Основы металлургического производства

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Сазонов А.В., Малахова О.И.

Основы металлургического производства

Учебно – методическое пособие к практическим

занятий для студентов, обучающихся по направлению 150400 – «Металлургия»

Одобрено редакционно-издательским советом СТИ НИТУ МИСиС

Старый Оскол

2014

УДК 669.041

ББК 34.32 Х211

Рецензент: доцент, к.т.н. Королькова Л.Н.

Составители: доцент, к.т.н. Сазонов А.В., доцент, к.т.н. Малахова О.И.

Основы металлургического производства. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям. СТИ НИТУ МИСиС, Старый Оскол, 2014 г. 50 с.

В данном учебно-методическом пособии представлены краткие теоретические сведения о технологических процессах поэтапного получения стали из железной руды, содержаться основные расчетные формулы и варианты заданий, необходимые при выполнении практических занятий. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 150400 - Металлургия.

СОДЕРЖАНИЕ

	стр.
АННОТАЦИЯ	6
1. Методические рекомендации по выполнению расчета процесса обогащения железной руды	8
2. Методические рекомендации по выполнению расчета расхода железорудного концентрата и известняка в агломерационной шихте	12
3. Методические рекомендации по определению химического состава готового агломерата	16
4. Методические рекомендации по выполнению расчета расхода агломерата на выплавку 1 т чугуна в доменной печи	18
4.1. Определение состава передельного чугуна	20
4.2. Расчет массы и состава шлака, образующегося в доменной печи при выплавке чугуна	24
5. Методические указания по определению изменения химического состава металла в процессе окислительного рафинирования в кислородном конвертере	26
5.1. Расчет материального баланса конвертерной плавки	29
5.1.1. Определение расхода извести	30
5.1.2. Определение состава и количества конвертерного шлака	31
5.1.3. Расчет выхода полупродукта	33
5.1.4. Определение расхода кислорода	34
5.1.5. Определение количества и состава отходящих газов	36
5.2. Составление материального баланса	38
5.3. Расчет расхода раскислителей и легирующих	38
5.4. Оценка расхода основных исходных материалов для выплавки 1 т жидкой стали и выхода попутных продуктов	40
ПРИЛОЖЕНИЯ	43
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА	49

АННОТАЦИЯ

В учебном пособии представлен алгоритм решения широкого круга практических задач, возникающих на различных этапах металлургического передела. Поэтапное выполнение предлагаемых заданий дает возможность студенту проследить превращение сырой железной руды, добытой из недр земли, в железорудный концентрат, а затем – в агломерат, определить основные технико-экономические и экологические показатели производства чугуна в доменной печи и стали в кислородном конвертере.

Целью настоящего пособия является формирование у студентов комплексного подхода к изучению технологических процессов черной металлургии, закрепление знаний и навыков, полученных на лекциях и в ходе самостоятельной подготовки.

Компетентности студентов, обучающихся по направлению 150400 – «Металлургия», формируемые в результате освоения дисциплины «Основы металлургического производства».

№ п/п	ООП		Содержание компетентности ООП
№ п/п	Код направления	Код компетенции	Содержание компетентности ООП
1	150400	ОК-12	владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией, способности работать с информацией в глобальных компьютерных сетях
2	150400	ПК-5	уметь применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды
3	150400	ПК-10	уметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке
4	150400	ПК-11	уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии
5	150400	ПК-12	уметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды
6	150400	ПК-20	уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности
7	150400	ПК-21	уметь использовать основные понятия и модели термодинамики, химической кинетики, переноса массы и тепла
8	150400	ПК-25	уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов

1. Методические рекомендации по выполнению расчета процесса обогащения

Железной руды

Обогащение железной руды – операция, позволяющая увеличить содержание железа в рудном материале. Продуктами обогащения являются: концентрат и хвосты.

Показателями процесса обогащения являются:- - содержание железа в исходной руде, % масс. - ;

- содержание железа в концентрате, % масс. - ;

- содержание железа в хвостах, % масс. - ;

- выход концентрата, доли ед. - ;

- выход хвостов, доли ед. - ;

- степень извлечения железа в концентрат, доли ед.:

(1.1)

- степень извлечения железа в хвосты, доли ед. :

(1.2)

- коэффициент обогащения, показывающий во сколько раз содержание железа в концентрате больше, чем в исходной руде, доли ед. :

(1.3)

- коэффициент сокращения, показывающий во сколько раз масса концентрата меньше массы исходной руды, доли ед.:

, (1.4)

- коэффициент глубины обогащения, показывающий во сколько раз содержание железа в концентрате меньше, чем в рудном минерале, доли ед.:

. (1.5)

На практическом занятии следует провести расчет показателей процесса обогащения. При этом следует учесть, что содержание железа в концентрате и хвостах задано (см. приложение 1). Исходя из данных приложения 1, для соответствующего варианта, студенту необходимо заполнить таблицу 1.

Таблица 1. Состав железной руды

Состав железной руды, % (пересчет на сухую массу)

Содержание Fe в концентрате и хвостах, %

FeO

Fe₂O₃

MnO

SiO₂

Al₂O₃

CaO

MgO

SO₃

P₂O₅

ППП*

(Fe)_конц.

