4.2 Расчет материального баланса выплавки стали шх-15

Расчет проводим на дуговую сталеплавильную печь емкостью 130 т. Для выплавки стали ШX15 использовать шихту, содержащую 30% передельного чугуна, 70% копрового лома и 0,13 % электродов. Состав материалов и стали в конце периода расплавления приведен в таблице 14.

Таблица 14 - Химический состав материалов

Материалы	C	Si	Mn	Fe
Чугун передельный (30%)	3,6	0,70	1,60	ост
Копровый лом (70%)	0,4	0,5	0,3	ост
Электроды (в пересчете на углерод)(0,13%)	99	-	-	-
Средний состав	1,36	0,56	0,69	ост
Сталь в конце расплавления	1,00	0,2	0,3	ост

Расход футеровки за период расплавления примем равным: магнезитохромитовый кирпич-0,03%; магнезитовый порошок-1,03%, магнезитовый кирпич-0,28% массы садки.

Во время периода расплавления в ванну подается: 1,2% (от массы садки) кокса, 5,27% извести, 0,40 % плавикового шпата и 0,45% доломита.

Угар примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и стали после расплавления (расчет проводим на 100 кг шихты):

С... 1,36-1,00=0,36 кг

Si ..0,56-0,2=0,36 кг

Fe(B дым)...3,0000 кг

Всего ..3,72 кг.

Принимая, что 30% С окисляется до СО₂, а 70% до СО, найдем расход кислорода на окисление примесей и массу образовавшихся оксидов

Расход кислорода, кг масса оксида, кг

C->CO₂…1,33*0,3*32/12=1,064 0,399+1,064=1,463

C->CO…1,33*0,7*16/12=1,2413 0,931+1,2413=2,1723

Si->SiO₂…0,41*32/112=1,2857 3,000+1,2857=4,2857

Всего… 4,0596 8,8059

Используя таблицу 15, находим состав шлака в конце периода расплавления.

Таблица 15 - Состав шлака

	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	S	MnO	P2O5	Fe2O3
Металлическая шихта	0,635	-	-	-	-	-	0,436	-
Магнезитохромитовый кирпич	0,001	0,000	0,019	0,001	0,003	-	-	-	0,003

Продолжение таблицы 15

	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Cr2O3	S	MnO	P2O5	Fe2O3
Магнезитовый кирпич	0,008	0,007	0,252	0,004	-	-	-	-	0,005
Магнезитовый порошок	0,041	0,026	0,943	0,008	-	-	-	-	0,010
Магнезит (подвалка)	0,016	0,014	0,504	0,008	-	-	-	-	0,011
Агломерат	0,435	0,650	0,040	-	-	-	-	-	-
Известь	0,078	1,912	0,078	0,011	-	0,002	-	0,002	0,007
Итого	1,218	2,612	1,837	0,033	0,003	0,002	0,436	0,002	0,038

Состав и количество шлака.

1. Поступило SiO₂

Металлошихта 0,8786

Магнезитохромитовый кирпич 0,0018

Магнезитовый кирпич 0,0084

Магнезитовый порошок 0,0419

Кокс 0,072

Известь 0,1845

Плавиковый шпат 0,0124

Доломит 0,009

2. Поступило CaO

Магнезитохромитовый кирпич 0,0006

Магнезитовый кирпич 0,0073

Магнезитовый порошок 0,0262

Известь 5,27·0,85=4,4795

Плавиковый шпат 0,4·0,004=0,0016

Доломит 0,45·0,55=0,2475

3. Поступило MgO

Магнезитохромитовый кирпич 0,0198

Магнезитовый кирпич 0,2520

Магнезитовый порошок 0,9431

Известь 5,27·0,035=0,1845

Доломит 0,45·0,36=0,162

4. Поступило Al₂O₃

Магнезитохромитовый кирпич 0,0012

Магнезитовый кирпич 0,0045

Магнезитовый порошок 0,0083

Известь 5,27·0,005=0,02635

Плавиковый шпат 0,4·0,002=0,0008

Доломит 0,45·0,02=0,009

5. Поступило Cr₂O₃

Магнезитохромитовый кирпич 0,0036

6. Поступление P₂O₅

Известь 5,27·0,10=0,527

7. Поступило S

Известь 5,27·0,0013

Плавиковый шпат 0,4·0,002=0,0008

8. Поступило Fe₂O₃

Магнезитохромитовый кирпич 0,0030

Магнезитовый кирпич 0,0056

Магнезитовый порошок 0,0105

Известь 5,27·0,0035=0,0184

Плавиковый шпат 0,4·0,008=0,0032

Доломит 0,45·0,003=0,0014

Содержание оксидов железа в шлаке зависит от содержания углерода в металле и согласно данным Ф.П. Еднерала можно принять в пределах, приведенных в таблице 16.

