Содержание

Введение	4
1. Задание	6
2. Исходные данные	6
3. Расчет материального баланса	7
4. Раскисление и легирование 4.1. Расчет раскисления 4.2. Расчет легирования	12 12 17
5. Тепловой баланс плавки 5.1. Приход тепла 5.2. Расход тепла 5.3. Корректировка теплового баланса плавки	21 21 22 23
6. Технология плавки	25
7. Разработка мероприятий направленных на увеличение стойкости футеровки кислородного конвертера	28
Заключение	32
Список литературы	33

Введение

Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна с добавкой металлолома в агрегате с основной футеровкой и продувкой технологически чистым кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты по продувке сверху были проведены в 1933г. Инженером Мозговым Н.И., затем велись обширные исследования по разработке и освоению технологии нового процесса.

В промышленном масштабе процесс был впервые осуществлен в 1952–53 годах в Австрии. За короткий срок кислородно-конвертерный процесс получил широкое распространение во всех странах. Если в 1940 году доля кислородно-конвертерной стали, составляла лишь 4 % мирового производства, то в 1970г. – 40,9 %, в 1980 – около 65 %. В СССР этот процесс начал функционировать с 1956 года.

Кислородно-конвертерный процесс обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным. Основные из них следующие:

1. Более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у конвертеров достигает 400 – 800 т/ч);

2. Более низкие капитальные затраты, что объясняется простотой устройства конвертера;

3. Меньшие расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топливо, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;

4. Процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки;

5. Благодаря четкому ритму выпуска плавок работа конвертеров легко сочетается с непрерывной разливкой.

Кроме того, по сравнению с мартеновским производством конвертерное характеризуется лучшими условиями труда и меньшим загрязнением окружающей природной среды.

Благодаря продувке чистым кислородом сталь содержит 0,002–0,005 % азота, т.е. не больше, чем мартеновская. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих чугуна, с избытком хватает для нагрева стали до температуры выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конвертере до 20–25 % скрапа, что значительно снижает себестоимость стали.

1. Задание

Рассчитать материальный и тепловой балансы кислородно-конвертерной плавки с применением металлического лома при выплавке стали марки 18ХГТ; составить технологию кислородно-конвертерной плавки с использованием полученных в расчетах данных.

В шихте использовать: чугуна – 72 %; металлического лома – 28 %.

Температура чугуна перед заливкой – 1400˚С.

Температура стали перед выпуском – 1620˚С.

Основность шлака 3,6.

Химический состав чугуна и металлического лома приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав чугуна и металлического лома

Элемент, %	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	P	S
Чугун	4,2	0,8	0,5	0,3	0,03
Металлический лом	0,1	0,3	0,2	0,03	0,03

2. Исходные данные

Расчет материального баланса ведется на 100 кг металлической шихты (чугун + лом).

Составы применяемых шлакообразующих материалов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Состав шлакообразующих материалов

Наименование Материала	Содержание составляющих шлака, %
	SiO	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	Cr2O3	H2O	CO2	CaF2
Известь	2,0	86,0	2,0	2,0	-	-	2,0	6,0	-
Плавиковый шпат	3,0	3,5	-	1,0	-	-	-	6,0	86,5
Футеровка	5,0	2,0	70,0	3,0	8,0	13,0	-	-	-

В расчетах рекомендуется принять:

1. Химический состав металла после продувки перед раскислением:

• Содержание углерода – нижнее значение заданной марки стали, так как углерод дополнительно поступает с некоторыми ферросплавами;

• Содержание марганца – 25 % от исходной концентрации в чугуне;

• Содержание фосфора и серы по 0,025 каждого.

2. Расход футеровки – 0,3 % от массы садки.

3. Технический кислород содержит 99,5 % О₂ и 0,5 % N₂.

4. Расход плавикового шпата – 0,3 кг.

5. Потери металла: с корольками – 0,5 кг; с выбросами – 1,0 кг.

Химический состав стали марки 18ХГТ (ГОСТ 4543 – 71) приведен в таблице 3.

Таблица 3

Химический состав стали марки 18ХГТ

Содержание элементов, %
C	Si	Mn	Cr	Ti	P	S	Cu	Ni
					Не более
0,17	0,17	0,8	1,0	0,03	0,035	0,035	0,3	0,3
0,23	0,37	1,1	1,3	0,09

2. Расчет материального баланса плавки

В настоящем расчете принято количество чугуна в шихте 72 %, скрапа 28 % согласно заданию. Правильность данного соотношения будет проверена составлением теплового баланса плавки. В случае необходимости нужно будет дать рекомендации по корректировке теплового режима процесса.

Определяем средний состав шихты при условии передела заданного количества чугуна и скрапа в шихте и количество примесей, окислившихся к концу продувки металла (таблица 4).

Таблица 4

Средний состав шихты

	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	P	S
Чугун вносит	3,024	0,576	0,36	0,216	0,0216
Скрап вносит	0,028	0,084	0,056	0,0084	0,0084
Средний состав	3,052	0,66	0,416	0,2244	0,03
Сталь перед раскислением	0,17	-	0,125	0,025	0,025

Далее приводится методика расчета среднего содержания элемента в шихте на примере углерода:

кг

Аналогично производится расчет среднего содержания каждого элемента металлической части шихты.

Рассчитывается количество удаляемых примесей из ванны на 100 кг шихты при продувке кислородом (таблица 5).

Таблица 5

Количество удаляемых примесей шихты

Элемент	Масса, кг
C	3,052-0,17·0,9=2,899
Si	0,66
Mn	0,416-0,125·0,9=0,3035
P	0,2244-0,025·0,9=0,2019
S	0,03-0,025·0,9=0,0075
Fe(в дым)	1,500
Угар примесей	5,5719

Примем, что при продувке ванны кислородом 10 % серы выгорает до SO₂, т.е. окисляется 0,00075 кг серы. В шлак переходит 0,0075-0,00075=0,00675 кг серы.

