Практична робота №2

Тема: Розрахунок матеріального балансу киснево-конверторної плавки.

Початкові дані

Таблиця №1 – Хімічний склад чавуну, скрапу, металу, перед розкислюванням і готової сталі 3 сп %

Найменування матеріалу	С	Si	Mn	P	S
Чавун передільний 73%	4,32	0,69	1,38	0,13	0,05
Скрап 27%	0,19	0,27	0,46	0,03	0,04
Метал перед розкислюванням	0,17	0	0,16	0,01	0,03
ST52-3	0,17 – 0,20	0,15 – 0,30	1,35 – 1,6	н.б.0,02	н.б.0,015

Таблиця 2 – Хімічний склад вапно, плавикового шпату, руди і футерування %

Найменування матеріалу	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	CaF2	H2O
Вапно	2.0	91.0	1.0	1.5	-	-	0.5	4.0
Плавиковий шпат	4,2	2,1	-	0,8	-	89,4	-	3,5
Залізняк	7,1	1,0	0,2	4,6	86,0	-	1,1	-
Смолодоломітовий цеглина	2,0	58,0	36,5	1,5	2,0	-	-	-

Витрата чавуну складає 73% від маси металевої шихти, витрата скрапу - 27%.

Витрата залізняку для прискорення шлакоутворення і коректування температури металу - 1,5% від маси металошихти (звичайно складає 1-2%).

Температура чавуну при заливці в конвертер 1315°С.

Температура стали перед випуском 1610°С.

Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти (чавун + скрап). Визначаємо середній склад металевої шихти %

Для чавуна

С 73/100×4,32=3,154

Mn 73/100×1.38=1,007

Si 73/100×0.69=0,504

P 73/100×0,13=0,095

S 73/100×0,05=0,036 ці дані внесемо в таблицю 3

Для скрапа

С 27/100×0,19=0,051

Mn 27/100×0,46=0,124

Si 27/100×0,27=0,073

P 27/100×0,03=0,008

S 27/100×0,04=0,0108 ці дані внесемо в таблицю 3

Таблиця 3 – Визначаємо середній склад металевої шихти, кг.

	С	Mn	Si	р	s
Чавун	3,154	1,007	0,504	0,095	0,036
Скрап	0,051	0,124	0,073	0,008	0,0108
Середній склад	3,205	1,131	0,577	0,103	0,0468

Визначаємо скільки віддаляється домішок на 100кг металу, кг

С 3,205-0,15×0,9 = 3, 07

Mn 1,131-0,16×0,9 = 0,987

Si 0,577

P 0,103-0,01×0,9 = 0,094

S 0,0468 – 0,03×0,9 = 0,0198

Fe(у дим) 1,2

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

Чад домішок 5,948

Вихід сталі приймаємо рівним 0,9.

Втрати заліза випаровуванням звичайно складають 0,8 – 1,6%.

Приймаємо 1,2%

Приймаємо, що при продування ванни киснем 10% S вигоряє до SO₂, тобто окислюється:

0,0468 /10 = 0,0047=0,005кг сірки

Витрата кисню на окислення домішок складає, кг:

C – CO₂ 3,07 ×0.1×32/12 = 0,819

C – CO 3,07×0.9×16/12 = 3,684

Si – SiO₂ 0.577×32/28 = 0,659

Mn – MnO 0,987×16/55 = 0.287

S – SO₂ 0,005×32/32 = 0,005

P – P₂O₅ 0,094×80/62 = 0,121

Fe – Fe₂O₃ 1,200×48/112 = 0,514

6,089

Приймаємо, що 90% С окислюється до СО, а 10% до CO₂

Утворюється маса оксидів, кг

CO₂ 3,07×0,1 × 44/12 = 1,126

CO 3,07×0,9× 28/12 = 6,447

SiO₂ 0,987×60/28 = 1,236

MnO 0,094×71/55 =1,274

P₂O₅ 0,101×142/62 = 0,215

SO₂ 0,005×64/32 = 0,010

Fe₂O₃ 1,2×160/112 = 1,714

У шлак переходить сірки, кг

0,0198 – 0,005 = 0,015

Під час переходу сірки в шлак звільняється кисню, кг

0,015/2 = 0,0075

Витрата кисню складає, кг

6,089-0,0075=6,082

Витрата вапно визначаємо по балансу СаО і SiO₂ у шлаку для отримання основності 3,2 (основність шлаку повинна складати від 2,8 до 3,5). Для формування шлаку приймаємо витрату плавикового шпату рівним 0,3 кг За даними практики вітчизняних і зарубіжних заводів витрата разжижителей звичайно складає:

а) бокситу 0,6 - 1,2%;

б) плавикового шпату 0,2 - 0,6%.

