Металлургические технологии металлургия чёрных металлов. Практикум

Количество кислорода, необходимого для окисления примесей, составляет

где ηCO2 – доля углерода, окисляющегося до CO2 (эта величина обычно составляет 0,10…0,15).

Количество кислорода, необходимое для образования оксидов железа в шлаке, составляет

где 0,238 – стехиометрический коэффициент пересчета массы окислившегося железа на требуемую для этого массу кислорода в предположении, что в составе оксидов железа 80 % отн. FeO и 20 % отн. Fe2O3.

Количество кислорода, расходуемое при пылеобразовании, в предположении, что окисление железа идет до Fe3O4, составляет

Подставляя результаты расчетов в уравнение (5.12), можно установить массу чистого кислорода, необходимую для проведения конвертерного процесса. При расчете массового расхода технического кислорода следует учитывать его состав (примем, что {O2}тк = 99,5 % объемн., {N2}тк = 0,5 % объемн.), а также то, что не весь кислород усваивается ванной при продувке (коэффициент использования кислорода K = = 0,90…0,95):

Количество и состав отходящих газов. Отходящие газы форми-

руются за счет компонентов дутья, металлошихты и шлакообразующих материалов, в процессе окислительного рафинирования, не усвоившихся металлической ванной и не перешедших в шлак:

31

Определение слагаемых данного уравнения приведено в последующем расчете.

При окислении углерода, содержащегося в чугуне и металлоломе, образуются CO и CO2 в следующих количествах:

Массу СО2 и паров воды, выделившихся при растворении извести, можно рассчитать следующим образом:

где COизв2 и H2Oизв – содержание углекислого газа и воды в извести, % масс.

Примем, что азот, поступающий в конвертер с техническим кислородом, полностью не усваивается ванной, а кислород усваивается в пределах, установленных коэффициентом использования кислорода. Тогда

Объем каждого из компонентов отходящих газов определяют по соотношению

32

где mi – масса i-го компонента отходящих газов, кг/100 кг шихты; Мi – масса 1 киломоля i-го компонента, кг/кмоль.

Суммирование значений Vi позволяет определить количество отходящих газов, м3. По результатам расчета можно также определить состав конвертерного газа, % объемн.:

j

Задание. В соответствии с приведенными рекомендациями выполнить расчет статей материального баланса конвертерной плавки. Необходимая для расчетов информация содержится в прил. 4. Полученные результаты следует свести в табл. 5.3.

5.3.Расчет расхода раскислителей

илегирующих добавок

Механические, технологические и потребительские свойства стали во многом определяются ее химическим составом. Сопоставление химического состава полученного в результате конвертерной операции полупродукта и заданной марки стали (см. табл. 5.1) указывает на необходимость увеличения концентрации отдельных составляющих, что на практике обеспечивается проведением операции легирования. Одновременно с легированием жидкого металла осуществляют его раскисление в целях снижения содержания кислорода в расплаве путем ввода в него химических элементов, обладающих высоким сродством к кислороду. Как правило, для этого используется кусковой алюминий в виде чушек (слитков), гранул или катанки

33

(толстой проволоки). Обе указанные операции обычно совмещают по времени с выпуском плавки из сталеплавильного агрегата в ковш.

При определении необходимого количества алюминия ( mAl , кг/т) следует учесть его расход на связывание кислорода с образованием оксида Al2O3 ( mAlR ), на повышение содержания алюминия в расплаве на уровне, обеспечивающем требуемую низкую активность кислорода в готовой стали ( mAlAl ), а также величину угара вводимого раскис-

лителя вследствие взаимодействия с воздушной атмосферой, ковшевым шлаком и огнеупорной футеровкой ковша:

где qAl – коэффициент усвоения алюминия, равный 0,25…0,30 при использовании кускового алюминия и 0,85 при вводе катанки.