(Fe)_хв.

Выход концентрата и хвостов можно определить как:

(1.6)

(1.7)

Различие в химическом составе и физических свойствах рудного минерала и пустой породы, характерное для всех типов железных руд предопределило многообразие способов их обогащения: обжиг, промывка, магнитная сепарация (сухая и мокрая), флотация и т.д. Строго говоря, состав продуктов обогащения (концентрата и хвостов) зависит от множества факторов, среди которых химический состав исходной руды, тип рудного минерала и характер пустой породы, способ обогащения и т.д., что затрудняет определение химического состава железорудного концентрата. Обогащение руды проводят преимущественно по отношению к железу, содержащемуся в рудном минерале. Другие химические элементы характеризуются той или иной степенью равномерности распределения между рудным минералом и пустой породой. Для марганца, серы и фосфора путем статистической обработки литературных данных установлено, что средние значения соотношения содержаний указанных элементов в концентрате и руде составляет:

; (1.8)

; (1.9)

(1.10)

Для остальных рудных составляющих для простоты расчета примем, что соотношение компонентов в руде и концентрате одинаково (постоянно). Тогда состав концентрата можно рассчитать следующим образом.

Содержание железа в исходной руде равно:

, (1.11)

где и - содержание железа в руде соответственно в виде и .

Аналогично содержание железа в концентрате определяется как

, (1.12)

где и - содержание железа в концентрате соответственно в виде и .

В свою очередь, массу железа, присутствующего в концентрате в виде FeO и Fe₂O₃, можно определить, используя величину степени извлечения железа из руды в концентрат:

(1.13)

(1.14)

Тогда содержание оксидов железа в концентрате будет численно равно

(1.15)

(1.16)

Проверка: , результат должен совпадать с заданным содержанием железа в концентрате.

Долю пустой породы в руде без оксидов марганца, фосфора серы можно рассчитать как:

(1.17)

Аналогичная величина для концентрата составит:

(1.18)

Тогда содержание, например, CaO в концентрате можно рассчитать следующим образом:

. (1.19)

Содержание остальных компонентов концентрата (кроме оксидов железа) определяется аналогично. Результаты расчета заносятся в таблицу 2.

Таблица 2.

Химический состав железорудного концентрата

Содержание компонентов железорудного концентрата, % масс.
FeO	Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	ППП

2. Методические рекомендации по выполнению расчета расхода железорудного концентрата и известняка в агломерационной шихте

Агломерация железорудных материалов проводится с целью окускования пылеватых (состоящих преимущественно из частиц, относящихся к мелкодисперсной фракции) железных руд и тонких концентратов. Это позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей, увеличить их производительность. На практике агломерационная шихта (аглошихта) состоит из нескольких компонентов: железосодержащих материалов – различные руды, концентраты, окалина, шлаки, шламы, пыли металлургического производства и т.п.; топлива – коксик (мелкий кокс), низкосортные угли, антрацитовый штыб и т.п.; различные добавки – известь, известняк, марганцевые руды и концентраты. Расчет аглошихты ведут с целью определения такого соотношения между ее компонентами, которое обеспечит получение агломерата заданного качества.

В настоящей работе компонентами аглошихты являются железорудный концентрат, коксовая мелочь и известняк, используемый для повышения основности агломерата.

Химический состав концентрата для соответствующего варианта следует брать из таблицы 2. Каждый студент считает свой состав концентрата, исходя из данных приложения 1.

Химические составы коксика и известняка для каждого варианта задания приведены в приложениях 2 и 3 и должен быть представлен в виде таблиц 3 и 4.

Таблица 3.

Состав известняка и характеристики агломерата.

Состав известняка, %(на сухую массу)									Характеристика агломерата
Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	CO₂	FeO, %	В

Таблица 4.

Состав кокса и его расход на агломерацию.

Состав кокса, % (на сухую массу)											Расход коксика, кг/т
Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	S_орг	FeS	SO₃	P₂O₅	С_нелет.	V_лет.	Расход коксика, кг/т

Факторами, определяющими качество агломерата, заданы его основность и окисленность (содержание FeO в агломерате). В задании определен также расход коксика на спекание, взятый в диапазоне 40 – 66 кг/т, что соответствует средним фактическим значениям этого показателя, характерным для работы отечественных аглофабрик. В этом случае расчет сводится к решению системы двух уравнений с двумя неизвестными (уравнения основности агломерата и уравнения материального баланса спекания).

Примем следующие обозначения: X, Y, Z – расходы соответственно концентрата, известняка и коксика при агломерации, кг/100 кг агломерата. Запишем уравнение основности агломерата:

(2.1)

где индексы «конц.», «и», «к» означают, что данные компоненты принадлежат соответственно концентрату, известняку и коксику.

Следует обратить внимание на то, что в приложении 3 и в таблице 4 расход коксика на агломерацию (Z), выражается в кг/т. В расчете по формуле (2.1) расход коксика следует выражать в кг/100 кг агломерата.

