3.2.2 Первый период плавки

Средний состав шихты приведен в таблице 11.

Таблица 11 - Определение среднего состава шихты, кг

Источники	С	Si	Mn	P	S
Чугун	2,600	0,487	0,130	0,104	0,026
Скрап	0,035	-	0,140	0,014	0,014
Среднее содержание	2,635	0,487	0,270	0,118	0,040

Угар примесей, кг:

С 2,635 – 1,500 = 1,135;

Si 0,487;

Mn 0,270 – 0,50 = 0,220;

Р 0,118 – 0,015 = 0,103;

S 0,040 – 0,025 – 0,004 = 0,011;

Fe в дым 0,500;

Угар примесей 2,460.

При продувке ванны техническим кислородом 10% S окисляется до SO2. Здесь угар железа в дым принят равным 1,1% (в 1 периоде – 0,5 кг, во II периоде – 0,6 кг). Расход кислорода и количество получающихся окислов рассчитаны в таблице 12.

Таблица 12 – Расход кислорода и количество окислов

Окисление	Расход кислорода, кг	Масса окисла, кг
С → СО	1,135 · 16 : 12 = 1,513	1,135 + 1,513 = 2,648
Si → SiO2	0,487 · 32 : 28 = 0,556	0,487 + 0,556 = 1,043
Р → Р2О5	0,103 · 80 : 112 = 0,074	0,103 + 0,133 = 0,236
Fe в дым → Fe2O3	0,500 · 48 : 112 = 0,214	0,500 + 0,214 = 0,714
S → SO2	0,004 · 32 : 32 = 0,004	0,004 + 0,004 = 0,008
Mn → MnO	0,220 · 16 : 55 = 0,064	0,220 + 0,064 = 0,284
Итого	2,484	4,933

С учетом выделившегося кислорода при переходе 0,011 кг серы в шлак расход кислорода составит:

2,484 – 0,005 = 2,479 кг.

Износ футеровки определяется по таблице 13.

Таблица 13 − Износ футеровки за плавку, кг

Материал	I период	II период	За плавку
Доломит обожженный	1,3	0,4	1,7
Магнезитохромит	0,1	0,1	0,2

Вскоре после заливки чугуна скачивается примерно 5,0 – 6,5% шлака. Для данного расчета принято 5 кг.

Состав первичного шлака принят следующим, %:

SiO₂ 5,000 · 0,210 = 1,050;

Al₂O₃ 5,000 · 0,035 = 0,175;

MnO 5,000 · 0,040 = 0,200;

MgO 5,000 · 0,080 = 0,400;

СаО 5,000 · 0,250 = 1,250;

Р₂О₅ 5,000 · 0,040 = 0,200;

S 5,000 · 0,003 = 0,015;

Cr₂O₃ 5,000 · 0,001 = 0,005;

FeO 5,000 · 0,276 = 1,380;

Fe₂O₃ 5,000 · 0,065 = 0,325;

Итого 5,000.

Примем загрязненность скрапа 2% (загрязнения типа глины):

50% SiO₂; 28% Al₂O₃; 22% Н₂О.

Загрязнениями вносится, кг:

SiO₂ 35 · 0,02 · 0,50 = 0,350;

Al₂O₃ 35 · 0,02 · 0,28 = 0,196;

Н₂О 35 · 0,02 · 0,22 = 0,154.

Принято, что окисленность скрапа (в виде Fe₂O₃) составляет 1% его массы, т.е. 0,35 кг. Вместе с чугуном из миксера попадает небольшое количество шлака, для данного расчета оно принято равным 0,4 кг, при этом состав шлака: 45% СаО; 37% SiO₂; 9% Al₂O₃; 7% MgO; 2% S.

Теряется известняка со сбегающим шлаком:

1,25 : 0,53 = 4,716 = 2,358 кг,

где 0,53 – содержание СаО в 1 кг. известняка.

Составим формулу количества шлака суммированием всех его компонентов. Состав неметаллических материалов приведен в таблице 14.

Таблица 14 - Состав неметаллических материалов, %

Материал	SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MgO	CaO	P2O3	S	H2O	CO2	Cr2O3
Известняк	2,00	0,30	-	0,20	2,00	53,00	0,07	0,10	0,83	41,5	-
Известь	3,50	0,50	-	0,35	3,50	85,0	0,10	0,13	-	6,92	-
Доломит обожжен.	2,00	2,00	-	0,30	36,00	55,0	-	-	2,20	2,50	-
Магнезито хромит	6,00	4,00	-	10,00	66,00	2,00	-	-	-	-	12,0

Расход известняка примем за х, тогда общий расход известняка с учетом потерь со сбегающим шлаком равен (2,358 + х) кг.

