Тема: розрахунок десиліконізації чавуну на устрою десульфурації чавуну.

Мета: Відпрацювання методики розрахунку (з додатковим пристроєм на УДЧ)

 

Теоретична частина

Конвертерний процес вимагає постачання чавуну з малими відхиленнями від оптимального хімічного складу і температури, що потрібно для стабілізації конвертеної плавки. Особливість конвертера в тому, що весь процес заснований на теплі екзотермічних реакцій, і при цьому відсутня можливість додаткового нагрівання металу, тим паче, що весь процес плавки здійснюється у короткий час 35-40 хвилин.

Тому головними факторами теплового балансу плавки є вміст хімічних елементів теплоносіїв кремнію, марганцю, вуглецю, фізичної температури чавуну, потрібної кількості десульфураторів.

Від цього залежить шихтовка плавки зі складовими чавун,скрап і шлакоутворюючі матеріали. Вміст кремнію також суттєво впливає на стійкість основної футерівки кон-вертера. Тому вміст кремнію у чавуні повинен бути оптимальний і з малими від-хиленнями.

Технологічними інструкціями конвертерного цеху ПАТ „АМК” передбачене обмеження вмісту кремнію в переробному чавуні марки П-1 0,5-0,9% в П-2 до 0,5 %, але поступає чавун зі вмістом кремнію 1,0,-1,5, а то і до 2,0 %, що викликає проблеми з зайвими витратами шлакоутворюючих матеріалів, зношення футерівки конвертора від агресивної дії кремнезему в окислювальний період плавки внаслідок реакцій:

Sі + О₂ = SіО₂ і Sі + 2FеО = SіО₂ + 2Fе

Проблеми циклічної зміни хімічного складу чавуну при виплавці в доменній печі характерні у всесвітньому досвіді навіть при використанні сучасних методів ведення доменної плавки, а тим паче при поставці рудних матеріалів і коксу з різних місць і при використанні рідкого чавуну від декількох доменних печей водночас.

При впровадженні конвертерного комплексу чавун буде постачатись до конвер-тера після випуску з однієї печі міксеровозом без опосереднення. І тому питання перепадів у вмісту кремнію і сірки в чавуні вкрай важливе.

З сіркою питання вирішується впровадженням устрою десульфурації чавуну (УДЧ) з використанням різних десульфуруючих реагентів за вимогами ступіню де-сульфурації. При потребі передбачена і додаткова запічна десульфурація сталі.

Зараз та розроблена схема не запевнює у її технологічності. Більш досконала - десиліконізація на устрою десульфурації чавуну, тільки іншими реагентами, десиліконізаторами.

Десиліконізація за всесвітнім досвідом здійснюється залізною рудою, окалиною, продувкою пиловидними матеріалами, повітрям, повітрям з добавлення кисню. При цьому тепловой ефект окислення кремнію компенсує охолодження від обробки чавуну, так при окисленні 0,1 % кремнію метал нагрівається на 40^оС, що дає запас тепла і на подальшу при потребі десульфурацію. Таким чином, можливо поєднати процеси десиліконізації і десульфурації в одному агрегаті.

Практична частина

З метою стабілізації конвертерної плавки, зниження витрат вапна, підвищення

стійкості футерівки конвертера, плавки за малошлаковою технологією за принципами

енерго- і ресурсозбереження виконуємо розрахунок десиліконізації чавуну до опти-мального вмісту кремнію при вихідних умовах:

1. Чавун випущений з завищеним вмістом кремнію 1,0 %, що для конвертерної

плавки недопустимо.

2. В чавуні достатньо високий вміст вуглецю.

3. Вміст сірки на низькому значенні (що спостерігається при «горячій» домен-

ній плавці).

 

Таблиця 1. Хімічний склад чавуну до и після десиліконізації, %.

Найменування матеріалів	С	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
не більше
Чавун до десиліконізації	4,30	1,00	0,65	0,110	0,015	-	-	-
Чавун після десиліконізації	4,10	0,50	0,55	0,110	0,015	-	-	-

 

Потрібно розрахувати зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 %

Для десиліконізації чавуну використовуємо прокатну окалину з цеху гарячої прокатки тонкого листа зі вмістом 90 % Fе₂О₃ і 10 % FеО, і обпалене вапно у співвідношенні 4: 1, які вдуваються в рідкий чавун у струменю азоту.

 

Таблиця 2. Хімічний склад неметалевих матеріалів, %

Найменування матеріалу	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	FeO	H2O	CO2
Окалина 80 %	-	-	-	-	90,0	10,0	-	-
Вапно 20 %	2,00	91,0	1,00	1,50	-	-	0,50	4,00

Визначимо потребу кисню для окислення 0,500 кг кремнію, кг:

0,500 * 32: 28 = 0,571

Утворюється оксиду кремнію, кг:

0,500 + 0,571 = 1,071

Одночасно з кремнієм окислиться і вуглець з 4,3 до 4,1%, кг:

4,3 – 4,1 = 0,200

Витрати кисню на окислення 0,200 вуглецю до СО складуть, кг:

0,200 * 16: 12 = 0,267

Утвориться оксиду вуглецю, кг:

0,200 + 0,267 = 0,467

Одночасно окислиться і марганець з 0,650 до 0,550, кг:

0,650 – 0,550 = 0,100

Витрати кисню на окислення 0,100 марганцю до МnО складуть, кг:

0,100 * 16: 55 = 0,029

Утвориться оксиду марганцю, кг:

0,100 + 0,029 = 0,129

Сумарна витрата кисню, кг:

0,571 + 0,267 + 0,029 = 0,867

Витрати прокатної окалини для внесення в чавун 0,867 кг кисню складуть, кг:

0,90 х * 48: 160+ 0,10 х * 16: 72 = 0,867

0,270х + 0,022 х = 0,867. 0,292 х = 0,867. х = 2,969

Витрати прокатної окалини:

2,969 кг на 100 кг чавуну

Розраховуємо витрати вапна У для основності шлаку біля 1,25 зі співвідношення:

СаО: SіО₂ = 1,25

У * 0,910: У * 0,020 + 1,071 = 1,25

У * 0,910 = 1,25 (0,020 * У + 1,071)

0,910 У = 0,025 У + 1,339

0,885 У = 1,339

У = 1,513

Витрати вапна складуть 1,513кг/100 кг, або 15,13 кг/т.

