Расчет шихтовки конвертерной плавки. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Производство стали в конвертере»
.pdf
1238
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра металлургии
Расчет шихтовки конвертерной плавки
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовой работе по дисциплине: «Производство стали в конвертере»
С.В. СЕБЯКИН А.Н. РОГОТОВСКИЙ
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
УДК 669.184(07)
С 28
Рецензент - канд. техн. наук, доцент А.А. Шипельников
Себякин, С.В.
С 28 Расчет шихтовки конвертерной плавки [Текст]: методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Производство стали в конвертере»/ С.В. Себякин, АН. Роготовский. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. –
22 с.
Настоящие методические указания разработаны для выполнения курсовой работы студентами металлургического института специальности
150101.65 «Металлургия чёрных металлов» направления 150400 «Металлургия», изучающих дисциплину «Производство стали в конвертере».
Методические указания включают теоретический расчет температуры расплава в конце конвертерной плавки для заданных исходных параметров шихтовки и основан на общепринятом тепловом балансе.
Табл. 4. Библиогр.: 2 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013
2
|
Оглавление |
|
1. |
Исходные данные для расчета ............................................................................... |
4 |
2. |
Расчет параметров внедоменной обработки чугуна ............................................ |
6 |
2.1.Приход серы………………………………………………………………….…6
2.2.Расход серы....…………………………………………………………..…….…6
3. Расчет металлошихты конвертерной плавки........... |
………………………….…9 |
3.1.Приход тепла…………………………………………………………………….9
3.2.Расход тепла………………………………………………………………..….11
4. |
Контрольные вопросы........................................................................................... |
13 |
5. |
Пример оформления и расчета курсовой работы .............................................. |
14 |
5.1.Расчет параметров внедоменной обработки чугуна……………………...…15
5.2.Приход тепла…………………………………………………………………..17
5.3.Расход тепла………………………………………………………………..….18
Библиографический список...................................................................................... |
19 |
Приложение 1 – Требования к оформлению титульного листа……………...21 |
|
Приложение 2 – Требования к оформлению введения ......................................... |
21 |
3
1. Исходные данные для расчета
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные параметры расчета |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
|
Масса |
Параметры жидкого передельного чугуна |
|
|
Выход |
|
Выход |
||||||
|
|
|
расплава на |
|
плавки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жидкого от |
|
годного от |
|||
|
№ п/п |
|
повалке |
|
по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Т ж.ч. , оС |
|
[%Si]ч |
[%Mn]ч |
[%S]ч |
|
[%P]ч |
|
металошихты |
|
жидкого |
||||
|
|
|
конвертера, |
|
годному, |
|
|
|
|
|
|
|
|
( г / м.ш. ), % |
|
( г / ж ), % |
|
|
|
|
о |
С |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
1640-1650оС |
100 |
1320оС |
|
0,48% |
0,10% |
0,030% |
|
0,060% |
91,2% |
96,7% |
|||||
2 |
|
1645-1655оС |
120 |
1325оС |
|
0,50% |
0,10% |
0,029% |
|
0,062% |
91,7% |
97,2% |
|||||
3 |
|
1650-1660оС |
140 |
1330оС |
|
0,52% |
0,10% |
0,028% |
|
