3.3. Расчет массы и состава шлака, образующегося в доменной печи при выплавке чугуна.

Шлак в доменной печи образуется из компонентов шихтовых материалов, не восстановившихся в ходе доменной плавки, а также не удалившихся из агрегата с газами. Для расчета количества и состава доменного шлака составим следующую таблицу (Таблица 4).

Таблица 4. Расчет массы и состава доменного шлака.

Компоненты шлака	Масса компонента, переходящего из шихты в шлак, кг/100 кг чугуна	Содержание компонента в шлаке, %
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Масса шлака		100 %

Массу компонентов (за исключением ), переходящих в шлак, рассчитаем следующим образом:

,

где , - содержание компонента соответственно в агломерате и в коксе, %; - степень восстановления компонента в доменной печи, доля ед.

С учетом того, что оксиды железа в шихте доменной печи представлены двумя формами ( и ), а в шлаке присутствует только один оксид (), массу оксида железа в шлаке рассчитаем по общему содержанию в шихте:

,

где , - содержание соответственно в агломерате и в коксе, %; - степень восстановления железа в доменной печи, доля ед.

По результатам расчетов состава чугуна и состава и выхода доменного шлака следует сделать выводы о возможной корректировке технологии плавки с целью оптимизации выплавки чугуна. Речь идет, например, о повышении (снижении) температуры в горне или увеличении (уменьшении) выхода шлака за счет добавки в шихту шлакообразующих материалов.

4. Сталеплавильное производство.

Выплавка стали в кислородном конвертере производится из жидкого чугуна с добавлением некоторого количества металлического лома при продувке техническим кислородом. Нагрев металла осуществляется за счет тепла, выделяющегося при экзотермических реакциях окисления железа и примесей, содержащихся в металлошихте. Вредные примеси, прежде всего, сера и фосфор, в виде оксидов переходят из жидкого металла в высокоосновный шлак, для наведения которого в кислородно-конвертерном процессе используется известь. Продуктами плавки являются жидкая сталь (полупродукт), конвертерный шлак и выделяющиеся из ванны газы.

На практическом занятии следует дать характеристику заданной марки стали, в том числе привести ее химический состав в соответствии с ГОСТом, указать ее назначение (виды продукции), привести данные об основных механических и служебных свойствах. При выполнении следует использовать Марочник сталей.

4.1. Изменение химического состава металла в процессе окислительного рафинирования в кислородном конвертере.

Металлошихта кислородного конвертера состоит из передельного чугуна и металлолома. Доля лома в шихте определена заданием (Приложение 6). Химический состав металлолома может соответствовать составу любой углеродистой (нелегированной) стали (см. Марочник сталей), по выбору студента. Состав передельного чугуна выбирается в пределах: C 4,0 – 4,5 %; Si 0,3 – 0,7 %; Mn 0,5 – 0,8 ; S 0,04 – 0,05 %; P 0,05 – 0,07 %. Для удобства работы с данными следует составить таблицу (Таблица 5), в которой привести химический состав компонентов металлошихты, количество удаленных примесей и расчетный состав металла перед выпуском. Расчет ведется на 100 кг металлошихты.

Таблица 5. Изменение состава при выплавке стали

Показатели	Содержание примесей, % масс.
	C	Si	Mn	S	P
Состав стали по ГОСТ
Передельный чугун
Металлический лом
Средний состав шихты
Состав полупродукта
Окислилось примесей

Средний состав шихты рассчитывается по уравнению:

,

где , , - содержание -го компонента, соответственно, в чугуне, ломе и среднее в металлошихте, %; - доля металлического лома в шихте.

Оценка химического состава полупродукта. При выплавке стали в кислородных конвертерах продувку жидкого металла ведут, как правило, до весьма низких концентраций углерода с последующей корректировкой состава по углероду (науглероживанием) во время выпуска. На этом основании примем содержание углерода в полупродукте на уровне 0,05 – 0,10 %. В условиях окислительного рафинирования кремний окисляется «до следов». Остаточное содержание марганца после продувки зависит от многих факторов, основными из которых являются исходное содержание Mn в металлошихте, шлаковый режим плавки и температура металла и содержание в нем углерода после продувки. При переработке шихты с низким содержанием марганца (<0,3 %) его концентрация в полупродукте составит 0,04 – 0,08 %, при использовании шихты с более высоким содержанием марганца имеет место повышение содержания марганца в металле после продувки в конвертере (0,10 – 0,12 %). Процесс удаления фосфора в условиях кислородного рафинирования протекает весьма эффективно, чему способствует наличие в конвертере высокоосновного шлака, а также высокая окисленность металла и шлака по ходу продувки. Содержание фосфора в полупродукте может быть выбрано из диапазона 0,01 – 0,03 % масс. Содержание серы в полупродукте не должно превышать значений, установленных ГОСТом. В условиях кислородно-конвертерной плавки сера из металла удаляется примерно на 15 – 30 % отн. В случае, если содержание серы в шихте существенно превышает содержание серы в полупродукте, следует предусмотреть внедоменную десульфурацию чугуна, например, магнием и сделать расчет расхода Mg, необходимого для снижения содержания серы в чугуне от исходных, полученных в ходе расчетов состава чугуна, до значений, обеспечивающих требуемый состав металлошихты. Расход магния для десульфурации чугуна определяется по уравнению:

,

где и - содержание серы в чугуне, соответственно, исходное и требуемое, %; - коэффициент использования магния, равный 0,30 – 0,40.

Количество удаленных примесей определяется как разность между средним содержанием примеси в металлошихте и полупродукте.