При составлении уравнения материального баланса спекания окисленного агломерата сначала подсчитывают потери массы каждого компонента аглошихты без учета процессов диссоциации и восстановления оксидов. Учитываются: выгорание из шихты углерода (С_нелет.), удаление летучих коксовой мелочи (V_лет.),гидратной влаги и углекислоты (СО₂), которые для руды (концентрата) объединены параметром «ППП – потери при прокаливании». При этом также удаляется 90 – 98 % органической и сульфидной серы ( , доли ед.) и 50 – 70 % сульфатной серы ( , доли ед.).

Расчет ведется на 100 кг агломерата. Таким образом, потерю массы каждого компонента (d) можно вычислить из общего уравнения:

. (2.2)

Здесь - масса кислорода, присоединившегося к массе аглошихты в результате реакции полного окисления сульфидов железа (сера окисляется до в соответствии со стехиометрической реакцией):

2 FeS + 3 O₂ = 2 FeO + 2 SO₂.

Потеря массы концентрата при спекании, кг/100 кг:

(2.3)

Потеря массы известняка при спекании, кг/100 кг:

(2.4)

Потеря массы коксика при спекании, кг/100 кг:

(2.5)

С учетом сказанного, выведем общее уравнение материального баланса процесса спекания. Пусть - соответственно потери массы концентрата, известняка и коксика при спекании, кг/100 кг соответствующего компонента шихты. Тогда ( ), ( ), ( ) – соответственно массы концентрата, известняка и коксовой мелочи, переходящие в агломерат, кг/100 кг компонента шихты. Далее, - соответственно массы концентрата, известняка и коксовой мелочи, переходящие при спекании в агломерат, в расчете на 100 кг агломерата.

Потери кислорода, связанные с диссоциацией и восстановлением оксидов железа при спекании компонентов шихты ( , кг/100 кг агломерата), определим исходя из заданной окисленности агломерата с учетом массы FeO, содержащегося в компонентах аглошихты:

, (2.6)

С учетом сказанного уравнение материального баланса спекания в расчете на 100 кг агломерата приобретает вид:

.(2.7)

Из решения системы двух уравнений (основности и материального баланса спекания) с двумя неизвестными определяем расходы железорудного концентрата (Х, кг/100 агломерата) и известняка (Y, кг/100 агломерата) для производства 100 кг агломерата.

3. Методические рекомендации по определению химического состава готового агломерата

Готовый агломерат состоит из всех компонентов, которые перешли в него в процессе спекания из аглошихты. Определение химического состава агломерата при известных расходах концентрата, известняка и коксовой мелочи сводится к расчету для каждой составляющей (кг/100 кг агл. или % масс.) по следующему уравнению:

(3.1)

где , , , - содержание i-го компонента соответственно в агломерате, концентрате, известняке и коксике, %; - доля компонента (доли ед.), теряемая при агломерации, которая рассчитывается для каждого компонента аглошихты по выражениям:

- для концентрата

(3.2)

- для известняка

(3.3)

- для коксика

(3.4)

Здесь d_X, d_Y, d_Z – потеря массы компонента аглошихты (см. ранее формулы 2.3 – 2.5).

В качестве примера приведем расчетные формулы для определения компонентов готового агломерата для FeO, Fe₂O₃ и MnO:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Для остальных компонентов готового агломерата (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, SO₃, P₂O₅) содержание определяется аналогичным образом.

Однако, данный состав не отражает изменения соотношения содержания оксидов железа. Содержание задано (см. данные приложения 2 и таблицы 3). Оно превышает результат расчета (FeO*) на величину FeO, образовавшегося при частичной диссоциации и восстановлении Fe₂O₃. При этом имели место потери кислорода, рассчитанные ранее (O_{дисс.,восст.)}по формуле 2.6. По данной величине определим количество Fe₂O₃, на которое следует уменьшить его содержание, полученное по расчету (Fe₂O₃*):

(3.8)

. (3.9)

Результаты расчета химического состава готового агломерата следует представить в виде таблицы 5.

Таблица 5.

Химический состав готового агломерата

Содержание компонентов готового агломерата, % масс.
FeO	Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅

4 . Методические рекомендации по выполнению расчета расхода агломерата на выплавку

1 т чугуна в доменной печи

Для выплавки чугуна в доменной печи используются шихтовые материалы, которые, так же как и в случае с аглошихтой выполняют различные функции, обеспечивающие нормальный ход процесса, экстракцию железа и формирование чугуна и шлака заданного состава. Для упрощения расчетов в настоящей работе ограничимся двумя компонентами шихты доменной плавки: агломератом – основным источником железа и коксом, который в доменной печи является топливом – источником тепла, необходимого для нагрева шихты и протекания эндотермических процессов восстановления оксидов.

Состав агломерата берется из таблицы 5. Состав кокса соответствует составу коксовой мелочи, используемой в аглошихте (приложение 3 и таблица 4). Расход кокса в шихте доменной печи и температура чугуна определены заданием (приложение 4). Эти данные следует внести в таблицу 6.

Таблица 6. Расход кокса в шихте

доменной печи и температура чугуна

Исходные данные к расчету производства чугуна
Расход кокса, кг/т чугуна	Температура чугуна, ^oС

Массу железа, содержащегося в шихте доменной печи, определим по уравнению:

(4.1)

где - масса железа в агломерате и коксе, кг/100 кг чугуна; - содержание железа в агломерате и коксе, %; - расходы агломерата и кокса в шихте доменной печи, кг/100 кг чугуна.

