5.5. Определение количества металлического лома, необходимого для охлаждения ванны
Расход тепла на 1кг металлолома для нагрева до t = 1620°С составит:
Qл= Ccт.т·t’пл+L’пл+Сст.ж·(t’ж – t’пл),
Qл=0,699·1500+272+0,837· (1620-1500) = 1421 кДж/кг.
Дополнительное количество металлолома, необходимого для охлаждения ванны составит:
Gл= Qизб / Qлом = 22682,99 / 1421 = 15,963 кг.
Выход жидкой стали при использовании металлолома составит:
91,122+10,2 = 101,322 кг на 100 кг чугуна.
Общий расход металлолома на 100 кг металлической шихты составит:
10 + 10,2 = 20,2 кг (10 кг – дано в задании).
5.6. Расход технического кислорода на 1 т стали составит:
5,709*1000/101,322 = 56,35 м3.
6. Проверочный расчет
Таблица 10
Состав шлака к концу продувки
|
FeO |
MnO |
CaO |
MgO |
SiO2 |
P2O5 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
S |
Состав шлака |
10 |
7,375 |
54,29 |
5,111 |
14,012 |
4,084 |
1,779 |
3,197 |
0,146 |
Пересчет шлака |
10,54 |
7,77 |
57,22 |
5,39 |
14,77 |
4,30 |
|
|
|
Молярная масса |
72 |
71 |
56 |
40 |
60 |
142 |
|
|
|
Число молей на 100 г |
0,146 |
0,109 |
1,022 |
0,135 |
0,246 |
0,030 |
|
|
|
Общее число катионов |
0,085 |
0,063 |
0,594 |
0,078 |
0,143 |
0,035 |
|
|
|
6.1. Пересчет шлака на 100%.
Пересчитаем состав шлака, исходя из допущения, что шлак состоит из шести оксидов, используя соотношение:
(%i)’= (%i)/(%FeO+%MnO+%CaO+%MgO+%SiO2+%P2O5)/100,
(%FeO+%MnO+%CaO+%MgO+%SiO2+%P2O5)/100 =
( 10+7,375+54,29+5,111+14,012+4,084)/100 = 0,94872
(%FeO)’=10/0,94872= 10,54%,
(%MnO)’=7,375/0,94872= 7,77%,
(%CaO)’=54,29/0,94872= 57,22%,
(%MgO)’=5,111/0,94872= 5,39%,
(%SiO2)’=14,012/0,94872= 14,77%,
(%P2O5)’=4,084/0,94872= 4,30%.
6.2. Определение числа молей оксидов в 100г шлака.
ni=(%i)’/Mi,
где (%i) – содержание оксида в массовых процентах, %,
Mi – молярная масса оксида, г/моль.
nFeO =10,54/72=0,146 моль;
nMnO =7,77/71=0,109 моль;
nCaO=57,22/56=1,022 моль;
nMgO=5,39/40=0,135 моль;
nSiO2=14,77/60=0,246 моль;
nP2O5=4,30/142=0,030 моль.
6.3. Определение числа грамм-ионов катионов
ni+=νi·ni ,
где νi – число частиц некислородного элемента в молекуле оксида, который образует данный катион.
ni – число молей оксида в 100 г шлака, моль.
nFe2+ =0,146 моль;
nMn2+=0,109 моль;
nCa2+=1,022 моль;
nMg2+=0,135 моль;
nSi4+=0,246 моль;
nP5+=2·0,030=0,060 моль.
6.4. Определение суммы грамм-ионов всех катионов в 100 г шлака
Σn+=1,718 моль
6.5. Определение ионных долей компонентов в шлаковом расплаве
Xi+=ni+/ Σn+,
XFe2+=0,146/1,718=0,0850;
XMn2+=0,109/1,718=0,0634;
XCa2+=1,022/1,718=0,5949;
XMg2+=0,135/1,718=0,0786;
XSi4+=0,246/1,718=0,1432;
XP5+=0,060/1,718=0,0349.
