Определение и анализ технико-экономических показателей кислородно-конвертерной плавки с комбинир (стр. 5 из 7)
Нагрев стали до заданной температуры является основной задачей сталеплавильного процесса наряду с обеспечением требуемого химического состава стали.
В конвертерном процессе регулирование температуры ванны осуществляется изменением расхода охладителей: лома и твердых окислителей (железная руда, агломерат, окатыши). Основным параметром, определяющим температурный уровень плавки, является расход лома. Расход лома рассчитывают на основе уравнения теплового баланса.
При планировании конвертерных плавок желательно зарезервировать некоторый избыток тепла по сравнению с требуемым, что позволит корректировать температуру металла по ходу плавки присадками твердых охладителей.
Использование топлива как дополнительного источника тепла
В качестве топлива в кислородном конвертере можно использовать жидкие и газообразные углеводороды (мазут, природный газ) и твердое топливо (уголь, кокс, графит). С теплотехнической стороны (величина коэффициента использования потенциального тепла топлива) наиболее перспективными теплоносителями является твердые углеродсодержащие материалы: угли, антрациты, кокс, электродный бой и др.
Более высокий термический коэффициент полезного действия твердого топлива объясняется тем, что углерод топлива предварительно растворяется в жидком металле и тепло, выделяющееся при его последующем окислении, передается непосредственно жидкому металлу.
Применение кускового угля. Кусковой каменный уголь (антрацит) или кокс загружают в конвертер на стальной лом или после заливки чугуна и начала продувки. Продувку ванны кислородом ведут сверху или через донные фурмы, иногда в сочетании с дополнительной подачей кислорода для дожигания СО до СО2.
В отечественной практике освоен способ, который предусматривает загрузку антрацита кусками размером 6—20 мм до или после заливки в конвертер чугуна и последующую продувку ванны кислородом сверху. Выявлено, что без подачи кислорода на дожигание СО, оптимальный расход угля составляет около 1 % от массы шихты; при этом уменьшается расход чугуна на 2,5—3,5 % (от массы шихты) и в то же время возрастает длительность продувки, что снижает производительность конвертера примерно на 6 %.
Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки должен учитывать все источники тепла.
Т1+Т2+Т3=Т4+Т5+Т6+Т7+Т8, где
Т1 — физическое тепло чугуна
Т2 — тепло экзотермических реакций
Т3 — тепло, выделяющееся при шлакообразовании
Т4 — энтальпия стали
Т5 — энтальпия шлака
Т6 — тепло, теряемое с выделяемыми газами
Т7 — продувка аргоном
Т8 —потери тепла
Т1= (с1tпл + r + с2Dt) М1 0,001, где
с1, с2 – теплоемкости твердого и жидкого чугуна, КДж/кг
Dt – перегрев чугуна над температурой плавления
r - скрытая теплота плавления чугуна, КДж/кг
Тепло экзотермических реакций Т2
- тепло окисления любого элемента, где 
- тепловой эффект реакции, КДж/кгОкисление C:
Окисление Si:
Окисление Mn:
Окисление Р:
Окисление Fe, приходящего в виде оксидов в шлак:
Окисление Fe плавильной пыли:
Тепло химических реакций:
Т3 = ТSiO2 + TP2O5 = 26,857+2,2602 = 29,1172МДж
Т4 = ([C1tпл + r + С2Dtстал](M7 + (eM8)/100 + M11+М12))*10-3 = [[0.7*1500+272+ 0.838*80)](931,12+3*85,526/100+5)]*10-3 = 1303,87МДж, где
C1, С2 – теплоёмкость твердой и жидкой стали, КДж/кг*EС
tпл – температура плавления стали. Она равна 1500˙С
Dtстал –перегрев стали над температурой плавления (80˙С)
r - скрытая теплота плавления
Т5 = (1,25·tшл+209,5)·М8/1000 = (1.25*1650+209.5)*85,526*10-3= 194,315МДж
tшл- температура плавления шлака. Равна 1650˙С
СО:
Т6СО = DНСО*3,33 D[C]*(M1 + M2)/100*(1-h)(22.4/28) =
= 2,12*3,33*3,3875*1000/100*(1-0.1)*(22.4/28) = 172,184МДж
СО2:
Н2О:
N2:
Не усвоившийся О2:
Потери тепла от продувки аргоном Т7
g = 0,2 м3/т стали – интенсивность продувки
to = 20oC => Dt = 1650–20 = 1630oC
Т7 = 0.932*0.001*0.2*910,562/1000*1630 = 0,277МДж
1) Тепло, потерянное с выделяющийся пылью и охлаждаемой водой
(Т4+Т5+Т6)*0.01 = (1277,624+320,134+199,344)*0.01 = 17,97МДж
2) Тепло на охлаждение фурмы и горловины
(Т4+Т5+Т6)*0.02 = (1277,624+320,134+199,344)*0.02 = 35,94МДж
3) Излучение
(Т4+Т5+Т6)*0.02 = (1277,624+320,134+199,344)*0.02 = 35,94МДж
Т8 = 17,97+35,94*2 = 89,85МДж
Итоговый тепловой баланс:
| Приход | МДж/т | % | Расход | МДж/т | % |
| Тепло чугуна (Т1) | 897,75 | 50,195 | Энт-пия стали (Т4) | 1277,624 | 67,7 |
| Экз. реакции (Т2) | 848,515 | 47,442 | Энт-пия шлака (Т5) | 320,134 | 16,96 |
| Тепло шлак-ния (Т3) | 42,269 | 2,363 | Газы (Т6) | 199,344 | 10,56 |
| Аргон (Т7) | 0,277 | 0,015 | |||
| Потери тепла (Т8) | 89,85 | 4,76 | |||
| Итого | 1788,534 | 100% | Итого | 1887,229 | 100% |
Анализ
Представленный тепловой баланс говорит о том, что здесь недостаточно высокая температура чугуна(1280ºС). Необходимо ввести дополнительное количество топлива, по причине превышения расходной части теплового баланса над приходной. Также происходят потери тепла с пылью, излучением и охлаждением. Недостаток тепла компенсируем добавкой антрацита. Это приведет к удорожанию стали. Следовательно, экономически выгодно будет уменьшение теплопотерь.
1 кг антрацита - 31 МДж тепла
D = 98,695 МДж
М антр. = 98,695/31 = 3,18 кг/т
Вывод: необходимо добавить 3,18 кг/т антрацита, для компенсации недостатка тепла.
3.3 Расчёт легирующих и раскисляющих компонентов
| Емкость конвертера, V, т | 60 | ||||
| Химический состав. | |||||
| Элемент | по ГОСТу | Сред. содерж. | Сталь на выпуске | ||
| от | до | ||||
| С | 0,32 | 0,4 | 0,36 | 0,1 | |
| Si | 0,17 | 0,37 | 0,27 | 0 | |
| Mn | 0,7 | 1 | 0,85 | 0,18 | |
| Cr | 0 | 0,3 | 0 | 0 | |
| Cu | 0 | 0,3 | 0 | 0 | |
| Ni | 0 | 0,3 | 0 | 0 | |
| P | 0 | 0,035 | 0,035 | 0,03 | |
| S | 0 | 0,035 | 0,035 | 0,035 | |
Чтобы получить необходимое содержание компонентов в стали, нужно провести ряд мероприятий: раскисление и легирование.
Вводим необходимые для этого ферросплавы.
Таблица 2. Ферросплавы используемые.
| Ферросплав | осн. эл-т | C | Si | P | S | Mn | Al | Коэф-т усвоения, % |
| Ферромарганец ФМн1,5 | Mn | 1,5 | 2,5 | 0,3 | 0,03 | 85 | 0 | 75 |
| Ферросилиций ФС25 | Si | 0,6 | 25 | 0,06 | 0,03 | 0,9 | 1 | 75 |
| Твердый углерод | С | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50 |
Расход ферросплава Ф, кг/т:
R1 - заданное содержание элемента в стали, %;
R2 – содержание элемента в стали перед раскислением, %;
А = - коэф-т усвоения элемента ванной, %;
B – содержание элемента в ферросплаве, доли единиц.
Количество дополнительного элемента, вносимого ферросплавом, кг/т:
[Ri]=Ф*bi*А
bi-содержание элемента в ферросплаве, д.ед.
Ферромарганец:
Он внесет примеси:
[Mn]= 9,788*0,85*0,75=6,238504кг/т
[С] = 9,788*0,015*0,75=0,1101кг/т
[Si] = 9,788*0,025*0,75=0,183кг/т
[S] = 9,788*0,0003*0,75=0,002кг/т
[Р] = 9,788*0,0006*0,75=0,022кг/т
Ферросилиций:
