книги из ГПНТБ / Производство стали в конвертерах учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве С. И. Лифшиц. 1960- 17 Мб
.pdfМатериальный и тепловой баланс процесса |
189 |
Все данные сведены в табл. |
55. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Таблица 55 |
|
Количество |
Получаемые |
|
|
|
Полу |
|
удаляющихся |
|
|
|
|||
|
Требуется кислорода, кг |
чается |
||||
элементов |
соединения |
|||||
|
|
|
кг |
|||
% |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
С—3,879 |
со |
3,879- |
16/12 = 5,170 |
9,049 |
||
С—0,431 |
со2 |
0,431 ■ |
32/12= 1,150 |
4581 |
||
Si—0,77 |
SiO2 |
0,77 -32/28 = 0,880 |
1,650 |
|||
Мп—0,769 |
МпО |
0,769 • |
16/55 = 0,223 |
о; 992 |
||
Р—0,054 |
РА |
0,054 • 80/62 = 0,070 |
0,124 |
|||
Fe—0,5 |
FeA |
0,5 -48/112 = 0,215 |
0,715 |
|||
Fe—1,0 |
FeO |
1,0 • |
16/56 = 0,286 |
1,286 |
||
Fe—1,0 |
FeA |
1,0 • 48/112 = 0,430 |
1,430 |
|||
Мп—0,021 |
MnS |
|
|
— |
0,033 |
|
Угар 8,424 |
— |
|
8,424 |
— |
||
Состав кислорода у .конвертера: 98,6% |
О2 и 1,4% |
N2. Необхо |
||||
димо технического кислорода: |
|
|
|
|
||
8,424 ' |
10°- = 8,54 кг, |
или 8,54 : |
1,43 = 5,97 м3, |
|||
98,6 |
|
|
|
|
|
|
где 1,43 —вес 1 |
м3 кислорода. |
|
|
|
|
|
В 8,54 кг технического кислорода содержится 8,42 кг кислоро да и 0,12 кг азота. Часть кислорода вносится железной рудой; 90% Fe2O3 руды восстанавливается до Fe и 10% до FeO. При сажено 6 кг руды с содержанием 83,17% Fe2O3; 90% этого коли чества, восстанавливаясь до Fe, даст кислорода
6-0,9- 83,17 - 48 |
, о, |
|
------ !------ ---------- =1,34 кг. |
|
|
100 • 160 |
|
|
10% руды, восстанавливаясь до FeO, даст кислорода |
|
|
6 - 0,1 - 83,17 -16 |
„ |
|
-------------- :--------- = 0,05 кг. |
|
|
100 • 160 |
|
|
Всего кислорода руды |
|
|
1,340,05 = 1,39 кг, или 0,97 м3. |
90%, |
|
Усвоение кислорода руды ванной |
принимаем равным |
|
т. е. 0,97-0,9 = 0,87 м3. |
|
|
Газообразного кислорода нужно |
|
|
5,97 — 0,87 = 5,10 м3, или 51,0 |
м3 на 1 пг чугуна. |
|
Расчет количества |
извести |
|
Для офлюсования SiO2 в 2CaO -SiO2 необходимо на |
60 кг |
|
190 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху
SiO2 112 кг СаО (60—молекулярный вес SiO2; 112 — молекулярный вес СаО, умноженный на 2). На 1 кг SiO2 нужно 112 СаО.
В нашем случае получено 1,65 кг SiO2 от окисления кремния чу гуна; для их ошлакования необходимо СаО
1,65 • 112/60 = 3,08 кг.
В самой извести содержится 0,8 кг SiO2; для его офлюсования необходимо СаО
0,8 • 112/60 = 1,495 кг.
Следовательно, в извести остается свободной СаО
95,340— 1,495 = 93,845 кг.
Количество СаО, необходимой для офлюсования SiO2 желез ной руды, рассчитывается таким образом. Расход руды составля ет 6 кг; в руде 11,7% SiO2, т. е. 0,01 - 6-11,7 = 0,70 кг SiO2. Для этого количества кремнезема необходимо СаО
0,70 • 112/60= 1,31 кг.
Количество СаО, необходимой для офлюсования SiO2 бокси та, рассчитывается так. В боксите содержится SiO2
0,01 • 1 • 23,42 = 0,23 кг.
Необходимо СаО
0,23112/60 = 0,43 кг.
