Промышленность \ Производство цветных металлов

Проект электросталеплавильного цеха производительностью 75 тыс. тонн жидкой стали в год (Расчётная часть дипломного проекта)

Страницы работы

59 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

2 Расчётная часть

2.1 Баланс металла в электросталеплавильном цехе

Сортамент и химический состав сталей, выплавляемых в цехе (производительность 75 тыс. т/год) представлен в таблице 1.

Возвратные отходы в электросталеплавильном цехе представляют собой недоливки и скрап.

Недоливки – слитки, недолитые до нормального веса. Отходы металла в виде недоливок колеблется от 1,2 до 3,5 % от массы жидкой стали. Отходы в виде скрапа возникают вследствие образования козелков в сталеразливочных ковшах, при повторных сливах металла из печи во время её заправки и так далее.

Невозвратные отходы в электросталеплавильном цехе представляют собой угар металла в печи в результате испарения в зоне электрических дуг. Величина угара в большой степени зависят от качества шихты: стружка, мелкий ржавый скрап окисляются больше, и в связи с этим величина угара возрастает. Величина угара составляет в среднем 5 % от величины загружаемой шихты и составляет 80 кг/т жидкой стали.

Опираясь на сортамент выплавляемых в цехе марок стали, выбранное сечение заготовки и не возвратимых и невозвратимых отходов и потребность в шихте на 1 т заготовки. Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.

Таблица 1 – Сортамент и химический состав сталей, выплавляемых в ЭСПЦ

Номер группы	Производство тыс.т/год	Наименование группы	Марки стали	Химический состав, %
Номер группы	Производство тыс.т/год	Наименование группы	Марки стали	С	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
1	15	Хромоникелевая ГОСТ 4543-71	40Х2Н2МА	0,35-0,42	0,3-0,6	0,17-0,37	1,25-1,65	1,35-1,75	0,2-0,3
			12ХН3А	0,09-0,16	0,30-0,60	0,17-0,37	0,60-0,90	2,75-3,15	-
			20Х2Н4А	0,16-0,22	0,30-0,60	0,17-0,37	1,25-1,65	3,25-3,65	-
			Среднее по группе		0,45	0,27	1,2	2,65	0,25
2	15	Хромистая ГОСТ 4543-71	20Х	0,17-0,23	0,5-0,8	0,17-0,37	0,7-1,0	-	-
			30Х	0,25-0,33	0,5-0,8	0,17-0,37	0,8-1,0	-	-
			35Х	0,31-0,39	0,5-0,8	0,17-0,37	0,8-1,0-	-	-
			40Х	0,36-0,44	0,5-0,8	0, 0,17-37-	0,8-1,0	-	-
			50Х	0,46-0,54	0,5-0,8	0,170,37	0,8-1,0
			Среднее по группе		0,65	0,27	0,95	-	-

Продолжение Таблицы 1

Номер группы	Производство тыс.т/год	Наименование группы	Марки стали	Химический состав, %
3	25	Углеродистая качественная конструкционная ГОСТ 1054–74		С	Mn	Si	Cr	Ni	Mo
			45	0,42-0,50	0,50-0,80	0,17-0,37
			50	0,47-0,55	0,50-0,80	0,17-0,37
			60Г	0,57-0,65	0,70-1,00	0,17-0,37		-	-
			Среднее по группе		0,70	0,27	-	-	-
4	20	Хромокремнемар-ганцевая ГОСТ 4543-71	25ХГСА	0,22-0,28	0,80-1,10	0,90-1,20	0,80-1,10	-	-
			30ХГСА	0,28-0,34	0,80-1,10	0,90-1,20	0,80-1,10	-	-
			35ХГСА	0,32-0,39	0,80-1,10	1,10-1,40	1,10-1,40	-	-
ВСЕГО	75		Среднее по группе		0,95	1,15	1,20

Расчет ведется по методическим указаниям [14].

Таблица 2 – Собственные отходы электросталеплавильного цеха и потребность в металлической шихте

Группа марок	Производство, т/год	Возвратимые отходы						Угар		Требуется Ме шихты, т/год
		скрап		недоливки		всего		Угар
		%	T	%	T	%	T	%	T
1	15 000	0,5	75	1,2	180	1,7	255	6	900	16155
2	15 000	0,5	75	1,2	180	1,7	255	6	900	16155
3	25 000	0,5	125	1,2	300	1,7	425	6	1500	26925
4	20 000	0,5	100	1,2	240	1,7	340	6	1200	21540
всего	75 000		375		900		1275		4500	80775

По данным таблицы 2 определяем расход шихты на 1т продукции:

f =, (1)

В соответствии с этим выход годного по цеху составит:

f =

Принимаем выход годного 93 %.

Таблица 3 – Количество отходов при кузнечном переделе слитков

Группа марок	Поступило на обработку, тонн	Потери металла		КР	Масса годного, т
Группа марок	Поступило на обработку, тонн	%	т	КР	Масса годного, т
1	10000	18	1800	1,2	8200
2	10000	18	1800	1,2	8200
3	25000	18	4500	1,2	20500
4	15000	18	2700	1,2	12300
Всего	60000		10800	1,2	49200

Потери металла складываются из:

1. Из потерь на образование окалины при нагреве слитков для последующей обработки. Угар составляет 1 %.