6.6. Определение десятичных логарифмов коэффициентов активности Fe,Mn и P в шлаке
При
T=1670
(1943 К).
lgγFe2+=1000/[2,18·XMn2+·XSi4++5,9·(XCa2++XMg2+)·XSi4++10,5·XCa2+·XP5+],
lgγFe2+=1000/1943[2,18·0,0634·0,1432+5,9·(0,5949+0,0786)·0,1432+10,5·0,5949·0,0349]= 0,638.
lgγMn2+= lgγFe2+- (2180/T)·XSi4+,
lgγMn2+= 0,638 - (2180/1943)·0,1432= 0,477.
lgγP5+= lgγFe2+- (10500/T) ·XCa2+
lgγP5+= 0,638 - (10500/1943)·0,5949 = - 2,5768 .
6.7. Определение коэффициентов активности Fe, Mn и P в шлаке
γFe2+= 4,3451;
γMn2+= 2,9992;
γP5+= 0,0026.
6.8. Расчет равновесного содержания марганца
Распределение марганца между металлом и шлаком определяется реакцией:
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]
Константа равновесия этой рекции имеет вид:
Температурная зависимость константы равновесия, полученная из первичных термодинамических данных:
lg KMn = 6440/T - 2,95 = 6440/1943 – 2.95 = 0.3645
KMn = 2,3145
Расчет равновесной концентрации марганца:
6.9. Расчет равновесного содержания фосфора
Распределение фосфора между металлом и шлаком определяется реакцией:
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe].
Константа равновесия этой реакции имеет вид:
(KP )1/5=0,47.
Расчет равновесной концентрации фосфора:
6.10. Расчет равновесного содержания серы
где LS – коэффициент распределения серы,
– кратность шлака (mшлака
/ mметалла).
Коэффициент распределения серы находится по уравнению Доброхотова:
Ls=13 - 0,3·(%SiO2 + %Al2O3 + %P2O5),
Ls=13 - 0,3·(14,012+1,779+4,084)=7,0375.
Тогда:
7. Расчет сопла Лаваля.
Исходные данные для расчета:
давление газа перед фурмой P0= 800000 Па,
температура газа Т0= 303 К,
давление окружающей среды Рокр= 101300 Па,
емкость конвертера Qконв= 300 т,
интенсивность продувки JO2= 3 м3/т·мин,
число сопел n= 6,
угол расширения α= 8⁰,
показатель адиабаты k= 1,4.
7.1. Определение давления в критическом сечении
7.2. Определение температуры газа в критическом сечении
7.3. Определение скорости газа в критическом значении
где R = 8,31 Дж/моль.К = 8,31*1000/32 = 259,69 Н·м/кгО2·К – универсальная газовая
7.4. Определение плотности газа в критическом сечении
7.5. Определение площади и диаметра критического сечения
М – секундный расход газа через одно сопло
7.6. Определение параметров скорости истечения газа
Из интересов организации струи, давление газа принимаем:
P=1,1·Pокр=111430.
λ = 1,607.
7.7. Определение скорости газа на выходе из сопла
V = λ·Vкр,
V = 1,607·256,07 = 411,504 м/с.
7.8. Определение температуры газа на выходе из сопла
7.9. Определение плотности газа на выходе из сопла
7.10. Определение площади и диаметра выходного сечения сопла
7.11. Определение длины сопла
8. Расчет количества ферросплавов
Таблица 11.
Химический состав ферромарганца по ГОСТ 4755-80
Марка |
Среднее содержание Mn, % |
Массовая доля примесей, % |
|||
С |
Si |
P |
S |
||
ФМн1,0 |
85 |
1 |
2 |
0,3 |
0,03 |
Таблица 12.
Химический состав ферросилиция по ГОСТ 1415-78
Марка |
Среднее содержание Si, % |
Массовая доля примесей, % |
|||
С |
Mn |
P |
S |
||
ФС65 |
65 |
0,1 |
0,4 |
0,05 |
0,02 |
где P – масса ферросплава, кг;
Q – масса жидкого металла в момент легирования, кг;
Мсрст – среднее содержание легирующего элемента в стали согласно ГОСТ, %;
М0 – остаточное содержание легирующего элемента в металле перед легированием, %;
Мсрф – среднее содержание легирующего элемента в ферросплаве, %;
a – угар легирующего элемента, %.
Ориентировочно принимаем:
аMn = 15%,
аSi = 30%.
Мсрст(Mn)=(0,35+0,65)/2= 0,5%,
Мсрст(Si)=(0,17+0,37)/2=0,27%.
Тогда:
В результате добавления ферросплавов содержание углерода в металле составляет:
где [%C]ст – содержание углерода в металле к концу продувки, %;
[%C]фер – содержание углерода в ферросплаве, %.
