Тема: побудова графіку зміни вмісту хімічних елементів в металі в окислювальному періоді плавки у конвертері комбінованого дуття.

Мета: Отримання навиків розрахунку витрат кисню і змін вмісту хімічних елементів

металі при веденні плавки у конвертері комбінованого дуття.

Вихідні дані: Плавка ведеться у конвертері комбінованого дуття садкою 250т.

 

Теоретична частина

Головною адачею окислювального періоду є окислення (випалення) зайвого вуглецю з металошихти, яка у більшій частині складається з чавуну, вміст вуглецю у якому 3,5 - 4,5 %.

При поданні кисню через фурму йде активний процес окислення вуглецю і разом з ним інших хімічних елементів: кремнію, марганцю, фосфору, сірки і самого заліза. Тому метал, напівпродукт, на випуску плавки містить залишок від окислення цих елементів, а також розчинений у металі кисень.

Важливою задачею також є нагрівання металу від температури залитого чавуну з урахуванням втрат тепла від холодного скрапу до температури випуску плавки з конвертера, яка встановлена технологічною інструкцією.

Контроль за ходом окислення хімічних елементів здійснюється відбором спроб, при цьому особливо важливо поєднати на випуску плавки 3 головні фактори:

1. Вміст вуглецю

2. Вміст сірки

3. Температура металу.

Тому потрібно по ходу плавки контролювати хід окислення вуглецю, вміст сірки, інших елементів, щоб мати на випуску плавки потрібний їх склад, максимально при-ближений до розрахункового матеріального балансу плавки.

Окислювальний період у конвертері комбінованого дуття розділяється на 2 періоди з розділом 1-го періоду на 2 півперіоди:

1.1. Жорстко окислювальний – стан кисневого „голоду”, коли жадібних до кисню хімічних елементів у металошихті багато і вони швидко окислюються, перетворю-ючись у оксиди з переходом їх в шлак, або газ.

Інтенсивність продувки киснем максимальна з витратами кисню 4,8 м³/т *хв.:

4,8 м³/т *хв.* 300 = 1440м³/хв.

Продувка здійснюється на протязі 3-х хвилин при високому розміщенню кисневої фурми 1700 мм. Плавка запалюється. Формується активний окислений шлак.

Над металом здіймається шлакометалева емульсія з високою здатністю засвоєння кисню і перенесення його у метал.

При цьому за 1 хвилину в метал вноситься:

1440: 22,4 * 0,995 * 0,95 * 32 * 1= 1994 кг (1,620 т) кисню

або у розрахунку на 100 кг:

1994: 2500 = 0,78 кг

Більша частина цього кисню витрачається на окислення кремнію, у якого хімічна спорідненість до кисню при низькій температурі металу за діаграмою хімічної спорідненості значно більша, ніж у вуглецю.

Кремній окислюється зі значним тепловим ефектом і майже до „слідів”, температура металу різко зростає, підвищується хімічна спорідненість вуглецю до кисню.

1.2. Помірно окислювальний – стан вуглецевого „голоду”, коли кремній окислився, частково марганець і фосфор, температура металу зросла,

Починається активне окислення вуглецю, витрати кисню вимушено для запобігання викидів металу знижуємо до 1000 м³/хв.

Тривалість продувки 2-го на півперіоду визначається потрібним вмістом вуглецю на випуску плавки, звичайно це 12-14 хвилин про постійному контролю за вмістом вуглецю.

Окислення проводиться до вмісту вуглецю 0,070-0,100% у залежності від виходу на потрібну температуру.

Висота розміщення кисневої фурми становить 1300 мм і регулюється дистрибюторщиком за поведінкою металу у конвертері з запобіганням викидів.

2-й період: окислювально-поновлювальний, коли вміст вуглецю майже на нижньому рівні, температура металу біля потрібної на випуску плавки, продувку закінчують з невеликими витратами кисню для доокислення вуглецю за рахунок розчиненого у металі кисню, а при недостатньої його кількості поданням кисню через фурму з невеликою інтенсивністю, а потім однім аргоном знизу на протязі 2-3-х хвилин. Висота розміщення кисневої фурми становить 900 мм.

При цьому вуглець доокислюється до вмісту 0,05-0,03%, також марганець зі зниженням його вмісту майже до “слідів”, метал при цьому процесі саморозкислюється остатковим вуглецем і марганцем, і на випуску має низьку окисленість, що дає економію розкислювачів і легуючих, менше забруднюється метал продуктами розкислення.

При аргонній продувці метал перемішується, в шлак виносяться неметалеві включення, частково видаляються розчинені у металі шкідливі гази.