2. Из головной обрези, составляющей ≈ 14 % от массы слитка, в связи с применением теплоизоляционных вкладышей.

3. Из обрези донной части слитка 3 % от массы слитка.

Общие потери металла составят 18 %.

Выход годного: ВГ = 100 – 18 = 82 %.

Коэффициент расхода (КР), характеризующий расход слитков на 1т годных поковок равен:

КР = 100/(ВГ) = 100/82 = 1,2.

На обработку в механические цеха будет поступать 49,2 тыс. тонн стальных поковок. Из них:

Таблица 4– Баланс металла по механическому переделу

Группа марок	Поступило на мех.обработку, тонн	Потери металла		КР	Масса годного, т
Группа марок	Поступило на мех.обработку, тонн	%	т	КР	Масса годного, т
1	8200	23	1886	1,2	6314
2	8200	23	1886	1,2	6314
3	20500	23	4715	1,2	15785
4	12300	23	2829	1,2	9471
Всего	49200	23	11316	1,3	37884

Остальные 15 тыс. тонн стали (без учёта потерь), 3х групп марок, будут реализовываться на сторону в виде стальных слитков.

Таблица 5 – Общее количество возвратимых отходов, тыс. т

Источник поступления	Группа марок				Сумма, т
Источник поступления	1	2	3	4	Сумма, т
ЭСПЦ	255	255	425	340	1275
Кузнечный цех	1800	1800	4500	2700	10800
Механический цех	1886	1886	4715	2829	11316
Всего	3941	3941	9640	5869	23391

Коэффициент расхода слитков рассчитываем по формуле:

(2)

где М_эспц– масса слитков из ЭСПЦ, т.

М_с.г.п. – масса готовых мех. обработанных поковок.

В соответствии с этим выход годного по цеху составит:

ВГ = 100/СКР, (3)

ВГ = 100/1,58 = 63 %.

С учетом реализации слитков на сторону СКР составит:

В соответствии с этим выход годного по цеху составит:

ВГ = 100/СКР, (4)

ВГ = 100/1,42 = 70 %.

2.1.1 Расход ферросплавов и легирующих материалов

Возвратимые отходы электросталеплавильного цеха используются для выплавки стали. При расплавлении шихты часть легирующих элементов окисляется, коэффициент усвоения (использования) легирующих элементов отходов зависит от многих факторов, таких как сродство к кислороду, содержание элементов в отходах, насыпной вес скрапа (лома).

Обычно принимают, что кремний, алюминий, титан, цирконий и другие высокоактивные элементы при расплавлении выгорают полностью (коэффициент усвоения равен нулю).

Таблица 6 – Расход ферросплавов и легирующих материалов

Группа	Масса возвратимых отходов, т	Возврат марганца			Возврат хрома
Группа	Масса возвратимых отходов, т	Среднее содержание, %	Коэффициент усвоения	Масса Mn из отходов, т	Среднее содержание, %	Коэффициент усвоения	Масса Cr из отходов, т
1	3941	0,45	0,8	14,2	1,2	0,85	40,19
2	3941	0,65	0,8	20,49	0,95	0,85	31,8
3	9640	0,70	0,8	54	-	-	-
4	5869	0,95	0,8	44,6	1,20	0,85	59,86
Итого	23391			131,89			131,85

Продолжение Таблицы 6

Группа	Масса возвратимых отходов, т	Возврат никеля			Возврат молибдена
Группа	Масса возвратимых отходов, т	Среднее содержание, %	Коэффициент усвоения	Масса Ni из отходов, т	Среднее содержание, %	Коэффициент усвоения	Масса Мо из отходов, т
1	3941	2,65	0,8	83,5	0,25	0,95	9,35
2	3941	-	-	-	-	-	-
3	11738	-	-	-	-	-	-
4	4026	-	-	-	-	-	-
Итого	23391			83,5			9,35

Потребность цеха в ферросплавах производится по формуле:

Ф=, (5)

где Ф – масса ферросплава, т;

G – масса жидкого металла, т;

а – содержание данного элемента в готовой стали, %;

b – содержание его в ванне перед легированием, %;

m – базовое содержание элементов в ферросплаве, %;

n – коэффициент усвоения.

Потребность цеха в феррохроме приведена в таблице 7.