Из 100 кг агломерата в чугун перейдет железо массой:

(4.2)

где - степень восстановления железа в доменной печи (принимается в диапазоне 0,992 – 0,999).

Согласно заданию, на производство 100 кг чугуна расходуется кокса. При этом из кокса, содержащегося в шихте доменной печи, в чугун перейдет следующая масса железа (из Fe₂O₃ и FeS):

(4.3)

Зададим ориентировочный состав передельного чугуна, например: [C]=4.5 %; [Si]=0.5 %; [Mn]=0.3 %; [P]=0.1 %; [S]=0.04 %. Тогда масса железа в 100 кг чугуна будет численно равна:

.(4.4)

Тогда масса железа, перешедшего в чугун из агломерата, составит:

. (4.5)

Расход агломерата на производство 100 кг чугуна определим, решив следующую задачу: из 100 кг агломерата в чугун переходит железа, сколько агломерата потребуется для формирования 100 кг чугуна?

, [кг/100 кг чугуна]. (4.6)

Полученный результат следует пересчитать на 1 т чугуна.

Расчет по формулам 4.4 – 4.6 следует повторить после определения уточненного состава передельного чугуна.

Конвертерной плавки

Материальный баланс плавки в кислородном конвертере состоит из двух частей: приходной и расходной. Приходная часть материального баланса включает в себя расходы всех материалов, поступивших в конвертер, в том числе: жидкого чугуна; металлолома; извести; перешедшей в шлак футеровки; технического кислорода. В расходной части материального баланса приведены продукты плавки: полупродукт; конвертерный шлак; отходящие газы, а также потери металла с пылью и корольками.

5.1.1. Определение расхода извести

Присадки извести в конвертер как при загрузке шихтовых материалов, так и в процессе продувки ванны кислородом, производятся с целью наведения высокоосновного шлака, обеспечивающего удаление из металла вредных примесей: S и P. Основность шлака B=CaO/SiO₂ характеризует его способность к рафинированию стали. Оптимальная величина основности в кислородно-конвертерном процессе составляет 3,0–3,5. Для определения расхода извести используем уравнение основности.

Пусть источниками CaO в конвертерном шлаке являются: известь и футеровка сталеплавильного агрегата. Массу CaO, поступающего в шлак, можно рассчитать следующим образом:

, (5.3)

где , - содержание оксида кальция в извести и футеровке, % ; , - расход извести и количество футеровки, перешедшей в шлак, кг/100 кг шихты.

Диоксид кремния поступает в шлак в результате окисления кремния, содержащегося в металлошихте, а также из извести, футеровки, загрязнений лома (другими источниками пренебрежем), то есть массу SiO₂в шлаке определим как:

,(5.4)

где - количество окислившегося кремния, %; , , - содержание SiO₂ в извести, футеровке агрегата и загрязнениях металлолома, % масс.; - масса загрязнений (1–2 % массы металлолома); - масса металлошихты ( =100 кг).

После подстановки данных выражений в уравнение основности и проведения соответствующих преобразований его следует решить относительно расхода извести ( ).

Состав извести может быть установлен из предположения, что она получена путем обжига известняка заданного состава. При этом происходило разложение карбонатов с выделением CO₂. Определяя состав извести, следует предусмотреть некоторое количество недопала (2–10 % CO₂ остается в извести), высокую гигроскопичность свежеобожженной извести (содержание H₂O принять равным 0,5–1,5 %), а также что SO₃ при обжиге известняка удаляется на 50–70 %. Количество огнеупорной футеровки, перешедшей в шлак за время продувки, составляет 0,2–0,3 кг/100 кг металлошихты. Состав огнеупорной футеровки конвертера: CaO – 53 %; MgO – 43 %; SiO₂ – 2 %; Al₂O₃ – 2 %.

5.1.2. Определение состава и количества

Конвертерного шлака

Для определения общего количества образующегося шлака и его состава следует составить таблицу 10.

На первом этапе составления таблицы в нее записываются массы всех компонентов, переходящих в шлак из указанных источников, за исключением оксидов железа. Суммирование этих величин дает массу шлака без оксидов железа. Содержание FeO и Fe₂O₃ определим по количеству железа в шлаке ((Fe)_общ, %), которое характеризует окислительную способность конвертерного шлака и зависит от его основности (В), содержания углерода в полупродукте ([C]_п/п, %) и температуры металла и шлака (t_п/п, ^оС):

.(5.5)

Таблица 10.

Расчет состава и количества конвертерного шлака.

Источники компонентов шлака	Масса компонентов, кг/100 кг шихты
Источники компонентов шлака	CaO	SiO₂	MnO	MgO	P₂O₅	Al₂O₃	FeO	Fe₂O₃
Окисление примесей (Si, Mn, P) металлошихты
Известь
Огнеупорная футеровка
Масса шлака без оксидов железа
Общая масса шлака
Состав шлака, %

Примем, что 80 % железа, переходящего в шлак, окисляется до FeO и 20 % - до Fe₂O₃. Тогда содержание оксидов железа (%) составит:

, (5.6)

. (5.7)

Общее количество шлака рассчитывают исходя из того, что масса шлака без оксидов железа соответствует величине 100 – (FeO) – (Fe₂O₃), а общая масса шлака соответствует 100. Результаты расчетов позволяют определить состав конвертерного шлака, который следует представить в виде таблицы 10.

