Средний состав металлошихты в завалку

Материал		Количество. кг.	Химический состав, кг.
			С	Si	Mn	Cr	P	S	Fe
Лом		908	2,45	2,36	1,27	1,36	0,17	0,15	900,24
Чугун		100	4,24	0,35	0,60	-	0,27	0,03	94,5
Итого	кг	1000	6,7	2,7	1,9	1,4	0,44	0,18	994,74
	%	100	0,67	0,27	0,19	0,14	0,044	0,018	99,5

 

Во время плавления окисляются следующие элементы:

Углерод.Угар углерода шихты составит 20% или 6,7*20/100=1,34 кг;

останется углерода в металле 6,7-1,34=5,36 кг.

Кремний. Кремний окисляется до следов, то есть переходит полностью в шлак.

Марганец. Угар марганца равен 50%. В шлак перейдет 1,9*50/100=0,95 кг; в металле останется 1,9-0,95=0,95 кг.

Хром. Угар хрома составит 10%. Перейдёт хрома в шлак 1,4*10/100=0,14 кг; останется хрома в металле 1,4-0,14=1,26 кг.

Фосфор. Угар фосфора составляет 60%. Перейдёт фосфора в шлак 0.44*60/100=0.26 кг; в металле останется 0,44-0,26=0,18 кг.

Сера. Сера содержащаяся в металле, во время плавления не выгорает, то есть в металле останется 0,18 кг.

Железо. Угар железа составит 2%. Перейдёт в шлак и улетучится в зоне электрических дуг 994,74*2/100=19.9 кг; в металлической ванне останется 994,74-19,9=974,8кг.

Расчёт кислорода, необходимого для окисления примесей металла в период плавления, приведён в таблице 6.

 

Таблица 6

Количество кислорода, необходимое для окисления пимесей.

Элемент	Окисляется кг.	Химическое уравнение	Требуется кислорода, кг.
Углерод	1,34		1,34/12*16=1,8
Кремний	2,7	[Si] + {O2} =(SiO2)	2,7/28*32=3,1
Марганец	0,95		0,95/55*16=0,28
Хром	0,14	2[Cr]+3/2{O2}=(Cr2O3)	0,14/104∙48=0,07
Фосфор	0,26		0,26/62*80=0,34
Железо	19,9*0,88		19,9/112*48*0,88=7,5
Железо	19,9*0,12		19,9/72*16*0,12=0,53
ВСЕГО	13,62 кг О2
На основании материального баланса принимаем, что из окислившегося железа 12% окисляется до FeO, 3% до Fe2O3, которые перейдут в шлак, а 85% Fe окисляется до Fe2O3 и улетучивается в зоне электрических дуг.

Содержание закиси железа, растворённой в металле, определяют по приближённой формуле Феттера и Чипмана:

 

[%C]*%Fe=0.0124+0.05*[%C].

 

При содержании углерода в металле 0.41%, содержание растворённой закиси железа составит:

[%Fe]=(0.0124+0.05*0.536)/0.536=0.073% (0.016% кислорода)

Так как данные по формуле Феттерса завышены, то примем содержание кислорода в металле 0.015% или 0.015*4.5=0.067% FeO, т.е. приближённо 975*0.067/100=0.65кг FeO, для чего потребуется: кислорода 0.65*16/72=0.14 кг, железа 0.65-0.14=0.51 кг. Общая потребность в кислороде 13,62+0.14=13,76 кг.

Количество железа к моменту расплавления составит:

,8-0.51=974,3 кг.

Состав металла в первой пробе по расплавлении, приведен в таблице 7

 

Таблица 7

Химический состав металла первой пробы

Элемент	Содержание
	кг.	%
C	5,36	0.55
Si	0	0
Mn	0,95	0.1
Cr	1.26	0.13
S	0.18	0.02
P	0.18	0.02
FeO	0.65	0.07
Fe	974,3	99.1
Итого	∑ 982.9	100

 

Шлак периода плавления.

Поступает в шлак из металла, кг:

SiO2 2.7*60/28=5,790.95*71/55=1,23O3 0.14 ∙ 152 / 104 = 0,2O5 0.26*142/62=0.619.9*0.12*72/56=32O3 19.9*0.03*160/112=0.85

Поступает в шлак с известью.

Количество извести определим через основность по формуле:

=m(CaO)/m(SiO2)(CaO)=mизв.*(СаО)изв./100+mф*(СаО)ф/100

 

где mизв - масса извести;ф - масса футеровки;

(CaO) - содержание окисла, %.

(SiO2)=mизв.*(SiO2)изв./100+mф*(SiO2)ф./100+(SiO2)окисл.*60/28

 

где (SiO2)окисл. - масса окислившегося кремния из металла.

Примем основность шлака равной 2 и массу извести выразим через х тогда:

= (х*92/100 + 6*3.5/100)/ (х*2.5/100 + 6*3.45/100 + 5,79)

*(х*2.5/100 + 6*3.45/100 + 5,79)=(х*92/100 + 6*3.5/100)

х+0.414+11.6=0.92х+0.21

-0.21=0.92х-0.05х

,79=0.87х

х=14 кг.