Таблица 7 – Потребность цеха в феррохроме

Группа марок	Масса Жидкого, т	Средние содержание Cr в стали, %	Остаточная концентрация Cr, %	Возврат Cr, т	Содерж. Cr в FeCr, %	Коэф. усвоения	Потребность в сплаве, т
1	15255	1,2	0,1	40,19	60	0,95	223,88
2	15255	0,95	0,1	31,8	60	0,95	171,7
3	-	-	-	-	-	-	-
4	20340	1,20	0,1	41	60	0,95	320,6
Сумма	50850			113			716,2

Таблица 8 – Потребность цеха в ферромарганце

Группа марок	Масса Жидкого, т	Средние содержание Mn в стали, %	Остаточная концентрация Mn, %	Возврат Mn, т	Содерж. Mn в FeMn,%	Коэф. усвоения	Потребность в сплаве, т
1	15255	0,45	0,2	14,2	70	0,95	36
2	15255	0,65	0,2	20,49	70	0,95	72,4
3	25425	0,70	0,2	54	70	0,95	110
4	20340	0,95	0,2	44,6	70	0,95	162,3
Сумма	76275			133,29			380,7

Таблица 9 – Потребность цеха в ферросилиции

Группа марок	Масса Жидкого, т	Средние содержание Si в стали, %	Остаточная концентрация Si, %	Возврат Si, т	Содерж. Si в FeSi, %	Коэф. усвоения	Потребность в сплаве, т
1	15255	0,27	0	0	65	0,9	70
2	15255	0,27	0	0	65	0,9	70
3	25425	0,27	0	0	65	0,9	117,3
4	20340	1,15	0	0	65	0,9	400
Сумма	76275			0			657,3

Таблица 10 – Потребность цеха в никеле

Группа марок	Масса Жидкого, т	Средние содержание Ni в стали, %	Остаточная концентрация Ni, %	Возврат Ni, т	Содерж. Ni в FeNi, %	Коэф. усвоения	Потребность в сплаве, т
1	15255	2,65	0,5	83,5	99,8	0,97	252,5
2	-	-	-	-	-	-	-
3	-	-	-	-	-	-	-
4	-	-	-	-	-	-	-
Сумма	15255			98			252,5

Таблица 11 – Потребность цеха в ферромолибдене

Группа

марок

Масса

Жидкого, т

Среднее

Содержание

Молибдена, %

Остаточная концентрация

молибдена, %

Возврат

молибдена, т

Содержание в ферро молибдене, %

Коэффициент усвоения

Потребность в сплаве, т

15255

0,25

0,0

9,35

0,95

62,5

15255

Расход алюминия для конечного раскисления составляет 0,4 кг/т.

0,4·76275=30,510т.

2.2 Расчет шихты для выплавки стали 40Х2Н2МА

Расчет материального баланса производится на 100 кг шихты.

Химический состав углеродистого лома, кокса и готовой стали, приведен в таблице 12.

Таблица 12 – Состав исходных материалов и готовой стали

Наименование материала	Элементы, %
Наименование материала	С	Mn	Si	P	S	Cu	Ni	Mo	Cr	Fe
Лом углеродистый ГОСТ 4543–71	0,30	0,50	0,27	0,030	0,040	-	-	-	-	ост
Готовая сталь марки 40Х2Н2МА ГОСТ4543–71	0,35- 0,42	0,3-0,6	0,17-0,37	Не более		0,30	1,35-1,75	0,2-0,3	1,25-1,65	ост
Готовая сталь марки 40Х2Н2МА ГОСТ4543–71	0,35- 0,42	0,3-0,6	0,17-0,37	0,025	0,025	0,30	1,35-1,75	0,2-0,3	1,25-1,65	ост
Кокс	82,0				0,08
Никель	-	-	-	-	-	-	100	-	-	-
Ферромолибден ФМо 60 ГОСТ 4759-71	0,08	-	0,8	0,04	0,08	0,5	-	55-65	-	ост

Химический состав шлакообразующих, окислителей и заправочных материалов приведен в таблице 13.

Таблица 13 – состав шлакообразующих, окислителей и заправочных материалов

Материалы	Состав, %
Материалы	CaO	MgO	Mn	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaF₂	P₂O₅	Влага	Σ
Известь	92,0	3,3	-	2,5	1,0	0,60	-	0,10	-	100,0
Кварцит	-	-	-	98,0	-	-	-	-	-	100,0
Шамот	0,7	0,3	-	63,0	35	1,0				100,0
Плавиковый шпат	-	-	-	4,0	-	1,0	95,0	-	-	100,0
Железная Руда	6,2	-	-	2,8	1,0	90,0	-	-	-	100,0
Магнезит	1,0	92,0	1,0	3,0	1,0	2,0	-	-	-	100,0

Химический состав применяемых при плавке раскислителей и легирующих приведен в таблице 14.

Таблица 14 – Химический состав применяемых при плавке раскислителей и легирующих

Наименование материала	Элемент, %
	Si	Mn	Cr	Мо	Cu	ыС	РР	SS
	Si	Mn	Cr	Мо	Cu	Не более
Ферросилиций ФС 75 ГОСТ 1415–78	75,0	0,30	0,20	-	-	0,1	0,03	0,02
СиликомарганецСМн 20 ГОСТ 4756-77	24,0	70,0	-	-	-	0,80	0,08	0,02
Феррохром ФХ 800 Б ГОСТ 4757-79	2,0	-	65,0	-	-	8,0	0,05	0,05
ФерровмолибденФМо 60	0,80	-	-	60,0	0,50	-	0,04	0,08