Расход кислорода на окисление примесей при окислении 10 % углерода до CO₂ (0,1·2,899=0,29 кг) и 90 % C до CO (0,9·2,899=2,609 кг) представлен в таблице 6.

Таблица 6

Расход кислорода на окисление примесей

Реакция	Расход кислорода, кг	Масса оксида, кг
C→CO2	0,29 32꞉12=0,773	0,29+0,773=1,063
C→CO	2,609·16꞉12=3,479	2,609+3,479=6,088
Si→SiO2	0,66·32꞉28=0,754	0,66+0,754=1,414
Mn→MnO	0,3035·16꞉55=0,088	0,3035+0,088=0,392
P→P2O5	0,2019·80꞉62=0,2605	0,2019+0,2605=0,4624
S→SO2	0,00075·32꞉32=0,00075	0,00075+0,00075=0,0015
Fe→Fe2O3(в дым)	1,5·48꞉112=0,643	1,5+0,643=2,143
Ʃ=5,998		Ʃ=11,564

Расход кислорода составит: 5,998 кг.

Расход извести определяем по балансу CaO и SiO₂ в шлаке для получения основности 3,6. Расход плавикового шпата принимаем 0,36. Расход извести обозначим через y, кг.

Количество CaO в конечном шлаке, кг, поступающего:

из футеровки из плавикового шпата из извести	0,36·0,02=0,0072 0,36·0,035=0,0126 0,86 y
	0,0198+0,86 y

Количество SiO₂ в конечном шлаке, кг, поступающего:

из металич. шихты из футеровки из плавикового шпата из извести	=1,414 0,36·0,05=0,018 0,36·0,03=0,0108 0,02 y
	1,4428+0,02 y

Вместо CaO и SiO₂ подставим их значения и определим расход извести

откуда y=6,566

в таблице 7 приведен предварительный состав шлака.

Таблица 7

Предварительный состав шлака

Источники	Масса, кг
	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	MnO	S	P2O5	Fe2O3
Металлошихта	1,414	-	-	-	-	0,392	0,0015		-
Футеровка	0,018	0,0072	0,252	0,0108	0,047	-	-	-	0,029
Плавиковый шпат	0,011	0,013	-	0,0036	-	-	-	-	-
Известь	0,131	5,647	0,131	0,131	-	-	-	-	-
ИТОГО	1,574	5,667	0,383	0,145	0,047	0,392	0,015	0,462	0,029

Допускаем что содержание оксидов железа в шлаке будет: 13 % FeO и 4 % Fe₂O₃. Тогда масса оксидов шлака без FeO и Fe₂O₃ составит 83 %, а масса шлака без оксидов железа будет 8,7 кг (таблица 7).

Отсюда масса шлака

8,7꞉0,83=10,48 кг.

Масса оксидов железа в шлаке 10,48-8,7=1,782 кг, в то числе 10,48·13/100=1,362 кг FeO и 10,48·4/100=0,419 кг Fe₂O₃.

С учетом оксидов железа в таблице 8 представлен окончательный состав шлака.

Таблица7

Окончательный состав шлака

	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	MnO	S	P2O5	Fe2O3	FeO	Ʃ
кг	1,57	5,67	0,383	0,145	0,047	0,392	0,0015	0,462	0,419	1,362	10,5
%	15,05	54,23	3,66	1,39	0,45	3,75	0,014	4,42	4,01	13,03	100

Окисляется железа:

до FeO до Fe2O3

=1,362 кг, 0,419-0,029=0,39 кг.

Поступит железа из металла в шлак:

1,362·56꞉72+0,39·112꞉160=1,059+0,273=1,332

Выход стали равен 100-5,572-0,5-1,0-1,332=91,596 кг,

где 5,572 – угар примесей шихты, кг (таблица5); 0,5 – количество железа, запутавшегося в шлаке в виде корольков, кг; 1,0 потери железа с выбросами, кг; 1,332 – угар железа на образование оксидов железа в шлаке, кг.

Потребуется кислорода на окисление железа:

(1,362-1,059)+(0,39-0,273)=0,303+0,117=0,420 кг

Всего потребуется кислорода на окисление примесей (таблица 6):

5,998+0,42=6,418 кг

Потребуется технического кислорода при 95 % усвоении:

м³.

На 1 тонну садки расход технического кислорода составит 47,53 м³/т.

Количество азота:

4,753·0,005=0,238 м³ или 0,030 кг.

Количество не усвоенного кислорода:

(4,753-0,0238)·0,05=0,236 м³ или 0,338 кг.

Масса технического кислорода:

6,418+0,03+0,338=6,786 кг.

Количество и состав образующихся газов представлен в таблице 9.

Таблица 9

Состав и количество газов

Составляющие	Содержание
	кг	м3	%
CO2			12,57
CO	6,088		81,6
H2O			2,73
O2	0,236		2,76
N2	0,024		0,318
SO2	0,0015		0,0089
Итого	7,956	5,968	100

На основании полученных в расчетах данных составляем материальный баланс плавки до раскисления (таблица10).

Таблица 10

Материальный баланс плавки до раскисления

Поступило, кг		Получено, кг
Чугуна	72		Стали	91,6
Скрапа	28		Шлака	10,48
Плавикового шпата	0,3		Корольков	0,5
Извести	6,566		Выбросов	1,0
Футеровки	0,3		Газов	7,956
Технического кислорода	6,783		Fe2O3(в дым)	2,143
Ʃ	113,95		Ʃ	113,68
			невязка	0,271

Относительная невязка допускается не более 0,5 %.