, печах кипящего слоя, вагранках и специальных шахтных печах. Известь должна удовлетворять требованиям ОСТ 14-16-165-85. В извести должно содержаться ≥92°/о (CaO + MgO), <2 %SiО₂. Размер кусков должен быть в пределах 10—50 мм, крупные куски извести медленно растворяются в шлаке, мелкие - выносятся из конвертера отходящими газами.

Известь должна содержать <0,06°/₀ S, а после обжига в шахтных печах <0,08%S. Содержание серы в извести зависит главным образом от вида, применяемого для обжига топлива; минимальное количество серы содержится при использовании природного газа, максимальное - при использовании кокса, антрацита и неочищенного от серы коксовального газа. При содержании в извести >0,1%S возможен переход серы в процессе плавки из шлака в металл.

Потери при прокаливании не должны превышать 5 %, а после обжига в шахтных печах - 8%; их количество в извести определяется количеством нёдопала (остатков необожженного известняка). Чем меньше нёдопала, тем быстрее растворяется известь в шлаке. Массовую долю нёдопала в извести (%) определяют по массе остатка после растворения (гашения) извести в воде.

Известь должна быть свежеобожженной, допустимый срок хранения после ее производства составляет 24 ч, поскольку более длительном хранении в результате поглощения влаги из атмосферы происходит гидратация гашение) извести: СаО + Н₂О = Са(ОН) ₂. В процессе гидратации кусковая известь рассыпается в порошок («пушенку»); его применение недопустимо, поскольку большая часть пушении выносится отходящими газами и, кроме того, а (ОН) 2 служит источником насыщения сталиодородом.

Известь должна быть мягкообожженной; твердообожженная известь обладает заметно меньшей реакционной способностью (скоостью растворения в шлаке). Мягкообожженная известь получается при быстром нагреве в процессе обжига до 1000—1100 °С без выдержки при этой температуре. Если делать длительную выдержку при высоких температурах, то получается твердообожженная известь - отдельные кристаллы извести срастаются и уменьшается ее пористость, в результате чего замедляется растворение кусков извести в шлаке. Мягкообожженная известь имеет пористость ~50%, размер кристаллов < 1/мм; твердообожженная — соответственно ~35 % и 5- 10мм. Плотность мягко- и твердообожженной соответственно равна ~1,6 и >2 г/см³. Твердообожженная известь обычна получается при обжиге в шахтных печах, мягкообожженная - при обжиге во вращающихся и печах кипящего слоя.

Реакционную способность извести определяют путем гашения 10 г извести фракции <0,25мм в 20 мл воды в калориметре. Показателем реакционной способности является время от начала гашения до момента достижения максимальной температуры; оно должно быть <2 мин.

Доломитизированная известь, получаемая путем обжига доломитизированного известняка, содержит 7-15% MgO.

Флюсы

Плавиковый шпат в соответствии с ГОСТ 7618—83 называемый плавикошпатовым концентратом используют для уменьшения вязкости шлака и ускорения растворения в шлаке извести (ускорения шлакообразования).

Его получают обогащением флюоритовых руд; основной примесью является SiО₂ (табл. 3).

Для конвертерного производства в соответствии с ГОСТ 7618—83 предусмотрен плавикошпатовый (флюоритовый) концентрат марок ФК (кусковой) и ФГ (гравитационный). В марках ФК размер кусков от 300 до 5 мм (доля частиц с размером <5 мм не должна превышать 10%); размер кусков в марках ФГ преимущественно 5—50 мм (доля более мелких или крупных частиц не должна превышать 10% каждой; в марке ФКМ-65 доля частиц размером <5 мм не регламентируется). К недостаткам плавикового шпата относятся дефицитность и высокая стоимость; кроме того, при температурах конвертерного процесса он быстро улетучивается из шлака. Поступающие при этом в атмосферу фториды вредны для здоровья и отрицательно влияют на стойкость здоровья и отрицательно влияют на стойкость оборудования.

Боксит иногда применяют вместо плавикового шпата для ускорения растворения извести в начале продувки, но его воздействие во много раз слабее, чем плавикового шпата. Боксит горная порода: он содержит >28°/оА1₂0₃; 5—23°/oFe₂0₃; 5—20%SiO₂ и 10—23% гидратной влаги в виде А1₂0₃» п Н₂0 и Fe(OH)₃.

В соответствии с ГОСТ 972-82 в сталеплавильном производстве предусмотрено применение боксита марки МБ, содержащего >28°/₀ А1₂0₃, <0,2%S и <0,6%Р₂О₅. Во избежание хлопков и выбросов боксит перед загрузкой в конвертер необходимо прокаливать для удаления гидратной влаги. Недостатком боксита является высокое содержание Si0₂, для ошлакования которой необходимо увеличить расход извести, что вызывает увеличение количества шлака.

Сыпучие охладители. В качестве охладителей для корректировки температуры по ходу продувки и иногда после ее окончания используют железную руду 21 класса (ТУ 14-9-52-73), агломерат (ТУ 14-105-381-77), железорудные окатыши (ТУ 14-9-84-75), известняк (ОСТ 14-64-80), доломит, окалину и иногда другие материалы. При даче в конвертер в начале продувки все они, кроме известняка, обеспечивают ускорение растворения извести в шлаке, т. е. ускоряют шлакообразование в связи с содержанием в них оксидов железа.Железные руды содержат железо чаще всего в виде Fe₂0₃ или Fe₃0₄, пустую породу (5-17 и иногда до 45%Si0₂; 0,2-13% А1₂0₃; 0,2-8,5 СаО и 1,5-4, иногда до 10% MgO) и обычно <0,1 %S и Р (каждого). В конвертерном производстве применяют богатую по железу руду, содержащую <8% Si0₂ в кусках размером 10—80 мм.