На випуску плавки відсікається шлак, наводиться новий високоосновний

покривний шлак, метал розкислюється, легується, доводиться по температурі і хімічному складу на УКП, вакууматорі, передається на МБЛЗ

Практична частина

Завдання:

1. Прорахувати загальне окислення елементів для даної марки сталі.

2. Прорахувати графік зміни вмісту хімічних елементів у металі у 1-му півперіоді

3. Прорахувати подовженість продувки у 2-му півперіоді за вмістом хімічних

елементів при окислювальному періоді у конвертері комбінованого дуття для

даної марки сталі згідно вихідним даним металошихти.

4. Прорахувати вміст вуглецю і марганцю при продувці металу киснево-аргон-

ною сумішшю і одним аргоном.

5. Побудувати графік зміни хімічного складу металу по ходу плавки: вміст

вуглецю, марганцю, кремнію, фосфору, сірки.

Розрахунок окислення у 1-му і 2-му на півперіоді

Вихідні дані:

Таблиця Середній склад металошихти, кг

Хімічні елементи	C	Si	Mn	P	S
Середній склад	2,934	0,52	0,53	0,0211	0,042

Приймаємо, що вміст хімічних елементів в металі в кінці окислювального періоду повинен бути, кг:

вуглецю - 0,100

кремнію - 0 (сліди)

марганцю (згідно логарифму від температури металу) – 0,175

фосфор при конвертерній плавці окислюється на 75 % від вмісту в

металошихті: 0,0211 * 0,75 = 0,015 (остається в металі 0,009)

сірка окислюється на 10 % з половини вилучення її з металошихти:

0,042: 2 = 0,021 0,021 * 0,10 = 0,0021

 

1. Повинно окислитись хімічних елементів з металошихти, кг:

С	2,934 – 0,100 * 0,92 = 2,842
Si	= 0,52
Mn	0,53 – 0,175 * 0,92 = 0,369
Р	0,0211 – 0,009 * 0,92 = 0,012
S	= 0,0021
Fe	(в дим) = 1,100
	Всього = 4,8451 округляємо = 4,85

 

Остається в металі хімічних елементів в кінці продувки металу киснем, кг:

С 2,934 – 2,842 = 0,092

Si = 0 (сліди)

Мn 0,53 – 0,369 = 0,161

Р 0,0211 – 0,012 = 1,199

S 0,042 – 0,021 = 0,0039

 

Приймаємо, що у 1-му півперіоді інтенсивність окислення вуглецю невисока, окислюється вуглець посередньо на 12 %, кремній – 95 %, марганець – 70 %,

фосфор – 50 %, сірка – 50 %.

При цьому вуглець на 90 % окислюється до СО, на 10 % до СО_{2 ,} залізо (прий-маємо) окислилось з всього окисленого 1,100 0,600 кг.

Окислилось хімічних елементів з металошихти у 1-му півперіоді, кг:

	С CO2	2,842 * 0,12 * 0,10 = 0,034
	С СО	2,842 * 0,12 * 0,90 = 0,3306
	Si SiO2	0,52 * 0,95 = 0,494
	Mn MnO	0,175 * 0,70 = 0,122
	P P2O5	0,012 * 0,50 = 0,006
	S SO2	0,0021 *0,50 = 0,001
	Fe Fe2O3	0,600 = 0,600 Всього: = 1,562 Тоді

Витрати кисню на окислення цих хімічних елементів складають, кг.:

	С CO2	0,034 * 32: 12 = 0,090
	С СО	0,306 * 16: 12 = 0,408
	Si SiO2	0,494 * 32: 28 = 0,564
	Mn MnO	0,122 * 16: 55 = 0,035
	P P2O5	0,006 * 80: 62 = 0,007
	S SO2	0,0011*32: 32 = 0,001
	Fe Fe2O3	0,600 * 48: 112 = 0,257 Всього: = 1,362 Тоді

Тоді тривалість продувки у 1-му півперіоді складе:

1,362: 0,78 = 1,746 хв.

Інтенсивність окислення вуглецю у 1-му півперіоді складе посередньо:

(0,034 + 0,306): 1,746= 1,194 кг/хв. (що відповідає 2. с.115, С.В.Колпаков)

У 2-му півперіоді інтенсивність окислення вуглецю значно зростає, окислюється вуглець на 88%, кремній - 5%, марганець – 30%, фосфор – 50%, сірка – 50%.

