В начале расчета необходимо определить параметры, характеризующие состояние ванны жидкого металла в конце продувки: массу металла, его химический состав и температуру.

Масса металла в конце продувки соответствует вместимости конвертера, указанной в задании (Приложение А). Так как при продувке происходит окисление элементов металла и неизбежны потери железа, то исходная масса металлических материалов, из которых получают сталь (масса чугуна и лома), должна быть больше массы жидкой стали. Определение массы каждого из металлических материалов, загружаемых в конвертер, является одной из задач расчета плавки.

Химический состав стали любой марки регламентируется стандартами или оговаривается с заказчиком и должен соответствовать установленным требованиям. Марка стали указывается в задании и выбирается из Приложения Б [1].

Кроме того, следует учесть, что для осуществления безаварийной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок, содержание серы и фосфора в разливаемом металле не должно превышать 0,025 и 0,015 % соответственно.

Известно, что в классическом кислородно-конвертерном процессе количество лома, загружаемого на плавку, не превышает 30 % от суммы металлошихты (обычно 22-28 %). В противном случае значительно снижается приход тепла с жидким чугуном и тепла будет недостаточно для нормального ведения плавки. Исходная концентрация элементов в металлошихте существенно превышает их содержание в марочном составе выплавляемой стали. Поэтому удаление избытка элементов (в основном углерода) является главной задачей окислительного рафинирования в процессе продувки металла кислородом.

Продувку желательно прекратить тогда, когда достигнуто требуемое содержание углерода в металле ([C]_M) – любое значение для заданной марки стали из марочного интервала (см. Приложение Б). Однако целесообразно ориентироваться на среднее значение из интервала: нижний предел – середина марочного интервала. Это связано с возможностью поступления углерода в металл при раскислении ферросплавами (особенно углеродистым ферромарганцем).

Однако следует иметь в виду, что получение стали с содержанием углерода ближе к верхнему пределу предпочтительнее с точки зрения расхода кислорода и раскислителей, массы жидкого металла, времени продувки и других технико-экономических показателей.

Таким образом, продувка металла в конвертере может быть закончена, когда в металле останется такая концентрация углерода, при которой последующий ввод материалов (раскислителей и легирующих) не приведет к выходу ее за указанные маркой стали пределы. Учитывая вышеизложенное, студент осуществляет выбор содержания углерода в металле в конце продувки - [C]_M, %.

При продувке невозможно избежать практически полного окисления кремния и большей части марганца (окисляется на 75-85 %). Это значит, что остаточные содержания кремния и марганца окажутся в большинстве случаев меньше необходимых и потребуется вводить их в металл в виде специальных материалов, как правило, ферросплавов. При этом необходимо учитывать поступление в металл сопутствующих элементов (в том числе и углерода). Например, ферромарганец марки ФМн78 содержит 7,0 % углерода.

В производственных условиях, если после продувки реальная концентрация углерода не соответствует расчетным значениям, проводится коррекция: при высокой концентрации углерода металл додувают, при низкой – в металл на выпуске вводят углеродсодержащий материал (кокс, графит и др.). Однако любая коррекция является нежелательной, так как связана с дополнительными затратами материалов, энергии, времени и труда.

Температура металла в конце продувки зависит от содержания углерода в металле, способа ковшевой обработки и типа разливки, так как это определяет необходимый запас тепла металла для сохранения его в жидком состоянии вплоть до разливки последних порций металла. Данная температура (t_М) равна сумме температуры начала затвердевания металла – температуры плавления (t_ПЛ) и величины перегрева металла, учитывающего потери тепла от момента выпуска металла до окончания разливки (t_ПЕР):

t_М = t_ПЛ + t_ПЕР.                                                                  (1)

В этом случае температуру начала затвердевания металла можно определить по формуле [2]:

t_ПЛ = 1539 – 80 ∙ [C]_М,                                                                (2)

где 1539 – температура плавления чистого железа, ˚С;

[C]_М – содержание углерода в металле в конце продувки, %.

Величину перегрева металла следует выбрать в пределах, указанных в таблице 1 в соответствии с указанием по разливке, приведенном в задании (Приложение А). Целесообразно принимать среднее значение величины перегрева из диапазона, указанного для каждого способа и условия разливки.

Таблица 1 – Величина необходимого перегрева металла в конвертере в зависимости от способа и условий разливки [3]

По результатам данного раздела студент должен определиться с массой жидкого металла в конце продувки, содержанием в нем углерода и температурой.