Для ошлакования 0,124 кг Р20з в (СаО)4Р2О5 необхо димо СаО
0,124 -224/142 = 0,196 кг,
где 224 — это четыре молекулярных веса СаО; 142 — молекулярный вес P2Os.
Для перевода 0,033 кг MnS в CaS необходимо СаО
0,033 • 56/87 = 0,021 кг,
где 56 — молекулярный вес СаО; 87 — молекулярный вес MnS.
Всего необходимо СаО
3,08+ 1,31 + 0,43 + 0,196 + 0,021 =5,037 кг.
В шлаке нужен некоторый избыток свободной СаО. Поэтому принимаем потребность в СаО 6,0 кг.
Технической извести приведенного выше состава следует присадить
6>° • - = 6,4 кг.
93,845
Материальный и тепловой баланс процесса |
191 |
Расчет состава шлака
1) Известь вносит:
SiO2 — 0,01 • 6,4 • 0,8 = 0,051 кг;
А12О3 — 0,01 ■ 6,4 • 1,0 = 0,064 кг; СаО — 0,01 ■ 6,4 • 95,34 = 6,100 кг.
2) Футеровка вносит:
MgO — 0,01 ■ 2 • 69,6 = 1,38 кг; Сг2О3 — 0,01 • 2 • 10,0 = 0,20 кг.
3) Руда вносит:
90% Ре20з руды восстанавливается до Fe и 10% до FeO, Восстановится железа:
6-0,9-83,17-112 = 6
100 • 160
где 6 кг — расход руды; 0,9 — 90 % восстановления;
83,17% —содержание Fe2O3 в руде; 112/60 — содержание железа в 1 кг Fe2Os.
Перейдет в шлак железа от восстановления Ре20з до FeO:
6-0,1 -83,17- 112 = 0 35 |
Fe0_0)35.72/5g = 0)45 кг. |
100 • 160
SiO2 — 0,70 кг;
А12О3 — 0,01 ■ 1,46 • 6,0 = 0,088 кг; СаО — 0,01 • 0,95 • 6,0 = 0,057 кг.
4) Боксит вносит:
SiO2 — 0,23 кг;
А12О8 — 0,01 • 47,4 • 1,0 = 0,474 кг.
Состав шлака приведен в табл. 56.
Состав отходящих газов
Двуокиси углерода СО2 образовалось 1,581 кг. Молекулярный вес СО2 44 кг. В 1,581 кг СО2 содержится,
1,581 : 44 = 0,036 кг-мол СО2.
Объем 1 кг-мол — 22,4 м3.
192 |
Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 56 |
|
Состав |
От окис |
Из |
Из |
Из |
Из |
Всего |
|
ления |
% |
||||||
ляющие |
железа и |
РУДЫ |
извести |
боксита |
футеровки |
кг |
|
примесей |
|
||||||
|
чугуна |
|
|
|
|
|
|
SiO2 |
1,65 |
0,70 |
0,051 |
0,23 |
_ |
2,631 |
18,2 |
СаО |
— |
0,057 |
6,0 |
— |
— |
6,057 |
42,0 |
А12О3 |
—. |
0,088 |
0,064 |
0,474 |
— |
0,626 |
4,2 |
FeO |
1,286 |
0,45 |
_ |
— |
_ |
1,736 |
12,0 |
Fe2O3 |
0,715 |
_ |
— |
_ |
— |
0,715 |
4,9 |
MnO |
0,992 |
—~ |
_ |
—— |
_ |
0,992 |
6,9 |
MgO |
— |
— |
— |
— |
1,380 |
1,380 |
9,5 |
Сг2О3 |
— |
—— |
— |
— |
0,200 |
0,200 |
1.4 |
P2O5 |
0,124 |
— |
— |
— |
0,124 |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
14,461 |
100,0 |
Следовательно, объем газов на 100 кг чугуна:
СО,........................................................ 0,036 • 22,4 = 0,81л*3 |
10,0% |
СО........................................................ 2^.22,4 = 7,24 > |
88,8% |
28 |
|
N,........................................................... °’.—- 22,4 = 0,096 » |
1,2% |
2___________________ 28_____________
Всего...............................8,146 л»3 100,0%
Практически в составе конвертерных газов имеется некото рое количество свободного кислорода и водорода от разложения влаги сыпучих материалов и попадающей в конвертер с кисло
родом или от незначительного протекания фурмы.
