Практична робота № 11 Тема: Розрахунок шихти і матеріального балансу в двохванному сталеплавильному агрегаті.

Мета роботи:

Закрепи та углибити знання по розділу «виробництво сталі у мартенівських печах» програми предмету.

Навчитися правильно розраховувати приходні та розхідні статки матеріального балансу плавки в двухванному сталеплавильному агрегаті прямоточного типу.

Використовувати отримані знання при виконанні курсових та дипломних проектів.

Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти. Початкові данні в додатку.

При постанові матеріального балансу слід прийняти:

- розхід переробного чавуну

- марку сталі і масову долю елементів в ній

- масовий вміст компонентів в неметалевій часті шихти.

При розрахунку роботи потрібно знайти:

- середній состав металевої шихти

- кількість домі шків видоляїмих з неї

- втрати заліза випарюванням (в дим)

- кількість вигоренної сірки

- розхід кисню на окислення домі шків

- масу оксидів, що утворюються

- розхід вапна

- зміст кінцевого шлаку

- вихід жито кого заліза

- кількість газів, що утворилися.

По результатам розрахунків здійснюється сполучний баланс приходу та розходу матеріалів та компонентів, які утворюються при проведенні плавки, перед розкисленням плавки.

Розрахунок матеріального балансу плавки.

Склад початкових матеріалів приймаємо із заводських даних у рамках ГОСТу та утверджених технічних умов заводу.

Витрати чавуна приймаємо 65%, скрапу 35%.

Таблиця 1 – Хімічний. склад металевої часті шихти

Марка сталі	Масовий склад елементів в %.
	С	Mn	Si	Не більш
				P	S
А 572 - 50	0,14-0,20	0,85-1,25	0,15-0,40	н.б.0,040	н.б.0,050

Таблиця 2 - Хімічний состав металічної частини шихти, сталі перед розкисленням .

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
	С	Mn	Si	P	S
Чавун передільний 65%	4,14	1,22	0,84	0,14	0,044
Скрап 35%	0,16	0,44	0,24	0,034	0,031
Сталь перед розкисленням	0,14	0,15	0	0,012	0,022

Таблиця 3 – хімічний склад не металевих матеріалів, %

Матеріал	Масовий склад елементів в %.
	SiO2		CaO	MgO		Al2O3		Fe2O3	Cr2O2			H2O	СО2
Вапно	2,0		86,00	3,00		2,00		-	-			1,00	6,00
Доломіт		3,00	53,00		36,00		2,60	2,00		-	-		3,40
Магнезит		4,50	1,50		66,50		4,00	12,70		10,50	-		0,30
Боксит		10,00	4,00		-		54,00	25,00		-	7,00		-

Розрахунок шихти плавки.

Розрахунок ведемо на 100 кг метало шихти.

Визначаємо середній склад металевої шихти.

Для чавуна

С 64/100×4,14= 2,649

Si 64/100×0,84=0,5376

Mn 64/100×1,22=0,7808

P 64/100×0,14=0,0896

S 64/100×0,044=0,02816

Для скрапа

С 36/100×0,16= 0,057

Si 36/100×0,24=0,086

Mn 36/100×0,44=0,158

P 36/100×0,034=0,012

S 36/100×0,031=0,011

Таблиця 4 – середній склад металевої шихти

	С	Mn	Si	P	S
Чавун вносить	2,649	0,780	0,537	0,089	0,028
Скрап вносить	0,057	0,158	0,086	0,012	0,011
Середній склад(сума)	2,708	0,938	0,623	0,101	0,039

Визначаємо скільки видалиться сумішей із ванни на 100 кг металу за весь період плавки.

С 2,708-0,14×0,9 = 2,582

Mn 0,938-0,15 ×0,9 = 0,803

Si 0,623

P 0,095-0,012×0,9 = 0,090

S 0,039-0,022×0,9 = 0,0192

Fe (в дим) приймаємо = 1,1

---------------------------------------------------------------

Всього 5,217

Вихід сталі приймаємо рівним 0,9. Втрати заліза випаренням при продувці ванни технічним киснем приймаємо рівним 1,1%. При цьому 10% S випалюється до SО ₂ тобто окислюється:

0,039/10=0,0039=0,004 кг. сірки.

Розхід кисню на окислення сумішей складе, кг:

C – CO₂ 2,582×32/12 = 6,885

Si – SiO₂ 0,623×32/28 = 0,712

Mn – MnO 0,803×16/55 = 0,234

S – SO₂ 0,004×32/32 = 0,004

P – P₂O₅ 0,090×80/62 = 0,116

Fe – Fe₂O₃ /в дим/ 1,1×48/112 =0,471

8,422

Виділиться із ванни СО окислюється в робочім просторі печі до СО₂ .

