Определение основных параметров технологии плавки стали в конвертере с верхней подачей дутья

Министерство Образования и Науки  Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего и профессионального образования

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И.Носова

Кафедра металлургии чёрных металлов

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теория и технология производства стали»

Определение основных параметров технологии плавки стали в

конвертере с верхней подачей дутья

29

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра металлургии черных металлов

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине "Теория и технология производства стали"

студенту                           специальности 150101

Тема: “Определение основных параметров технологии плавки стали в

конвертере с верхней подачей дутья”

Содержание:

-Определение параметров плавки в конце продувки;

-Определение расхода лома на плавку;

-Расчет окисления примесей металлической шихты;

-Расчет количества и состава шлака;

-Расчет расхода дутья;

-Расчет выхода жидкой стали перед раскислением и составление

материального баланса плавки;

-Составление теплового баланса плавки и определение температуры металла;

-Расчет раскисления стали и ее химического состава;

-Расчет расхода материалов на всю плавку и выхода продуктов плавки;

- Определение удельной интенсивности продувки, продолжительности

плавки и производительности агрегата.

Исходные данные:

-Вместимость конвертера 160 т

-Марка выплавляемой стали 09Г2С

-Чугун содержит: 4,3 % С, 0,9 % Si, 0,7% Mn, 0,022 % S, 0,2 % P

-Температура чугуна 1340 0С

-Интенсивность продувки 500 м3/мин

-Твердый окислитель окатыши (57,0 % Fе, 1,5 % FeO), их расход 1,0 %

-Разжижитель - плавиковый шпат, его расход 0,5 %

-Способ разливки – непрерывный.

Рекомендуемая литература:

1 Колесников Ю.А.. Столяров А.М. Расчет плавки стали в конвертере скомбинированной подачей дутья / Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине "Про­изводство стали" для студентов специальности 110100.- Магнитогорск, изд. МГТУ. 2000. 36с.

2 Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение. 1989. 638с.

3 Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Спра­вочник / В.М. Бабошин, Е.А. Кричевцов, В.М.Абзалов и др. М.: Металлургия, 1982. 152с.

4 Емлин Б.И., Гасик М.И. Справочник по электрохимическим процессам. М.: Металлургия, 1978. 278с.

Руководитель работы: к.т.н.                                            С.С. Массальский

29

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВКИ В КОНЦЕ ПРОДУВКИ

В начале расчета необходимо определить параметры, харак­теризующие состояние ванны жидкого металла в конце продувки: массу металла, его химический состав и температуру.

В соответствии с заданием вместимость конвертера состав­ляет 120 т, а это значит, что в конце продувки в конвертере масса жидкого металла должна быть равна 120т. Так как при продувке происходит окисление элементов металла и неизбежны потери железа, то исходная масса металлических материалов, из которых получают сталь (масса чугуна и лома), должна быть больше массы - жидкой стали. Определение массы каждого из металлических ма­териалов, загружаемых в конвертер, является одной из задач рас­чета плавки.

Химический состав стали любой марки регламентируется стандартами или оговаривается с заказчиком (таблица 1) и должен соответствовать установленным требованиям. В расчете выплавляется сталь марки 09Г2С, состав которой регламентируется ГОСТ 380-71.

Таблица 1- Химический состав выплавляемой марки стали

Кроме того, следует учесть, что для осуществления безава­рийной разливки на машинах непрерывного литья заготовок со­держание серы и фосфора в разливаемом металле не должно превышать 0,025 и 0,015% соответственно.

В классическом кислородно-конвертерном про­цессе количество лома, загружаемого на плавку, не превышает 30% от массы металлошихты (обычно 22...28%). Это обусловлено тепловым балансом плавки, когда расход лома как охладителя плавки определяется разностью приходной и расходной частей теплового баланса.

Исходная концентрация элементов в металлошихте существенно превышает их содержание в марочном со­ставе выплавляемой стали. Поэтому удаление избытка элементов (в основном углерода) является главной задачей окислительного рафинирования в процессе продувки металла кислородом.

Продувку желательно прекратить тогда, когда достигнуто тре­буемое содержание углерода в металле [С] м. Для марки 09Г2С - это значение не более 0,12% (смотри таблицу 1).

Однако целесообразно ориентироваться на более низкий предел, примерно 0,10%. Это связано с возможностью поступления углеро­да в металл при раскислении ферросплавами (особенно углероди­стым ферромарганцем).

При этом следует иметь ввиду, что получение стали с содер­жанием углерода ближе к верхнему пределу предпочтительнее с точки зрения расхода кислорода и раскислителей, массы жидкого металла, времени продувки и других технико-экономических пока­зателей.

Таким образом, продувка металла в конвертере может быть закончена, когда в металле останется такая концентрация углеро­да, при которой последующий ввод материалов (раскислителей и легирующих) не приведет к выходу ее за указанные маркой стали пределы.

Учитывая все вышеизложенное, выбираем [С]м= 0,10%.