При цьому вуглець у об’ємі конвертера окислюється на 90% до СО, на 10 % до СО_{2 ,} залізо – приймаємо з 1,100 залишок: 1,110 – 0,600 = 0,500

Окислилось хімічних елементів з металошихти у 2-му півперіоді, кг:

	С CO2	2,842 * 0,88 * 0,10 = 0,250
	С СО	2,842 * 0,88 * 0,90 = 2,250
	Si SiO2	0,52 * 0,05 = 0,026
	Mn MnO	0,175 * 0,30 = 0,052
	P P2O5	0,012 * 0,50 = 0,006
	S SO2	0,0021 *0,50 = 0,001
	Fe Fe2O3	0,500 = 0,500 Всього: = 3,139 Тоді

Витрати кисню на окислення хімічних елементів складають, кг.:

	С CO2	0,250 * 32: 12 = 0,666
	С СО	2,250 * 16: 12 = 1,285
	Si SiO2	0,026 * 32: 28 = 0,029
	Mn MnO	0,052 * 16: 55 = 0,015
	P P2O5	0,006 * 80: 62 = 0,007
	S SO2	0,001*32: 32 = 0,001
	Fe Fe2O3	0,500 * 48: 112 = 0,214 Всього: = 4,219 Тоді

При інтенсивності продувки 1000 м³/хв. за 1 хвилину в метал вноситься кисню:

1000: 22,4 * 0,995 * 0,95 * 32 * 1= 1350 кг (1,350т)

або у розрахунку на 100 кг:

1350: 3000 = 0,45 кг

Тоді тривалість продувки у 2-му півперіоді складе:

4,219: 0,45 = 9,375 хв.

Інтенсивність окислення вуглецю у 2-му півперіоді складе посередньо, кг:

(0,250 + 2,250): 9,375 = 0,266 кг/хв. (що відповідає 2. с.117, С.В.Колпаков)

У окислювально-поновлювальному періоді метал продувають аргоном з невеликою інтенсивністю продувки киснем для доокислення вуглецю до потрібного низького вмісту в металі. Швидкість окислення вуглецю при його малій кількості у металі знижується.

Вуглець окислюється за рахунок вдування його через фурму і розчиненого у металі кисню. Цей процес має назву вуглецевого розкислення.

Водночас окислюються і марганець до дуже низького значення, інколи до “слідів”, особливо під час продувки металу одним аргоном.

Прорахуємо кількість окислених елементів при продувці сумішшю і одним аргоном перед випуском плавки.

Вуглецю, кг:

0,012 – 0,050 = 0,042

Марганцю, кг:

0,161 – 0,030 = 0,131

 

Витрати кисню при цьому складуть, кг:

	С СО	0,042 * 16: 12 = 0,056
	Mn MnO	0,131 * 16: 55 = 0,038
		Всього = 0,094

Вміст кисню в металі в кінці продувки киснем розраховуємо за формулою:

[%O2] =

де [%C] – вміст вуглецю в металі після окислювального періоду, кг:

[%O] = (0,0035 + 0,006 *0,092): 0,092 = 0,063

 

Приймемо вміст кисню в металі на випуску плавки з конвертера 0,012 кг.

Тоді бракує кисню на доокислення вуглецю, кг:

0,094 – (0,063 – 0,012) = 0,043

 

При інтенсивності продувки киснем 500 м3/хв. в метал вноситься кисню за хвилину, кг:

500: 22,4 * 0,995 * 0,95 * 32 * 1= 675 кг (0,675 т)

або у розрахунку на 100 кг:

675: 3000 = 0,225 кг

Тоді тривалість продувки на завершальному етапі плавки складе:

0,043: 0,225 = 0,191 хв., або 13,3 сек. (Вноситься кисню 0,060 кг)

Потім метал потрібно продути одним аргоном на протязі 3-х хвилин для до окислення вуглецю, винесення у шлак неметалевих включень, вилучення шкідливих газів, вирівнювання металу по об’єму ванни по температурі і хімічному складу.

Сумарна тривалість продувного періоду плавки складе

1,746 + 9,375 + 0,191 + 3,0 = 11,312 хв.(біля 14 хвилин).