Расчет выхода полупродукта

В ходе продувки расплава в конвертере масса металлошихты уменьшается в результате:

- окисления примесей чугуна и металлолома ;

- окисления железа ;

- потерь железа с пылью ;

- потерь железа в виде корольков в шлаке ;

- загрязненности металлолома .

Отсюда массу полупродукта ( ) можно рассчитать следующим образом:

.(5.8)

Массу окислившихся примесей и железа, перешедшего в шлак, определим, соответственно, как

, (5.9)

где , , , - изменение содержания углерода, кремния, марганца и фосфора в процессе продувки металла в конвертере;

(5.10)

Потери железа с пылью принимают равными 1,5–2,0 % массы металлической части шихты, в виде корольков – 6–10 % массы шлака. Потери массы металла вследствие загрязнения металлолома – 1–2 % его массы.

Выход жидкой стали (% отн.) является важной характеристикой эффективности работы сталеплавильного агрегата, его величина определяется отношением:

. (5.11)

Отходящих газов

Отходящие газы формируются за счет компонентов дутья, металлошихты и шлакообразующих материалов, в процессе окислительного рафинирования не усвоившихся металлической ванной и не перешедших в шлак:

.(5.19)

При окислении углерода, содержащегося в чугуне и металлоломе, образуются CO и CO₂ в следующих количествах:

, (5.20)

. (5.21)

Массы СО₂ и паров воды, выделившихся при растворении извести, можно рассчитать следующим образом:

, (5.22)

, (5.23)

где и - содержание углекислого газа и воды в извести, %.

Примем, что азот, поступающий в конвертер с техническим кислородом, полностью не усваивается ванной, а кислород усваивается в пределах, установленных коэффициентом использования кислорода. Тогда

(5.24)

. (5.25)

Объем каждого из компонентов отходящих газов определяют по соотношению:

, (5.26)

где - масса -го компонента отходящих газов, кг/100 кг шихты; - масса 1 киломоля - го компонента, кг/моль.

Суммирование значений позволяет определить количество отходящих газов (м³). По результатам расчета можно также определить состав конвертерного газа, % об.:

(5.27)

Легирующих

Механические, технологические и потребительские свойства стали во многом определяются ее химическим составом. Сопоставление химического состава полученного в результате конвертерной плавки полупродукта и заданной марки стали по ГОСТ указывает на необходимость увеличения концентрации отдельных составляющих, что на практике обеспечивается проведением операции легирования. Одновременно с легированием жидкого металла осуществляют его раскисление с целью снижения содержания кислорода в расплаве. Обе указанные операции, как правило, совмещают по времени с выпуском плавки из сталеплавильного агрегата в ковш.

Для раскисления и легирования жидкого металла марганцем, кремнием, хромом используют присадки ферросплавов – ферромарганец, ферросилиций, феррохром. Химический состав ферросплавов, которые при необходимости следует использовать в данной работе, приведен в приложении 6. Для повышения содержания углерода в металле проводят науглероживание – присадку углеродсодержащих материалов. В настоящей работе с этой целью следует использовать коксик (приложение 3). Расчет расхода присаживаемых в ковш материалов ведется на 100 кг металлошихты.

Количество вводимых в расплав раскислителей и легирующих материалов рассчитывается по уравнению:

, (5.27)

где , , - содержание легирующего элемента, соответственно, в готовой стали (среднемарочное), в полупродукте и составе присадки, %; - коэффициент усвоения легирующего элемента, доли ед.; - масса полупродукта, кг/100 кг шихты.

Величина q_x зависит от химического сродства элементов к кислороду, способа ввода присадок в сталь. При раскислении и легировании ферромарганцем, ферросилицием и феррохромом в ковше величину q_x можно выбрать в диапазонах, соответственно: 0,80–0,85; 0,70–0,75; 0,85–0,90. При науглероживании стали в ковше коксиком коэффициент усвоения углерода следует принять равным 0,5–0,7.

Полученные результаты позволяют рассчитать массу готовой стали (кг/100 кг шихты):

, (5.28)

где n - количество присадок; - содержание в присадке компонентов, полностью не усваивающихся металлом, то есть переходящих в газовую фазу или в шлак, %.

Содержание таких компонентов в ферросплавах пренебрежимо мало. При определении величины для кокса следует суммировать содержания в нем летучих, а также всех оксидов (количеством усваивающихся расплавом серы из SO₃ и железа из Fe₂O₃ пренебрегаем).

Выхода попутных продуктов

Определим количество исходных материалов, которые использовались на всех этапах металлургического передела. Такими материалами будем считать железную руду, кокс, известняк, воздух, металлический лом, ферросплавы. Пересчет результатов, полученных ранее, на 1 т жидкой стали целесообразно проводить от конца к началу, то есть от сталеплавильного производства к подготовке руды.

В качестве примера определим расход металлического лома для выплавки 1 т стали при условии, что доля лома в металлошихте =0,25, а масса жидкой стали после ввода ферросплавов и науглероживания 92 кг/100 кг шихты. Это означает, что в 100 кг шихты содержится 25 кг металлолома, а также что масса готовой стали, получившейся из шихты с 25 кг лома, составляет 92 кг. Отсюда для выплавки 1 т потребуется кг металлического лома.

