Расчет состава и количества шихтовых материалов, вносимых в печь в период завалки. Определение количества шлака окислительного периода и периода расплавления

2.8.1 Расчет состава и количества шихтовых материалов, вносимых в печь в период завалки

Таблица 25 – Состав готовой стали марки 18ХГТ

Таблица 26 – Химический состав шлакообразующих, окислителей, заправочных материалов

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

Таблица 27 – Химический состав применяемых при плавке легирующих

Наименование материала	Состав, %
	Ti	Si	Cr	Mn	Fe	С	P	S
Феррохром ФХ200 ГОСТ 4757-79	-	1,90	65,00	-	31,15	1,90	≤0,03	≤0,02
Ферросилиций ФС 75 ГОСТ 1415-78	-	76,00	0,40	0,40	23,13	-	0,05	0,02
Силикомарганец СМн20 ГОСТ 4756-77	-	23,00	-	65,00	10,87	1,00	0,10	0,03
Ферротитан ФТи30 ГОСТ 4846-69	33,00	4,00	-	-	62,81	0,12	0,04	0,03

Таблица 28 – Коэффициенты усвоения элементов

Материал	Элемент	Коэффициент усвоения
Ферросилиций	Si	50,0
Силикомарганец	Si	70,0
	Mn	97,0
Феррохром	Cr	98,0
Алюминий	Al	50,0
Кокс	C	60,0
Ферротитан	Ti	50,0

Шихтовка по углероду:

Содержание углерода в шихте [C]_ш определяется по формуле

[C]_ш = [C]_г.м.+ ∆[C]_р + ∆[C]_о.п.- ∆C_в.п.,                         (88)

где [C]_г.м.= 0,20 из табл. 25 – содержание углерода в готовой стали, %;

[C]_р – количество углерода, окисленного в период плавления, %;

∆[C]_о.п. – количество углерода, окисленного в окислительный период плавки, %;

∆C_в.п. – количество углерода, вносимого в металл в восстановительном периоде за счет присадок ферросплавов и науглероживателей, %.

Исходя из практических данных, в целях хорошей дегазации металла принимается ∆[C]_о.п.= 0,3%; ∆[C]_р = 0,1%; ∆C_наугл.= 0,02%.

Количество углерода, внесенное в металл ферросплавами определяем из расчета, выбрав при этом феррохром марки ФХ200 (таблица 27).

Принимаем C_ФХ200 = 1,9 %; Cr_ФХ200 = 65 %; [Cr]_г.м.= 1,10 %; η_Cr = 98 %.

Количество углерода, вносимое ферросплавами C_ф/сп рассчитывается по формуле:

,                                         (89)

где [Х]_г.м. – содержание элемента в готовом металле, %;

[C]_ф/сп – содержание элемента в ферросплаве, %;

[Х]_ф/сп – содержание легирующего элемента в ферросплаве, %;

η_Cr – коэффициент извлечения легирующего элемента из ферросплава, %.

В восстановительный период углерод вносится в металл за счет присадок ферросплавов и науглероживания через шлак при раскислении его коксом.

                                          ∆C_в.п.= C_наугл.+ C_ф/сп                                         (90)

∆C_в.п.= 0,02 + 0,033 = 0,053 %.

Тогда по формуле (88) находим содержание углерода в шихте

[C]_ш=0,2 + 0,1 + 0,3 - 0,053 = 0,547 %.

Количество углерода в шихте равно

                                                                                        (91)

где G_лом=100 – масса металлического лома, кг.

   

Необходимо внести углерода коксом

                                                                                         (92)

где C_к – содержание углерода в коксе, %;

η_C – коэффициент усвоения кокса, %.

Вес углеродистого лома в завалке составит

G_лом = G_ш - G_к = 100 - G_к = 100 - G_к.                           (93)

Количество углерода, внесенного ломом при среднем содержании углерода в нем C_лом = 0,29 %, будет равно

                                (94)

Полученные значения G_лом, G_Сш и G_к подставляем в выражение и считаем

;

54,7 = 29 - 0,29G_к + 49,2G_к;

G_к = 0,53 кг.

Тогда, подставляя полученное значение в выражение (93), найдем массу лома

G_лом = 100 - 0,53 = 99,47 кг.

