- •Практична робота №1
- •Теоретична частина
- •Практична робота №2
- •Практична робота №3
- •Практична робота №4
- •Практична робота №5
- •Тема: Розкислення спокійної сталі на устрою ківш-піч.
- •Приклад розрахунку:
- •Тема: Розкислення низьковуглецевої низьколегованої сталі на вакууматорі.
- •Практична робота №6
- •Практична робота №7 Тема: Розрахунок додаткової десульфурації сталі порошковим дротом в вакууматорі.
- •Практична частина
- •Практична робота №8 Тема: Розрахунок зневуглецюванням сталі на вакууматорі.
- •Практична робота №9
- •Практична робота №10 Тема: Відхилення від технології мартенівської плавки, зайвий вуглець.
- •Література
Практична робота №6
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:
-
Вміст вуглецю
-
Вміст сірки
-
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.* 250 = 1200м3/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:
1200 : 22,4 * 0,995 * 0,95 * 32 * 1= 1620 кг (1,620 т) кисню
або у розрахунку на 100 кг:
1620 : 2500 = 0,648 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 |
2,941 |
0,546 |
0,527 |
0,02 |
0,044 |
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: 0,02 * 0,75 = 0,015 (остається в металі 0,009)
сірка окислюється на 10 % з половини вилучення її з металошихти:
0,044 : 2 = 0,022 0,022 * 0,10 = 0,0022
1. Повинно окислитись хімічних елементів з металошихти, кг:
С |
2,941 – 0,100 * 0,92 = 2,849 |
Si |
= 0,546 |
Mn |
0,527 – 0,175 * 0,92 = 0,366 |
Р |
0,02 – 0,009 * 0,92 = 0,012 |
S |
= 0,0022 |
Fe |
(в дим) = 1,100 |
|
Всього = 4,875 |
Остається в металі хімічних елементів в кінці продувки металу киснем, кг:
С 2,941 – 2,849 = 0,092
Si = 0 (сліди)
Мn 0,527 – 0,366 = 0,161
Р 0,02 – 0,015 = 0,005
S 0,044 – 0,022 = 0,022
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 СО2 , залізо (прий-маємо) окислилось з всього окисленого 1,100 0,600 кг.
Окислилось хімічних елементів з металошихти у 1-му півперіоді, кг:
|
С CO2 |
2,849 * 0,12 * 0,10 = 0,034 |
|
С СО |
2,849 * 0,12 * 0,90 = 0,308 |
|
Si SiO2 |
0,546 * 0,95 = 0,519 |
|
Mn MnO |
0,366 * 0,70 = 0,256 |
|
P P2O5 |
0,012 * 0,50 = 0,006 |
|
S SO2 |
0,0022 *0,50 = 0,011 |
|
Fe Fe2O3 |
0,600 = 0,600 Всього: = 1,734 Тоді |
Витрати кисню на окислення цих хімічних елементів складають, кг.:
|
С CO2 |
0,034 * 32 : 12 = 0,0906 |
|
С СО |
0,308 * 16 : 12 = 0,4106 |
|
Si SiO2 |
0,519 * 32 : 28 = 0,593 |
|
Mn MnO |
0,256 * 16 : 55 = 0,074 |
|
P P2O5 |
0,006 * 80 : 62 = 0,008 |
|
S SO2 |
0,011*32 : 32 = 0,08 |
|
Fe Fe2O3 |
0,600 * 48 : 112 = 0,257 Всього: = 1,4442 Тоді |
Тоді тривалість продувки у 1-му півперіоді складе:
1,4442 : 0,648 = 2,229 хв.
Інтенсивність окислення вуглецю у 1-му півперіоді складе посередньо:
(0,034 + 0,308) : 2,229= 0,153 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 СО2 , залізо – приймаємо з 1,100 залишок: 1,110 – 0,600 = 0,500
Окислилось хімічних елементів з металошихти у 2-му півперіоді, кг:
|
С CO2 |
2,849 * 0,88 * 0,10 = 0,251 |
|
С СО |
2,849 * 0,88 * 0,90 = 2,256 |
|
Si SiO2 |
0,546 * 0,05 = 0,027 |
|
Mn MnO |
0,366 * 0,30 = 0,109 |
|
P P2O5 |
0,012 * 0,50 = 0,006 |
|
S SO2 |
0,0022 *0,50 = 0,0011 |
|
Fe Fe2O3 |
0,500 = 0,500 Всього: = 3,1501 Тоді |
Витрати кисню на окислення хімічних елементів складають, кг.:
|
С CO2 |
0,251 * 32 : 12 = 0,669 |
|
С СО |
2,256 * 16 : 12 = 3,008 |
|
Si SiO2 |
0,027 * 32 : 28 = 0,031 |
|
Mn MnO |
0,109 * 16 : 55 = 0,032 |
|
P P2O5 |
0,006 * 80 : 62 = 0,008 |
|
S SO2 |
0,0011*32 : 32 = 0,0011 |
|
Fe Fe2O3 |
0,500 * 48 : 112 = 0,214 Всього: = 3,9631 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 : 2500 = 0,540 кг
Тоді тривалість продувки у 2-му півперіоді складе:
3,9631 : 0,540 = 7,339 хв.
Інтенсивність окислення вуглецю у 2-му півперіоді складе посередньо, кг:
(0,251 + 2,256) : 7,339 = 0,342 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:
0,092 – 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 = 0,044
Приймемо вміст кисню в металі на випуску плавки з конвертера 0,012 кг.
Тоді бракує кисню на доокислення вуглецю, кг:
0,094 – (0,044 – 0,012) = 0,060
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 : 2500 = 0,270 кг
Тоді тривалість продувки на завершальному етапі плавки складе:
0,060 : 0,270 = 0,222 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
2,229 + 7,339 + 0,222 + 3,0 = 12,79 хв.(біля 14 хвилин).
Загальні витрати кисню на продувку металу складуть, кг/100кг:
1,4442 + 3,9631 + 0,060 = 5,4673
або в переводі на об’єм і металеву садку у 272 т.:
5,4673 * 22,4 : 32 : 0,995 : 0,95 * 2720 = 11012 м3
Будуємо графік зміни хімічного складу металу по ходу плавки
Зміна вмісту хімічних елементів, кг:
У 1-му півперіоді :
С 2,941 – 0,340 = 2,601
Si 0,546 – 0,519 = 0,027
Мn 0,527 – 0,256 = 0,271
Р 0,02 – 0,006 = 0,014
S 0,044 – 0,0011 = 0,043
У 2-му півперіоді:
С 2,601 – 2,251 = 0,035
Si 0,027 – 0,027 = 0 (сліди)
Мn 0,527 – 0,109 = 0,418
Р 0,014 – 0,006 = 0,008
S 0,043 – 0,0011 = 0,0419 – 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 0,161 – 0,131 = 0,030
Інтенсивність окислення вуглецю при цьому складе:
0,050 : 0,222 = 0,225 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.