На всех этапах металлургического передела помимо основной продукции (агломерата, чугуна, стали) образуются так называемые попутные продукты, полностью или частично используемые в металлургии, строительстве, энергетике и т.д. Речь идет, прежде всего, о шлаках – доменном и конвертерном, пылях и шламах, а также газах – коксовом, доменном, конвертерном. Ранее на практических занятиях в рамках настоящего курса были получены данные, достаточные для определения выхода доменного и конвертерного шлаков, конвертерного газа, а также количества пыли, образующейся при продувке в кислородном конвертере, в расчете на 1 т стали.

Результаты пересчета расхода основных исходных материалов жидкой стали и выхода попутных продуктов необходимо представить в виде таблиц 11 и 12.

Таблица 11.

Расходы основных материалов металлургического производства в расчете на 1 т жидкой стали

Материал	Расход, кг/т стали
Железная руда
Кокс
Известняк
Металлический лом
Воздух

Таблица 12.

Выход попутных продуктов металлургического

производства в расчете на 1 т жидкой стали.

Продукт	Выход, кг/т стали
Доменный шлак
Конвертерный шлак
Конвертерная пыль
Конвертерный газ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Состав железной руды

№	Состав железной руды, % (пересчет на сухую массу)										Содержание Fe в концентрате и хвостах, %
№	FeO	Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	ППП	(Fe)_конц.	(Fe)_хв.
1	10.7	30.8	0.06	49.3	2.6	2.4	2.4	0.1	0.06	1.58	65	9
2	10.5	23.4	0.8	17.7	14.9	13.7	2.3	0.8	6.7	9.2	63	4
3	15.3	27.4	0.1	49.5	2.2	1.3	1.8	0.6	0.2	1.6	66	12
4	11.5	34.6	0.2	44	3.9	2.3	2.1	0.2	0.03	1.17	66	10
5	14	32.2	0.2	43.5	1.4	2	2.8	0.2	0.08	3.62	66	11
6	13.1	33.3	--	42.6	1.9	1.6	1.3	0.2	0.2	5.8	68	15
7	16.9	56.6	0.1	8.5	4.1	1.4	0.8	0.7	0.2	10.7	64	14
8	15.3	28.3	0.2	44	1.5	2	3	0.3	0.2	5.2	66	10
9	13.4	64.8	0.13	11.1	2.9	1.6	1.4	0.07	0.1	4.5	68	14
10	5.1	68.5	0.23	13.4	5.3	1.1	0.4	0.09	0.06	5.82	66	11
11	5.4	76	0.06	10.4	1.1	1.7	0.3	0.6	0.09	4.35	64	26
12	1.5	84.8	--	5.1	2.4	3.4	0.6	0.25	0.05	1.9	68	7
13	18.9	54.8	0.15	15.5	0.6	1.4	4.2	0.15	0.09	4.21	65	19
14	18.1	53.2	0.15	15.8	0.9	1.3	4.1	0.2	0.07	6.18	62	20
15	0.8	78.8	0.03	18.1	0.8	0.1	0.1	0.02	0.06	1.19	63	19
16	1.3	66.1	0.02	31.1	0.4	0.1	0.1	0.02	0.03	0.83	64	20
17	0.8	76.6	0.03	20.9	0.6	0.1	0.1	0.02	0.04	0.81	65	19
18	0.9	68.1	0.02	28.9	0.6	0.1	0.06	0.02	0.06	1.24	66	20
19	0.6	75.7	0.02	21.9	0.8	0.1	0.06	0.02	0.03	0.77	67	18
20	--	65.7	0.28	17.3	7.2	0.5	0.7	0.15	--	8.17	45	25
21	--	72	1.5	13.6	2.9	0.4	0.1	0.05	0.2	9.25	50	29
22	28.9	16.8	1.5	6.9	2.6	2.9	8.9	0.4	0.1	31	48	10
23	1.56	69.9	1.6	10.1	3.6	0.5	1.2	0.08	0.08	11.38	48	27
24	36.9	2	1.27	9.5	2.8	3.2	9.8	0.4	0.03	34.1	45	11
25	0.2	55.9	0.14	15.7	13	1.1	1.2	0.1	0.46	12.2	60	25
26	2	56.2	0.27	24	4.6	0.3	0.3	0.03	1.3	11	49	30
27	--	67.2	2.2	7.9	0.7	4.4	0.2	0.05	3.2	14.15	61	28