Количество жидкой стали
Количество железа, восстановленного из окислов железа,
руды и боксита, рассчитывается так. В руде 83,17% Ре20з (же
лезом FeO пренебрегаем).
Расход руды — 6 кг, в которых Ре20з 0,01 • 83,17-6 = 4,98 кг.
В боксите 10,35% Ре20з; расход боксита—1 кг, в котором Ре2О3
0,01 • 10,35 • 1 = 0,10 кг.
..Всего Ре20з
4,98 + 0,10 = 5,08 кг.
Материальный и тепловой баланс процесса |
193 |
В этом количестве Ffe-Оз содержится железа
5,08 • |
= 3,56 кг. |
160
90% восстанавливается до Fe
3,56 ■ 0,9 = 3,2 кг.
В шлаке запутывается некоторое количество железа в виде корольков. Опытным путем установлено, что количество король ков в конечном конвертерном шлаке при продувке кислородом сверху колеблется в широких пределах в зависимости от вязкости шлака. Среднее количество корольков из 50 определений состав ляет 6,9% по отношению к количеству шлака. Шлака получи лось 14,461 кг на 100 кг чугуна. Следовательно, по отношению к 100 кг чугуна потери металла в корольках составляют
0,01 • 6,9 • 14,461 = 1,0 кг.
Угар элементов составил 8,424 кг. Выход жидкой стали равен
100 + 3,20 — 8,424—1,0 = 93,776 кг.
Материальный баланс приведен в табл. 57.
|
|
|
Таблица 57 |
Дано, кг |
|
Получено, кг |
|
Чугун .................................... |
100,0 |
Жидкая сталь .................... |
93,776 |
Кислород ............................ |
8,54 |
Шлак ............................ |
14,461 |
Руда железная.................... |
6,00 |
Газы........................................ |
10,740 |
Известь ................................ |
6,40 |
Корольки ................................ |
1,000 |
Боксит.................................... |
1,00 |
Выбросы, потери |
железа в |
Футеровка ............................ |
2,00 |
бурых парах и |
другие не |
|
|
учтенные потери (по раз |
|
|
|
ности) ................................ |
3,963 |
Всего . . . |
123,94 |
|
123,94 |
Тепловой баланс 1
Тепловой баланс также рассчитывается на 100 кг чугуна.
Приход тепла 1) Жидкий чугун, сливаемый в конвертер, вносит следующее ко личество тепла:
100[0,1781200 + 52 + 0,25(1250— 1200)1 = 27 850 кал,
1 Тепловые показатели приняты по книге Г. Н. Ойкса и М. М. Трубецкова
«Расчеты мартеновских, печей», Металлургиздат, 1949.
13 Зак. 2003
194 |
Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху |
||||
где |
1200 — температура |
плавления |
чугуна, °C; |
||
|
0,178 — теплоемкость |
чугуна |
до |
температуры плавления, |
|
|
кал!кг ■ °C; |
|
|
|
кал/кг\ |
|
52 — теплота плавления чугуна, |
||||
|
0,25 — теплоемкость жидкого чугуна, кал]кг ■ °C; |
||||
|
1250 — температура |
жидкого |
чугуна при сливе в конвер |
||
2) |
тер, °C. |
|
|
|
|
Тепло от кислородного дутья. |
с |
темп'ературой 30°. Теплоем |
|||
|
Кислород входит в конвертер |
||||
кость кислорода при 30° равна — 0,23 кал/кг ■ °C. Кислород вно
сит тепла
8,54 • 30 • 0,23 = 59 кал.
3)Тепло от окисления углерода.
1 кг углерода, окисляясь до СО, выделяет 2452 кал. а сгорая
в СО2 — 8137 кал.
|
|
3,879-2452-1-0,431 -8137 = 13 000 кал. |
|
|||
4) |
Тепло |
от окисления кремния и ошлакования SiO2 |
в 2СаО ■ |
|||
• SiO2. |
|
|
|
|
|
|
|
Каждый килограмм кремния при окислении и ошлаковании |
|||||
выделяет 7428 кал. |
|
|
|
|||
|
|
|
0,77 • 7428 = 5720 |
кал. |
|
|
5) |
Тепло |
от |
окисления |
фосфора и ошлакования |
Р2О5 в |
|
(СаО) 4Р2О5. |
|
|
|
|
||
|
На 1 кг фосфора выделяется 8550 кал. |
|
||||
|
|
|
0,054 • 8550 = 462 |
кал. |
|
|
6) |
Тепло от |
окисления марганца. |
|
|
||
|
|
|
0,769 • |
1758 — 1350 |
кал. |
|
7) |
Теплю от окисления железа, переходящего в шлак. |
|
||||
|
При окислении 1 кг железа до FeO выделяется 1191 кал. |
|||||
При окислении 1 кг железа до Ре2Оз выделяется 1769 |
кал. |
|||||
1,0 • 1191 +0,5 • 1769 X 2076 Kai.