СаО14*92/100=12.9*3.3/100=0.46*2.5/100=0.35O314*1/100=0.14O314*0.6/100=0,08

P2O514*0.1/100=0.014

Поступает в шлак из подины

Расход магнезитового порошка на блоки и заправку составляет 10 кг на тонну стали. Из этого количества в период плавления переходит 60%, или 6 кг и в окислительный период 40%, или 4 кг. Количество элементов по массе представлено в таблице 8.

 

Таблица 8

Период		Наименование окисла
		CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3
Плавления	%	3.5	90.25	3.45	0.8	2.0
	кг	0.21	5.42	0.21	0.05	0.12
Окисления	%	3.5	90.25	3.45	0.8	2.0
	кг	0.14	3.61	0.14	0.03	0.08

 

Таблица 10

Состав и количество шлака периода плавления

Источник поступления		CaO	MgO	SiO2	Cr2O3	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnO	P2O5	Всего
Металл		-	-	5.79	0,2	-	3	0.85	1,23	0.6	11,67
Известь		12.9	0.46	0.35	-	0.14	-	0.08	-	0.014	13,94
Подина		0.21	5.42	0.21	-	0.05	-	0.12	-	-	6
Итого	кг	13,1	5.88	6.35	0,2	0.19	3	1	1,23	0.6	31,55
	%	41,5	18,6	20,1	0,6	0,6	9,5	3,2	3,9	1,9	100

 

Расход электродов примем 3 кг. на 1 т. садки.

По периодам плавки расход электродов примерно пропорционален расходу энергии: в период плавления 70% или 2,1 кг., а в окислительный период 30%, или 0,9 кг. на всю плавку. Залой вносимой электродами пренебрегаем.

Окислительный период плавки

 

Состав металла в окислительный период плавки изменяется следующим образом:

Углерод. Для хорошей дегазации металла окисляют на 0.3%. удалим углерод до содержания 0,25%. Вес металла к концу окислительного периода ориентировочно составит 970 кг. К концу окислительного периода в металле должно быть углерода приблизительно:

*0.25/100=2,4 кг;

выгорит 5,36-2,4=2,96 кг.

Марганец. К концу окислительного периода в металле приблизительно останется 0,07 % марганца, или

*0.07/100=0,68 кг.

окислится 0,95-0,68=0.27 кг.

Фосфор. Считаем, что к концу периода в металле останется 0.007 % фосфора, или

*0.007/100=0.07 кг.

окислится 0.18-0.07=0.11 кг.

Сера. При основности шлака равной 3, и непрерывном его обновлении, можно рассчитывать, что из металла будет удалено 0.005 % серы, или

*0.005/100=0.1 кг

останется в металле 0.18-0.05=0.13 кг.

Потребность в газообразном кислороде.

Количество кислорода, необходимое для окисления примесей приведено в таблице 11.

 

Таблица 11

Количество кислорода, необходимое для окисления примесей

Элемент	Окисляется кг.	Химическое уравнение	Требуется кислорода, кг
Углерод Марганец Фосфор	2.96 0.27 0.011	С + 1/2 O2 = CO Mn + 1/2 O2 = MnO 2P + 5/2 O2 = P2O5	2.96*16/12=3.95 0,27*16/55=0.08 0.011*80/62=0.01
Итого	3,24		4,04

 

Количество закиси железа в жидкой стали.

По формуле Феттерса и Чипмана в металле, содержащем 0.25% углерода, должно находиться в растворе:

FeO=(0.0124+0.05*0.25)/0.25=0.1% (0.022% О)

Для кислородных плавок формула Феттерса и Чипмана даёт завышенное содержание кислорода в металле.

Примем содержание кислорода в металле равным 0.02% или 0.09% FeO.

Металл в конце периода плавления содержал 0.065% FeO. Необходимо повысить содержание закиси железа на 0.09-0,067=0.023% или 970*0.023/100=0.22 кг. FeO, на что потребуется:

кислорода0.22*16/72=0.047 кг;

железа0.22-0.047=0.173 кг.

Количество FeO, потребное для поддержания в шлаке определённой концентрации этого окисла.

По данным Ф.П. Еднерала, в плавках на свежей шихте металлу с 0.3-0.08% С, соответствует шлак с 7.54-17.85% Fe общ. (среднее 12.23%).

Известно, что при вдувании кислорода в металл содержание окислов железа в шлаке меньше, чем при окислении железной рудой. Для металла с содержанием С»0.25% примем содержание Fe общ. В шлаке равным 10%.

Для распределения железа между FeO и Fe2O3 можно задаться соотношением: (Fe в FeO)/(Fe в Fe2O3)=x/y»3. Так как х+у=10, то х(Fe в FeO)=7.5%, у(Fe в Fe2O3)=2.5%. Следовательно, в окислительном шлаке содержится 7.5*72/56=9.64% FeO и 2.5*160/112=3.57% Fe2O3.