Приложение 2

Состав известняка

№	Состав известняка, %(на сухую массу)									Характеристика агломерата
№	Fe₂O₃	MnO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	CO₂	FeO, %	B
1	0.5	--	1.4	0.2	53	1.1	0.05	0.02	43.73	11	1.32
2	0.55	--	0.8	0.1	54.5	0.8	0.12	--	43.13	13	1.34
3	0.3	--	1.5	0.5	53	1.5	0.03	--	43.17	14	1.34
4	0.7	0.01	1.6	0.8	53.5	0.7	0.3	0.02	42.37	11	1.33
5	0.03	0.01	1.6	0.8	40	14	0.5	0.02	43.04	11	1.35
6	0.3	--	1.3	0.5	54	0.7	0.3	--	42.9	15	1.13
7	0.4	--	2	0.6	54	0.5	0.05	0.05	42.4	14	1.23
8	0.35	--	2	0.5	54	0.4	0.13	--	42.62	13	1.11
9	0.5	--	1.7	0.5	54	0.7	0.05	0.02	52.53	13	1.1
10	1.15	0.37	1.5	0.5	52	3.5	0.13	0.02	40.83	13	1.68
11	0.74	0.46	0.5	0.4	54.8	0.3	--	0.02	42.78	15	1.28
12	2.27	--	1.4	0.5	51.8	2.2	0.03	0.07	41.73	12	1.14
13	0.15	--	1.5	0.3	54	0.6	0.65	0.09	42.71	10	1.22
14	0.53	--	2.3	1.1	53.7	0.3	0.15	0.09	41.83	16	1.38
15	0.55	--	1	0.4	54	0.5	0.05	0.07	43.43	15	1.14
16	0.1	0.03	2.5	0.2	53	0.4	0.09	0.01	43.67	16	1.05
17	0.2	--	2	0.4	53.5	0.7	0.06	0.04	43.1	15	1.46
18	0.3	0.05	1.5	0.6	54	1	0.07	0.03	42.45	16	1.46
19	0.4	0.1	1	0.3	53.5	1.3	0.1	--	43.3	13	1.04
20	0.4	0.07	0.5	1	53	1.6	0.15	0.05	43.23	18	1.08
21	0.6	--	1	0.8	52.5	1.7	0.14	0.06	43.2	7	1.27
22	0.7	0.15	1.1	0.6	54	2.2	0.23	0.07	40.95	18	1.25
23	0.82	--	1.2	0.4	52	2.6	--	--	42.98	13	1.25
24	0.9	--	1.8	0.2	52	2.8	0.35	0.05	41.9	14	1.29
25	1	0.3	1	0.4	52.3	2.1	0.38	0.02	42.5	9	1.69
26	1.1	--	1.5	0.6	53.2	1.4	0.45	0.05	41.7	9	1.32
27	1.83	--	1.7	0.3	53.5	0.7	0.05	--	41.92	13	1.85

Приложение 3

Состав кокса

№	Состав кокса, %(на сухую массу)											Расход коксика, на агломерацию, кг/т
№	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	S _орг.	FeS	SO₃	P₂O₅	C _нелет.	V _лет.	Расход коксика, на агломерацию, кг/т
1	3	4.4	2.3	0.27	0.19	0,33	0,22	0,09	--	88.6	0.6	65
2	2.8	5	2.9	0.4	0.28	0,37	0,25	0,1	--	87.2	0.7	57
3	3.9	4.3	2.1	0.42	0.19	0,41	0,27	0,11	--	87.5	0.8	57
4	3.8	4.5	2.3	0.35	0.25	0,45	0,3	0,12	0,03	86.7	1.2	44
5	3.1	4.3	3.6	0.44	0.2	0,48	0,32	0,13	0.03	86.3	1.1	47
6	2.2	5.2	2.6	0.41	0.19	0,52	0,35	0,13	--	87.4	1	50
7	3.1	4.7	2.8	0.28	0.17	0,34	0,24	0,06	0.01	87.4	0.9	53
8	3.4	4.6	2.2	0.31	0.18	0,38	0,26	0,07	--	87.8	0.8	56
9	2.9	4.7	2.3	0.3	0.22	0,41	0,29	0,08	--	87.7	1.1	59
10	2.8	3.9	3.1	0.43	0.22	0,45	0,31	0,09	--	87.7	1	62
11	2.9	3.9	2.7	0.43	0.13	0,49	0,34	0,09	0.02	87.9	1.1	65
12	2.7	4	3.2	0.41	0.19	0,53	0,37	0,1	--	87.3	1.2	48
13	2.1	5.6	2.8	0.48	0.26	0,34	0,25	0,04	0.03	87.1	1	51
14	1.9	5.9	2.5	0.43	0.23	0,38	0,28	0,05	0.03	87.7	0.6	54
15	1.6	5.5	2.8	0.47	0.22	0,42	0,3	0,05	0.04	87.9	0.7	57
16	0.7	5.3	3.2	0.43	0.12	0,46	0,33	0,06	0.1	88.5	0.8	60
17	1.2	5.5	2.7	0.45	0.24	0,5	0,36	0,06	0.09	88	0.9	63
18	3.3	5.4	2.4	0.4	0.15	0,53	0,39	0,06	0.07	86.3	1	66
19	1.6	5.7	3.3	0.42	0.1	0,35	0,26	0,02	0.05	87.1	1.1	46
20	0.9	4.9	3.4	0.57	0.14	0,39	0,29	0,02	0.09	88.1	1.2	49
21	1.9	5.5	2.7	0.56	0.19	0,43	0,32	0,02	0.08	87.2	1.1	52
22	2.1	5	3.2	0.56	0.23	0,46	0,35	0,03	0.07	87	1	55
23	3	5.2	3.4	0.53	0.27	0,5	0,38	0,03	0.09	85.7	0.9	58
24	2.5	5.6	2.7	0.55	0.2	0,54	0,4	0,03	0.08	86.6	0.8	61
25	3.5	5.8	2.9	0.37	0.14	0,35	0,23	0,05	0.06	85.9	0.7	64
26	3.6	5.7	2.6	0.39	0.19	0,42	0,28	0,06	0.06	86.1	0.6	40
27	2.3	5.1	2.7	0.56	0.17	0,5	0,33	0,07	0.07	86.9	1.3	52