Поступит SiO₂ из материалов, кг:

1) Металлической шихты 1,043;

2) Доломита 1,3 · 0,02 = 0,026;

3) Магнезитохромита 0,1 · 0,06 = 0,006;

4) Загрязнений скрапа 0,350;

5) Миксерного шлака 0,4 · 0,37 = 0,148;

6) Известняка (2,358 + х) · 0,02 = 0,047 + 0,02х;

Итого 1,620 + 0,002х.

Поступит Al₂O₃ из материалов, кг:

1) Доломита 1,30 · 0,02 = 0,026;

2) Магнезитохромита 0,10 · 0,04 = 0,004;

3) Загрязнений скрапа 0,196;

4) Миксерного шлака 0,4 · 0,09 = 0,036;

5) Известняка (2,358 + х) · 0,003 = 0,007 + 0,003х;

Итого 0,269 + 0,003х.

Поступит MnO из металлической шихты 0,284 кг.

Поступит MgO из материалов, кг:

1) Доломита 1,3 · 0,36 = 0,468;

2) Магнезитохромита 0,1 · 0,66 = 0,066;

3) Миксерного шлака 0,4 · 0,07 = 0,028;

4) Известняка (2,358 + х) · 0,02 = 0,047 + 0,02х;

Итого 0,609 + 0,02х.

Поступит СаО из материалов, кг:

1) Доломита 1,3 · 0,550 = 0,715;

2) Магнезитохромита 0,1 · 0,020 = 0,002;

3) Миксерного шлака 0,4 · 0,45 = 0,180;

4) Известняка (2,358 + х) · 0,53 = 1,250 + 0,53х;

Итого 2,147 + 0,53х.

Поступит Р₂О₅ из материалов, кг:

1) Металлической шихты 0,236;

2) Известняка (2,358 + х) · 0,0007 = 0,002 + 0,0007х;

Итого 0,238 + 0,0007х.

Поступит серы из материалов, кг:

1) Металлической шихты 0,011;

2) Миксерного шлака 0,4 · 0,02 = 0,008;

3) Известняка (2,358+х) · 0,001 = 0,002 + 0,001х;

Итого 0,021 + 0,001х.

Поступит Cr₂O₃ из магнезитохромита:

0,1 · 0,12 = 0,012 кг.

Содержание FeO и Fe₂O₃ , по экспериментальным данным на действующих печах ДСПА № 1 и № 9, составляет соответственно 26 и 10 %. Так как применяется новая технология ведения плавки позволяющая снизить окисленность металла и шлака на 40 %, поэтому содержание FeO и Fe₂O₃ задается равным соответственно 16 и 6 %, что составляет 0,16L_ш и 0,06L_ш.

С учетом скачивания шлака формула количества шлака по расплавлении получится, кг:

SiO₂ 1,620 + 0,020х – 1,050 = 0,570 + 0,020х;

Al₂O₃ 0,269 + 0,003x – 0,175 = 0,094 + 0,003x;

MnO 0,284 – 0,200 = 0,084;

MgO 0,609 + 0,020х – 0,400 = 0,209 + 0,020х;

CaO 2,147 + 0,530х – 1,250 = 0,897 + 0,530х;

Р₂О₅ 0,238 + 0,0007х – 0,200 = 0,038 + 0,0007х;

S 0,021 + 0,001х – 0,015 = 0,006 + 0,001х;

Cr₂O₃ 0,012 – 0,005 = 0,007;

FeO 0,16L_ш;

Fe₂O₃ 0,06L_ш ;

Итого L_ш = 0,22 L_ш + 1,905 + 0,5747х.

L_ш = (1,905 + 0,5747х) : 0,78.

Второе уравнение составляем по желаемой основности, которую примем для короткого периода равной 2,6:

В = .

0,897 + 0,530х = 1,482 + 0,052 х

0,478х = 0,585

х = 1,224х

Количество шлака:

L_ш = (1,905 + 0,5747 · 1,224) : 0,78 = 3,343 кг.

В таблице 15 рассчитан состав и количество шлака I периода.

Таблица 15 - Состав и количество шлака I периода

Составляющие	Изменения	Масса, кг.	Содержание, %
1	2	3	4
SiO2	0,570 + 0,020 · 1,224	0,594	17,75
Al2O3	0,094 + 0,003 · 1,224	0,098	2,93
MnO	0,084	0,084	2,50
MgO	0,209 + 0,020 · 1,224	0,233	6,97
СаО	0,897 + 0,530 · 1,224	2,547	46,27
Р2О5	0,038 + 0,0007 · 1,224	0,039	1,16

Продолжение таблицы 15

1	2	3	4
S	0,006 + 0,001 · 1,224	0,007	0,21
Cr2O3	0,007	0,007	0,21
FeO	0,16 · 3,343	0,534	16,00
Fe2O3	0,06 · 3,343	0,200	6,00
Lш		4,343	100,00

Общее количество известняка:

2,358 + 1,224 = 3,582 кг.

