Расчет количества и состава шлака. Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения

 

Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения неметаллических материалов. Необходимо определить количество и состав образующегося шлака.

Предварительно установим количество и состав неметаллических материалов (таблица 7).

В таблице 7 приведены значения величин, обычно наблюдаемые в производственной практике. Для расчета необходимо выбрать конкретные значения с использованием заданных величин так, чтобы содержание компонентов в материале в сумме составляло 100%.

Принимаем: расход плавикового шпата – 0, 2 кг; твердого окислителя (окатышей) – 0, 6 кг; миксерного шлака – 0, 5% к массе чугуна (по пункту 4) или 80·0, 5/100 = 0, 4 кг. Принимаем расход рабочего слоя футеровки конвертера на каждую плавку 0, 5 кг/100 кг металлошихты, что позволяет иметь стойкость футеровки 850…900 плавок. Обычно рабочий слой футеровки выполняют из смолодоломита (МgО=35…50%; СаO=45…65%), смоломагнезитодоломита (MgO=50…75%; СаО=15…45%), периклазографита (МgО не менее 72% и углерода 6…20% или МgО не менее 84% и углерода 6… 14%). В качестве материала футеровки выберем смоломагнезитодоломит.

 

Таблица 7 – Количество и состав неметаллических материалов, используемых в конвертерной плавке

Материал	Расход на плавку, %	Содержится в металле, %
		СаО	SiO2	Fe2O3	FeO	П.п.п.*	Прочие	Ито- го
Известь Плавиковый шпат Твердый окислитель Футеровка конвертера Миксерный шлак	4, 0…11, 0 0, 1…0, 4   0, 0…1, 5   0, 2…1, 0   0, 2…2, 0	80…92 0…5   1…14   15…65   25…35	1…5 3…20   4…12   1…5   30…40	– –   58…90   1…2   0…1, 5	– –   1…18   –   5…7	5…10 –   –   2…20***   –	5…15 75…95**   5…10   40…80   10…25	100 100   100   100   100

*) П.п.п. – потери при прокаливании извести состоят в основном из

СО₂, образующегося при разложении необожженного известняка.

**) Главным компонентом плавикового шпата является CaF₂.

***) Содержание углерода в огнеупорном материале.

 

Для выбора состава окатышей определим содержание Fe₂O₃ в них по заданным значениям Fe и FeO:

Fe₂O₃= (63, 0 – 1, 0·56/72)·160/112 = 88, 89%.

Расход извести будем определять расчетом по балансу оксидов СаО и SiO₂. Количество и состав неметаллических материалов, необходимых для дальнейших расчетов, сведены в таблице 8.

 

Таблица 8 – Количество и состав неметаллических материалов, используемых в расчете конвертерной плавки

Материал	Расход на плавку, %	Содержится в металле, %
		СаО	SiO2	Fe2O3	FeO	П.п.п.*	Прочие	Итого
Известь Плавиковый шпат Твердый окислитель Футеровка конвертера Миксерный шлак	Определяется расчетом 0, 2   0, 6   0, 5   0, 4	85, 0 5, 0   2, 0   30, 0   35, 0	1, 0 15, 0   4, 0   3, 0   40, 0	– –   88, 9   2, 0   1, 0	– –   1, 0   –   6, 0	5, 0 –   –   –   –	9, 0 80, 0   3, 0   65, 0   18, 0	100 100   100   100   100

 

Для расчета расхода извести, а в дальнейшем для определения количества и состава шлака, удобно составить таблицу 9. Сначала заполним все первые колонки таблицы 9, включая колонку «Итого».

Расход извести определим по формуле:

 

,

 

где Gиз – расход извести, кг/100 кг металлошихты;

В-основность шлака;

(SiO₂) – поступление в шлак SiO₂ из всех источников, кроме извести, кг;

(Σ CaO) – то же, СаО, кг;

(СаО)_из – содержание СаО в извести, %;

(SiO₂)_из-то же, SiO₂, %.

Основность шлака обычно изменяется в пределах 2, 5…4, 0 (чаще всего 3, 0…3, 5). Для более глубокого удаления серы и фосфора стремятся иметь максимальную основность, но не приводящую к ухудшению жидкоподвижности шлака.

Принимаем В = 3, 5.

Тогда:

Теперь можно заполнить колонку «Вносится известью» в таблице 9.