Витрата (знос) футерування коливається в межах 0,8-1,2% від маси металошихти. Приймаємо витрату футерування рівним 1,1% або 1,1 кг на 100 кг металошихти.

Витрати вапна позначимо через х.

Кількість СаО в кінцевому шлаку, що поступає з матеріалів, складе, кг

Футерування 1,1/100×58 = 0,638

Залізняк 1,5/100×1,0 = 0,015

Плавиковий шпат 0,3/100×2,1 = 0,006

Вапно х/100×91 = 0,91х

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

Всього 0,6593+0,91х

SiO₂ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Металева шихта 1,236

Залізняк 1,5/100×7,1 = 0,106

Плавиковий шпат 0,3/100×4,2 = 0,013

Футерування 1,1/100×2,0 = 0,022

Вапно х/100×2,0 = 0,02х

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

Всього 1,377+0,02х

MgО в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165

Залізняк 1,5/100×36,5 = 0,402

Вапно х/100×1,0 = 0,01х

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

Всього 0,4185 +0,01х

Al₂O₃ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165

Залізняк 1,5/100×4,6 = 0,069

Вапно х/100×1,5 = 0,015х

Плавиковий шпат 0,3/100×0,8 = 0,0024

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

Всього 0,0879 +0,05х

Fe₂O₃ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,5/100×86,0 = 1,29

Залізняк 1,1/100×2,0 = 0,022

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

Всього 1,312

СаF₂ в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Плавиковий шпат 0,3/100×89,4 = 0,2682

СО₂ в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Плавиковий шпат 0,3/100×3,5 = 0,0105

Вапно х/100×4,0 = 0,04х

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

Всього 0,0105+0,04х

Замість СаО і SiO₂ підставляємо їх значення і визначаємо витрату вапно

0,659+0,91х = 3,2(1,377+0,02х)

0,659+0,91х = 4,4064+0,064х

0,659 - 4,4064 = 0,064х - 0,91х

-3,7474 = -0,846 х

Х = -3,7474/-0,846

Х = 4,429

Металева шихта, залізняк, плавиковий шпат, вапно і футерування вносять в шлак, кг(таблиця 4).

Таблиця 4 – складові шлаку, кг

	Матеріали					Всього
	Мет шихта	Залізна руда	Футеровка	Плавиков. шпат	Вапно / Х /
SiO2	1,236	0,106	0,022	0,013	0,088	1,465
CaO	-	0,015	0,638	0,006	4,030	4,689
MgO	-	0,003	0,402	-	0,044	0,449
Al2O3	-	0,069	0,016	0,002	0,221	0,308
SiO2	0,015	-	-	-	-	0,015
MnO	1,274	-	-	-	-	1,274
P2O5	0,215	-	-	-	-	0,215
Fe2O3	-	1,29	0,022	-	-	1,312
CaF2	-	-	-	0,2682	-	0,268
∑	2,74	1,483	1,100	0,289	4,983	9,995

У вапно міститься

4,43/100×0,5=0,022 кг Н₂О

4,43/100×4,0=0,172 кг СО₂

Плавиковий шпат містить

0,3/100×3,5=0,011 СО₂

Залізняк містить

1,5/100×1,1=0,016 кгН₂О

Маса шлаку без оксидів заліза складає, кг

9,995- 1,312 = 8,683

Залежно від режиму продування, основності кінцевого шлаку і зміст “ С ” у металі в кінці продування плавки відношення FeO (у %) до Fe₂O₃ (у %) у шлаку звичайно коливається в межах 1,5 – 3,0.

Приймаємо вміст оксидів заліза в шлаку 12% FeO і Fe₂O₃ 5% , тоді маса оксидів шлаку без FeO і Fe₂O₃ буде складати 83%.

Маса шлаку рівна, кг 8,683/83 × 100=10,461

Розраховуємо хімічний склад кінцевого шлаку, кг/ перший стовпчик беремо із таблиці 4, /останній стовпчик/.

