Расчет общего количества образующегося шлака

2.3 Расчет общего количества образующегося шлака

где:

В - основность шлака ( для кислородно-конвертерного процесса - 3

[Si]чуг - содержание кремния в чугуне, кг

[Si]л - содержание кремния в ломе, кг

qSiO2(др) - количество оксидов кремния (SiO2 ), поступающее в шлак из всех источников, кроме металлической шихты, кг (для кк процесса - 0,75

Возможную степень дефосфорации определяем по формуле:

где:

[Р]ших - содержание фосфора в металлической шихте - для плавки на обычном чугуне с одношлаковым режимом принимают [Р]ших =[Р]чуг

qм1 - выход жидкого металла (для кислородно - конвертерного процесса составляет):88

ap1 – коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком, который равен отношению концентрации фосфора в шлаке к его концентрации в металле и для кислородно-конвертерного процесса составляет [P2O5]:[P] =60

[Р]ост= 100 *0,15 = 0,0326%

88+0.437*60*14,19

В готовой стали содержание фосфора до 0,03, а у нас0,0326 что вполне допустимо, следовательно допустим одношлаковый вариант плавки

Определим далее степень десульфурации используя формулу:

где:

S_S^ших - количество серы, вносимой в ванну металлической шихтой (чугун, лом)

S_S^др - количество серы, вносимой другими шихтовыми материалами (известь, плавиковый шпат, рудные материалы, уголь, ферросплавы);

для практических расчетов допускается принимать: S_S^ших+S_S^др=S_S^чуг

S_S^гф - количество серы, переходящее в газовую фазу по следующим реакциям:

[S]+2[O]={SO2}; (S)+2(FeO)={SO2}; [S]+{O2}={SO2}; (S)+{O2}={SO2}

Известно, что коэффициенты распределения серы между окислительным шлаком и металлом приближенно можно определить по эмпирической формуле: as=2*B-2

или для обычного процесса, где a_s =6

{S}гф=8% от содержания серы в металлической шихте

Таким образом, по степени десульфурации металла одно-шлаковый режим в полной мере допустим, поскольку содержание серы в готовой стали не

Превышает 0,03%. Следовательно, по степеням дефосфорации и десульфурации плавка может быть проведена по одно-шлаковому варианту.

2.4 Максимально возможный расход металлического лома

Поскольку лом в кислородно-конвертерном переделе является основным охладителем и цена одной тонны его меньше цены тонны чугуна, то максимально возможный расход лома способствует улучшению технико-экономических показателей процесса плавки, снижению себестоимости стали.

Максимально возможный расход лома q_S^л кг, рассчитывают по формуле:

где:

SDН_чуг^хим и SDН_л^хим - количество тепла, выделяющегося при полном окислении 100 кг примисей чугуна и лома, кДж

t_чуг и t_лом - температура чугуна и лома

0,88 и 0,7 - удельные теплоемкости чугуна и лома, кДж/кгК

Q_шо, Q_SFeO^обр, Q_CO^дож - приход тепла в результате шлакообразования, образования оксидов железа (FeO, Fe₂O₃) шлака и дожигания СО до СО₂ соответственно, кДж

Q_шл^физ, Q_г^физ, Q_м^хим - физическое тепло шлака, газа и металла соответственно, кДж

Q_м^хим - химическое тепло, которое может выделится при полном окислении примесей готового металла, кДж

SDH_(EFeO)^рлраз - тепло, затрачиваемое на полное разложение оксидов железа, содержащихся в 100 кг лома, кДж

А - постоянный член выражения, включающий тепловые потери от разложения карбонатов, испарения влаги шихты и другие малозначительные статьи потерь тепла; для кислородно-конвертерного процесса он составляет, А = 6000 - 7000кДж

Принимаем исходные данные

А = 6500кДж t_лом = 0°C t_чуг =1300°C

Количество тепла, выделяющееся при полном окислении 100 кг примесей чугуна, определим по уравнению:

где:

[C]_i, [Si]_i, [Mn]_i, [P]_i - содержание окисляющих примесей в чугуне, % по табл №1

Н_с⁰, Н_Si⁰, Н_Mn⁰, Н_P⁰ -стандартные тепловые эффекты окисления этих примесей, кДж

Н_с⁰ =14770кДж

Н_Si⁰ =26970кДж

Н_Mn⁰ =7000КДж

Н_P⁰ =21730кДж

Таким образом:

Тепло шлакообразования определим по уравнению:

