Расчет количества и состава шлака

 

Шлак образуется в результате окисления примесей металлической шихты и растворения неметаллических материалов. Данные о количестве и составе неметаллических материалов, обычно наблюдаемые в производственной практике, приведены в таблице 6 [4].

 

Таблица 6 - Количество и состав неметаллических материалов, используемых в классической технологии конвертерной плавки

Материал	Расход на плавку, %	Содержится в материале, %
CaO	SiO2	Fe2O3	FeO	П.п.п.	Проч.	Итого
Известь	4, 0-11, 0	80-92	1-5	-	-	5-10*1	5-15
Плавиковый шпат	0, 1-0, 4	0-5	3-20	-	-	-	75-95*2
Твердый окислитель	0, 0-1, 5	1-14	4-12	58-90	1-18	-	5-10
Футеровка конвертера	0, 2-1, 0	15-65	1-5	1-2	-	2-20*3	40-80
Миксерный шлак	0, 2-2, 0	25-35	30-40	0-1, 5	5-7	-	10-25
*1 – потери при прокаливании (П.п.п.) извести состоят в основном из СО2, образующегося при разложении недообожженного известняка. *2 – основным компонентом плавикового шпата является CaF2. *3 – содержание углерода в огнеупорном материале.

 

 

Для определения количества и состава образующегося шлака, необходимо по данным таблицы 6 выбрать конкретные значения с использованием заданных величин так, чтобы содержание компонентов в материале в сумме составляло 100 %. При определении состава твердых окислителей (окатышей) необходимо кроме данных таблицы 6 использовать исходные данные (Приложение 1) о содержании в окатышах Fe и FeO, по которым можно определить Fe₂O₃ в твердых окислителях (окатышах):

 

(15)

 

Данные о расходе плавикового шпата и твердого окислителя приведены в задании (Приложение 1). Расход миксерного шлака к массе чугуна G_М.Ш, % был принят в п.5. Для его пересчета в кг следует использовать выражение - G_Ч ∙ G_М.Ш, % / 100%, кг.

В шлакообразовании принимает участие футеровка кислородного конвертера. Рабочий слой футеровки обычно выполняют из смолодоломита (MgO = 35-50%; CaO = 45-65%), смоломагнезитодоломита (MgO = 50-75%; CaO = 15-45%), периклазографита (MgO не менее 72% и углерода 6-20% или MgO не менее 84% и углерода 6-14%).

Для продолжения расчета следует выбрать один из вариантов футеровки и принять значение ее износа. В зависимости от качества огнеупорных материалов износ рабочего слоя футеровки за плавку составляет 0, 3-0, 7 кг/100кг металлошихты.

Расход извести следует определять расчетом по балансу оксидов CaO и SiO₂.

Количество и состав неметаллических материалов, необходимых для проведения дальнейших расчетов, необходимо свести в таблицу 7.

 

 

Таблица 7 - Количество и состав неметаллических материалов, используемых в расчете конвертерной плавки*

Материал	Расход на плавку, % (кг/100кг)	Содержится в материале, %
CaO	SiO2	Fe2O3	FeO	П.п.п.	Проч.	Итого
Известь	Находится расчетом			-	-
Плавиковый шпат				-	-	-
Твердый окислитель						-
Футеровка конвертера					-	-
Миксерный шлак						-
* – ячейки, в которых проставлен знак «-» - не заполняются

 

Для расчета расхода извести, количества и состава шлака, удобно составить таблицу 8. Сначала заполняются все первые колонки таблицы 8, включая колонку «Итого»:

- колонка «вносится металлической шихтой» заполняется по данным таблицы 5;

- колонки «вносится окатышами, футеровкой, миксерным шлаком и плавиковым шпатом» заполняются по данным таблицы 7 исходя из расхода шлакообразующего материала (кг/100 кг металлошихты) и содержания в нем соответствующей примеси (%).

 

После заполнения колонки «Итого» определяют расход извести по формуле

 

(16)

 

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

В – основность шлака по отношению CaO/SiO₂;

(SiO₂)_об – поступление в шлак SiO₂ из всех источников, кроме извести (колонка «Итого», кг;

(СаО)_об – то же для СаО металлошихты, кг;

(СаО)_из – содержание СаО в извести (по данным таблицы 7), %;

(SiO₂)_из – то же SiO₂, %.

Основность шлака (В) в конвертерной плавке 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.

Приняв значение основности шлака определяют расход извести на плавку (кг/100 кг металлошихты) и, используя данные о составе извести из таблицы 7, заполняют колонку «Вносится известью» в таблице 8.

Для заполнения оставшихся двух колонок таблицы 8 необходимо определить уровень концентрации оксидов железа в шлаке в конце продувки. 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 (таблица 9).

 

Таблица 8 - Расчет количества и состава шлака*1	Состав шлака, %								100, 0
Вносится, кг	всего				GЕО				GШЛ	*1 – ячейки, в которых проставлен знак «-» - не заполняются. *2 – в статью «Прочие» входят MnO, P2O5 и CaS, образующиеся при переходе марганца, фосфора и серы металлошихты в шлак. *3 – потери при прокаливании в состав шлака не входят, а учитываются при расчете состава газа (таблица 10)
Известью*3					-	-	-
итого
плавиковым шпатом					-	-	-
миксерным шлаком
Футеровкой конвертера					-
окатышами
металлической шихтой	-		*2		-	-	-
Компоненты шлака	CaO	SiO2	Прочие	Итого	FeO	Fe2O3	Итого	Всего

 

 

Таблица 9 - Содержание оксидов железа в шлаке при верхней продувке*

Оксид железа	Содержание оксидов железа при содержании углерода в металле в конце продувки, %
менее 0, 10	0, 10-0, 25	более 0, 25
FeO	20-30	15-20	10-15
Fe2O3	6-12	4-6	3-5
* - содержание оксидов железа при донной продувке в 2-2, 5 раза ниже.

 

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 можно 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 тоже время оксиды железа шлака образуются за счет окисления железа металлического расплава кислородом дутья.

Тогда для продолжения расчета следует исходя из данных таблицы 9 и содержания углерода в конце продувки (см. п.3), принять содержания (FeO) и (Fe₂O₃) в конечном шлаке. Эти данные заносятся в последнюю колонку таблицы 8, а также частично заполняется колонка «Всего», для определения количества оксидов, образующихся в процессе плавки и внесенных известью (кроме оксидов железа) - G_ЕО.

Зная процентное содержание оксидов железа в шлаке и количество образующихся в процессе плавки оксидов (кроме оксидов железа) из колонки «Всего», можно определить общее количество шлака (G_ШЛ, кг)

 

(17)

 

и заполнить все оставшиеся колонки и строки таблицы 8.

 

Расчет расхода дутья

 

В качестве дутья в кислородно-конвертерной плавке используют технически чистый кислород с содержанием 99, 5% кислорода. Расход дутья следует определять по балансу кислорода. Кроме дутья, кислород поступает в ванну при разложении оксидов железа неметаллических материалов, а расходуется не только на окисление примесей металла, но и на дожигание чисти СО до СО₂, окисление железа, а также частично растворяется в металле и теряется в газовую фазу в начале продувки.

Расходные статьи баланса кислорода:

1. Потребность в кислороде для окисления примесей металла ( ) определяется по данным таблицы 5.

2. Расход кислорода на окисление железа определяют по количеству образующихся в конце продувки оксидов железа FeO ( ) и Fe₂O₃ ( ) – колонка «Всего» таблицы 8. По этим данным определяют потребность в кислороде на образование оксидов железа:

 

(18)

(19)

 

3. Расход кислорода на дожигание СО. В зависимости от положения фурмы относительно поверхности металла 5-15% образующийся СО окисляется до СО₂. По реакции

{CO} + ½ {O₂} = {CO₂}

на каждые 28 кг СО требуется 16 кг или 11, 2 м³ О₂.

Зная количество образующегося при окислении углерода СО (g_СО) из таблицы 5 и приняв степень дожигания СО в полости конвертера (η _СО, %), определяют расход кислорода на дожигание СО из выражения:

 

(20)

(21)

 

Приходными статьями баланса кислорода, кроме собственно кислородного дутья, является поступление кислорода от разложения оксидов железа неметаллических материалов FeO ( ) и Fe₂O₃ ( ). Количество оксидов железа, поступающих с неметаллическими материалами было рассчитано в таблице 8 – колонка «Итого». При их полном усвоении образуется кислорода:

 

(22)

(23)

 

В итоге можно определить общую потребность в кислороде дутья для окислительного рафинирования (V_К):

 

V_К = + + – , кг. (24)

 

Обычно 5-10% от этого количества приходится на потери кислорода в газовую фазу и растворение его в металле (П_O2, %). С учетом содержания кислорода в дутье (99, 5%) определяется общий расход дутья (V_Д)

 

(25)

(26)

 

Избыток дутья при этом находится из уравнения

(27)

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: