Раскисление и легирование стали
Раскисление – это процесс удаления излишнего кислорода из металла различными способами.
Легирование – это операция присадки в сталь легирующих эементов для придания ей каких-либо особых физико-химических или механических свойств (твердость, жаропрочность и т.д.).
Расчет раскисления
Перед раскислением в металле сдержится (с учетом выхода стали – 0,9), кг:
углерода – 0,153; серы – 0,0225;
марганца – 0,113; фосфора – 0,0225.
Концентрация растворенного в металле кислорода к концу продувки зависит от факторов: от содержания углерода в меалле, оксидов железа в шлаке и от температуры металла.
Концентрацию кислорода в металле под шлаком с содержанием 16–20 % (FeO + Fe2O3) с основностью 2,5–3,5 при температуре ванны 1600–1630˚С находим по формуле Г.Н. Ойкса
[%C]·[%O]=0,0035+0,006[%C],
откуда
[%O]=
%
или 0,0289·91,6/100=0,0264 кг.
Раскисление стали производим присадками ферромарганца, затем ферросилиция в ковш. В последнем происходит вторичное окисление элементов. Коэффициент усвоения марганца при раскислении принимаем 75 %, коэффициент раскисления углерода ферромарганца – 70 %, коэффициент усвоения кремния из ферромарганца – 0 %, коэффициент усвоения кремния из ферросилиция – 70 %.
Расход ферромарганца среднеуглеродистого ФМн 80 определяем по формуле:
где a – требующееся для ввода в металл коичество марганца, равное среднему значению в заданной марке стали, минус остаточное содержание марганца в металле перед раскислением (в данном случае 0,95-0,113=0,837); b – содержание марганца в 1 кг ферромарганца, кг; c – коэффициент усвоения марганца в металле,
кг.
Это количество ферромарганца содержит, кг:
-
C
Mn
Si
P
S
Fe
1,4·0,005=0,007;
1,4·0,8=1,12;
1,4·0,02=0,028;
1,4·0,003=0,0042;
1,4·0,0003=0,00042;
1,4·0,1717=0,241;
Ʃ=1,4.
Выгорает,кг:
-
C
Mn
Si
0,007·0,3=0,0021;
1,12·0,25=0,28;
=0,028;
Ʃ=0,3101.
Переходит в сталь, кг:
-
C
Mn
P
S
Fe
0,007-0,0021=0,0049;
1,12-0,28=0,84;
=0,0042;
=0,00042;
=0,241;
Ʃ=1,09.
Требуется кислорода для удаления примесей, кг:
-
C→СO
Mn→MnO
Si→SiO2
0,0021·16/12=0,0028;
0,28·16/55=0,081;
0,028·32/28=0,0081;
Ʃ=0,092.
Поступит кислорода из атмосферы:
0,092-0,0264=0,066 кг.
Выход стали, после раскисления ферромарганцем составит:
91,6+1,09-0,0264=92,66
Получится оксидов, кг:
-
СO
MnO
SiO2
0,0021+0,0028=0,0049;
0,28+0,081=0,361;
0,028+0,0081=0,0361.
Выход шлака:
10,48+0,361+0,036=10,88 кг
На основании полученных в расчетах данных составляем материальный баланс плавки после раскисления ферромарганцем (таблица 11).
Количество стали перед раскислением с учетом растворенного кислорода:
91,60-0,0264=91,57 кг.
Таблица 11
Материальный баланс плавки после раскисления ферромарганцем
Поступило, кг |
Получено, кг |
|||
Стали до раскисления |
91,60 |
Стали |
92,66 |
|
Шлака до раскисления |
10,48 |
Шлака |
10,88 |
|
Ферромарганец |
1,4 |
СO |
0,0049 |
|
Кислорода из атмосферы |
0,066 |
Ʃ |
103,54 |
|
Ʃ |
103,54 |
невязка |
0 |
|
В таблице 12 приведен состав стали после раскисления ферромарганцем.
Таблица 12
Состав стали после раскисления ферромарганцем
Наименование |
C |
Mn |
P |
S |
Fe |
Ʃ |
Металл перед раскислением |
0,153 |
0,113 |
0,0225 |
0,0225 |
91,26 |
91,57 |
FeMn вносит |
0,0049 |
0,837 |
0,0042 |
0,00042 |
0,24 |
1,087 |
Всего, кг |
0,1579 |
0,95 |
0,0267 |
0,0229 |
91,50 |
92,66 |
, % |
0,1704 |
1,025 |
0,0288 |
0,0247 |
98,75 |
100 |
В стали перед вводом ферросилиция содержится, кг (таблица 12):
углерода – 0,1579; серы – 0,0267;
марганца – 0,95; фосфора – 0,0229.
Определяем расход ФС 65на 100 кг шихты:
кг.
-
Si
Mn
P
S
Fe
0,5934·0,65=0,3857;
0,5934·0,004=0,0024;
0,5934·0,0005=0,0003;
0,5934·0,0003=0,0002;
0,5934·0,3457=0,2051;
Ʃ=0,5934.
Выгорает,кг:
-
Mn
Si
0,0024·0,25=0,0006;
0,3857·0,3=0,1157;
Переходит в сталь, кг:
-
Si
Mn
P
S
Fe
0,3857-0,1157=0,2700;
0,0024-0,0006=0,0018;
=0,0003;
=0,0002;
=0,2051;
Ʃ=0,4774.
Требуется кислорода для удаления примесей, кг:
-
Mn→MnO
Si→SiO2
0,0006·16/55=0,0002;
0,1157·32/28=0, 3221;
Ʃ=0,1324.
Поступит кислорода из атмосферы – 0,1324 кг.
Выход стали, после раскисления ферромарганцем составит
92,66+0,4774=93,1374 кг.
Получится оксидов, кг:
-
MnO
SiO2
0,0006+0,0002=0,0008;
0,1157+0,1322=0,2479.
Выход шлака
10,88+0,0008+0,2479=11,1287 кг
На основании полученных в расчетах данных составляем материальный баланс плавки после раскисления ферромарганцем (таблица 13).
Количество стали перед раскислением с учетом растворенного кислорода:
91,60-0,0264=91,57 кг.
Таблица 11
Материальный баланс плавки после раскисления ферросилицием
Поступило, кг |
Получено, кг |
||
Стали до раскисления FeSi |
92,66 |
Стали |
93,1374 |
Шлака до раскисления FeSi |
10,88 |
Шлака |
11,1287 |
Ферросилиция |
0,5937 |
Ʃ |
104,2661 |
Кислорода из атмосферы |
0,1324 |
невязка |
0 |
Ʃ |
104,2661 |
||
В таблице 14 приведен состав стали после раскисления ферросилицием.
Таблица 14
Состав стали после раскисления ферросилицием
Наименование |
C |
Mn |
P |
S |
Si |
Fe |
Ʃ |
Металл перед раскислением |
0,1579 |
0,95 |
0,02267 |
0,0229 |
- |
91,502 |
92,66 |
FeSi вносит |
- |
0,0018 |
0,0003 |
0,0002 |
0,27 |
0,2051 |
0,4774 |
Всего, кг |
0,1579 |
0,9518 |
0,0270 |
0,0231 |
0,27 |
91,7071 |
93,1369 |
, % |
0,1695 |
1,022 |
0,0290 |
0,0248 |
0,29 |
98,4648 |
100 |