Общее количество шлака:

4,343 + 5 = 9,343 кг.

Баланс железа первого периода приведен в таблице 16.

Таблица 16 - Баланс железа первого периода плавки

Источники	Из Fe2O3, кг.	Из FeO, кг.
Доломит	1,300 · 0,003 · 0,7 = 0,003	-
Магнезитохромит	0,100 · 0,100 · 0,7 = 0,007	-
Известняк	3,582 · 0,002 · 0,7 = 0,005	-
Окалина скрапа	0,241 · 0,7 = 0,169	0.109 · 0,78 = 0,085
Итого	0,184	0,085
Потери со сбегающим шлаком	0,325 · 0,7 = 0,228	1,380 · 0,78 = 1,076
Содержится в шлаке	0,200 · 0,7 = 0,140	0,534 · 0,78 = 0,416
Итого	0,368	1,492
Переходит в сталь	0,184 – 0,368 = - 0,184	0,085 – 1,492 = - 1,407

Количество окислившегося железа:

0,184 + 1,407 = 1,591 кг.

На окисление железа до Fe₂O₃ расходуется кислорода:

0,184 · 48 / 112 = 0,079 кг.

На окисление железа до FeO расходуется кислорода:

1,407 · 16 / 56 = 0,402 кг.

Поступит кислорода из атмосферы печи при удельном поступлении его

5 кг/ (м² · ч), так как СО интенсивно выделяется из ванны:

5 · 50 · 2/2500 = 0,26 кг,

где 2 – продолжительность поступления кислорода в ванну за 1 период, ч;

50 – площадь пода одной камеры, м².

Технический кислород должен ввести кислорода в ванну на 100 кг металлической шихты (при составе технического кислорода 95% О₂ и 5% азота):

2,479 + 0,079 + 0,402 – 0,26 = 2,7 кг.

В первом периоде, когда ванна еще сравнительно мало и неравномерно прогрета, диффузионные процессы и транспортирование углерода в зону реакции замедлены, поэтому коэффициент усвоения подаваемого в ванну кислорода принят равным 0,9 (базовый вариант составляет 0,86).

Расход технического кислорода составит:

V_{кисл техн} = .

На 1 т металлической шихты потребуется технического кислорода 22,1 м³/т.

Расход чистого кислорода:

2,7 · 22,4 / 32 = 1,89 м³.

Расход чистого кислорода с учетом коэффициента усвоения:

1,89 / 0,9 = 2,1 м³.

Количество неусвоенного кислорода:

2,10 – 1,89 = 0,21 м³, или 0,30 кг.

Количество азота:

2,21 – 2,1 = 0,11 м³, или 0,137 кг.

Количество технического кислорода, поступающего в ванну:

2,7 + 0,3 + 0,137 = 3,137 кг.

Выход металла с учетом металла, запутавшегося в шлаке (10% количество сбегающего шлака):

100 – 2,46 – 1,591 – 0,7 – 0,35 – 0,4 – 0,5 = 92,999 кг,

где 2,46 – угар примесей;

1,591 – угар железа на получение окислов шлака, кг;

0,7 – загрязнения скрапа, кг;

0,35 – окалина скрапа, кг;

0,4 – миксерный шлак, кг;

0,5 – потери металла со сбегающим шлаком, кг.

Количество выделившихся газов из материалов найдем по таблице 17.

Таблица 17 − Количество выделившихся газов из материалов

Источник	СО2	Н2О
Загрязнений скрапа	-	0,154
Известняка	3,582 · 0,415 = 1,486	0,028
Доломита	1,3 · 0,025 = 0,032	0,029
Итого	1,518	0,211

Материальный баланс первого периода представлен в таблице 18.

Таблица 18 − Материальный баланс первого периода плавки

Поступило, кг		Получено, кг
1	2	3	4
Металлической шихты	100,00	Металла	92,999
Известняка	3,582	Корольков (потери металла в шлак)	0,500
Доломита	1,300	Шлака	9,343
Магнезитохромита	0,100	СО	2,648
Кислорода из атмосферы печи	0,260	СО2	1,518

Продолжение таблицы 18

1	2	3	4
Технического кислорода	3,137	Н2О	0,211
		Неусвоенного кислорода	0,300
		Азота	0,137
		SO2	0,008
		Fe2O3 и дым	0,714
		Невязка	- 0,001
Итого	108,379		108,379кг