Приложение 4

Исходные данные к расчету по производству чугуна

№ варианта

Расход кокса, кг/т чугуна

Температура чугуна, ^oС

№ варианта

Расход кокса, кг/т чугуна

Температура чугуна, ^oС

442

1415

509

1430

470

1415

548

1445

519

1410

523

1435

549

1500

467

1440

562

1435

530

1440

441

1420

488

1425

432

1425

507

1440

414

1430

518

1455

439

1410

530

1430

508

1445

552

1445

473

1445

570

1455

591

1470

431

1435

539

1435

456

1420

511

1450

Приложение 5
Исходные данные к расчету по выплавке стали В кислородном конвертере
№	Марка стали	Емкость конвертера, т	Доля мет. лома в шихте, %	Температура полупродукта, ^оС	№	Марка стали	Емкость конвертера, т	Доля мет. лома в шихте, %	Температура полупродукта, ^оС
1	35Х	50	20	1620	15	30Г	50	30	1640
2	45Г2	100	22	1630	16	10	100	20	1650
3	09Г2С	160	25	1640	17	08Ю	160	22	1670
4	12ГС	200	27	1650	18	30	200	25	1690
5	09Г2	250	30	1670	19	35ГС	250	27	1620
6	16ГС	300	20	1690	20	14ХГС	300	30	1630
7	40Х	350	22	1620	21	25ХГСА	350	20	1640
8	15Х	50	25	1630	22	20А	50	22	1650
9	17ГС	100	27	1640	23	35Г	100	25	1670
10	50Г2	160	30	1650	24	10Г2С1	160	27	1690
11	30Х	200	20	1670	25	14Г2	200	30	1620
12	17Г1С	250	22	1690	26	15	250	20	1630
13	20Х	300	25	1620	27	50	300	22	1640
14	38ХА	350	27	1630

Приложение 6

Наименование, марка	Содержание элемента, % масс.							ГОСТ
	Si	C	Mn	Al	Cr	P	S
	Si	C	Mn	Al	Cr	не более
Ферросилиций ФС45	41-47	--	≤0,6	≤2,0	≤0,5	0,05	0,03	1415-78
Ферросилиций ФС75	74-80	--	≤0,4	≤2,5	≤0,4	0,05	0,03	1415-78
Ферромарганец низкоуглеродистый ФМн0,5	≤2,0	≤0,5	≥85,0	--	--	0,30	0,03	4755-80
Ферромарганец среднеуглеродистый ФМн1,0	≤2,0	≤1,0	≥85,0	--	--	0,20	0,03	4755-80
Ферромарганец высокоуглеродистый ФМн75	≤2,0	≤7,0	≥75,0	--	--	0,45	0,03	4755-80
Феррохром безуглеродистый ФХ006	≤1,5	≤0,06	--	--	≥65,0	0,03	0,03	4757-79
Феррохром низкоуглеродистый ФХ025	≤2,0	≤0,25	--	--	≥65,0	0,03	0,03	4757-79
Феррохром среднеуглеродистый ФХ200	≤2,0	≤2,0	--	--	≥65,0	0,04	0,04	4757-79
Феррохром высокоуглеродистый ФХ800	≤2,0	≤8,0	--	--	≥65,0	0,04	0,06	4757-79

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Воскобойников, В. Г. Общая металлургия: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : ИКЦ Академия, 2002. - 768 с. : 253 ил.

2. Дюдкин, Д. А. Современная технология производства стали / Д.А.Дюдкин, В.В.Кисиленко. - М : Теплотехник, 2007. - 528 с.

3. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С. Юсфина. М.: "Академкнига", 2005 г. – 628 с.

4. Меркер, Э. Э. Физические процессы в конвертере и энергоэкологические показатели производства [Text] : монография / Э.Э. Меркер, Г.А. Карпенко. - 2-е изд., стер. - Старый Оскол : ООО "ТНТ", 2008. - 328 с.

5. Тимофеева, А. С. Справочник теплофизика-металлурга [Текст] : учебное пособие / А.С.Тимофеева, В.В.Федина. - Старый Оскол : кпц "Роса", 2008. - 280 с.

Учебное издание

Сазонов Александр Васильевич

Малахова Оксана Ивановна

Основы металлургического производства

Учебно – методическое пособие к практическим

занятиям

Технический редактор: Иванова Н.И.

Компьютерный набор: Сазонов А.В., Малахова О.И.

Бумага для множительной техники

Подписано к печати ___________

Формат _____________ Усл. печ. листов __________

Тираж ______экз. Заказ № ___________

Отпечатано с авторского оригинала в отделении оперативной печати Старооскольского технологического института

Старый Оскол, м-н Макаренко, 42

Сазонов А.В., Малахова О.И.

Основы металлургического производства

Дата: 2019-12-22, просмотров: 409.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