МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра металлургии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Производство стали в конвертере»
Расчет материального и теплового балансов конвертерной плавки
Выполнил: студент
гр. ЧМ-08-3 Анциферов Р.Н.
Проверил:
доц. Шипельников А.А.
Липецк 2012
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Расчет материального и теплового балансов, расхода ферросплавов и расходных коэффициентов материалов. Описание технологии плавки и составление графиков.
Для выплавки стали 17ГС расчет ведется на 100 кг металлической шихты (чугун + лом). Температура чугуна 1320°С. Температура металла на выпуске 1650°С. Комбинированная продувка (процесс типа LBE). Расход технического кислорода, газа для донной продувки – 3,45 м3/т·мин.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Исходные данные для расчета 4
1.1. Состав готовой стали 4
1.2. Состав металла по окончанию продувки 5
1.2.1. Содержание углерода 5
1.2.2. Содержание марганца 5
1.2.3. Содержание кремния 5
1.2.4. Содержание серы 6
1.2.5. Содержание фосфора 6
1.2.6. Состав металлической шихты, металла после продувки и готовой стали (табл. 2). 6
1.3. Предварительный расчет количества чугуна (Мч) и лома (Мл). 7
1.4. В качестве основного шлакообразующего материала принимаем мягкообоженную известь, количество которого должно обеспечить основность конечных шлаков в пределах 2,8...3,8. В расчете принимаем основность равную 3,5. 7
1.5. Для ускорения шлакообразования применяем плавиковый шпат в количестве 0,2... 1,0% и железосодержащий материал в количестве 0,5... 1,5% от массы металлошихты. В расчете принимаем расход плавикого шпата 0,25% и агломерата 0,50%. 7
1.6. При стойкости футеровки порядка 1000 плавок переход огнеупора в " шлак составляет 0,15...0,30% от массы металлозавалки. В расчете принимаем расход смолодоломитовой футеровки 0,15%. 8
1.7. Вместе с чугуном в конвертор попадает миксерный шлак в количестве 0,2... 1,2% от массы чугуна. В расчете принимаем количество миксерного шлака 0,5%, что составит 0,5*0,795 = 0,398 кг (%, на 100 кг металлошихты). 8
1.8. Загрязненность металлического лома должна быть не более 1,5% от массы лома. В расчете принимаем загрязненность лома 1%, что составит 1·0,205=0,205 кг (%, на 100 кг металлошихты). 8
1.9. Итого на 100 кг металлошихты принимаем, кг 8
2. Материальный баланс 10
2.1. Расчет среднего состава металлошихты (табл. 4). 10
2.2. Расчет количества примесей, удаленных из ванны 10
2.3. Расчет количества кислорода на окисление примесей металлошихты и количества образующихся при этом окислов, кг 10
2.4. Расчет количества CaO и SiO2 из материалов 10
2.5. Расчет количества извести 11
2.6. Расчет количества и состава шлака 12
2.7. Расчет выхода жидкого металла: 14
2.8. Расчет количества дутья 15
2.9. Расчет количества и состава отходящих газов 16
2.10. Материальный баланс (табл. 7) 16
3. Раскисление металла 17
4. Тепловой баланс 19
4.1. Физическое тепло чугуна (Q1) 19
4.2 Химическое тепло реакций окисления, (Q2). Удельные тепловые эффекты реакций: 20
4.3. Тепло реакций шлакообразования , (Q3). Удельные тепловые эффекты реакций: 20
4.4. Теплосодержание миксерного шлака, (Q4), МДж 21
4.5. Теплосодержание жидкого металла, Q5 21
4.6. Теплосодержание шлака, Q6 22
4.7. Теплота отходящих газов, Q7 22
4.8. Теплосодержание частиц Fe2О3 «бурого дыма», Q8 23
4.9. Теплосодержание частиц извести в газах, Q9: 23
4.10. Тепло диссоциации окислов железа, внесенных шихтовыми материалами, Q10: 23
4.11. Тепло диссоциации СаСО3 извести, Q11 : 24
4.12. Потери тепла на нагрев футеровки через поверхность стен и днища, на нагрев воды в фурме колеблется в пределах 1...4% общего прихода тепла и уменьшаются с увеличением садки конвертора. 24
4.13. Тепловой баланс плавки (Табл. 10) 24
5. Расчет расходных коэффициентов на 1т годной стали 25
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 26
1. Исходные данные для расчета
1.1. Состав готовой стали
Согласно заданию необходимо выплавить сталь марки 17ГС. Химический состав стали (ГОСТ 19281-89), %
С |
Mn |
Si |
S |
P |
Cr |
Ni |
Cu |
As |
N |
Не более |
|||||||||
0,14-0,2 |
1-1,4 |
0,17-0,37 |
0,040 |
0,035 |
0,30 |
0,3 |
0,30 |
0.08 |
0,008 |
Сталь выплавляется из чугуна состава, %
С |
Mn |
Si |
S |
P |
4,7 |
0,7 |
0,7 |
0,035 |
0,15 |
1.2. Состав металла по окончанию продувки
1.2.1. Содержание углерода
Возможны два варианта: остановка продувки на содержании углерода 0,03...0,05% (т.н. работа с «передувом») с дальнейшим науглероживанием металла на выпуске и остановка на марочном содержании с учетом углерода, который будет внесен ферросплавами. В расчете принимаем второй вариант: содержание углерода 0,10 %.