8) Тепло от окисления железа, переходящего в дым в виде Ре2О3. Потери железа с пылью составляют около 1%. При окисле
нии этого железа до Ре20з, являющейся основной составляющей
пыли, выделяется тепла: |
i |
1,0 • 1769 — 1769 |
кал. |
|
Материальный и тепловой баланс процесса |
195 |
|||
|
Расход тепла |
|
|
||
1) |
Тепло жидкой стали |
|
|
|
|
|
93,776[0,167 • 1500 + 65 + 0,2(1610— 1500)] = 31 700 Кал, |
||||
где |
0,167 — теплоемкость |
стали |
до температуры плавления. |
||
|
кал1кг ■ °C; |
|
|
кал/кг-, |
|
|
65 — скрытая теплота плавления, |
|
|||
|
0,2 — теплоемкость |
жидкой стали, |
кал)кг • °C; |
|
|
|
1500 — температура плавления стали, °C; |
°C. |
|||
2) |
1610—-температура |
стали перед сливом из конвертера, |
|||
Тепло шлака |
|
0,294) = 7560 кал, |
|
||
|
14,461 (50 + 1610 • |
|
|||
где |
0,294 — теплоемкость шлака, |
кал)кг ■ |
°C; |
|
|
|
50 — скрытая теплота плавления шлака, кал!кг. |
|
|||
3)Тепло, уносимое конвертерными газами.
Температура отходящих газов у выхода из конвертера со
ставляет 1400°. Теплоемкость СО и азота при этой температуре
равна 0,329 |
кал/м? ■ °C. |
Теплоемкость СО2 |
составляет |
|
0,534 кал/лР • °C. |
|
|
|
|
1400(7,24 • 0,329 + 0,81 • |
0,534 + 0,12 • 0,329) = 3970 Кал. |
|||
4) Тепло, затрачиваемое на восстановление железа руды. |
и до |
|||
До Fe восстанавливается 90% Fe2O3 руды и боксита : |
||||
FeO—10%. |
При восстановлении 1 кг железа из |
Fe2O3 |
до Fe |
|
поглощается 1769 кал. При восстановлении 3,2 кг железа затра тится тепла
3,2 • 1769 = 5650 кал.
При восстановлении 1 кг железа из Fe2O3 до FeO затрачива
ется 607 кал. В нашем случае восстановилось до FeO 0,35 кг железа из Fe2O3. При этом поглотилось тепла
0,35 • 607 = 212 кал.
Всего на восстановление железа затрачено тепла.
5650 + 212 = 5862 кал.
Данные теплового баланса сведены в табл. 58.
Характерной особенностью теплового баланса при продувке мартеновского чугуна технически чистым кислородом сверху по сравнению с томасовским процессом является значительное уменьшение потерь тепла с конвертерными газами, составляю щими при продувке воздухом 23—29%. Уменьшаются также по тери со шлаком в связи с его меньшим количеством при про дувке кислородом. Избыток тепла позволяет расходовать в отно сительно больших количествах руду или скрап. Присадки руды
13*
196 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху
увеличивают выход годной стали (рис. 59). 1 кг руды эквивален тен по охлаждающему действию приблизительно 4 кг скрапа.