Приймаємо, що 70% вуглецю окислиться до СО₂ , а залишившиєся СО допалиться в вертикальному каналі.

CO₂ 2,582×44/12 =9,467

SiO₂ 0,623×60/28 = 1,335

MnO 0,803×71/55 = 1,036

P₂O₅ 0,090×142/62 = 0,206

SO₂ 0,004×64/32 = 0,008

Fe₂O₃ 1,1×160/112 = 1,571

Перехід сірки до шлаку, кг:

0,0193-0,004 = 0,015

При цьому визволяється кисню, кг:

0,015 /2 = 0,007

Розхід кисню складе:

8,422-0,007= 8,415

Визначення розходу вапна

Розхід вапна визначаємо з балансу СаО та SiO₂ в шлаку для отримання основності 2,6. Для формування шлаку приймаємо розхід бокситу дорівнює 0,4. розхід футеровки в практичних умовах складе:

доломіту 1,5-2,0%, магнезиту 0,07-0,2% від маси метало шихти.

Приймаємо розхід доломіту рівним 1,7кг, магнезиту 0,1 кг на 100 кг метало шихти.

Розхід вапна позначаємо через х. кількість СаО у шлаку , поступаючи з матеріалів, складе, кг:

СаО

доломіт 1,7/100×53 =0,901

магнезит 0,1/100×1,5 =0,002

боксит 0,4/100×4,0 =0,016

вапно х/100×86,0 =0,86

-----------------------------------------------

усього 0,918+0,86х

SiО₂

Метало шихта 1,215

Боксит 0,4/100×10,0 =0,051

Доломіт 1,7/100×3,0 =0,051

Магнезит 0,1/100×4,5 =0,005

Вапно х/100×2,0 =0,02х

------------------------------------------------

Усього 1,442+0,02х

Al₂O₃

Боксит 0,4/100×54 =0,216

Доломіт 1,7/100×2,6 =0,0442

Магнезит 0,1/100×4,0 =0,004

Вапно х/100×2,0 =0,02x

------------------------------------------------------

Усього 0,2642+0,02х

MgО

Доломіт 1,7/100×36,0 =0,612

Магнезит 0,1/100×66,5 =0,067

Вапно х/100×3,0 =0,03х

-----------------------------------------------------

Усього 0,6785+0,03х

Fe₂O₃

Боксит 0,4/100×25,0 =0,1

Доломіт 1,7/100×2,0 =0,034

Магнезит 0,1/100×12.7 =0.0127

------------------------------------------------------

Усього 0.1467

Cr₂O₃

Магнезит 0,1/100×10,50 =0,0105

Замість СаО і SiО₂ підставимо їх значення і знайдемо розхід вапна:

0,918+0,86х = 2,6(1,422+0,02х)

0,918+0,86х = 3,749+0,052х

0,918 - 3,749 = 0,052х - 0,86х

-2,831 = -0,808 х

Х = 2,831/0,808

Х = 3,504

Металева шихта, вапно, боксит та футеровка вносить у шлак, кг:

Таблиця 5 – вміст шлаку

оксиди	Матеріали						Усього
	Метало-шихта	Боксит		Доломіт	Магнезит	Вапно /х/
SiO2	1,335		0,040	0,051	0,005	0,07	1,501
CaO	-		0,016	0,901	0,002	3,013	3,932
MgO	-		-	0,612	0,067	0,105	0,784
Al2O3	-		0,216	0,044	0,004	0,07	0,334
S	0,015		-	-	-	-	0,015
MnO	1,036		-	-	-	-	1,036
P2O5	0,206		-	-	-	-	0,206
Fe2O3	-		0,100	0,034	0,013	-	0,147
Cг2О2	-		-	-	0,011	-	0,011
∑	2,592		0,372	1,642	0,102	3,258	7,966

Крім того у вапні міститься:

3,504/100×6,0= 0,210 кг СО₂

3,504/100×1,0= 0,035 кг Н₂О

В опаленому доломіті :

1,7/100×3,4= 0,058 кг СО₂

У магнезиті :

0,1/100×0,3= 0,0003 кг СО₂

У бокситі :

0,4/100×7,0= 0,028 кг Н₂О

Маса шлаку без оксидів заліза складе, кг:

7,966-0,147=7,819

Приймає склад окислів заліза в шлаку16% FeO і 6% Fe₂O₃ , тоді маса окислів без FeO і Fe₂O₃ буде складати 78%.

