Металлизованных окатышей

Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова

(филиал) Федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

 

Кафедра металлургии и металловедения им. С.П. Угаровой

 

Малахова О.И., Сазонов А.В.

Металлургия

Методические указания по выполнению домашнего

задания для студентов направления 080200 ­­­­­­–

«Менеджемент»

 

одобрено на замседании кафедры ММ

 

 

Старый Оскол

2014 г.

 

Содержание

 

 

Стр.

Введение 1. Домашнее задание №1. Расчёт шихты для выплавки стали заданной марки в сверхмощной ДСП с применением металлизованных окатышей 2. Домашнее задание №2. Расчёт материального и теплового балансов сверхмощной ДСП заданной ёмкости 3. Контрольные вопросы 4. Таблица вариантов заданий Литература Приложение 1. Химический состав стали Приложение 2. Химический состав ферросплавов

 

 

Введение

 

Цель курса «Металлургия» - сформировать у студентов понимание теоретических и технологических основ современных способов производства чугуна и стали.

В курсе рассматривается история развития металлургии, конструкции наиболее распространённых агрегатов, технология получения чугуна и стали, внепечная обработка и разливка стали, способы повышения технико-экономических показателей работы печей, теоретическое описание наиболее важных физико-химических процессов, проблемы и перспективы развития металлургии, её роль в экономике страны.

Основная задача курса – развить техническое мышление студентов, показать роль знания основ технологии в повышении эффективности управления металлургическим производством и улучшении его экономических показателей.

 

В результате изучения теоретического курса и выполнения домашних заданий студенты должны:

1. Знать устройство доменной печи, установки металлизации, конвертера, мартеновской печи, дуговой сталеплавильной печи.
2. Знать технологию производства чугуна, металлизованных окатышей и стали.
3. Понимать сущность и особенности протекающих в этих агрегатах процессов.
4. Знать основные направления совершенствования технико-экономических показателей работы печей.
5. Уметь рассчитывать шихту, тепловой и материальный балансы печей.

6. Понимать роль технологических знаний в чёрной металлургии для специальности «Экономика и управление на предприятии».

 

 

Домашнее задание №1.

Расчёт шихты для выплавки стали заданной марки в сверхмощной ДСП с применением

металлизованных окатышей

 

УСЛОВИЯ РАСЧЕТА ШИХТЫ

 

Ведущими аргументами расчета шихты при выплавке электростали с использованием металлизованных окатышей являются балансы металла, углерода и кислорода. Металл поступает в печь и ковш со скрапом, металлизованными окатышами, ферросплавами и переходит в сталь и, частично, в шлак и пыль. Углерод поступает в печь со скрапом, металлизованными окатышами, коксом, электродами, ферросплавами и расходуется на восстановление оксидного железа, науглероживание стали и окисление газообразным кислородом. Кислород поступает в печь с окатышами (металлизованными и окисленными), с воздухом, вдувается через фурму и расходуется на окисление углерода, железа, элементов скрапа и, при его избытке, удаляется с отходящими из печи газами.

В период плавления в печи образуется шлак из оксидов пустой породы окатышей, окисляющихся элементов и мусора скрапа, извести, футеровки печи. Плавление оксидов железа углеродом в металлизованных окатышах, имеющих отношение О/С = 1,3÷0,9, в процессе их быстрого плавления электрической дугой не завершается, поэтому невосстановленные оксиды железа металлизованных и окисленных окатышей переходят в шлак. При избытке кислорода их количество возрастает.

В связи с восстановительными условиями плавления металлизованных окатышей железо в шлаке находится преимущественно в двухвалентном состоянии. Большая часть шлака (70÷80%) удаляется из печи в период плавления с целью дефосфорации металла и, таким образом, содержащееся в нем железо теряется безвозвратно. Остальную часть шлака раскисляют углеродом окатышей, имеющих отношение О/С меньше 0,4, или кокса и восстановленная таким образом часть железа переходит в металлическую ванну.

Рассчитать состав шихты и балансы металла, углерода, кислорода, серы и фосфора для выплавки стали. Определить основные положения технологии плавки, основность шлака, использование окисленных окатышей или газообразного кислорода, внепечную обработку.

 

РАСЧЕТ ДОЛИ ФЕРРОСПЛАВОВ

 

Для каждого из используемых при выплавке заданной марки стали ферросплавов последовательно рассчитываем массу самого ферросплава и количество вносимых дополнительных элементов.

Масса ферросплава:

 

, (1.1)

 

где K_usw - коэффициент усвоения выбранного ферросплава (см. приложение 2);

R_fs - содержание основного легирующего элемента в этом ферросплаве (см. приложение 2), %;

R_st - содержание этого легирующего элемента в стали (см. приложение 1), %.

Для каждого из дополнительных элементов, вносимых этим ферросплавом, рассчитываем массу.

 

Масса дополнительного элемента, вносимого ферросплавом:

 

, (1.2)

где R'_fs - содержание дополнительного элемента в ферросплаве (см. приложение 2), %.

 

Результаты расчётов внесём в таблицу 1.

Таблица 1.

Масса химических элементов, вносимых ферросплавами

 

Ферросплав	Масса элемента, вносимого в шихту, т
C	Cr	P	Cu	Mn	Si	…	Al
ФС-65
ФМн-75
…
Н-3

 

Масса всех ферросплавов, т:

. (1.3)

Доля ферросплавов:

, (1.4)

 

где M_pl – вместимость (ёмкость) печи, т.

 

РАСЧЕТ ОБЩЕЙ ДОЛИ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ

(с учётом угара материалов)

 

,(1.5)

 

где C_st - содержание углерода в готовой стали (из хим. состава стали);

D_shy - доля удаленного из печи шлака (около 0,1);

Fe_sh - содержание железа в шлаке (12÷15%, 12% - для высокоуглеродистой и 15% - для низкоуглеродистой стали);

D_y - доля уносимой из печи пыли к массе жидкой стали (обычно

0,02÷0,03);

F e_y - содержание железа в пыли (65%);

D_sk - доля скрапа (лома);

Fe_sk - содержание железа в скрапе (96%);

Fe_f - содержание железа (металла) в ферросплаве (93÷100 %);

Fe_mo - содержание железа общего в металлизованных окатышах (90,6%);

Y_mo - унос металлизованной пыли (0,02).

 

РАСЧЕТ ДОЛИ ШЛАКА

 

Зная долю металлизованных окатышей определим долю общего количества шлака в процентах по формуле:

 

 

(1.6)

 

где n = 0,058 · Fe_mo - содержание пустой породы в окатышах в процентах (Fe_mo = 90,6%);

SiO_2n - содержание кремнезема в пустой породе в процентах (75%);

SiO_2i - содержание кремнезема в извести в процентах (2%);

CaO_i - содержание оксида кальция в извести в процентах (96%);

Y_i - унос извести в процентах к массе извести (5%);

Y_sh - унос шлакообразующих в процентах к их массе (5%);

Si_sk = 0,35%, Mn_sk = 0,5% - содержание элементов в скрапе в процентах;

FeO_sh = 12: 56 · 72 - содержание монооксида железа в шлаке в процентах к массе шлака;

MgO_sh - содержание оксида магния в шлаке в процентах к массе

шлака (8%);

B = CaO/SiO₂ - основность шлака (2%).

 

Доля извести, перешедшей в шлак, %:

 

,(1.7)

 

доля извести перешедшей в пыль:

 

, (1.8)

 

доля всей извести:

 

. (1.9)

 

 

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ПЫЛИ, УНОСИМОЙ ИЗ ПЕЧИ

 

В состав пыли, уносимой из печи, входят железо в виде монооксида, углерод и шлакообразующие.

Зная долю составляющих шихты, уточним долю уносимой из печи пыли и содержание в ней железа.

 

Доля уносимой из печи пыли:

 

(1.10)

где D_st - доля стали, равная 1;

D_yFe - доля уноса железа стали (0,02);

D_ysh - доля уноса шлака (0,05);

= /100.

 

Пересчитаем содержание железа в уносимой пыли:

 

. (1.11)

 

Правильность расчета проверяем уравнениями балансов углерода и металла С₁=С₂ и М₁=М₂ соответственно. Погрешность расчёта должна быть не больше 5%.

 

БАЛАНС МЕТАЛЛА

 

Приход и расход металла выразим уравнениями:

 

, (1.12)

 

, (1.13)

 

где М₁ и М₂ – соответственно приходная и расходная части;

M_f - содержание металла в ферросплавах (в углеродистых около 93%, а в FeSi – 100%).

 

БАЛАНС УГЛЕРОДА

 

(1.14)

,(1.15)

где C_mo = 1,75% - углерод общий металлизованных окатышей;

D_e = 0,001 – доля электродов, перешедших в сталь;

C_e = 98% - углерод электродов;

C_f = 7% - углерод ферросплавов;

D_shost = 0,04 – доля шлака, оставленного в печи;

C_r = 1,75% - реакционный углерод окатышей;

C_у = 1% - углерод уноса.

 

Домашнее задание №2.