% SiO₂ 1,465 / 10,461×100 =14,004

%СаО 4,689/ 10,461× 100 =44,823

% MgO 0,449 / 10,461× 100 =4,292

% Al₂O₃ 0,308 / 10,461×100 =2,944

%S 0,015/ 10,461× 100 =0,143

% MnO 1,274/ 10,461×100 =12,178

% P₂O₅ 0,215 / 10,461× 100 =2,055

% CaF₂ 0,268 / 10,461× 100 =2,562

% FeO 12,00

% Fe₂O₃ 5,00

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

Всього 100

Таблиця 5- Хім. склад кінцевого шлаку, %

SiO2	СаО	MgO	Al2O3	S	MnO	P2O5	CaF2	FeO	Fe2O3
14,004	44,823	4,292	2,944	0,143	12,178	2,055	2,562	12	5	100

Фактична основність кінцевого шлаку

тобто відповідає заданою (допустимо на 0,05)

Маса оксидів заліза складає

10,461-8,683=1,798 кг, зокрема

FeO = 10,461/ 100×12 = 1,255

і

Fe₂O₃ = 1,798 - 1,255 = 0,523

Приймаємо, що 90% що вноситься рудою і футеруванням Fe₂O₃ відновлюється до заліза, а 10 % - до FeO

Відновлення Fe₂O₃ до заліза дає, кг

а) кисень 1,312 × 0,9×48/160 = 0,354

б) заліза 1,312 ×0,9 - 0,354 = 0,827

Відновлення Fe₂O₃ до FeO дає, кг

а) кисню 1,312×0,1×16/160 = 0,013

б) FeO 1,312×0,1-0,013 = 0,1118

Ця кількість FeO поступає в шлак.

В результаті окислення заліза утворюється, кг

FeO 1,255 - 0,118 = 1,137

Fe₂O₃ 0,523

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

Всього 1,66

Окислюється заліза, кг

(1,137×56/72) + (0,523×112/160 )=0,884+0,366= 1,25

Втрати заліза у вигляді корольків металу, що заплуталися в шлаку (коливається в межах 6 – 10% від маси шлаку). Приймаємо 8%, тоді втрати складуть:

10,461/100×8 = 0,836

Вихід сталі рівний, кг

100 + 0,827 - 5,948 - 1,25 – 1,0 – 0,836 = 91,793

де 1,0 – втрати металу з викидами (коливається в межах 0,5 – 1,1% від маси металошихти);

6,293-чад домішок;

1,25 - окислюється заліза;

0,87- втрати заліза у вигляді корольків металу

0,827- відновлення Fe₂O₃ до заліза

Буде потрібно кисню на окислення заліза, кг

1,66 - 1,25 = 0,41

Всього буде потрібно кисню на окислення домішок і заліза, кг

6,082+ 0,41– (0,354+0,013) = 6,125

Приймаємо технічний кисень що містить 99,5% О₂ і 0,5% N₂ .

Буде потрібно технічного кисню при 95% засвоєнні, м³

Кількість незасвоєного кисню рівна 4,504×0,05 = 0,225 м³ або 0,225×32/22,4 = 0,321 кг

Кількість азоту рівна 4,504×0,005=0,022 м³ або 0,022×28/22,4=0,027 кг

Маса технічного кисню рівна, кг 6,125 + 0,321 + 0,027= 6,473

Таблиця 6 Склад і кількість газів

Складаючи	кг	М^3	%
1	2	3	4
СО2	1,126+0,177+0,011 = 1,314	0,668	10,907
СО	6,447	5,158	84,226
Н2О	0,022+0,015 = 0,037	0,047	0,767
О2	0,321	0,225	3,674
N2	0,027	0,022	0,359
SO2	0,010	0,0035	0,057
Разом	8,156	6,124	100

Для розрахунку третього стовпчика м³ таблиці 6 необхідно:

СО₂ 1,314×22,4/44=0,668

СО 6,124×22,4/28=5,158

Н₂О 0,037×22,4/18=0,047

О₂ 0,321×22,4/32=0,225

N₂ 0,027×22,4/28=0,022

SO₂ 0,010×22,4/64=0,0035

Для розрахунку четвертого стовпчика, % таблиці 6 необхідно:

СО₂ 0,668×100/6,124=10,907

СО 5,158×100/6,124=84,226

Н₂О 0,047×100/6,124=0,767

О₂ 0,225×100/6,124=3,674

N₂ 0,022×100/6,124=0,359

SO₂ 0,005×100/6,124=0,057

Таблиця 7-Матеріальний баланс плавки

Поступило, кг		%	Одержано, кг		%
Чавуну	73,00	70,09	Стали	91,793	80,08
Скрапу	27,00	17,52	Корольків	0,836	0,74
Залізняку	1,500	1,31	металу у викидах	1,000	0,87
Плавикового шпату	0,300	0,26	Шлаку	10,461	9,36
Вапно	4,429	3,92	Газів	8,156	7,43
Футерування	1,100	0,96	Fe2O3 (у дим)	1,714	1,50
Техн.. кисню	6,473	5,92
Всього	113,902	100	Всього	113,906	100

Незв'язність що в межах допустимого.