Маса шлаку равна, кг:

7,819/78×100=10,024

Робемо розрахунок для таблиці 6

% SiO₂ 1,501/ 10,024× 100 = 14,97%

%СаО 3,932 / 10,024×100 = 39,23%

% MgO 0,784 / 910,024× 100 =7,82%

% Al₂O₃ 0,334 / 10,024× 100 =3,33%

%S 0,015 / 10,024×100 =0,15%

% MnO 1,036/10,024× 100 =10,34%

% P₂O₅ 0,206 / 10,024× 100 =2,06%

% Cг₂F₂ 0,011 / 10,024× 100 =0,12%

% FeO =16,00%

% Fe₂O₃ = 6,00%

Усього 100%

Таблиця 6 – хімічний склад кінцевого шлаку, %

SiO2	СаО	MgO	Al2O3	S	MnO	P2O5	Cг2F2	FeO	Fe2O3	∑
14,97	39,23	7,82	3,33	0,15	10,34	2,06	0,12	16,00	6,00	100

Фактична основність шлаку

Тобто відповідає заданої (допускається відхилення на ± 0,05)

Маса окислів заліза у шлаку складе:

10,024-7,819=2,205 в том числі

FeO = 10,024/100×16 =1,604 кг

Fe₂O₃ = 2,205-1,604 =0,601 кг

Приймаємо, що 90% вноситься бокситом у футеровки Fe₂O₃ востановлюється до заліза, а 10% до FeO

Востановлення Fe₂O₃ до заліза дає, кг:

- кисень 0,147×0,9×48/100 =0,040

- залізо 0,147×0,9-0,04 =0,092

Востановлення Fe₂O₃ до FeO дає, кг:

- кисень 0,147×0,1×16/100 =0,001

- FeO 0,147×0,1-0,001 =0,014

Ця кількість FeO поступає у шлак.

В зразку окислення заліза виникає, кг:

FeO 1,604-0,014 =1,59

Fe₂O₃ 0,601

----------------------------------------------------

Усього 2,191

Окислюється заліза, кг:

1,59×56/72+ 0,601×112/160 =1,657

Визначаємо втрати заліза у виді корольків заліза, заплутавшихся у межах 4-6 % від маси металошихти, приймаємо 3 %

Вихід сталі дорівнюється, кг :

100+0,092-5,217-1,657-0,284 =92,934

Потреби кисню на окислення заліза, кг

2,191-1,657=0,534

Усього знадобиться кисню на окислення заліза та сумішей, кг

8,422+0,534-(0,040+0,001) = 8,915

Цей кисень поступає із фурм і атмосфери печі.

Кількість утворюючих газів, кг:

СО₂ 9,467+0,185+0,058 =9,71

Н₂О 0,031+0,028 =0,063

SO₂ 0,008

--------------------------------------------

Усього 9,781

Таблиця 7 – матеріальний баланс плавки

Матеріальний баланс плавки
Поступило, кг Чавун 64,00 Скрап 36,00 Вапно 3,504 Боксит 0,4 Доломіт 1,7 Магнезит 0,1 Кисень 8,915	Получено, кг Сталь 92,934 Корольків 0,3 Шлаку 10,024 Газів 9,781 Fe2O3 (дим) 1,571
Всього 114,61	114,619

Нев’язка (допустимо до 0,20%).

