Металлургия чугуна

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка содержит 21страницу, 8 таблиц, 3 литературных источника отечественных авторов.

В   курсовой   работе   выполнен   расчет   потребности   в   агломерате, окатышах, известняке и коске для выплавки чугуна заданной марки, определен состав шлака и его вязкость, а также содержание серы в чугуне. Расчетами установлено, что полученный состав шлака, как по вязкости, так и по обессеривающей способности, удовлетворяет требованиям нормального доменного процесса, а полученный состав чугуна соответствует передельному чугуну П1 по ГОСТ 805 – 80.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель доменного производства состоит  в получении чугуна из железных руд  путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и  марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении  процесса теплом и восстановительной  энергией. Кроме того, кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает  прохождение газового потока в шихте  доменной печи.

Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими  элементами железо. Восстанавливаясь и науглероживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой  рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.

Флюсом называются добавки, загружаемые  в доменную печь для понижения  температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и  придания шлаку требуемых технологией  выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса  используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и  доломитизированный известняк.

Расчет доменной шихты заключается  в определении удельных расходов ее компонентов (агломерата, окатышей, железных руд, флюсов, добавок топлива) для получения заданного состава  чугуна и шлака.

В результате расчетов определяется удельный расход дутья, выход и состав колошникового газа и шлака, возможно определение его свойств.

Целью настоящей курсовой работы является формирование навыков самостоятельного выполнения и анализа результатов технологических расчетов, которые потребуются для определения объемов поставки шихтовых материалов, выбора основного и вспомогательного оборудования всего комплекса доменной печи и прогнозирования стоимости получаемого материала.

 

Для достижения  поставленной  цели  необходимо решить  следующие задачи:

• рассчитать  потребность  в  агломерате,  окатышах,   известняке  и коксе для выплавки чугуна заданной марки;

• определить количество, состав шлака и его вязкость;

• определить содержание серы в чугуне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор исходных данных 1.1.Состав чугуна

В настоящее время в доменной печи выплавляются следующие виды чугунов: передельные (чугуны, подлежащие переделу их в сталь), литейные (служат для производства отливок) и специальные. К специальным чугунам относятся так называемые доменные ферросплавы: ферросилиций, ферромарганец, феррофосфор и т.д. Производство литейных и, особенно, специальных чугунов сопряжено с высоким удельным расходом дефицитного и дорогого кокса и поэтому неэкономично. Требуемый состав чугуна представлен в таблице 1.

Состав чугуна, мас. %          Таблица 1.

Марка чугуна	Si	Мn	Р	S
П1	0,9	<1,5	<0,1	<0,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Химический состав  шихтовых материалов

Требуемый химический состав шихтовых материалов представлен в таблице 2.

Химические составы  шихтовых материалов, мас.%     Таблица 2.

Доля материала	Материал	Fe		Мп	S	Р	Fe2О3	FeO	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	MnO	SO3	ПМПП	XO	P2О5
50%	Агломерат		58,3	0	0,01	0,01	66,29	15,3	8,2	6,57	1,1	2,5	0	0,08	-	-	0,02
50%	Окатыши		59,05	0,05	0,01	0,01	82,97	1,25	4,85	10,29	0,15	0,39	0,06	0,02	-	-	0,02
X	ЖРМ		58,67	0,025	0,01	0,01	74,63	8,27	6,525	8,43	0,625	1,44	0,03	0,05	-	-	0,02
У	Известняк		0,52			0,01	0,74		54,77	0,54	0,44	0,3		0,02	42,63	-	0,03
А	Зола кокса		5,25			0,85	7,5		5,1	55,7	26,1				-	3,65

 

 

1.3. Технический состав  кокса

Для   осуществления   доменного   передела   необходимо   использовать твердое топливо - кокс. Технический  состав кокса представлен в таблице 3.

Технический состав кокса, мас.%       Таблица 3.

 

Зола	Летучие	Сера	Снел
12	1	0,8	86,2

 

 

1.4. Выбор удельного расхода  кокса

Определение удельного  расхода кокса требует очень  сложных расчетов. Это связано с тем, что расход кокса определяется как свойствами железорудного сырья, так и самого топлива, составом. Количеством и другими параметрами газовой фазы, распределением материалов и газов в доменной печи, параметрами дутья (его составом, температурой и влажностью), наличием топливных добавок, состоянием печи (толщиной огнеупорной кладки, системой охлаждения и т.д.).

Ориентировочно удельный расход кокса можно определить по базовому варианту плавки в конкретных технологических условиях с последующей его корректировкой по отличию важнейших технологических факторов от базового варианта. Удельный расход кокса (в кг/т чугуна) для конкретных условий доменной плавки можно найти по уравнению:

К = 434 0,9(m-138) + 0,12(1109-t_д) + 5,21(57,5-Fe_жрм) + 52,1([Si]-0,66) + +5,64(A-11,1) + l,3(S_k-0,48)  

где m - расход природного газа, м³/т чугуна;

t_д – температура дутья, °С;

Fe_жрм – содержание железа в железорудном материале, мас.%;

[Si] – содержание кремния в чугуне, мас.%;

А – содержание золы в коксе, мас.%;

S_k – содержание серы в коксе, мас.%.

В соответствии с заданием на выполнение работы: m - 120 м³/т;

t_д = 1000°С;

Fe_жрм =58,675%;

Si = 0,6%;

А =12%;

S_k =0,8%.

К = 434 - 0,9(120-138) + 0,12(1109-1000) + 5,21(57,5-58,675) + 52,1(0,6-0,66) + + 5,64(12-11,1)+ 1,3(0,8-0,48) = 459,524 кг/т чугуна.