0,064% |
92,1% |
97,6% |
|||||
4 |
|
1655-1665оС |
160 |
1335оС |
|
0,54% |
0,10% |
0,027% |
|
0,066% |
92,3% |
97,9% |
|||||
5 |
|
1660-1670оС |
180 |
1340оС |
|
0,56% |
0,10% |
0,026% |
|
0,068% |
92,4% |
98,0% |
|||||
6 |
|
1665-1675оС |
200 |
1345оС |
|
0,58% |
0,10% |
0,025% |
|
0,060% |
92,6% |
98,2% |
|||||
7 |
|
1670-1680оС |
220 |
1350оС |
|
0,60% |
0,10% |
0,024% |
|
0,062% |
92,7% |
98,3% |
|||||
8 |
|
1675-1685оС |
240 |
1355оС |
|
0,62% |
0,10% |
0,023% |
|
0,064% |
92,8% |
98,4% |
|||||
9 |
|
1680-1690оС |
260 |
1360оС |
|
0,64% |
0,10% |
0,022% |
|
0,066% |
92,9% |
98,5% |
|||||
10 |
|
1685-1695оС |
270 |
1365оС |
|
0,66% |
0,10% |
0,021% |
|
0,068% |
92,9% |
98,5% |
|||||
11 |
|
1640-1650оС |
280 |
1320оС |
|
0,48% |
0,10% |
0,030% |
|
0,060% |
92,9% |
98,5% |
|||||
12 |
|
1645-1655оС |
290 |
1325оС |
|
0,50% |
0,10% |
0,029% |
|
0,062% |
93,0% |
98,6% |
|||||
13 |
|
1650-1660оС |
300 |
1330оС |
|
0,52% |
0,10% |
0,028% |
|
0,064% |
93,0% |
98,6% |
|||||
14 |
|
1655-1665оС |
310 |
1335оС |
|
0,54% |
0,10% |
0,027% |
|
0,066% |
93,0% |
98,6% |
|||||
15 |
|
1660-1670оС |
315 |
1340оС |
|
0,56% |
0,10% |
0,026% |
|
0,068% |
93,0% |
98,6% |
|||||
16 |
|
1665-1675оС |
320 |
1345оС |
|
0,58% |
0,10% |
0,025% |
|
0,060% |
93,0% |
98,6% |
|||||
17 |
|
1670-1680оС |
325 |
1350оС |
|
0,60% |
0,10% |
0,024% |
|
0,062% |
93,0% |
98,6% |
|||||
18 |
|
1675-1685оС |
330 |
1355оС |
|
0,62% |
0,10% |
0,023% |
|
0,064% |
93,0% |
98,6% |
|||||
19 |
|
1680-1690оС |
335 |
1360оС |
|
0,64% |
0,10% |
0,022% |
|
0,066% |
93,1% |
98,7% |
|||||
20 |
|
1685-1695оС |
340 |
1365оС |
|
0,66% |
0,10% |
0,021% |
|
0,068% |
93,1% |
98,7% |
|||||
|
21 |
|
1690-1700оС |
|
154,6 |
1345оС |
|
0,50% |
0,10% |
0,020% |
|
0,06% |
|
92,0% |
|
98,0% |
|
4
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Химический состав расплава на выпуске из конвертера |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовая доля элементов, % |
|
||
[%С]вып |
|
[%Si]вып |
[%Mn]вып |
[%P]вып |
[%S] |
0,025 |
|
– |
0,04% |
0,005% |
н.б. 0,007% |
Таблица 3
Химический состав металлолома
|
|
Массовая доля элементов, % |
Засоренность |
|||
Вид лома |
|
|
|
|
|
(SiO2) |
|
С |
Si |
Mn |
S |
P |
|
Собственный |
0,1% |
0,35% |
0,50% |
0,025% |
0,010% |
0,5% |
Покупной |
0,1% |
0,35% |
0,50% |
0,080% |
0,020% |
3,0% |
Таблица 4
Дополнительные данные для расчета, общие для всех вариантов
Параметр |
Единица |
Значение |
|
измерения |
|||
|
|
||
Количество доменного (миксерного) шлака в |
% |
0,5 |
|
чугунозаливочном ковше |
|||
|
|
||
Содержание серы в доменном шлаке |
% |
0,5 |
|
Потери температуры чугуна при проведении |
о С |
5 |
|
десульфурации |
|
|
|
Содержание железа общего в конвертерном шлаке |
% |
20 |
|
Коэффициент распределения серы между |
– |
7 |
|
конвертерным шлаком и жидким металлом [1] |
|||
|
|
5
2. Расчет параметров внедоменной обработки чугуна
Для определения необходимости проведения внедоменной обработки чугуна рассчитаем требуемую концентрацию серы в жидком передельном чугуне, заливаемом в конвертер, с учетом содержания серы в готовом металле.
Расчет выполним на основе материального баланса поступления серы с материалами металлошихты и расхода серы за счет ее перехода в конвертерный шлак, перехода в расплав и удаления с отходящими газами. Для упрощения расчетов приход серы из шлакообразующих материалов и ферросплавов примем равным нулю.
