12.1. Розрахунок шихти на виплавку сталі 12х2н4а

Розрахунок шихти на виплавку сталі 12Х2Н4А у відкритій дуговій електропечі з основною футерівкою проводиться з метою визначення кількості шлаку та його компонентів для окислювального і відновного періодів плавки, необхідної кількості легуючих добавок і розкислювачів та отримання металу заданого хімічного складу.

Хімічний склад сталі 12Х2Н4А за ГОСТом та прийнятий для розрахунку приведені в таблиці 12.4.

Таблиця 12.4. Хімічний склад сталі 12Х2Н4А

Хімічний склад	Вміст елементів, %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	S	P
						не більше
За ГОСТом	0,09-0,15	0,3-0,6	0,17-0,37	1,25-1,65	3,25-3,65	0,3	0,025	0,025
Прийнятий для розрахунку	0,12	0,45	0,27	1,45	3,45	0,15	0,015	0,015

В якості шихтових матеріалів використовують сталевий лом та чавун, хімічний склад яких (таблиця 12.5) може бути взятий з літератури, технічних звітах або інструкцій електросталеплавильних цехів, а також у таблиці 12.2.

Розрахунок проводиться на 100 кг завалення. Шихта складається з розрахунку отримання в кінці періоду окислення вуглецю на 0,03-0,05% нижче за нижню межу заданої марки сталі (0,03% – для високо- і середньовуглецевих сталей; 0,05% – для низьковуглецевих). Приймаємо в розрахунку 0,03%.

Кількість випалюваного вуглецю за окислювальний період не менше 0,2-0,3% для високовуглецевих й 0,2-0,5% для середньо- і низьковуглецевих сталей.

Таблица 12.5. Хімічний склад стального лома та чавуну

Шихтовий матеріал	Вміст елементів, %
	С	Mn	Si	S	P
				не більше
Сталевий лом	0,55	0,25	0,3	0,035	0,03
Чавун	4,1	0,45	0,7	0,04	0,25

Визначення необхідної кількості вуглецю в шихті

,

де 0,05% вуглецю, що взаємодіє з окалиною шихти.

Приймаємо склад шихти: сталевий лом – 95%, чавун – 5%

Визначення вмісту елементів в заваленні:

,

де 0,55 і 4,1 – вміст вуглецю в сталевому ломі та чавуні, %

Оскільки в заваленні вміст вуглецю більше 0,66%, то додаткового навуглецювання відбуватися не буде (якщо було би менше, то треба внести додатково графіт із розрахунку усвоєння 60% та склад вуглецю в графіті 86,5%).

Аналогічно підраховується вміст інших елементів завалення:

Плавка проводиться за класичною технологією та умовно розбивається на два періоди: окислювальний та відновний.

12.1.1. Окислювальний період плавки

Зміна хімічного складу металу за окислювальний період приведена в таблиці 12.6.

Таблиця 12.6. Зміна хімічного складу металу за окислювальний період

Окислювальний період	Вміст елементів, %
	С	Mn	Si	P	S
Завалення	0,73	0,26	0,32	0,041	0,035
Видалено	0,65	0,195	0,32	0,03075	0,007
Метал кінця окислювального періоду	0,08	0,065	сліди	0,01025	0,028

Mn – вміст знижується на 60–80%, прийнято 75%.

S – вміст знижується на 20–30%, прийнято 25%.

P – вміст знижується на 75%.

Необхідно визначити кількість шлаку , руди , вапна .

У шлаках окислювального періоду міститься, %:

При такому хімічному складі шлаку коефіцієнт розподілу фосфору може бути прийнятий:

.

Кількість , яка переходить в шлак при окисленні фосфору в металі:

.

Допустимий вміст Р₂О₅ в шлаку:

.

Кількість шлаку, необхідного для дефосфорації металу до заданих значень:

.

Це значення потрапляє в допустимі межі 4,0–8,0 кг.

При розрахунку кількості кисню, необхідного для окислення домішок, приймаємо, що 75% вуглецю окислюється до CO і 25% до CO₂. Результати розрахунку приведені в таблиці 12.7.

Таблиця 12.7. Розрахунок кількості кисню, необхідного для окислення домішок

Елемент	Окисл., %	За реакцією	Необхідна кількість кисню, кг	Кількість продуктів реакції, кг	Примітка
С	0,65 СО-0,488 СО2-0,162				Перехід до газо-подібної фази
Si	0,32
Mn	0,195
P	0,03075

Кількість закису заліза, необхідного для окислення домішок:

.

Кількість закису заліза, необхідного для утворення шлаку заданого складу:

.

Вміст кисню в металі до кінця окислювального періоду визначається із співвідношення:

Вміст закису заліза в металі:

.

У закисі заліза: .

Необхідна кількість FeO в шлаку:

кг.

Необхідна кількість у руді:

кг.

Вміст заліза в руді: кг.

Необхідна кількість залізної руди:

кг,

де 90– вміст у залізній руді, %.

Необхідна кількість вапна:

,

де 92 - вміст СаО у вапні, %.

За практичними даними перехід магнію в шлак з футерівних та заправних матеріалів складає 6-12 кг/т. Приймаємо 9 кг/т або 0,9 кг на 100 кг завалення, з них 0,6 в окислювальний і 0,3 у відновний періоди плавки. 50% магнезиту викачується з шлаком після розплавлення шихти. Після цього проводиться уточнений розрахунок кількості й складу шлаку окислювального періоду плавки та визначається його основність (таблиця 12.8).

Основність шлаку окислювального періоду звичайно коливається від 2 до 3,5.

.

Вихід металу першого періоду:

де – вигар, прийнятий 20 кг/т.

Матеріальний баланс окислювального періоду плавки приведений у таблиці 12.9.

Таблиця 12.8. Уточнений розрахунок кількості та складу шлаку окислювального періода плавки

Джерело надход-ження	Вит-рати, кг	Компоненти
		CaO		FeO		SiO2		Al2O3		MnO		MgO		P2O5		Усього, кг
		%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Метал							0,686				0,252				0,07	1,008
Залізна руда	6,678	0,2	0,0134		1,00512	5,75	0,38399	2,5	0,16695			0,3	0,02003	0,15	0,01002	1,59951
Вапно	3,205	92	2,9486	0,86	0,02756	2,1	0,06731	1,0	0,03205			3,3	0,10577	0,1	0,00321	3,1845
Магнезит	0,3	3,6	0,0108	2,7	0,0081	3,35	0,01005	0,1	0,0003			90,25	0,27075			0,3
Усього, кг			2,9728		1,04078		1,14735		0,1993		0,252		0,39655		0,08323	6,09201
Усього, %		48,798		17,084		18,834		3,272		4,137		6,509		1,366		100

Втрати металу при викачуванні шлаку за практичними даними складають

0,2-0,3%, що при 0,2% складе:

.

Таблиця 12. 9. Матеріальний баланс окислювального періоду плавки

Внесено, кг		Отримано, кг
Сталевого лому	95,000	Металу	100,02942
Чавуну	5,000	Шлаку	6,09201
Залізної руди	6,678	Вигару	2,00000
Вапняку	3,205	Газів	1,73300
Магнезиту	0,300	Втрати при викачуванні	0,20281
Усього	110,183	Усього	110,05489

Нев'язкість: