Избыточное количество тепла, равное 13901,272 необходимо израсходовать на нагрев охладителя, в качестве которого можно использовать стальной лом.

6. Определение количества металлического лома, необходимого для охлаждения ванны

       Избыток тепла в процессе используем на нагрев металлолома, расход тепла на 1кг которого при 1620°С составит:

       Q_л= C_cт.т·t’пл+L^’_пл+С_ст.ж·(t^’_ж – t^’_пл),

       т.е.

       Q_л=0,699·1500+272+0,837· (1620-1500)=1420,94 кДж/кг.

       Количество  металлического лома, необходимое для охлаждения ванны, составит:

       G_л=13901,272/1420,94=9,783 кг.

       Состав  лома в виде отходов прокатного производства мало отличается от состава выпускаемой стали, его присадка не отразится на составе получаемой стали.

       Выход жидкой стали при использовании  металлического лома для охлаждения ванны составит:

       89,637+9,783=99,42 кг.

       Выход жидкой стали 100кг металлической части  шихты составит:

       (99,42·100)/(100+9,783)=90,56 кг.

       Расход  технического кислорода на 1 т стали составит:

       Go₂ =5,063·10·100/99,42=50,927 м³.

7. Проверочный расчет

       Таблица 10

       Состав  шлака к концу продувки

7.1. Пересчет шлака  на 100%.

       Пересчитаем состав шлака, исходя из допущения, что  шлак состоит из шести оксидов, используя  соотношение:

       (%i)’= (%i)·100%/(%FeO+%MnO+%CaO+%MgO+%SiO₂+%P₂O₅),

    (%FeO)’=(18/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=19,37%,

    (%MnO)’=(6,35/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=6,84%,

    (%CaO)’=(49,78/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=53,56%,

    (%MgO)’=(3,24/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=3,49%,

   (%SiO₂)’=(11,72/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=12,62%,

    (%P₂O₅)’=(3,83/(18+6,35+49,78+3,24+11,72+3,83))·100%=4,12%.

7.2. Определение числа молей оксидов в 100г шлака.

       n_i=(%i)’/M_i,

       где (%i) – содержание косида в массовых процентах, %,

           M_i – молярная масса оксида, г/моль.

       n_FeO =19,37/72=0,269 моль;

       n_MnO  =6,84/71=0,096 моль;

       n_CaO=53,56/56=0,957 моль;

       n_MgO=3,49/40=0,087 моль;

       n_SiO2=12,62/60=0,21 моль;

       n_P2O5=4,12/142=0,029 моль.

7.3. Определение числа  грамм-ионов катионов

       n_i⁺=ν_i·n_i ,

       где ν_i – число частиц некислородного элемента в молекуле оксида, который образует данный катион.

       n_i – число молей оксида в 100 г шлака, моль.

       n_Fe²⁺ =0,269 моль;

       n_Mn²⁺=0,096 моль;

       n_Ca²⁺=0,957 моль;

       n_Mg²⁺=0,087 моль;

       n_Si⁴⁺=0,21 моль;

       n_P⁵⁺=2·0,029=0,058 моль.

7.4. Определение суммы грамм-ионов всех катионов в 100 г шлака

         Σn⁺=1,677 моль

7.5. Определение ионных долей компонентов в шлаковом расплаве

       X_i⁺=n_i⁺/ Σn⁺,

       X_Fe²⁺=0,269/1,677=0,16;

       X_Mn²⁺=0,096/1,677=0,057;

       X_Ca²⁺=0,957/1,677=0,57;

       X_Mg²⁺=0,087/1,677=0,052;

       X_Si⁴⁺=0,21/1,677=0,125;

       X_P⁵⁺=0,058/1,68=0,035.

7.6. Определение десятичных логарифмов коэффициентов активности Fe,Mn и P в шлаке

       При T=1893 K:

       lgγ_Fe²⁺=1000/T(2,188·X_Mn²⁺·X_Si⁴⁺+5,908·(X_Ca²⁺+X_Mg²⁺)·X_Si⁴⁺+10,503·X_Ca²⁺·X_P⁵⁺),

       lgγ_Fe²⁺=1000/1893(2,188·0,057·0,16+5,908·(0,57+0,052)·0,125+10,503·0,57·0,0035)= 0,363.

       lgγ_Mn²⁺= lgγ_Fe²⁺-(2188/T)·X_Si⁴⁺,

       lgγ_Mn²⁺= 0,363-(2188/1893)·0,125=0,216.

       lgγ_P⁵⁺= lgγ_Fe²⁺-(10503/T) ·X_Ca²⁺

       lgγ_P⁵⁺= 0,363-(10503/1893)·0,57= -2,803.