Допустимо до 0,20%

Додаток 2

Данні для розрахунку матеріального балансу конверторної плавки

Варіант	Доля чувуну	Зміст чавуну, %					Доля скрапа	Зміст скрапа, %
		С	Мn	Si	S	P		С	Мn	Si	S	P
1	75	4,10	1,56	0,7	0,13	0,05	25	0,20	0,42	0,23	0,04	0,03
2	74	4,11	1,55	0,71	0,14	0,05	26	0,21	0,44	0,22	0.04	0,03
3	73	4,09	1,53	0,72	0,14	0,06	27	0,22	0,44	0,22	0,04	0,03
4	72	4,09	1,48	0,73	0,13	0,06	28	0,20	0.43	0,23	0,04	0,03
5	71	4,12	1,54	0,74	0,14	0,05	29	0,16	0,44	0,24	0.04	0,03
6	70	4,11	1,55	0,65	0,13	0,06	30	0,19	0,45	0,25	0,04	0,03
7	69	4,09	1,56	0,66	0,13	0,05	31	0,19	0,46	0,26	0,04	0,03
8	68	4,14	1,56	0,69	0,13	0,06	32	0,17	0,47	0,24	0,04	0,03
9	65	4,13	1,58	0,68	0,12	0,05	35	0,18	0,48	0,24	0,04	0,03
10	75	4,12	1,59	0,69	0,13	0,06	25	0,19	0,49	0,23	0,04	0,03
11	74	4,12	1,55	0,65	0,13	0,05	26	0,18	0,50	0,25	0,03	0,03
12	73	4,13	1,56	0,71	0,12	0,05	27	0,16	0,51	0,24	0,03	0,03
13	72	4,12	1,57	0,69	0,13	0,05	28	0,19	0,52	0,22	0,03	0,03
14	71	4,12	1,57	0,68	0,13	0,06	29	0,19	0,53	0,23	0,03	0,03
15	70	4,12	1,57	0,65	0,12	0,05	30	0,19	0,49	0,24	0,03	0,03
16	69	4,13	1,58	0,66	0,13	0,05	31	0,17	0,44	0,21	0,04	0,03
17	68	4,13	1,49	0,66	0,13	0,06	32	0,18	0,45	0,22	0,04	0,03
18	65	4,14	1,60	0,67	0,12	0,05	35	0,18	0,44	0,23	0,04	0,03
19	75	4,14	1,58	0,68	0,13	0,05	25	0,18	0,44	0,23	0,04	0,03
20	74	4,15	1,56	0,69	0,13	0,05	26	0,19	0,45	0,25	0,04	0,03
21	73	4,15	1,55	0,69	0,12	0,05	27	0,18	0,45	0,23	0.04	0,04
22	72	4,16	1,55	0,68	0,13	0,06	28	0,18	0,46	0,23	0,041	0,04
23	71	4,16	1,60	0,66	0,12	0,05	29	0,18	0,46	0,22	0,042	0,04
24	70	4,17	1,55	0,67	0,13	0,05	30	0,17	0,46	0,23	0.043	0,04
25	69	4,15	1,55	0,68	0,13	0,06	31	0,18	0,46	0,24	0,044	0,04

Додаток 3

Масовий зміст елементів у сталі

Варіант	Марка сталі	Масовий зміст елементів у готовій сталі
		С	Мп	Si	S	Р
					не більш	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	0,17-0,24	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-О,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
S	St44-2	0,15-О,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	0.14-0.22	0,85-І,21	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	LRA	О,14-0,22	0,30-0,60	0.17-0.37	0,030	0,040
23	ЗПС	0,14-О,22	0,40-0,65	0,05-0,17	0,050	0,040
24	SS400	0.14-0.22	0.40-0.60	0,17-0,37	0,030	0,030
25	30	0,27-0,35	0,50-0,80	0,17-0,37	0,040	0,035