Загальні витрати кисню на продувку металу складуть, кг/100кг:

1,362 + 4,219 + 0,043 = 5,624

або в переводі на об’єм і металеву садку у 272 т.:

5,624 * 22,4: 32: 0,995: 0,95 * 2720 = 11328 м3

Будуємо графік зміни хімічного складу металу по ходу плавки

Зміна вмісту хімічних елементів, кг:

У 1-му півперіоді:

С 2,934 – 0,034 = 2,9

Si 0,52 – 0,494 = 0,026

Мn 0,53 – 0,122 = 0,40

Р 0,0211 – 0,006 = 0,015

S 0,042 – 0,0011 = 0,040

У 2-му півперіоді:

С 2,9 – 2,808 = 0,092

Si 0,026 – 0,026 = 0 (сліди)

Мn 0,40 – 0,052 = 0,348

Р 0,0151 – 0,006 = 0,009

S 0,040 – 0,0011 = 0,050 – перейшло в шлак біля 40%, разом 0,015

При завершенні плавки у окислювально-поновлювальному періоді за рахунок саморозкислення металу вуглецем і марганцем, кг:

 

С 0,092 – 0,042 = 0,050

Мn 0,348 – 0,318 = 0,030

Інтенсивність окислення вуглецю при цьому складе:

0,050: 0,191 = 0,261 кг/хв.

4,0 % вуглецю

1-й напівперіод 2-й напівперіод продувка Аr, хв Рис. 1. Графік зміни вмісту вуглецю у металі при конвертерній плавц

% Sі, Mn. %S, Р

1-й на півперіод 2-й на півперіод продувка Аr, хв

Рис. 2. Графік зміни вмісту кремнію, марганцю, фосфору і сірки у металі при конвертерній плавці (в середині продувки за теорією 1.с.111).

Висновки: дані теоретичного розрахунку відповідають, не відповідають практиці

конвертерних цехів.

Література

1.Б.М.Бойченко Конвертерне виробництво сталі Дн РВА „Дніпро-ВАЛ” 04-453с.

2. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М., Общая металлургия.

М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 - 768с.

 

Питання на захист роботи:

1. Задачі напівперіодів, витрати кисню, розміщення фурми

2. Реакції процесу: в реакційній зоні, в глибині ванни, при продувці аргоном.

 

Додаток

Данні для розрахунку практичної роботи №6 визначення середнього складу металошихти

Варіант	Доля Чувуну	Зміст чавуну, %	Доля скрапа	Зміст скрапа, %
С	Мn	Si	S	P	С	Мn	Si	S	P
		4,1	0,56	0,7	0,13	0,05		0,20	0,42	0,23	0,04	0,03
		4,11	0,55	0,71	0,14	0,05		0,21	0,44	0,22	0.04	0,03
		4,09	0,53	0,72	0,14	0,06		0,22	0,44	0,22	0,04	0,03
		4,09	0,48	0,73	0,13	0,06		0,20	0.43	0,23	0,04	0,03
		4,12	0,54	0,74	0,14	0,05		0,16	0,44	0,24	0.04	0,03
		4,11	0,55	0,65	0,13	0,06		0,19	0,45	0,25	0,04	0,03
		4,09	0,56	0,66	0,13	0,05		0,19	0,46	0,26	0,04	0,03
		4,14	0,56	0,69	0,13	0,06		0,17	0,47	0,24	0,04	0,03
		4,13	0,58	0,68	0,12	0,05		0,18	0,48	0,24	0,04	0,03
		4,12	0,59	0,69	0,13	0,06		0,19	0,49	0,23	0,04	0,03
		4,12	0,55	0,65	0,13	0,05		0,18	0,50	0,25	0,03	0,03
		4,13	0,56	0,71	0,12	0,05		0,16	0,51	0,24	0,03	0,03
		4,12	0,57	0,69	0,13	0,05		0,19	0,52	0,22	0,03	0,03
		4,12	0,57	0,68	0,13	0,06		0,19	0,53	0,23	0,03	0,03
		4,12	0,57	0,65	0,12	0,05		0,19	0,49	0,24	0,03	0,03
		4,13	0,58	0,66	0,13	0,05		0,17	0,44	0,21	0,04	0,03
		4,13	0,49	0,66	0,13	0,06		0,18	0,45	0,22	0,04	0,03
		4,14	0,60	0,67	0,12	0,05		0,18	0,44	0,23	0,04	0,03
		4,14	0,58	0,68	0,13	0,05		0,18	0,44	0,23	0,04	0,03
		4,15	0,56	0,69	0,13	0,05		0,19	0,45	0,25	0,04	0,03
		4,15	0,55	0,69	0,12	0,05		0,18	0,45	0,23	0.04	0,04
		4,16	0,55	0,68	0,13	0,06		0,18	0,46	0,23	0,041	0,04
		4,16	0,60	0,66	0,12	0,05		0,18	0,46	0,22	0,042	0,04
		4,17	0,55	0,67	0,13	0,05		0,17	0,46	0,23	0.043	0,04
		4,15	0,55	0,68	0,13	0,06		0,18	0,46	0,24	0,044	0,04

 

Практична робота №7