Практична робота №21

Тема: Розрахунок десиліконізації чавуну на УДЧ.

Мета: Відпрацювання методики розрахунку

Теоретична частина

Конвертерний процес вимагає постачання чавуну з малими відхиленнями від оптимального хімічного складу і температури, що потрібно для стабілізації кон-вертерної плавки. Особливість конвертера в тому, що весь процес заснований на теплі екзотермічних реакцій, і при цьому відсутня можливість додаткового нагрі-

вання металу, тим паче, що плавка йде у короткий час 35-40 хвилин.

Тому головними факторами теплового балансу плавки є зміст кремнію, вугле-цю, сірки і температури чавуну. Від цього залежить шихтовка плавки зі складови-ми чавун/скрап і шлакоутворюючі матеріали. Зміст кремнію також суттєво впливає на стійкість основної футерівки конвертера. Тому зміст кремнію у чавуні повинен бути оптимальний і з малими відхиленнями.

Технологічними інструкціями мартенівського цеху ВАТ „АМК” зміст кремнію в переробному чавуні марки П-1 0,5 – 0,9, в П-2 до 0,5%, але поступає чавун зі змістом кремнію 1,0,-1,5, а то і до 2,0%, що викликає проблеми з зайвими витратами шлакоутворюючих матеріалів, зношення футерівки мартенівської печі 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 світовому досвіді навіть при використанні сучасних заходів ве-дення доменної плавки, а тим паче при поставці рудних матеріалів і коксу з інших місць і при використанні рідкого чавуну від декількох доменних печей перемінно.

При мартенівському процесі на ВАТ „АМК” чавун усереднюється у 2-х міксерах об’ємом по 2500т, що полегшує рішення цього питання.

При впровадженні конвертерного комплексу чавун буде постачатись до конвер-тора 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 десульфурації. При потребі передбачена і додаткова запічна десульфурація сталі.

Проблема виникає і з кремнієм. Ще в 1990р на ВАТ „АМК” на стадії проектування були розробки технології десиліконізації чавуну на жолобі доменної печі. Але проект не здійснився з причин перебудови держави. Зараз та розроблена схема не запевнює у її технологічності. Більш досконала - десиліконізація на устрою десульфурації чавуну, тільки іншими реагентами.

Десиліконізація за всесвітнім досвідом здійснюється залізною рудою, окали-ною, 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 нагревається на 40^оС, що дає запас тепла і на подальшу при потребі десульфурацію. Таким чином, можливо поєднати процеси десиліконізації і десульфурації у одному агрегаті.

Практична частина

З метою стабілізації конвертерної плавки, зниження витрат вапна, підвищення

стійкості футерівки конвертера, плавки по малошлаковій технології за принципами

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

1. Чавун випущений з завишеним змістом кремнію 1,0%, що для конвертерної

плавки недопустимо.

2. В чавуні достатньо високий зміст 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 змісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5%

Для десиліконізації чавуну використовуємо прокатну окалину з цеху гарячої прокатки тонкого листа зі змістом 90% Fе₂О₃ і 10% FеО, і обпалене вапно у спів-відношенні 4 : 1, які вдуваються в 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 складе, 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:

2,969кг/100кг,

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/100кг, 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 окис-лювального характеру процесу десиліконізації і невисокій основності шлаку.

Дефосфорація чавуну також неможлива при змісту 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 зміст кремнію, вуглецю, марганцю на 0,500, 0,200 і 0,100 кг відповідно.

Переходить в метал від окалини зі врахуванням зниження змісту 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 1,236 кг/100кг металу.

Таблиця 3. Матеріальний баланс десиліконізації чавуну

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

Нев’язання = 0.

Витрати десиліконізаторів для зниження змісту 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 змісту 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 (не відповідають) практиці

конвертерних цехів.