7.7. Определение коэффициентов активности Fe, Mn и P в шлаке

       γ_Fe²⁺=2,298;

       γ_Mn²⁺=1,646;

       γ_P⁵⁺=0,0015.

7.8. Расчет коэффициентов  активности Mn и P в металле

lg(f_i)=Ʃe_i^j·[%j],

       где e_i^j – параметр взаимодействия,

          [%i] – концентрация.

       lgf_[Mn]= e_Mn^C·[%C]+e_Mn^Si·[%Si]+ e_Mn^Mn[%Mn]+ e_Mn^S[%S]+ e_Mn^P[%P],

       lgf_[Mn = -0,07·0,07-0,048·0,031-0,0035·0,0263= -0,0065.

       lgf_[P]= e_P^C[%C]+e_P^Si[%Si]+ e_P^Mn[%Mn]+ e_P^S[%S]+ e_P^P[%P],

       lgf_[P] =0,13·0,77+0,028·0,031+0,062·0,0263=0,0116.

       Результаты  расчета:

       f_[Mn]=0,985;

       f_[P]=1,027.

7.9. Расчет равновесного содержания марганца

       Распределение марганца между металлом и шлаком определяется реакцией:

       [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]

       Константа равновесия этой рекции имеет вид: 
 

       Температурная зависимость константы равновесия, полученная из первичных термодинамических  данных:

       lg K_Mn = 5248,78/T - 2,13.

       При 1900 К K_Mn = 4,29

       Расчет  равновесной концентрации марганца:

7.10. Расчет равновесного  содержания фосфора

       Распределение фосфора между металлом и шлаком определяется реакцией:

       [P]+2,5(FeO)=(PO_2,5)+2,5[Fe].

       Константа равновесия этой реакции имеет вид: 

       Тогда: 

       Температурная зависимость константы равновесии имеет вид:

       lg K_P = 9000/T – 5,3.

       При 1900 К   K_P =0,273.

       Расчет  равновесной концентрации фосфора:

7.11. Расчет равновесного содержания серы

 

где L_p – коэффициент распределения серы,

     u – кратность шлака (m_шлака / m_{металла}).

       Коэффициент распределения серы находится по уравнению Доброхотова:

       L_p=13 - 0,3·((%SiO2)+(%Al2O3)+(%P2O5)),

       L_p=13 - 0,3·(11,72+1,22+3,83)=7,9685.

       Тогда:

8. Расчет сопла Лаваля.

       Исходные  данные для расчета:

• давление газа перед фурмой P₀= 1013000 Па,
• температура газа Т₀= 303 К,
• давление окружающей среды Р_окр= 101300 Па,
• емкость конвертера Q_конв= 250 т,
• интенсивность продувки J_O2= 3 м3/т·мин,
• число сопел n= 3,
• угол расширения α= 8⁰,
• показатель адиабаты k= 1,4.

       

8.1. Определение давления в критическом сечении

8.2. Определение температуры газа в критическом сечении

8.3. Определение скорости газа в критическом сечении

 

где R – универсальная газовая постоянная, R=259,69 Н·м/кг_О2·К.

8.4. Определение плотности газа в критическом сечении

8.5. Определение площади и диаметра критического сечения

       М – секундный расход газа через  одно сопло 
 
 
 
 

8.6. Определение параметров скорости истечения газа

       Из  интересов организации струи, давление газа принимаем:

P=1,1·P_окр=111430. 
 

       λ = 1,675.

8.7. Определение скорости на выходе из сопла

       V = λ·V_кр,

       V = 1,675·302,98 = 507,583 м/с.

8.8. Определение температуры на выходе из сопла

                         

8.9. Определение плотности газа на выходе из сопла

8.10. Определение площади и диаметра выходного сечения сопла

8.11. Определение длины сопла

9. Расчет количества ферросплавов

       Таблица 11.

       Химический  состав ферромарганца по ГОСТ 4755-80

 

Таблица 12.

Химический  состав ферросилиция по ГОСТ 1415-78