Таблица 16 - Содержание углерода в металле

С,%	0,08-0,18	0,20-0,32	0,28-0,42	0,67-1,09
Feобщ, %	12,23	10,05	9,20	9,10

По практическим данным отношение (Fe в FeO):(Fe в Fe₂Оз) принимаем равным 2-4. В соответствии с приведенными рекомендациями принимаем, что при содержании углерода в стали в конце периода расплавления равном 1,00 % содержание оксидов железа в шлаке составит 9,10%, причем FeO будет 9,12%, а Fe₂Оз -З,11%.

Масса шлака без оксидов железа, равная согласно предыдущей таблице 8,1212 кг, составляет 87,77 %, а общая масса шлака равна:

M_шл=8,1212:0,8777=9,2528кг.

Масса оксидов железа в шлаке составит 9,2528-8,1212=1,1316 кг, из которых 0,2878 кг Fe₂Оз и 0,8438 кг FeO.

Состав образующегося шлака дан в таблице 17.

Таблица 17 - Химический состав шлака

	Si02	СаО	MgO	Al2O3	Cr2O3	S	P2O5	Fe2Оз	FeO
кг	1,2086	4,7627	1,5614	0,0502	0,0036	0,0077	0,527	0,2878	0,8438
%	13,06	51,47	16,87	0,54	0,040	0,09	5,70	3,11	9,12

Основность шлака равна CaO:SiO₂=51,47:13,06=3,94

Окислится железа, кг:

До Fe₂Оз…0,2878-0,0421=0,2457

До FeO...0,8438

Поступит железа из металла в шлак:

0,2457 ·112:160+0,8438 ·56:72=0,8282кг.

Выход годного составит:

99,17-4,74-0,8282-0,5=93,80 кг,

где 99,87-масса металлической части шихты, кг, 4,74-yгap примесей, кг, 0,8282- потери железа на образование оксидов железа в шлаке, кг, 0,5-количество железа, уносимого шлаком, кг.

Расход кислорода на окисление железа (определяется как разность между массами оксида и исходного элемента) равен:

(0,8438-0,6563)+(0,2457-0,17185)=0,2612 кг.

Расход кислорода на окисление всех примесей:

4,0596+0,2612=4,3208 кг.

Принимая коэффициент усвоения кислорода равным 0,9, определим потребное количество кислорода на 100 кг шихты:

4,3208:0,9=4,8009 кг или 4,8009·22,4:32=3,36 м³

Количество неусвоенного кислорода будет равно:

4,8009-4,3208=0,489 кг или 0,3361 м³

Кислороду сопутствует азот в количестве:

4,8009·77:23=16,0726кг или 12,8581 м³

Здесь: 77 и 23 — соответственно массовая доля азота и кислорода в воздухе.

При определении количества выделяющихся газов необходимо учесть образование СО и СО₂ (в отношении 70 и 30 %) при горении углерода электродов. Согласно практическим данным расход электродов на плавку составляет 1,71 кг/т, а из расчета на 100 кг шихты будет равен 0,171 кг, найдем, что с образованием окиси углерода сгорает углерода:

0,171·0,7=0,12 кг

и образуется СО:

0,12·28:12=0,28 кг.

С образованием С0₂ сгорает 0,171·0,3=0,051 кг С и образуется 0,051·44:12=0,188 кг СО₂.

Для горения углерода электродов требуется кислорода:

(0,28-0,12)+(0,188-0,051)=0,297 кг

Кислороду сопутствует азот в количестве:

0,297·77:23=0,994 кг.

Определим состав и количество выделяющихся газов. Результаты приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Состав газов

	кг	%
CO2	1,463+0,002+0,1557+0,188=1,8087	8,29
CO	2,1723+0,28=2,4523	11,25
O2	0,4801	2,20
N2	16,0726+0,994=17,0666	78,26
Всего	21,8077	100,00

Материальный баланс выплавляемой стали ШХ15 приведен в таблице 19.

Таблица 19 - Материальный баланс плавки

Поступило	кг	Получено	кг
Чугун передельный	29,00	Металл	93,80
Лом	70,87	Потери металла со шлаком	0,50
Известь	5,27	Газ	21,81
Футеровка	1,34	Шлак	9,25
Электроды	0,13	Fe2Оз (в дым)	4,28
Воздух	20,69	Всего	129,64
Плавиковый шпат	0,40
Доломит	0,45
Кокс	1,20
Всего	129,35
		невязка	0,29