Расчет конвертерной плавки для различных марок стали. Методические указания к курсовой работе студентов, обучающихся по дисциплине «Теория и технологи

3090

309012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии

РАСЧЕТ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК СТАЛИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовой работе студентов, обучающихся по дисциплине

«Теория и технология производства стали 2»

Составители:

А.Н. РОГОТОВСКИЙ А.А. ШИПЕЛЬНИКОВ Т.В. КРАВЧЕНКО

Липецк

Липецкий государственный технический университет

2014

УДК 669.184 (07)

Р 598

Рецензент - канд. техн. наук, доцент В.Г. Михайлов

Роготовский, А.Н.

Р 598 Расчет конвертерной плавки для различных марок стали [Текст]:

методические указания к курсовой работе студентов,

обучающихся по дисциплине «Теория и технология производства стали 2» / А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко. –

Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 33 с.

Рассмотрена методика расчета материального и теплового балансов плавки, расхода ферросплавов на производство определенной марки стали и приведены рекомендации по описанию хода конвертерной плавки.

Предназначены для студентов бакалавров 4 курса металлургического института направления 150400 «Металлургия» профиля подготовки

«Металлургия черных металлов», изучающих дисциплину «Теория и технология производства стали 2».

Табл. 10. Ил. 3. Прил. 1. Библиогр.: 7 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

2

Предисловие

Настоящие методические указания разработаны для выполнения курсового и дипломного проектов по направлению «Металлургия» профиля подготовки «Металлургия черных металлов». Методические указания включают: расчет и обоснование исходных данных; расчеты теплового и материального балансов, расходов ферросплавов и расходных коэффициентов материалов. Варианты заданий к расчетам приведены в приложении 1.

При расчетах используются передовые производственные данные и положения теории сталеплавильных процессов. Расчеты выполняются на базе следующих дисциплин: «Теория и технология производства стали», «Теоретические основы сталеплавильных процессов» и «Теория металлургических процессов». Расчет ведется на 100 кг металлической шихты

(чугун+лом), что упрощает переход от процентов к килограммам и обратно.

Точность расчета – до третьего знака после запятой для материального баланса и до второго знака после запятой для теплового баланса. Допускается невязка материального баланса не более 0,1%.

Пояснительная записка к курсовой работе оформляется в соответствии с требованиями ГОСТа. Рекомендуется следующее положение разделов в записке:

-титульный лист;

-задание на выполнение курсовой работы;

-аннотация;

-содержание работы;

-разделы расчета (…материальный и тепловой баланс…);

-описание плавки;

-графики хода плавки;

-краткие разделы одной из темы пройденного материала по данной дисциплине;

-список используемой литературы.

3

2.2.Расчет количества примесей, удаленных из ванны………………... 12

2.3.Расчет количества кислорода на окисление примесей

2.5.Расчет количества извести…………………………………………... 13

2.6.Расчет количества и состава шлака…………………………………. 14

2.7.Расчет выхода жидкого металла…………………………………….. 16

2.8.Расчет количества дутья……………………………………………... 17

3.Раскисление металла………………………………………………………... 19

4.Тепловой баланс……………………………………………………………... 21

4.1.Физическое тепло чугуна, (Q1) ……………………………………... 21

4.7.Теплота отходящих газов, (Q7) ……………………………………... 23

4.8.Теплосодержание частиц Fе2О3 «бурого дыма», (Q8) …………….. 24

4

4.9. Теплосодержание частиц извести в газах, (Q9) …………………… 24

4.10.Тепло диссоциации окислов железа, внесенных шихтовыми материалами, (Q10) …………………………………………………………….. 25

4.11.Тепло диссоциации СаСО3 извести, (Q11) ………………………... 25

4.12.Потери тепла на нагрев футеровки………………………………... 25

5

Введение

Кислородно-конвертерный процесс был впервые реализован в промышленном варианте в 1952 г. и в течение последующих десятилетий получил интенсивное развитие и быстро вытеснил мартеновский процесс практически во всех промышленно развитых странах. Приоритетное развитие процесса объясняется прежде всего его существенными технико-экономическими преимуществами в сравнении с другими сталеплавильными процессами:

-высокой производительностью кислородных конвертеров (до 450 т/ч) и

мощностью современных конвертерных цехов до 6-8 млн. т стали в год;

-высокой технологической гибкостью процесса, т. е. возможностью переработки различных шихтовых материалов и прежде всего чугунов различного химического состава;

-возможностью производства сталей широкого сортамента — от углеродистых обыкновенного качества до качественных, низко- и

среднелегированных;

-простотой конструкции агрегатов, низким расходом огнеупорных материалов, относительно невысокой трудоемкостью ремонтов при высокой стойкости огнеупорной футеровки;

-возможностью внедрения систем отвода конвертерных газов без дожигания (снижение капитальных затрат, увеличение интенсивности продувки ванны кислородом и использование отводимого СО в качестве вторичного энергоносителя);

-эффективное управление процессом и обеспечение выпуска металла с минимальным количеством корректировок температуры и химического состава при работе на стабильной металлошихте.

Однако кислородно-конвертерный процесс не лишен и целого ряда недостатков, часть из которых устранялась в процессе эксплуатации, влияние других, наоборот, усиливалось. Недостатками кислородно-конвертерного процесса являются:

6

- вдувание большего количества газообразного кислорода от 2,5 до 4,5

м3/(т*мин) в достаточно ограниченный объем металла, что приводит к целому ряду нежелательных последствий — переокислению и перегреву металла в реакционной зоне и, как следствие, к интенсивному испарению железа и необходимости сооружения дорогостоящих систем газоочистки;

-ограничения по количеству перерабатываемого лома в конвертерном процессе вследствие его напряженности теплового баланса процесса;

-достаточно высокая ресурсо- и особенно энергоемкость процесса, в

ряде случаев превосходящая другие процессы;

-определенные трудности при выплавке углеродистых сталей (рельсовая,

металлокорд, инструментальные и др.) из-за недостатка тепла и трудности остановки продувки при высоком содержании углерода;

- трудность удаления серы по ходу процесса.

Кислородно-конвертерный процесс в настоящее время является основным способом производства стали.

Существующая на мировом рынке стали жесткая конкуренция требует повышения конкурентоспособности отечественного металла и прежде всего таких видов, как холоднокатаный низкоуглеродистый листовой прокат марки

08Ю высоких категорий вытяжки и качества поверхности, разработка новой стали типа IF с высокими параметрами пластичности и прочности, а также импортозамещающих малоперлитных трубных сталей для магистральных трубопроводов.

7

1.Исходные данные для расчета

1.1.Состав готовой стали

1.2. Состав металла по окончанию продувки

Содержание углерода. Возможны два варианта: остановка продувки на содержании углерода 0,03...0,05% (т.н. работа с «передувом») с дальнейшим науглероживанием металла на выпуске и остановка на марочном содержании с учетом углерода, который будет внесен ферросплавами. В расчете принимаем первый вариант: содержание углерода 0,05%.

Содержание марганца. Содержание марганца после продувки обычно составляет 15...35% от содержания марганца в шихтовых материалах и зависит от окисленности и температуры ванны (см. табл. 1)

В расчете при содержании марганца в чугуне 0,61% и углерода после

продувки 0,05% принимаем концентрацию марганца в металле 0,08%.

8

Содержание кремния. Кремний окисляется в первые минуты продувки.

В расчете принимаем содержание кремния в металле после продувки равным

0%.

Содержание серы. В конвертерной ванне степень десульфурации составляет 30...50%, коэффициент распределения серы – 5...15. В расчете принимаем степень десульфурации равную 40%, тогда

ds = (Sисх - [S]n)/Sисх ∙100 = 40%; [S]n = 0,025∙(100 - 40)/100 = 0,015%.

Содержание фосфора. При переделе чугуна с содержанием фосфора порядка 0,10...0,20% концентрация фосфора в металле после продувки зависит от окисленности ванны и составляет:

В расчете при содержании фосфора в чугуне 0,06% и углерода после

продувки 0,05% принимаем содержание фосфора равное 0,008%.

Состав металлической шихты, металла после продувки и готовой

стали (см. табл.2)

Таблица 2

Химический состав металла после продувки, %

*Принимаем средний состав.

9

1.3. Предварительный расчет количества чугуна (Мч) и лома (Мл)

кг (или % т.к. расчет проводится на 100 кг металлошихты),

где Сч, Siч,Mnч, Pч, Tч - содержание элементов и температура в чугуне;

Tм, Cм - температура (°С), содержание углерода (%) в металле после продувки.

Мл = 9605,8/471,223 = 20,38 кг(%).

Mч = 100 – 20,38 = 79,62(%) .

Правильность количества чугуна и лома будут проверены тепловым балансом.

1) В качестве основного шлакообразующего материала, количество которого должно обеспечить основность конечных шлаков в пределах 2,8...3,8,

принимаем мягкообожженную известь. В расчете принимаем основность равную 3,5.

2)Для ускорения шлакообразования применяем плавиковый шпат в количестве 0,2...1,0% и железосодержащий материал в количестве 0,5... 1,5% от массы металошихты. В расчете принимаем расход плавикового шпата 0,25% и

агломерата 0,50%.

3)При стойкости футеровки порядка 1000 плавок переход огнеупора в шлак составляет 0,15...0,30% от массы металлозавалки. В расчете принимаем расход смолодоломитовой футеровки 0,15%.

4)Вместе с чугуном в конвертер попадает миксерный шлак в количестве

0,2...1,2% от массы чугуна. В расчете принимаем количество миксерного шлака

0,5%, что составит:

10