Таким образам, для выплавки 100кг стали марки 18ХГТ принимается следующий состав шихтовых материалов:

Углеродистый лом   – 99,47 кг

Кокс                          –  0,53 кг

                    Итого:   100,00 кг

Количество элементов, внесенных в металл шихтовыми материалами, приведено в таблице 29.

Таблица 29 – Количество элементов, внесенных в металл шихтой

Наименование материала	Вес, кг	C	Mn	Si	P	S	Ni	Fe	∑
Металлический лом	99,47	0,292	0,653	0,251	0,040	0,050	0,302	97,882
Кокс*	0,53	0,261	–	–	–	0,003	–	–
Итого:        кг %		0,553	0,653	0,251	0,040	0,053	0,302	97,882	99,734
		0,555	0,655	0,251	0,040	0,053	0,303	98,143	100

*Сера и летучие кокса переходят в статью улета, зола кокса переходит в шлак, этими составляющими можно пренебречь, т.к. их величина мала.

2.8.2 Период расплавления и окислительный период

Плавку ведем с применением железной руды и технического кислорода. Условно принимаем, что технический кислород расходуется лишь на реакцию окисления углерода и железа, а остальные окислительные реакции идут за счет закиси железа железной руды.

В период расплавления и окислительный период окисляются следующие элементы:

1. углерод окисляется на ∆C = ∆C_р + ∆C_о.п.= 0,1 + 0,3 = 0,4 % или

2. кремний окисляется полностью – 0,251 кг;

3. марганец окисляется на 55–70 %. Принимаем – 60 %, или

4. сера, медь, никель полностью переходят в металл;

5. фосфора в готовом металле должно быть 0,015 %. Следовательно,  нужно окислить ∆P = 0,040 - 0,010 = 0,03 %, или

6. железо окисляется на 2 – 4 %. Принимаем 3 %, или

По практическим данным около 90 % железа окисляется до Fe₂O₃ и испаряется в зоне электрических дуг, около 10 % окисляется до FeO и Fe₂O₃ и переходит в шлак, причем задаемся соотношением FeO/Fe₂O₃ – 2–4. Принимаем FeO/Fe₂O₃ – 3, т.е. из 10 % окислившегося железа в шлак 7,5 % железа окисляется до FeO, а 2,5 % железа – до Fe₂O₃.

Таким образом, в шлак переходит

Из этого количества окисляется до FeO

до Fe₂O₃ 

В зоне электрических дуг испаряется

В таблице 30 приводится необходимое количество закиси железа для окисления указанных элементов и количество образовавшихся оксидов.

В таблице 31 приводится необходимое количество кислорода для окисления углерода и железа шихты и количество образовавшихся оксидов.

Таблица 30 – Количество закиси железа (FeO) и образовавшихся оксидов

Реакция окисления	Количество окислившегося элемента, кг	Потребное количество FeO, кг	Количество образовавшегося оксида, кг	Количество восстановлен-ного в металл железа, кг
[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe]	0,426	0,558	0,549	0,434
[Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2[Fe]	0,251	1,291	0,538	1,004
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]	0,030	0,173	0,069	0,135
Итого:		∑ FeO = 2,022		∑ Fe = 1,572

Таблица 31 – Количество кислорода и образовавшихся оксидов

Реакция окисления	Количество окислившегося элемента, кг	Необходимое количество кислорода, кг	Количество образовавшегося оксида, кг
[C] + (FeO) = {CO} + [Fe]	0,399	0,532	CO = 0,931
Fe + O2 = (FeO)	0,224	0,064	FeO  = 0,288
2Fe + O2 = (Fe2O3)	0,075	0,032	Fe2O3 = 0,107
	2,693	1,154	Fe2O3 = 3,847
	Итого:                    ∑ O2 = 1,782

2.8.3 Определение количества шлака окислительного периода и периода расплавления

Одной из задач окислительного периода является удаление фосфора из металла. По существующей технологии около 80 % P удаляется из металла в период расплавления, а остальное количество – в начале окислительного периода.

Диаграмма, характеризующая зависимость  от содержания закиси железа в шлаке и от основности шлака, выраженной отношением CaO/SiO₂ приведена в [13].

Коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом выражается следующим соотношением

                                       (95)

где (P₂O₅)/[P]² – коэффициент распределения между металлом