Рис. 59. Зависимость выхода годной стали от количества присаживаемой руды:
1 — плавки без спуска шлака ;
2— плавки со спуском шлака;
Таблица 58
|
Приход тепла |
|
|
Расход тепла |
|
|
||
Статьи прихода |
кал |
% |
Статьи расхода |
кал |
% |
|||
Тепло жидкого чугуна . |
27 850 |
53,1 |
Тепло жидкой стали . |
31 700 |
60,6 |
|||
Тепло кислорода .... |
59 |
0,1 |
Тепло шлака................ |
7 560 |
14,4 |
|||
Тепло от окисления уг |
13000 |
25,0 |
Тепло конвертерных га |
3970 |
7,6 |
|||
лерода |
....................и |
ошлакова |
зов ........................ |
|||||
Окисление |
5 720 |
10,9 |
Тепло восстановления |
|
|
|||
Окисление |
ние кремния |
5 862 |
и,з |
|||||
и |
ошлакова |
462 |
0,9 |
железа .................... |
||||
|
ние фосфора............ |
Лучеиспускание и дру |
|
|
||||
Окисление марганца . . |
1 350 |
2,6 |
|
|
||||
Окисление железа в шлак |
2 076 |
4,0 |
гие потери тепла (по |
3 194 |
|
|||
Окисление железа в дым |
1 769 |
3,4 |
разности) |
6,1 |
||||
............ |
||||||||
|
Всего . . . |
52286 100,0 |
Всего . . . |
52 286 100,0 |
||||
17. Планировка и оборудование цехов с конвертерами для продувки чугуна кислородом сверху
Общие принципы планировки не отличаются от томасовских
цехов. Особенности технологии продувки чугуна кислородом
сверху, заключающиеся в систематическом опускании и подъеме кислородной фурмы, присадке относительно больших количеств скрапа, извести и руды как до начала продувки, так и по ее
Планировка и оборудование цехов |
197 |
ходу и необходимости очистки дыма, приводят к некоторому
усложнению установки конвертера, расположения оборудования
и механизмов по сравнению с обычным томасовским цехом. Ниже приводятся планировка и расположение некоторых
цехов, применяющих продувку чугуна кислородом сверху.
На рис. 60 представлены план (а) и разрез (б) конвертерно го цеха с двумя 30-т конвертерами. Имеется место для третьего конвертера. Цех примыкает к мартеновскому цеху. В цехе уста новлен 1000-т миксер, который обслуживает и две качающиеся мартеновские печи. Жидкий чугун после взвешивания сливается в конвертер 100-т мостовым краном с двумя вспомогательными
лебедками 30 и 5 т. Скрап подается со скрапного двора в 4-т коробках и загружается в конвертер мостовым краном до слива
чугуна. Известь и |
другие добавочные материалы загружаются |
в конвертер через |
наклонный желоб с площадки с отметкой |
15 480 мм. На шихтовом дворе все операции по доставке лома и извести и шлакоуборке осуществляются двумя 20-т магнит ными кранами, расположенными в два яруса. Подъем и опуска ние фурмы осуществляются электролебедкой, установленной на
верхней площадке и управляемой дистанционно из пульта управ ления конвертерами. Поворот конвертера осуществляется гид
равлическим приводом. Ковш со сталью передается в разливоч
ный пролет сталевозом, передвигающимся перпендикулярно линии расположения конвертеров. Применяется сифонная раз ливка. Смолодоломитовый кирпич изготовляется в цехе в доло
митном отделении. Шаг колонн здания цеха равен 16 м, а об щая длина цеха составляет 64 м. Обеспыливающая установка этого цеха показана на рис. 45.
На рис. 61 представлен разрез цеха по конвертерному и раз ливочному пролетам. В цехе три пролета: загрузочный, конвер терный и разливочный. Длина цеха 81 м, ширина 55 м. Цех обо рудован 500-т миксером и двумя 33-т конвертерами. Особен ностью этого цеха является загрузка лома завалочной машиной и слив чугуна с одной стороны, а выдача жидкой стали на другую сторону, что очень удобно для грузопотоков.
На рис. 62 приведена схема конвертерного цеха с двумя 40-т
конвертерами объемом 32,5 м3 каждый. Длина главного пролета цеха 198 м, ширина 25 м. В цехе имеется скрапной двор длиной 45,5 м, в котором может храниться 500—1000 т скрапа в зависи мости от его объемного веса. Здесь же расположены весы для взвешивания скрапа, стеллажи для специальных мульд — коро бок, посредством которых скрап заваливается в конвертер, и чугуновозные ковши миксерного типа.
Скрапной пролет обслуживается одним, мостовым краном, который разгружает вагоны, взвешивает скрап, загружает муль ды, подает их к конвертерам и заливает чугун.
a
1ХГ— Ft
Рис. 60 План (а) и разрез (б) конвертерного |
цеха с двумя 30-т |
конвер |
терами: |
|
|
1 — доломитное отделение; 2 — скрапной двор; 3 |
дымоходы (камины); |
4 — кон |
вертерный пролет; 5 — разливочный пролет; 6 — площадь для дальнейшего разви
тия разливочного пролета