Додаток10

Завдання для розрахунку матеріального балансу в ДСА

№ варіанта	Доля чавуну	Состав чугуна, %					Доля скрапа	Состав скрапа, %
		С	Мn	Si	S	P		С	Мn	Si	S	P
1	60	3,95	1,3	0,74	0,036	0,16	40	0,2	0,40	0,23	0,029	0,025
2	61	3,89	1,26	0,71	0,031	0,15	39	0,21	0,41	0,21	0,032	0,024
3	62	3,87	1,33	0,72	0,032	0,16	38	0,22	0,42	0,21	0,031	0,025
4	63	3,79	1,23	0,73	0,033	015	37	0,.23	0,43	0,21	0,031	0,023
5	64	3.,97	1,23	0,74	0,034	0,16	36	0,.24	0,44	0,22	0,031	0,024
6	65	3,86	1,32	0,75	0,035	015	35	0,20	0,45	0,23	0,025	0,025
7	66	3,80	1,33	0,76	0,036	0,15	34	0,16	0,46	0,23	0,026	0,026
8	67	3,91	1,25	0.77	0,037	0,16	33	0,18	0,47	0,22	0,027	0,027
9	68	3,93	1,25	0,78	0,038	0,16	32	0,17	0,48	0,22	0,028	0,028
10	69	4,00	1,29	0,79	0,039	0,15	31	0,16	0,49	0,19	0,029	0,029
11	60	4,05	1,26	0,80	0,040	0,16	40	0,16	0,50	0,20	0,030	0,030
12	61	4,10	1,25	0,81	0,041	0,16	39	0,19	0,51	0,21	0,031	0,031
13	62	4,.05	1,23	0,82	0,042	0,16	38	0,19	0,52	0,22	0,032	0,032
14	63	4,12	1,28	0,83	0.043	0,12	37	0,17	0,53	0,23	0,030	0,033
15	64	4,11	1,22	0,84	0,044	0,14	36	0,16	0,44	0,24	0,031	0,034
16	65	4,03	1.25	0,71	0,040	0,13	35	0,18	0,45	0,25	0.026	0,030
17	66	4,01	1,30	0,72	0,033	0.14	34	0,16	0,45	0,26	0,031	0,025
18	67	4,01	1,22	0,74	0,036	0,14	33	0,18	0,45	0,27	0,031	0,030
19	68	4,00	1,30	071	0,036	0,15	32	0,18	0,45	0,22	0,031	0,025
20	69	4,01	1,26	0,71	0,036	0,15	31	0,18	0,47	0,23	0,026	0,026
21	60	4,0.5	1,31	0,71	0,034	0,14	40	0,15	0,45	0,21	0,025	0,025
22	61	3,98	1.55	0,71	0,034	0,16	39	0,18	0,44	0,22	0,028	0,025
23	62	4,00	1,33	0,75	0,035	0.16	38	0,17	0,44	0,22	0,026	0,025
24	63	3,96	1,33	0,75	0,035	0.17	37	0,17	0,41	0,22	0.026	0,026
25	64	4,01	1,25	0,75	0,036	0.17	36	0,18	0,41	0,22	0,028	0,025

Додаток 10а

Завдання для розрахунку матеріального балансу в ДСА

	Марка сталі	С	Мп	Si	S не більш	Р не більш
1	Зсп	0,14- 0,20	0,40-0,65	0,15-0,30	0,050	0,040
2	5сп	0,28-0,37	0,50-0,80	0,20-0,40	0,050	0,040
3	10	0,07-0,14	0,35-0,65	0,17-0,37	0,040	0,035
4	20	0,16-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	0,040	0,035
5	А515-6	0,14-0,21	0,60-0,90	0,15-0,40	0,035	0,035
6	А36	0,15-0,20	0,85-1,15	0,17-0,37	0,040	0,040
7	St 37-2	0,12-0,17	0,40-0,60	0,15-0.30	0,035	0,035
8	St44-2	0,15-0,20	0,40-0,60	0,10-0,25	0,040	0,040
9	15Г	0,12-0,19	0,70-1,00	0,17-0,37	0,035	0,035
10	St 52-3	0,15-0,20	1,2-1,60	0,35-0,55	0,030	0,035
11	17ГС	0,14-0,20	1,00-1,40	0,40-0,60	0,030	0,030
12	А	0,17-0,21	0,40-1,00	0,15-0,30	0,040	0,040
13	Е	0,13-0,18	0,70-1,40	0,15-0,30	0,040	0,040
14	D40	0,12-0,18	0,90-1,60	0,15-0,30	0,035	0,035
15	А 572-50	0,14-0,20	0,85-1,25	0,15-0,40	0,050	0,040
16	А 516-55	0,12-0,18	0,60-0,90	0,15-0,40	0,035	0,035
17	А 516-70	0,16-0,20	0,85-1,20	0,15-0,40	0,035	0,035
18	АВ/ЕН	0,12-0,18	1,20-1,60	0,17-0,50	0,040	0,040
19	А 572-65	0,14-0,23	0,90-1,30	0,15-0,40	0,050	0,040
20	А 572-60	0,14-0,25	0,90-1,30	0,15-0,40	0,050	0,040
21	А 572-42	0,14-0,20	0,85-1,25	0,15-0,40	0,050	0,040
22	ЗКП	0,14-0,22	0,30-0,60	н.б.0,07	0,050	0,040
23	ЗПС	0,14-0,22	0,40-0,65	0,05-0,17	0,050	0,040
24	08КП	0,05-0,11	0,25-0,50	0,17-0,37	0,050	0,040
25	30	0,27-0,35	0,50-0,80	0,17-0,37	0,040	0,035