2.1. Приход серы
1) Поступление серы с металлическим ломом рассчитаем по формуле:
|
МSм.л. |
Мм.л. |
[%S]м.л. |
, |
|
|
(1) |
||
|
|
|
100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Мм.л. – масса серы, вносимая металлическим ломом, кг; |
|
|
|||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мм.л. – расход металлолома, кг; |
|
|
|
|
|
|
|||
[%S]м.л. – содержание серы в металлическом ломе, %. |
|
|
|||||||
2) Поступление серы |
с жидким передельным чугуном |
и |
доменным |
||||||
(миксерным) шлаком рассчитаем по формуле: |
|
|
|||||||
МSчуг |
Мчуг. [%S]чуг |
|
|
Мчуг. k д.ш. (%S)д.ш. |
|
, |
(2) |
||
100 |
|
|
100 100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
где МSчуг. – масса серы, вносимая чугуном и доменным (миксерным) шлаком, кг;
Мчуг. – расход жидкого передельного чугуна, кг;
[%S]чуг. – содержание серы в жидком передельном чугуне, %; kд.ш. – коэффициент зашлакованности чугуна, %;
(%S)д.ш. – содержание серы в доменном шлаке, %.
6
2.2. Расход серы
1)Переход серы в шлак рассчитаем с учетом требуемого содержания серы
врасплаве на повалке конвертера и коэффициента распределения серы между шлаком и жидким металлом:
|
|
МSшл |
Мконв |
S |
[%S] |
ст |
|
|
|
|
шл |
|
, |
(3) |
|||
|
|
|
100 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Mшл – масса серы, переходящей в конвертерный шлак, кг; |
|
|||||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
Мшлконв – масса конвертерного шлака (рассчитывается с учетом требуемой |
||||||||
|
основности конвертерного шлака), кг; |
|
|
|
||||
|
(%S)конв.шл. |
– коэффициент |
распределения |
серы между |
шлаком и |
|||
S |
[%S]ст |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расплавом в конвертере;
(%S)конв.шл. – массовая доля серы в конвертерном шлаке, %;
[%S]ст – массовая доля серы в расплаве на повалке конвертера (в расчетах принимаем равной требуемой массовой доле серы в готовом металле), %.
|
|
М шлконв |
(М м.л. [%Si]м.л. М ж.ч. |
[%Si]ч ) SiO2 |
М м.л. (%Засор) Si |
, (4) |
|
|
|
Si 17 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
где SiO |
2 |
– молекулярная масса оксида кремния, 60 г/моль; |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Si – атомная масса кремния, 28 г/моль; |
|
|
|
|||
(%Засор) – засоренность металлолома неметаллическими примесями, %; |
|
|||||
[%Si]ч – доля кремния в передельном чугуне, %; |
|
|
||||
[%Si]м.л. – доля кремния в металлоломе, %; |
|
|
||||
Мж.ч. – масса жидкого передельного чугуна, т; |
|
|
||||
17 – коэффициент, учитывающий |
содержание |
оксида кремния в |
||||
|
|
конвертерном шлаке. |
|
|
|
|
7
2) Переход серы в жидкий металл для упрощения расчетов определим с учетом массы плавки по жидкому и требуемой концентрации серы в расплаве на повалке конвертера:
Mсталь |
Мгод |
[%S] |
1000 |
|
|
пл |
ст |
|
, |
(5) |
|
|
|
|
|||
S |
|
|
|
|
|
г / ж
где MSсталь – масса серы, переходящей в жидкий металл, кг;
Мгодпл – масса плавки по годному, т; ηг/ж – коэффициент выхода годного от жидкого, %.