 

Розраховуємо основність шлаку від утворення кремнезему і вдування вапна.

Добавиться оксиду кремнію з вапна, кг:

1,513 * 0,020 = 0,030

Сумарна маса кремнезему, кг:

1,071 + 0,030 = 1,101

Оксиду кальцію від внесення 1,513 кг вапна:

1,513 * 0,910 = 1,377

Маса газу СО від внесення вапна, кг:

1,513 * 0,04 = 0,061

Маса Н₂О від внесення вапна, кг:

1,513 * 0,005 = 0,007

Маса оксиду магнію від внесення вапна:

1,513 * 0,01 = 0,015

Маса оксиду алюмінію від внесення вапна:

1,513 * 0,015 = 0,023

Маса газу СО, кг:

0,467 + 0,061 = 0,528

 

Зниження вмісту сірки при утвореному шлаку не проходить внаслідок окислю-вального характеру процесу десиліконізації і невисокій основності шлаку.

Дефосфорація чавуну також неможлива при вмісту кремнію в чавуні 0,50 %.

Фактична основність шлаку складає без врахування незначної кількості інших оксидів:

1,377: 1,101 = 1,25

що задовольняє умови стійкості футерівки міксеровозу.

В чавун перейде заліза з окалини, кг:

2,969 – 0,867 = 2,102

Утворюється шлаку, кг:

1,101 + 0,129 +1,377 + 0,015 +0,023 = 2,645

Перейде в шлак заліза в вигляді корольків біля 2,5%, кг:

2,645 * 2,5: 100 = 0,066

Сумарна маса шлаку складе, кг:

2,645 + 0,066 = 2, 711

Знизиться вміст кремнію, вуглецю, марганцю на 0,500, 0,200 і 0,100 кг відповідно.

Переходить в метал від окалини зі врахуванням зниження вмісту хімічних елементів в чавуні з переходом їх в шлак, кг:

2,102 – 0,500 - 0,200 – 0,100 – 0,066 = 1,236

Таким чином, десиліконізація вносить додатково 1,236кг/100кг металу.

 

Таблиця 3. Матеріальний баланс десиліконізації чавуну

 

№ п.п.	Внесено матеріалів	кг	Отримано	Кг
	Чавуну до десиліконі-зації	100,000	Чавуну після десиліконі-зації	101,236
	Прокатної окалини	2,969	Шлаку	2,711
	Вапна	1,513	Оксиду вуглецю	0,528
			Н2О	0,007
	Всього:	104,482	Всього:	104,482

 

Нев’язання = 0.

 

Витрати десиліконізаторів для зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 % складають, кг:

2,969 + 1,513 = 4,482 кг, або 44,82 кг/т, біля 4,5 %.

Примітки:

1. За даними літератури для зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 % витра-

ти окалини і вапна складають 3,5 - 4,8 %, що відповідає даному розрахунку.

2. Замість окалини можливо вдувати повітря з добавкою кисню.

 

Висновки: дані розрахунку відповідають практиці конвертерних цехів.

Література

1. В.В.Лунев Сера и фосфор в стали. М: Металлургия 1988.- 256с.

2. Ковшевая доводка стали. В.А.Вихлевчук Дн: Системные технологии 2000-

190с.

3. Металлургическая и горнорудная промышленность. №.6 2006г.

4. Черная металлургии России и стран СНГ в 21 веке №3 94г.

 

Додаток

Данні для розрахунку практичної роботи №3

Варіант	Зміст чавуну до десиліконізації	Зміст чавуну після десиліконізації
С	Мn	Si	S	P	С	Мn	Si	S	P
	4,22	0,66	0,99	0,013	0,11	4,10	0,55	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,65	0,98	0,014	0,12	4,10	0,54	0,50	0,014	0,12
	4,31	0,67	0,97	0,014	0,11	4,10	0,54	0,50	0,014	0,11
	4,34	0,68	0,98	0,013	0,11	4,10	0.53	0,50	0,013	0,11
	4,33	0,67	0,99	0,014	0,12	4,10	0,54	0,50	0,014	0,12
	4,30	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,29	0,66	0,97	0,013	0,11	4,10	0,56	0,50	0,013	0,11
	4,29	0,66	0,97	0,013	0,11	4,10	0,57	0,50	0,013	0,11
	4,33	0,68	0,98	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,32	0,69	0,99	0,013	0,11	4,10	0,55	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,66	0,95	0,013	0,12	4,10	0,53	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,66	0,98	0,012	0,11	4,10	0,56	0,50	0,012	0,11
	4,32	0,67	0,89	0,015	0,11	4,10	0,54	0,50	0,015	0,11
	4,32	0,67	0,98	0,013	0,11	4,10	0,53	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,67	0,95	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,33	0,68	0,96	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,69	0,96	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,34	0,67	0,97	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,34	0,68	0,98	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,35	0,66	0,99	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,35	0,65	0,99	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,29	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12
	4,31	0,66	0,96	0,012	0,12	4,10	0,56	0,50	0,012	0,12
	4,31	0,65	0,97	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12

 

Практична робота №4