Q_шо =q_шл¹*[6,28*(CaO)+14,64*(SiO₂)+41,84*(P₂O₅)]

Приняв:

(CaO) = 50%

(SiO₂) =15%

(P₂O₅) =2%

содержание оксидов в шлаке и q_шл¹ =14,19

Q_шо =14,19*(6,28*50+14,64*15+41,84*2)=8759,2кДж

Химическое тепло образования оксидов железа шлака в кислородно конвертерном процессе с отношением FeO к Fe₂O₃ "два к одному", составит:

Q_(EFeO)^обр =42,3*q_шл¹*(SFeO)

где :

Температура в металле в конце продувки:

t_м = 1530 + 80 * [C] + t

где:

обычно

[C]_раск =0,054%

принимаем: [C]_гот =0,18%

t=89°C

[C] =0,18-0,054=0,126%

t_м =1530 +80*0,126+89=1629,08°С

Общее содержание оксидов в шлаке:

Химическое тепло образования оксидов шлака:

Q_(EFeO)^обр =42,3 *14,19*19,14=11488,5кДж

Тепло от дожигания в конвертере СО до СО2 :

Q_CO^дож =10100 * q_CO^S *U_CO * Z

где:

10100 -теплота дожигания СО до СО₂, кДж

U_CO -доля дожигаемого количества СО в кислородно-конвертерном процессе =0,195

Z -доля тепла дожигания, передаваемая ванне - коэффициент использования тепла дожигания =0,795

q_CO^S -общее количество СО, выделяющееся из ванны (поскольку неизвестно количество расхода лома, то берем ориентировочно 25%)

Определяем содержание углерода в шихте:

SC_ших =0,75*[C_чуг]+0,25*[C_лом]=0,75 *3,9+0,25*0,2=2,98%

Количество углерода, удаляемого во время продувки:

D[C] =SC_ших -[C] =2,98-0,126=2,85кг

при этом образуется оксида углерода:

т.е. Тепло от дожигания СО в полости конвертера до СО₂ составит:

Q_CO^дож =10100 *6,65* 0,195*0,795=10412,3кДж

Физическое тепло металла составит:

Q_М^физ =(54,8+0,84t_m)*q_м¹

где:

t_м =t_шл=1629,08°С

q_м =88кг

Q_М^физ =(54,8+0,84 *1629,08) *88=125244кДж

Физическое тепло шлака:

Q_ШЛ^физ =(2,09*t_шл-1379)*q_шл¹=(2,09*1629,08-1379)*14,19=28745,8кДж

Физическое тепло газов определяем с учетом только СО и СО₂:

Q_Sгаз^физ=(1,32*t_газ-220)*(q_CO+q_CO2)

С учетом того, что по ходу продувки плавки температура отходящих газов изменяется в пределах 1350 - 1650°С, принимаем:

t_газ =1600°С

Приняв соотношение СО и СО₂ как : 80 к 20%, найдем их количества:

Тогда физическое тепло отходящих газов с учетом СО и СО2 составит:

Химическое тепло, которое выделяется при полном окислении примесей конечного металла, определяем как:

Q_м^хим =(DН_С⁰*[C]+DH_P⁰*[P]+DH_Mn⁰*[Mn])*10^-2 * q_m¹

где:

DН_С⁰- стандартный тепловой эффект окисления углерода =14770кДж

DH_Mn⁰- стандартный тепловой эффект окисления марганца =7000кДж

DH_P⁰- стандартный тепловой эффект окисления фосфора =21730кДж

Допускаем, что в металле остается 0,25 % марганца чугуна.

[Mn]=0,25*[Mn]_чуг =0,25*0,7=0,175%

Определяем химическое тепло:

Q_м^хим =10^-2*(14770*0,126+21730*0,0326+7000*0,175)*90=3415кДж

Тепло расходуемое на полное разложение оксидов железа, содержащихся в 100 кг лома, составит:

SDН_SFeOрл^раз =4800 * n_рл

где:

4800 -тепловой эффект диссоциации 69,4% (Fe₂O₃) и 30,6% (FeO)

n_рл -содержание оксидов железа в ломе: 3,1

Тогда:

SDН_SFeOрл^раз =4800 *3,1=14880кДж

Количество тепла образующееся при полном окислении примесей лома:

SDН_лом^хим =14770*[C]_л +21730*[P]_л +7000*[Mn]_л +26970*[Si]_л

SDН_лом^хим =14770*0,2+21730*0,04+7000*0,5+26970*0,15=11368,7кДж

Имея уже все данные, определяем максимально возможный расход лома (кг):