 

1.5. Выбор основности шлака

Под основностью шлака понимается отношение содержания основных оксидов  в шлаке (CaO, MgO, MnO, FeO...) к кислым (SiO₂ , а также Al₂O₃ ). Чаще всего для характеристики основности доменного шлака применяется значение (CaO/ SiO₂), величина которого в реальных условиях меняется от 0,9 до 1,3

Основность шлака в соответствии с заданием составляет 1,15.

 

1.6. Улетучивание элементов,  их разделение между чугуном  и шлаком

Для расчета состава чугуна и  шлака необходимо иметь данные о  потерях элементов от улетучивания, а также о распределении их между чугуном и шлаком. Такие  данные приведены в таблице 4.

Потери элементов от улетучивания (λ),                                                     переход элементов в чугун (η) и шлак (μ), кг/кг              Таблица 4.

Элемент	Степень улетучивания (λ)	Из оставшегося переходит, кг/кг
			В чугун (η)	В шлак (μ)
Железо	-	0,999	0,001
Марганец	-	0,75	0,25
Фосфор	-	1	0
Сера	0,2	-	-

 

 

1.7. Ориентировочный состав  чугуна

Для   выполнения   расчета  доменных   шихт   необходимо   определить ориентировочный состав чугуна, который будет уточнен  впоследствии.

Пренебрегая  количеством железа,  вносимым  в  печь золой кокса  и флюсом,  а также принимая степень перехода железа равной единице, расход железорудного сырья (Р_жрм) определим из уравнения:

Р_жрм=10[Fe]/0.01Fe_жрм,

где [Fe], Fe_жрм, - соответственно содержание железа в чугуне и в железорудном материале, мас.%.

Определим расход железорудного сырья:

Р_жрм = 10*94 / 0,01*58,675 = 1602,05 кг/т.

Ориентировочное    содержание    марганца    и    фосфора    в    чугуне определяется из уравнений.

[Мn] = 0.001Р_жрмMn_жрмη_Mn

[Р] = 0.001Р_жрмР_жрмη_P,

где Mn_жрм, Р_жрм - содержание соответствующих элементов в железорудном материале, мас.%;

η_Mn, η_P степень перехода соответствующих элементов в чугун, кг/кг.

Определим ориентировочное содержание марганца и фосфора в чугуне:

[Мn] = 0,001*1602,05*0,025*0,75 = 0,03%

[Р] = 0,001*1602,05*0,01*1 = 0,016%

Что касается содержания углерода, то в передельном чугуне его нужно  принимать в пределах 4,5-4,9 мас.%, примем 4,5 мас.%.

Содержание серы в чугуне определяется ее массой, пришедшей в печь, свойствами шлака (его основностью и температурой) и удельным выходом шлака. На стадии предварительных расчетов содержание серы в чугуне задается, а впоследствии уточняется. При доменной плавке на малосернистых коксах (с содержанием серы в коксе не более 0,5 - 0,7%), подготовленном железорудном сырье, шлаках основностью (CaO/Si0₂) в пределах 1,00 - 1,17 содержание серы в чугуне можно принять равным 0.02 - 0.03 %, примем 0,02%.

Ориентировочный состав чугуна, маc.%        Таблица 5.

Si	S	C	Мn	Р	Fe*
0,8	0,02	4,5	0,03	0,016	94,64

*Содержание железа в чугуне определено вычитанием из 100% суммы всех других элементов.

После выбора исходных данных следует непосредственное выполнение расчетов.

 

2. Выполнение  расчетов

2.1. Определение удельного расхода  материалов

Для определения удельных расходов железорудного сырья, а также  известняка (или любого другого флюса) необходимо составить систему из двух уравнений - по балансу железа и по основности шлака.

Обозначим:

X - расход железорудного материала, кг/т чугуна;

У - расход флюса, кг/т чугуна.

Уравнение по балансу железа:

0,01(X*Fe_жрм +0,01*К*А* Fe_зк +Y* Fe_из) = 10[Fe]/η_Fe

Уравнение по основности шлака:

0,01*(X*CaO(жрм)+0,01*K*A*CaO(зк)+Y*CaO(из))

0,01*(X*SiO2(жрм)+0,01*K*A*SiO2(зк)+Y*SiO2(из))-21,4*[Si]

 

=В,

 
где Fe_жрм, Fe_зк, Fe_из - содержание железа в железорудном материале, золе кокса и известняке, мас.%;

СаО_жрм, СаО_зк, СаО_из, SiО_2жрм, SiО_2зк, SiО_2из – содержание оксидов в железорудном материале, золе кокса и известняке, мас.%;

К - удельный расход кокса;

[Fe], [Si] - содержание железа и кремния в чугуне, мас.%;

А - содержание золы в коксе, мас.%;

В - Основность шлака, кг/кг.

Итоги расчетов:

X = 1608,6 кг/т чугуна;

Y = 116,7 кг/т чугуна.

 

 

 

2.2. Определение состава чугуна

Количество таких элементов  в чугуне, как железо, марганец, фосфор, титан, медь, хром, никель, определяются по их содержанию в шихтовых материалах и степени их перехода в чугун.

Найдем  массу железа, переходящего в чугун:

[Fe]=0,01*(X*Fe_жрм + 0,01*K*A*Fe_зк+Y*Fe_u)* η_Fe , кг/т чугуна

[Fe]=0,01(1608,6*58,675 + 0,01*459,5*12*5,25 + 116,7*0,52)*0,999 = 944,4 кг/т.

Массы марганца, переходящего в чугун:

[Mn]=0,01*Х *Mnжрм *ηMn , кг/т чугуна;

[Mn]=0,01(1608,6*0,025)*0,75 = 0,301 кг/т чугуна;

Массы фосфора, переходящих  в чугун:

 [P]=0,01(Х*Ржрм + 0,01*К*А*Рзк + Y*Рu)* ηР , кг/т чугуна.