3) Удаление серы с отходящими газами рассчитаем по следующей формуле:
М Sгаз 0,10 (M Sм..л. M Sчуг ) , |
(6) |
где 0,10 – доля серы от общего поступления с шихтовыми материалами,
удаляемой с отходящими |
газами в виде SO2, по данным |
В.И. Явойского с соавторами |
[2]. |
Используя уравнения (1)-(5), с учетом требуемой концентрации серы в готовом металле, требуемая концентрация серы в чугуне [%S]чугтреб перед заливкой в конвертер составит:
[%S]чугтреб |
[%S]ст |
|
Мплгод 105 |
Мшлконв |
S |
Мм.л. |
[%S]м.л. |
k д.ш. (%S)д.ш. |
, % (7) |
0,9 Мчуг |
|
|
|
|
|||||
|
|
г / ж |
|
|
Мчуг |
100 |
|
||
В случае, если требуемая концентрация серы в чугуне, заливаемом в конвертер, превышает содержание серы в чугуне для исходных данных расчета,
чугун подвергается десульфурации до требуемой концентрации серы. При этом минимально достижимая концентрация серы в чугуне после проведения десульфурации составляет 0,003%.
8
3. Расчет металлошихты конвертерной плавки
Расчет металлической шихты конвертерной плавки (расход чугуна и металлолома) выполним по данным теплового баланса конвертерной плавки с учетом требуемой температуры расплава на повалке конвертера. В приходной части определим тепло, выделяющееся при окислении примесей чугуна и металлолома, а также железа. Данное тепло расходуется на расплавление твердого металлолома, нагрев шлака и расплава до требуемой температуры на повалке конвертера и потерь тепла на нагрев отходящих конвертерных газов и теплообменные процессы с футеровкой конвертера.
3.1. Приход тепла
Химическое тепло окисления примесей и железа.
– Окисление углерода
|
|
|
|
|
[%C] |
М |
ж.ч. |
[%С] |
м.л. |
М |
м.л. |
[%C] |
М конв |
||
Q |
[q |
q (1 |
|
)] |
|
ч |
|
|
|
пов |
ст |
, (8) |
|||
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
С |
CO |
CO CO2 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где qCO и qCO2 – соответственно количество тепла, выделяющееся при окислении углерода до СО и СО2, МДж/кг;
СО – доля углерода, окисляющегося в полости конвертера до СО;
[%C]ч, [%С]м.л. и [%С]пов– соответственно массовая доля углерода в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %;
Мм.л. – масса металлолома, загружаемого в конвертер, кг;
Мконвст – масса стали в конвертере (рассчитывается с учетом выхода жидкого от металлошихты), кг.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении углерода до СО ( qCO ), принимаем равным 10,47 МДж/кг; количество тепла,
выделяющееся при окислении углерода до СО2 ( qCO2 ), принимаем равным
34,09 МДж/кг; долю углерода, окисляющегося до СО ( СО ), принимаем равным
0,85.
9
– Окисление кремния
QSi qSiO |
|
|
[%Si]ч Мж.ч. [%Si]м.л. Мм.л. |
, |
(9) |
|
2 |
100 |
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
где qSiO 2 – количество тепла, выделяющегося при окислении кремния, МДж/кг;
[%Si]ч и [%Si]м.л. – соответственно массовая доля кремния в жидком чугуне и металлоломе, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении кремния ( qSiO 2 ), принимаем равным 31,1 МДж/кг.
– Окисление марганца
QMn |
[%Mn] |
|
М |
|
[%Mn] М |
[%Mn] |
Мконв |
, |
(10) |
|
qMnO |
ч |
|
ж.ч. |
м.л. м.л. |
пов |
ст |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
где qMnO – количество тепла, выделяющегося при окислении марганца, МДж/кг;
[%Mn]ч, [%Mn]м.л. и [%Mn]пов – соответственно массовая доля марганца в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении марганца ( qMnO ), принимаем равным 7,36 МДж/кг.
– Окисление фосфора
QP |
qP O |
[%P] |
|
М |
|
[%P] |
М |
[%P] |
Мконв |
, |
(11) |
|
|
|
ч |
|
ж.ч. |
м.л. |
м.л. |
пов |
ст |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2 |
5 |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где qP2O5 – количество тепла, выделяющегося при окислении фосфора, МДж/кг;
[%P]ч, [%P]м.л. и [%P]пов – соответственно массовая доля фосфора в жидком чугуне, металлоломе и стали на повалке, %.
При выполнении расчетов количество тепла, выделяющееся при окислении фосфора ( qP2O5 ), принимаем равным 25 МДж/кг.
10