Расход mAlAl определяется заданным содержанием алюминия в го-

товой стали ([Al]). Если это особо не оговорено в задании, содержание алюминия в спокойной стали равно 0,025…0,050 % масс. Тогда

где тст – масса стали, равная 1000 кг.

Расход mAlR зависит от количества кислорода, которого необходимо перевести в связанное состояние:

где [O] – изменение содержания кислорода в стали в процессе раскисления, % масс.

В зависимости от содержания углерода в полупродукте величина [O], по результатам исследований в производственных условиях, составляет 0,030…0,060 масс. % (бóльшие значения соответствуют низкоуглеродистым сталям).

Для легирования жидкого металла марганцем, кремнием, хромом используют присадки ферросплавов – ферромарганца, ферросилиция, феррохрома. Для повышения содержания углерода в металле

34

проводят науглероживание – присадку углеродсодержащих материалов, например коксика. Расчет расхода присаживаемых в ковш материалов ведется на 1000 кг стали.

Количество вводимых в расплав раскислителей и легирующих материалов рассчитывается по уравнению

где Xмар , X п/п , Xприс – содержание легирующего элемента соответ-

ственно в готовой стали (среднемарочное), в полупродукте и составе присадки, % масс.;

qX – коэффициент усвоения легирующего элемента, доли ед.; mп/п – масса стали, равная 1000 кг.

Величина qX зависит от химического сродства элементов к кислороду, способа ввода присадок в сталь. При раскислении и легировании ферромарганцем, ферросилицием и феррохромом в ковше величину qX можно выбрать в диапазонах, соответственно: 0,80…0,85; 0,70…0,75; 0,85…0,90. При науглероживании стали в ковше коксиком коэффициент усвоения углерода следует принять равным

0,5…0,7.

Задание. Дать характеристику заданной марки стали, в том числе привести ее химический состав, указать ее назначение (виды продукции), привести данные об основных механических и служебных свойствах. Необходимую информацию можно получить в марочнике сталей и сплавов. В соответствии с химическим составом готовой стали обосновать выбор раскислителя и легирующих присадок, а также рассчитать их удельный расход. Химический состав предлагаемых ферросплавов приведен в прил. 6. Для науглероживания стали целесообразно использовать коксик, состав которого приведен в прил. 3.

35

Заключение

Поэтапное выполнение предлагаемых в настоящем практикуме заданий дает возможность проследить превращение сырой железной руды, добытой из недр Земли, в железорудный концентрат, а затем – в агломерат, определить основные технико-экономические и экологические показатели производства чугуна в доменной печи и стали в кислородном конвертере. На основании полученных результатов можно также рассчитать количество исходных материалов, которые используются на всех этапах металлургического передела. Такими материалами будем считать железную руду, кокс, известняк, воздух, металлический лом, ферросплавы. При этом пересчет результатов, полученных ранее и отнесенных на 1000 кг жидкой стали, целесообразно проводить от конца к началу, т.е. от сталеплавильного производства к подготовке руды.

На всех этапах металлургического передела помимо основной продукции (агломерата, чугуна, стали) образуются так называемые попутные продукты, полностью или частично используемые в металлургии, строительстве, энергетике и т.д. Речь идет, прежде всего, о шлаках – доменном и конвертерном, пылях и шламах, а также газах – коксовом, доменном, конвертерном. Данные, полученные ранее на практических занятиях в рамках настоящего курса, достаточны для расчета выхода доменного и конвертерного шлаков, конвертерного газа, а также количества пыли, образующейся при продувке в кислородном конвертере, в расчете на 1000 кг стали.

36

Литература

Кудрин, В.А. Технология производства стали [Текст] : учеб. для вузов (бакалавры) / В.А. Кудрин, В.А. Шишимиров. – М. : МГВМИ, 2010. – 284 с.

Металлургия чугуна [Текст] : учеб. для вузов / Е.Ф. Вегман [и др.] ; под ред. Ю.С. Юсфина. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : ИКЦ «Ака-

демкнига», 2004. – 774 с.

37

Приложение 2

40