Для заполнения оставшихся двух колонок таблицы 9 необходимо определить уровень концентрации оксидов железа в шлаке. Содержание оксидов железа в шлаке не имеет прямой связи с их количеством в шихтовых материалах, а зависит, в первом приближении, от содержания углерода в металле и удельного расхода дутья снизу (таблица 10).

В процессе продувки оксиды железа поступают в шлак при окислении железа металлического расплава кислородом дутья и при растворении неметаллических материалов. Часть оксидов железа участвует в процессах окислительного рафинирования. Содержание оксидов железа в шлаке в конце продувки зависит от соотношения процессов их образования и расходования. В свою очередь эти процессы зависят от конкретных параметров плавки.

Для упрощения расчетов условно будем считать, что все оксиды железа, поступающие в конвертерную ванну с неметаллическими материалами, полностью разлагаются на железо, переходящее в жидкий металл, и кислород, участвующий в окислении примесей. В то же время оксиды железа шлака образуются за счет окисления железа металлического расплава кислородом дутья.

По данным таблицы 10 принимаем FeO=20% и Fe₂O₃=7%. Записываем эти значения в последнюю колонку таблицы 9. На все остальные оксиды шлака в количестве 7, 314 кг приходится 100 – (20+7)= 73%. Отсюда определяем общее количество шлака: 7, 314·100/73 = 10, 019 кг и заполняем все оставшиеся колонки и строки таблицы 9.

При выплавке IF-стали конечный шлак конвертерной плавки должен содержать не более 7% SiO₂, что позволит уменьшить до приемлемого уровня восстановление из него кремния при последующем микролегировании металла титаном. Для получения указанного содержания SiO₂ в шлаке плавку стали в конвертере следует вести с удалением промежуточного шлака после введения примерно 1/3 от расчетного количества кислородного дутья.

 

Расчет расхода дутья

 

В качестве дутья для продувки металла сверху используем технически чистый кислород с содержанием 99, 5% кислорода. Расход дутья определим по балансу кислорода, учитывая, что кроме дутья, кислород поступает в ванну при разложении оксидов железа неметаллических материалов, а расходуется не только на окисление примесей металла, но и на дожигание части СО до СО₂, окисление железа, а также частично растворяется в металле и теряется в газовую фазу в начале продувки.

Ранее была определена потребность в кислороде для окисления примесей металла (таблица 6): 5, 51 кг или 3, 86 м³. Определим расход кислорода на окисление железа.

В таблице 9 в предпоследней колонке записано количество FeO (2, 004 кг) и Fe₂O₃ (0, 700 кг) в шлаке. Для их образования потребуется кислорода:

2, 004·16/72 + 0, 700·48/160 = 0, 321 кг или 0, 321·22, 4/32 = 0, 22 м³.

При этом окисляется железа:

2, 004+ 0, 700–0, 321 = 2, 383 кг.

Определим расход кислорода на дожигание СО. В зависимости от положения фурмы относительно поверхности металла 5…15%, а при использовании двухъярусных фурм до 25%, образующийся СО окисляется до СО₂. Принимаем: 10% СО окисляется до СО₂.

По реакции {CO}+0, 5 {O₂} = {СО₂} на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11, 2 м³ О₂.

Так как при окислении углерода образовалось 6, 63 кг СО (таблица 6), то для окисления 10% этого количества (0, 663 кг) потребуется кислорода:

0, 663·16/28 = 0, 379 кг или 0, 379·22, 4/32 = 0, 265 м³.

С неметаллическими материалами поступает 0, 03 кг FeO и 0, 458 кг Fe₂O₃ (таблица 9).

При их полном усвоении образуется кислорода:

0, 03·16/72 + 0, 458·48/160 =0, 144 кг или 0, 144·22, 4/32 =0, 101 м³.

При этом восстанавливается железа:

0, 03 + 0, 458 – 0, 144 = 0, 344 кг.

Теперь определим общую потребность в кислороде дутья для окислительного рафинирования (V_k):

V_k = 5, 510 + 0, 321 + 0, 379 – 0, 144 = 6, 066 кг или 4, 246 м³.

Обычно 5…10% oт этого количества (принимаем 8%) приходится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле с учетом содержания кислорода в дутье (99, 5%). Определим общий расход дутья (V_д):

V_д = (6, 066·8/100 + 6, 066)·100/99, 5 = 6, 584 кг или 4, 609 м³.

Избыток дутья примерно составит 6, 584·8/100 = 0, 527 кг.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: