Расчет материального и теплового баланса с использованием железной руды

Недостатком процесса считают необходимость  снижения расхода лома (или увеличения расхода чугуна на 5-10 кг/т стали) в связи с тем, что уменьшается  приход тепла от окисления железа в шлак и расходуется тепло  на нагрев подаваемых в конвертер холодных нейтральных газов.

На сегодняшнее  время наиболее широко распространен  процесс ЛБЕ - продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу через пористые огнеупорные блоки в днище. Это объясняется тем, что из-за малого диаметра (1-1,5 мм) газопроводящих каналов (пор) в пористых блоках, жидкий металл не затекает в них даже при прекращении подачи газа. Поэтому в любой момент можно изменить расход нейтрального газа или прекратить его подачу, гибко варьируя технологию продувки.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Конвертер с верхней продувкой  Рис.2 Конвертер с комбинированной продувкой

Технология плавки

Лом загружают в конвертер совками  объемом 20-110 м³; их заполняют ломом в шихтовом отделении цеха и доставляют к конвертерам рельсовыми тележками. Загрузку ведут через отверстие горловины конвертера, опрокидывая совок с помощью полупортальной машины, либо мостового крана, либо напольной (перемещающейся по рабочей площадке цеха) машины. Конвертер при загрузке наклонен примерно на 45° с тем, чтобы загружаемые куски лома скользили по футеровке, а не падали бы сверху, разрушая ее.

Жидкий  чугун заливают в наклоненный  конвертер через отверстие горловины с помощью мостового крана из заливочного ковша, который обычно вмещает всю порцию заливаемого чугуна. Заливочные ковши с чугуном доставляют к конвертерам из миксерного или переливного отделений.

Для загрузки сыпучих шлакообразующих  материалов конвертер оборудован индивидуальной автоматизированной системой. Из расположенных над конвертером расходных бункеров, где хранится запас материалов, их с помощью электровибрационных питателей и весовых дозаторов выдают в промежуточный бункер, а из него материалы по наклонной течке (трубе) ссыпаются в конвертер через горловину.

 

2.3 Контроль качества продукции

 

Контроль  качества имеет первостепенное значение в производстве готового проката. Дефекты  катаной стали могут быть вызваны  неметаллическими включениями и  пористостью. Поэтому сталь любого ответственного назначения на выходе из прокатного цеха проходит неразрушающий  контроль. Важнейшие методы такого контроля – ультразвуковая и магнитная дефектоскопия.

Контроль  качества стали предполагает проведение ряда операций и приемов, обеспечивающих заданный уровень качества металла  в процессе его производства, а  также оценку соответствия фактических  потребительских характеристик  и товарного вида готовой продукции  требованиям стандартов.

К наиболее распространенным дефектам  относятся химическая и структурная  неоднородность, повышенное содержание вредных примесей и неметаллических  включений, дефекты макро- и микроструктуры, внутренние дефекты, дефекты формы  и поверхности изделий и т. д.

Для контроля и оценки разработаны специальные  методы испытаний и средства измерения, а также соответствующие документы, характеризующие условия поставки и приемки. Применяются стандартные  образцы, с которыми сравнивают фактические  образцы с помощью спектрального, рентгеновского и других анализов.

Номенклатура  показателей качества зависит от вида поставок и назначения стали. Для  оценки качества металла определяют его химический состав, механические свойства, делают макро- и микроструктурные анализы, производят внешний осмотр и др.

Химический  состав является основной и важной характеристикой качества стали, так  как весь комплекс физических, химических, механических и технологических  свойств зависит от содержания углерода, вредных, полезных и сопутствующих  элементов. Химический состав во многом определяет режим последующей обработки  сталей давлением, сваркой и термической  обработкой, а также структуру  и свойства полученных изделий.

Анализ  химического состава проводится для каждой плавки стали отбором  средней пробы при разливке металла  в слитки. Пробы заливают в чугунные стаканчики-изложницы, а после затвердения  из них сверлением или строганием получают стружку металла для  химического анализа. Результаты анализа  вносят в сертификат на сталь данной плавки.

Наиболее  распространенными нормируемыми показателями механических свойств металлов являются уровень твердости, прочность, относительное  удлинение и сужение, ударная  вязкость и др. Приведенные свойства стали определяются как в исходном, так и в отожженном или термически обработанном состоянии. После проведения анализа выясняют соответствие полученных данных требованиям стандартов.

  Макроструктурный анализ применяется  для исследования структуры сталей  невооруженным глазом или при  увеличении ее в 30 раз с помощью  лупы. Изучение макроструктуры производится  темя методами: методом изломов,  методом макрошлифов и просмотром  отшлифованной и протравленной  поверхности готового изделия.  Метод изломов позволяет определить  наличие дефектов во внутреннем  строении материала, толщину слоя  поверхностной обработки, размеры  зерен и их  взаимное расположение  и т. д. Метод макрошлифов  основан на исследовании специальных  макрошлифов, которые представляют  собой продольные или плоские  поперечные образцы, вырезанные  из изделий. В результате анализа определяется волокнистость материала, неоднородность химического состава, а также дефекты внутреннего строения. Просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия контролируется качество различной металлопродукции: слитков и отливок, изделий, полученных обработкой давлением, сваркой, механической и поверхностной обработкой и др. В процессе микроструктурного анализа структуру стали исследуют с помощью микроскопа. Строение металла, наблюдаемое при увеличении в 50-2000 раз, называется микроструктурой. Наибольшее распространение получили оптические микроскопы. Для изучения микроструктуры  образец вырезают в продольном или поперечном направлении, затем шлифуют, полируют до зеркального блеска и протравливают специальным реактивом.

Также получили распространение специальные  физические методы контроля скрытых  дефектов в металлических изделиях без их разрушения. Совокупность этих методов называется дефектоскопией. Основными видами дефектоскопии  являются ультразвуковая, магнитная, рентгеновская, люминесцентная и др.

Показатели  качества металлов и изделий оформляются  документом, которые делятся на две  основные группы. Первая группа документов определяет технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТы, ТУ, наряд заказы и т. п., вторая- характеризует  качество изделий данной партии или  марки: сертификат о качестве, акт  проверки качества и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчетная часть

 

3.1 Материальный баланс плавки

 

Расчет ведется  на 100 кг металлической шихты. Для  расчета баланса плавки, в которой  в качестве охладителей применяются  скрап и железная руда, зададимся  следующими исходными данными.

Расход чугуна составляет 85% от массы металлической  шихты; расход скрапа 15%; расход железной руды 1%; расход футеровки 0,5%. Температура  заливаемого чугуна составляет 1365⁰С, температура стали перед выпуском 1640⁰С. Технический кислород содержит 99,5% О₂ и 0,5% N₂. Считаем, что 90% Fe₂O₃ руды восстанавливается до железа и 10% до FeO.

Состав исходных материалов, футеровки, стали перед  раскислением и заданной марки стали  приведен в табл. 2.1 и 2.2.

                                                                                                                                            Таблица 2.1

Состав чугуна, скрапа, стали перед раскислением и заданной марки стали, %

Материал	С	Si	Mn	P	S
Чугун	4,00	0,6	0,8	0,2	0,033
Скрап	0,10	0,03	0,40	0,01	0,002
Сталь перед раскислением	0,03	0,01	0,10	0,02	0,02

 

                                                                                                           Таблица 2.2

Состав извести, руды, %

Материал	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	Fe2O3	H2O	CO2	CaF2
Известь	89,7	2,7	0,6	1,5	1,5	-	4	-
Железная руда	0,9	6,8	0,6	4,6	87,1	-	-	-
Смолодоломит	46,0	1,3	21,1	1,0	-	-	-	1,6

 

Материальный баланс плавки

1. Определяется средний состав металлической шихты (табл.2.3)
2. Приняв в первом приближении выход жидкой стали равным 0,9 (90% от массы металлической шихты), определяется количество примесей удаляющихся из ванны (на 100кг маталла):

C	3,405-0,03*0,9=3,378
Si	0,5115-0,01*0,9=0,5025
Mn	0,695-0,1*0,9=0,605
P	0,173-0,02*0,9=0,155
S	0,031-0,02*0,9=0,013
Fe(в дым)	1,000
Итого: (угар примесей)	5,653

                                                                                                                                                                                                                                                           Таблица 2.3

                                                                Состав шихты

Составляющие шихты	Содержание, %	Вносимые примеси, кг
		С	Si	Mn	P	S
Чугун	85	3,4	0,51	0,68	0,17	0,028
Скрап	15	0,0045	0,0015	0,015	0,003	0,003
Средний состав шихты	100	3,405	0,5115	0,695	0,173	0,031

 

3. Рассчитывается потребность в  кислороде на окисление примесей и количество образующихся окислов (без учета окисления железа в  шлак). При расчете принимается, что 90% углерода окисляется в конвертере до СО₃, а 10% до СО₂. Результаты расчета сведены в табл. 2.4.

 

                                                                                                                                  Таблица 2.4

Окисление примесей

Окисляющийся элемент	Образующийся окисел	Расход кислорода, кг	Масса окисла, кг
С	CO	3,04*16/12=4,053	8,801
С	CO2	0,378*32/12=0,9	1,382
Si	SiO2	0,5025*32/28=0,57	1,32
Mn	MnO	0,605*16/55=0,176	0,835
P	P2O5	0,155*80/62=0,2	1,988
Fe	Fe2O3 (в дым)	1,000*48/112=0,43	1,428
		6,329

 

4. Определяется расход извести. Обозначив  расход извести через Х, определим  его, задаваясь основностью конечного  шлака CaO/SiO₂=3,0. Находим количество SiO₂ в конечном шлаке, поступающее из материалов, кг:

 

Окисление кремния металлической  шихты	1,0725
Железная руда	1*0,07=0,07
Футеровка	0,5*0,025=0,012
Известь	0,02х
Всего	1,1545+0,02х

 

Количество  СаО в конечном шлаке, вносимое материалами, кг:

Известь	1,1545х
Железная руда	1*0,01=0,01
Футеровка	0,5*0,59=0,295
Всего	0,305+1,1545х

 

Подставив найденные  величины в формулу основности шлака, находим х

= 3,0

0,305+1,1545х = 3*(1,1545+0,02х)

0,305+1,1545х= 3,4635+0,06х

1,0945х=3,1585

Х=2,9 кг

 

5. Определяется  масса и состав шлака. С этой целью  вначале рассчитывается (табл. 2.5) количество составляющих шлака, вносимых материалами  без учета количества вносимых окислов  железа.  

                                                                                                                                         Таблица 2.5