Температура металла в конце продувки зависит от содержа­ния углерода в металле, способа ковшевой обработки и типа раз­ливки, так как это определяет необходимый запас тепла металла для сохранения его в жидком состоянии вплоть до разливки по­следних порций металла. Данная температура (tм) равна сумме температуры начала затвердевания металла - температуры плав­ления (tпл) и величины перегрева металла, учитывающего потери тепла от момента выпуска металла до окончания разливки (tпер):

tм= tпл+ tпер

В этом случае температуру плавления металла можно опре­делить по формуле:

tпл=1539-80*[C]M,

где 1539 - температура плавления чистого железа, °С; [С]м - содержание углерода в металле в конце продувки, %.

Для условий расчета [С]м = 0,10%.

Тогда tпл = 1539 - 80*0,10 = 1531 или 1530°С (определять точ­нее, чем ±5°С не имеет смысла, так как точность измерения тем­пературы в производственных условиях находится в этих преде­лах).

Принимаем среднее значение перегрева металла для непре­рывной разливки с предварительной продувкой металла в ковше инертным газом, равным 110°С (смотри таблицу 2 [2] ).В результате требуе­мая температура металла в конвертере в конце продувки должна быть

tм = 1530 + 110 = 1640°С (± 5°С).

Таким образом, в конце продувки в конвертере необходимо получить 160 т жидкого металла, содержащего 0,10% углерода и имеющего температуру 1640°С.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЛОМА НА ПЛАВКУ

Металлический лом является важнейшим, после жидкого чу­гуна, исходным железосодержащим материалом конвертерной плавки. Он выполняет роль основного охладителя процесса окислительного рафинирования, благодаря которому обеспечивается необходимая температура металла. Масса лома должна опреде­ляться из условий баланса тепла конвертерной плавки. Избыток тепла процесса расходуется на переработку эквивалентной массы лома.

Однако лом вносит химические элементы, участвующие в окислительном рафинировании, как и элементы чугуна. Поэтому величина массы лома используется в начале расчета в уравнени­ях баланса элементов, а правильность выбора ее может быть установлена только в конце расчета при составлении теплового ба­ланса плавки. Критерием оценки может служить рассчитанное зна­чение температуры металла.

Для расчета расхода лома на плавку используем упрощенную формулу, полученную по усредненным параметрам для условий Магнитогорского конвертерного цеха, ко­гда лом является единственным охладителем:

Gл=17,85+4,2*([С]ч-4,0)+7,6*([Si]ч-0,5)+0,034*(tч-1330)+17,0*(0,12-([С]м)+0,049*(1650-tм),

где Gл - расход лома на плавку, % (кг/100 кг металлошихты);

[С]ч, [Si]4 - соответственно содержание углерода и кремния в чугуне, %;

tч, tм - соответственно температура чугуна и металла, °С. Все величины, входящие в эту формулу, известны. Поэтому

Gл= 17,85+4,2*(4,3-4,0)+7,6*(0,9-0,5)+0,034*(1340-1330) + 17,0*(0,12 - 0,10) + 0,049*(1650 - 1640) = 23,32%

По заданию (пункт 1) в качестве твердого окислителя, играющего роль дополнительного охладителя, используются окатыши. Оце­ним охлаждающую способность этого материала. По формуле:

σто = 0,062*Fe - 0,014*(FeO)то - 0,633,

где σто - коэффициент эквивалентности твердого окислителя как охладителя по отношению к лому, кг/кг;

Fe - содержание железа в твердом окислителе, %;

(FeO)то - содержание FeO в твердом окислителе, %

Известно: Fe = 57,0%; (FeO)то = 1,5% (смотри пункт 1).

Тогда σто = 0,062*57,0 - 0,014*1,5 - 0,633 = 2,88 кг/кг.

Следовательно, 1 кг окатышей по охлаждающему эффекту эк­вивалентен 2,88 кг лома.

На плавку расходуется 1,0% окатышей (или 1 кг на 100 кг металлошихты). Значит, расход лома должен быть уменьшен в со­ответствии с коэффициентом эквивалентности на 1 * 2,88 = 2,88 кг.

Таким образом, ориентировочный расход лома на плавку со­ставит:

23,32–2,88=20,44кг.

4 РАСЧЕТ ОКИСЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ШИХТЫ

Сначала определим средний химический состав металлической шихты и остаточные содержания примесей в металле в конце продувки.

Средний химический состав металлической шихты определя­ем в соответствии с расходами чугуна и лома на плавку и их хими­ческим составом. Так как расход лома был определен ранее, то расход чугуна (Gч) составит:

Gч= 100-20,44= 79,56 кг.

Химический состав чугуна указан в задании. Состав металлического лома зависит от того, отходы каких марок сталей составляют лом. Можно считать, что лом имеет химический состав, близкий к среднему составу сталей, выплавляемых отече­ственной металлургией в наибольшем количестве - низкоуглеро­дистых обыкновенного качества. В этом случае лом может содер­жать 0,1..0,2% С; 0,20... 0,25% Si; 0,4... 0,5% Мn; менее 0,04% Р и S. Для расчета принимаем, что [С]л = 0,1%; [Si]л = 0,2%; [Мn]л = 0,5%; [Р]л= 0,04%; [S]л = 0,04%, и эти значения химического состава лома заносим в таблицу 2:

Таблица 2 - Химический состав металлических шихтовых материалов