1.2.2. Содержание марганца
Содержание марганца после продувки обычно составляет 15...35% от содержания марганца в шихтовых материалах и зависит от окисленности и температуры ванны (табл. 1).
Таблица 1. Содержание марганца в металле после продувки, %
Содержание Mn в чугуне, % |
Содержание углерода после продувки, % |
||||
0,05 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
>0,20 |
|
0,6 |
0,08 |
0,13 |
0,17 |
0,20 |
0,24 |
0,7…0,9 |
0,11 |
0,20 |
0,24 |
0,29 |
0,32 |
1,0…1,2 |
0,14 |
0,26 |
0,30 |
0,36 |
0,40 |
В расчете при содержании марганца в чугуне 0,7 % и углерода после продувки 0,10 % принимаем концентрацию марганца в металле 0,20 %.
1.2.3. Содержание кремния
Кремний окисляется в первые минуты продувки. В расчете принимаем содержание кремния в металле после продувки равным 0 %.
1.2.4. Содержание серы
В конверторной ванне степень десульфурации составляет 30...50 %, коэффициент распределения серы 5... 15. В расчете принимаем степень десульфурации равную 40% тогда
dS = (Sисх-[S]n):Sисх·100 = 40%
[S]n = 0,035·(100-40):100 = 0,021%
1.2.5. Содержание фосфора
При переделе чугуна с содержанием фосфора порядка 0,10...0,20% концентрация фосфора в металле после продувки зависит от окисленности ванны и составляет, %
Содержание углерода после продувки, % |
0,040 |
0,080 |
0,120 |
0,160 |
Содержание фосфора, % |
0,008 |
0,010 |
0,013 |
0,019 |
В расчете при содержании фосфора в чугуне 0,15% и углерода после продувки 0,10% принимаем содержание фосфора равное 0,012%.
1.2.6. Состав металлической шихты, металла после продувки и готовой стали (табл. 2).
Таблица 2. Химический состав, %
Металл |
С |
Mn |
Si |
S |
P |
T, °C |
Чугун |
4,7 |
0,7 |
0,7 |
0,035 |
0,15 |
1320 |
Лом* |
0,150 |
0,25 |
0,20 |
0,030 |
0,020 |
|
Окончание таблицы 2
После продувки |
0,100 |
0,20 |
0 |
0,021 |
0,010 |
1650 |
Готовая сталь |
0,170 |
1,20 |
0,270 |
0,040 |
0,035 |
|
*Принимаем средний состав
1.3. Предварительный расчет количества чугуна (Мч) и лома (Мл).
кг (или %, т.к. расчет проводится на 100 кг металлошихты),
где Сч, Siч, Мnч, Рч, Тч, - содержание элементов в чугуне;
Тм,См - температура (°С), содержание углерода (%) в металле после
продувки.
Mл = 21,9кг(%), Mч = 100-20,9 = 789,1кг(%).
Правильность количества чугуна и лома будут проверены тепловым балансом.
1.4. В качестве основного шлакообразующего материала принимаем мягкообоженную известь, количество которого должно обеспечить основность конечных шлаков в пределах 2,8...3,8. В расчете принимаем основность равную 3,5.
1.5. Для ускорения шлакообразования применяем плавиковый шпат в количестве 0,2... 1,0% и железосодержащий материал в количестве 0,5... 1,5% от массы металлошихты. В расчете принимаем расход плавикого шпата 0,25% и агломерата 0,50%.
1.6. При стойкости футеровки порядка 1000 плавок переход огнеупора в " шлак составляет 0,15...0,30% от массы металлозавалки. В расчете принимаем расход смолодоломитовой футеровки 0,15%.
1.7. Вместе с чугуном в конвертор попадает миксерный шлак в количестве 0,2... 1,2% от массы чугуна. В расчете принимаем количество миксерного шлака 0,5%, что составит 0,5*0,795 = 0,398 кг (%, на 100 кг металлошихты).
1.8. Загрязненность металлического лома должна быть не более 1,5% от массы лома. В расчете принимаем загрязненность лома 1%, что составит 1·0,205=0,205 кг (%, на 100 кг металлошихты).