Определение и анализ технико-экономических показателей кислородно-конвертерной плавки с комбинир (стр. 3 из 7)
Слив шлака в шлаковый ковш (чашу) ведут через горловину, наклоняя конвертер в противоположную от летки сторону (слив через летку недопустим, так как шлак будет растворять футеровку летки). Слив шлака длится 2-3 мин.
В течение продувки за счет подаваемого в конвертер кислорода окисляется избыточный углерод, а также кремний, большая часть марганца и некоторое количество железа.
Но за счет непосредственного взаимодействия с газообразным кислородом окисляется лишь незначительная часть примесей. Окисление большей части примесей протекает по более сложной схеме — первоначально в зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо: Fe + 1/2 O2 = FeO; это связано с тем, что концентрация железа во много раз больше концентрации других элементов. Образующаяся закись железа растворяется частично в металле: FeO® [O] + Fe и частично в шлаке: FeO® (FeO) и уже за счет этого растворенного в металле и шлаке кислорода окисляются прочие составляющие чугуна. Соответственно окисление, например, углерода идет по следующей схеме:
Fe + 1/2 O2 = FeO; Fe + 1/2 O2 = FeO;
FeO ® [O] + Fe; FeO ® (FeO);
[C] + [O] = CO; [C] + (FeO) = CO + Fe.
Если просуммировать уравнения реакций правого или левого столбцов, то в обеих случаях получим итоговую реакцию окисления углерода: [C] + 1/2 O2 = CO, которая таким образом, отражает лишь начальное и конечное состояние процесса окисления.
Таким образом, для продувки в конвертере характерно прямое окисление железа в зоне контакта кислородной струи с металлом (в “первичной реакционной зоне”) и окисление прочих составляющих металла за счет вторичных реакций на границе с первичной реакционной зоной и в остальном объеме ванны.
Из-за этого фактора повышенная интенсивность перемешивания при комбинированном дутье повышает скорость вторичных реакций окисления.
Окисление углерода в кислородном конвертере происходит преимущественно до СО; до СО2 окисляется менее 10-15% углерода, содержащегося в чугуне. В начале продувки, когда интенсивно окисляются углерод и марганец, а температура ванны мала, скорость окисления углерода сравнительно невелика (0,10-0,15%/мин). В дальнейшем, вследствие повышения сродства углерода к кислороду при росте температуры и уменьшения расхода кислорода на окисление марганца и кремния, скорость окисления углерода возрастает, достигая к середине продувки максимума (0,35-0,45%/мин). В конце продувки она вновь снижается вследствие уменьшения содержания углерода в металле. Роль реакции обезуглероживания в кислородно-конвертерной плавке велика, поскольку длительность окисления углерода определяет продолжительность продувки, а также потому, что выделяющиеся пузырьки СО обеспечивают удаление из металла азота и водорода и интенсивное перемешивание металла и шлака.
Дефосфорация — удаление из металла в шлак фосфора протекает по экзотермической реакции
2 [P] + 5 (FeO) + 3 (CaO) = (3CaO·P2O5) + 5 Fe + 767290 Дж/моль,
для успешного протекания которой необходимо повышенные основность и окисленность шлака и невысокая температура. В кислородном конвертере благоприятные условия для удаления в шлак фосфора — наличие основных шлаков со сравнительно высоким содержанием окислов железа и хорошее перемешивание ванны (что как раз обеспечивает комбинированный процесс).
Сера в конвертере практически не удаляется, поэтому график ее содержания по ходу плавки представляет прямую линию.
Параметры шлакового режима — состав, вязкость, количество шлака и скорость его формирования оказывают сильное влияние на качество стали, выход годного металла, стойкость футеровки и ряд технологических особенностей продувки.
Основные источники шлакообразования — это загружаемая в конвертер известь (СаО) и продукты окисления составляющих чугуна (SiO2, MnO, FeO, P2O5). Кроме того в шлак поступают окислы растворяющейся футеровки (CaO, MgO); некоторое количество миксерного шлака; окислы железа из ржавчины стального лома и составляющие флюсов (плавиковый шпат, вносящий CaF2).
Расчет профиля рабочего пространства
Задано:
| Показатель | Обозначение | Значение |
| Вместимость конвертера, т | Т | 60 |
| Удельный объём, м3/т | Vуд | 0,8 |
| Интенсивность продувки, м3/т*мин | I | 4,2 |
| Число сопел в фурме | n | 4 |
1) Нахожу объем конвертера:
2) Объем ванны (должен вмещать металл):
3) Глубина ванны( выбираю наибольшую):
А.
Б.
4) Диаметр цилиндрической части конвертера:
5) Диаметр верхней конической части:
6) Высота верхнего конуса (беру угол 60º):
7) Объём верхнего конуса:
8) Нахожу объём цилиндрической части как разность между объёмом конвертера и объемами верхнего конуса и ванны:
9) Нахожу объём вспененной ванны, он должен быть меньше объёма цилиндра для предотвращения выбросов:
Проверка -
=> выбросов не будет10) Высота цилиндрической части:
11) Диаметр нижнего конуса (шаровой части):
12) Высота нижнего конуса:
13) Высота шаровой части ванны:
14) Радиус шаровой части (должен быть больше высоты конвертера):
, условие выполненоПроверка:
Основные параметры конвертера:
| Вместимость, т | 60 |
| Объем рабочего пространства, м3 | 48 |
| Удельный объём, м3/т | 0,8 |
| Глубина ванны, м | 1,248 |
| Высота цилиндрической части, м | 3,103 |
| Высота верхнего конуса, м | 1,569 |
| Высота нижнего конуса, м | 1,116 |
| Высота сферической части, м | 0,132 |
| Диаметр цилиндрической части, м | 3,624 |
| Диаметр горловины, м | 1,812 |
| Диаметр сферической части, м | 2,899 |
| Радиус сферического днища, м | 8,025 |
| Отношение Н/D | 1,6 |
| Угол наклона верхней конической части, E | 60 |
| Угол наклона нижней конической части, E | 70 |
Профиль конвертера начерчен в приложении
3.1 Расчёт материального баланса
Исходные данные для расчёта
| Состав стали по ГОСТ 4543-71 | C | 0.32-0.4 |
| Si | 0.17-0.37 | |
| Mn | 0.7-1 | |
| P | до 0.035 | |
| S | до 0.035 | |
| Cu | до 0.3 | |
| Ni | до 0.3 | |
| Cr | до 0.3 | |
| Состав чугуна | С | 4,5 |
| Si | 0,45 | |
| Mn | 0,3 | |
| P | 0,06 | |
| S | 0.25 | |
| Температура чугуна, оС | 1280 | |
| Расход чугуна, % | 78 | |
| Расход лома, % | 22 | |
| Состав лома | С | 0,15 |
| Si | 0,50 | |
| Mn | 0,50 | |
| P | 0,04 | |
| S | 0,04 | |
| Средний состав шихты | C | 3,543 |
| Si | 0,461 | |
| Mn | 0,344 | |
| P | 0,056 | |
| S | 0.2 | |
| Состав стали после продувки | C | 0,10 |
| Si | 0 | |
| Mn | 0,18 | |
| P | 0,03 | |
| S | 0,035 | |
| Окисление примесей | C | 3,443 |
| Si | 0,461 | |
| Mn | 0,164 | |
| P | 0,021 | |
| S | 0.165 | |
Количество мусора в ломе, % m=2