Агломерат различных заводов содержит 47-57 % Fe, 7-11 % Si0₂; 6-23 % СаО и, как правило, <0,1%S,P (каждого). Окатыши содержат 51-66%; Fe; 4-8%Si0₂; от 0,2 -1,0 до 5%СаО и <0,1 %S и Р (каждого).

Окалина образуется в результате окисления поверхности слитков и стальных заготовок при их нагреве перед прокаткой. Состоит почти целиком из Fe₃О₄.

Известняк - природное сырье, почти целиком состоит из СаС0₃. Известняки различных месторождений содержат <2%Si0₂, l°/oM_gO, 1% (Σ Al₂0₃ + Fe₂0₃), 0,2 %S; содержание СаО в известняках – 52-54 %. Доломитизированный известняк содержит 4-17%MgO (в виде MgC0₃). Доломит сырой и обожженный описан в п. 5.2.

Марганцевая руда иногда применяется для ускорения растворения извести в начале продувки. Содержит 20—50 % Мn в виде оксидов и карбонатов и пустую породу из SiО₂ и в меньшем количестве А1₂О₃.

Прочие неметаллические материалы. К числу материалов, используемых для ускорения шлакообразования, относятся комплексные флюсы и отходы других производств, характеристика которых дана при описании соответствующих разновидностей технологии плавки.

Дополнительное топливо. Для экономии чугуна и увеличения доли лома в шихте в конвертер по ходу продувки или до ее начала присаживают углеродсодержащие материалы (кокс, каменный уголь и его разновидность - антрацит и др.). Основные составляющие каменных углей - горючая (органическая) масса, влага (4-14%), зола (4-45, чаще 8-12%); угли содержат 0,5-4 % S (вредной примеси).

Основные составляющие золы: А1₂О₃, SiО₂, Fe₂О₃, CaO. Угли различают также по содержанию летучих - Н₂, СН₄ и немного СО, CmHn и N₂, выделяющихся из горючей массы при нагреве без доступа воздуха (от 9 до 45 % горючей массы). Антрацит характеризуется меньшим содержанием влаги (4-6%), летучих (<9 %) и большим содержанием углерода в горючей массе (93—97 %).

Кокс содержит 75-88% С; 0,6-1,7% летучих; 8-12% золы; 2-9% влаги; 0,5-2,0% S. Рекомендуемый размер кусков присаживаемого в конвертер топлива составляет 6-25 мм, эти материалы должны содержать не более12% золы, 5% влаги, 12% летучих и 0,5% S.

Порядок выполнения расчета извести на плавку по основности шлака

Расчет ведется на 100 кг металлозавалки при выплавке стали в кислородном конвертере.

Расход извести обозначается через Х и, задаваясь основностью конечного шлака СаО/SiO₂=3.5, определяется следующим образом.

SiO₂ поступает в шлак из металлошихты, футеровки, шлакообразующих и флюса, СаО – футеровки шлакообразующих и флюсов.

Состав извести, плавикового шпата, рабочего слоя футеровки и твердого конверторного шлака приводится в таблице 3.

Таблица 3 – Состав извести, плавикового шпата, футеровки и твердого конверторного шлака

В процентах

Материал	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	MnO	CO2	FeO	CaF2
Известь	91.5	2.0	1.0	1.5	-	4.0	-	-
Футеровка	59.0	2.5	37.0	1.5	1.5	-	-	-
Плавиковый шпат	-	5.0	-	-	-	-	-	95.0
Твердый конвер- торный шлак	54.0	17.0	2.5	4.0	3.5	-	17.0	2.0

Принимается расход футеровки 0,2 %, плавикового шпата 0,3% и твёрдого конверторного шлака 1,6 от массы металлозавалки. Также принимается поступление SiO₂ в конечный конвертерный шлак в количестве 1,269 кг.

Количество SiO₂ в конечном шлаке, кг:

- из металлошихты 1,269

- из плавикового шпата 0,3* =0,015

- из футеровки 0,2* =0,005

- из твердого конвертерного шлака 1,6* =0,272

- из извести Х*

Всего 1,561+0,02*Х

(где 0,3, 0,2 и 1,6 расходы плавикового шпата, футеровки и твердого конвертерного шлака, а 5, 2,5, 17, 80 – содержание SiO₂ в соответствующем материале из табл.3).

Аналогично определяется содержание СаО в конечном шлаке, кг:

- из футеровки 0,2* =0,118

• из твердого конверторного шлака 1,6* =0,865

• из извести Х*

Всего 0,982+0,915*Х

Найденные величины подставляются в формулу основности шлака и определяется Х:

Х=5,3

Таким образом, расход извести составит 5,3 кг на 100 кг металлозавалки. При необходимости определения расхода извести на плавку необходимо полученное значение умножить на 10 и на емкость сталеплавильного агрегата.

В нашем случае для емкости конвертера, например, 180 т расход извести на плавку составит 5,3*10*180=9540кг или 9,54 т.

В приложении 2 приводятся варианты индивидуальных заданий по расчету расхода извести.