Металлургия чугуна

 [P]=0,01(1608,6*0,01 + 0,01*459,5*12*0,85 + 116,7*0,01)*1 = 0,64 кг/т чугуна.

Расчетные данные сведены  в таблицу 6.

Расчетный состав чугуна          Таблица 6.

 

Содержание элементов	Si	Мn	Р	S	C	Fe
кг/т чугуна	8	0,30	0,64	0,2	44,45	946,4
мас.%	0,8	0,03	0,064	0,02	4,44	94,64

*Содержание углерода в чугуне скорректировано путем вычитания из 1000 кг суммы всех остальных элементов:

С = 1000 - (8 + 0,3 + 0,64 + 0,3 + 946,4) = 44,45 кг/т чугуна. 

 

2.3. Определение удельного  выхода шлака и его состава.

Шлак образуется в результате плавления  пустой породы железорудного сырья, флюса, к которым впоследствии (при  сгорании кокса в фурменном очаге) присоединяется зола кокса. Одни оксиды при доменной плавке полностью переходят  в шлак (CaO, MgO, А1₂О₃), другие - в подавляющей массе (SiО₂, ТiO₂), и, наконец, легковосстановимые оксиды переходят в шлак в небольшом количестве (оксиды Fe, Мп, V,...). (1)

Массы оксидов кальция, магния и  алюминия, поступившие в печь и полностью переходящие в шлак, рассчитываются следующим образом:

Р_МеО = 0,01(Х*МеО_жрм + 0,01 *К*А*МеО_зк + Y*МеО_из), кг/т чугуна     

где МеО  – содержание соответствующего оксида, мас. %.

Р_СаО = 0,01(1608,6*6,525+0,01*459,5*12*5,1 +116,7*54,77) = 171,69 кг/т чугуна;

Р_МgО = 0,01(1608,6*1,445 + 116,7*0,3) = 23,6 кг/т чугуна;

P_Al2O3=0,01(1608,6*0,625 + 0,01*459,5*12*26,1 + 116,7*0,44) = 24,96 кг/т чугуна;

Переход оксида кремния  в шлак:

Р_SiО2 = 0,01(Х*SiО₂ + 0,01 *К*А* SiО₂ + Y* SiО₂)-10*[Si]*2,14, кг/т чугуна

P_SiO2= 0,01(1608,6*8, 43+0,01*459,5*12*55,7+116,7*0,54)-10*0,6*2,14 =154,11кг/т;

Основность шлака:

P_СаО/P_SiO2= 171,69/154,11= 1,11

Масса оксидов  железа, марганца определяется их массой, внесенной в печь, и степенью их перехода в шлак:

Р_FeO = (946,4/ 0,999)*0,001 *(72/56) = 1,22 кг/т чугуна;

Р_MnO = (0,3/ 0,75)*0,25*(71/55) = 0,13 кг/т чугуна.

Из-за   неполной   информации   по   химическому   составу   шихтовых материалов принято недостающие  до 100 % оксида (обозначено через "Х0") считать полностью переходящими в шлак. Масса таких шлакообразующих  будет равна:

Рхо = 0,01(0,01*К*А*3,65) , кг/т чугуна

Рхо = 0,01(0,01*459,5*12*3,65) = 2,01 кг/т чугуна.

Для   того   чтобы   определить   массу   серы,   переходящей   в   шлак, необходимо рассчитать приход ее с шихтовыми материалами и  вычесть из него количество остающейся серы в чугуне и массу серы, улетучивающейся  с колошниковым газом:

P_s = (0,01(Х*S_жрм + K*S_k))*(l-λ_s) - 10*[S],

где X - расход железорудного материала, кг/т чугуна;

  Y - расход флюса, кг/т чугуна.

S_жрм - содержание серы в железорудном материале, мас.%;

S_k - содержание серы в коксе, мас.%;

λ_s - степень улетучивания серы, кг/кг;

[S] - содержание серы в чугуне, мас.%.

Ps = (0,01(1608,6*0,01 + 459,5*0,8))*(1-0,2) - 10*0,2 = 1,07 кг/т чугуна.

Расчетные данные сведены в таблицу 7.

Масса и содержание оксидов  в шлаке                                                               Таблица 7.

 

Показатель	СаО	SiO2	А12O3	MgO	FeO	MnO	S	XO	Всего
Уд. выход шлака, кг/т чугуна	171,7	154,11	24,96	23,6	1,22	0,13	1,07	2,01	378,78
Содерж. шлака, мас.%	45,3	40,7	6,59	6,23	0,32	0,03	0,3	0,53	100

Полученный расчетный  состав шлака необходимо проанализировать с целью пригодности его к реальной доменной плавке. Необходимо определить температуру плавления шлака, его вязкость при рабочих температурах горна печи, уточнить полученную основность шлака, а также скорректировать заданное ранее содержание серы в чугуне.

Температура плавления шлака и  его вязкость определяются по диаграммам состояния тройной системы CaO*SiО₂*Al₂О₃ после пересчета состава шлака на три оксида: CaO, Si0₂, А1₂О₃.

Аналитический расчет вязкости шлака при температуре 1500°С с определенными погрешностями может быть произведен по следующему уравнению:

η₁₅₀₀ = 0,01[1,63*(СаО)'+0,14*(SiO₂)'+1,17*(А1₂О₃)' –127*((СаО)'/(SiО₂)') + +40,9*((СаО)'/(Si0₂)')²],

где η₁₅₀₀- вязкость шлака при температуре 1500°С, Па*с;

(CaO)', (Si0₂)' - содержание соответствующих оксидов в шлаке в трехкомпонентной системе CaO•SiО2•Al₂О₃, мас.%;

Сумма оксидов CaO, SiО₂, А1₂О₃ в шлаке равна:

45,32 + 40,68 + 6,6 = 92,6%

Содержание  соответствующих оксидов в трехкомпонентной системе CaO•SiО2•Al₂О₃составит:

(СаО)′= (45,32* 100)/92,6 = 48,95%;

(SiO₂)' = (40,7* 100)/92,6 = 43,93%;

(А1₂O₃)' = (6,6*100)/92,6 = 7,11%.

Определим вязкость шлака при температуре 1500°С:

η₁₅₀₀ = 0_,01[1,63*48,95 + 0,14*43,95 + 1,17*7,11 - 127*(48,95/43,93) + 40,9*(48,95/43,94)² ] = 0,35 Па•с.

Нормальному шлаковому режиму доменной плавки соответствует вязкость в  пределах 0,3 - 0,7 Па•с. Возрастание вязкости шлака свыше 0,7 - 0,9 Па•с сопровождается затруднением в выпуске его из печи, ухудшением газодинамического режима плавки, затруднениями в процессах десульфурации чугуна. При дальнейшем росте вязкости шлака доменная плавка становится невозможной.

Для корректировки содержания серы в чугуне необходимо произвести расчет показателя (коэффициента) распределения  серы между шлаком и чугуном (Ls). Строгий аналитический расчет этого показателя невозможен. Имеющиеся в специальной литературе графические зависимости Ls от основности шлака и его температуры позволяют описать такую зависимость эмпирическим уравнением:

L_s = 9,3*[Si] + 113*((СаО)/ (SiО₂)) - 103,

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

СаО, SiО₂ - содержание оксидов в шлаке, мас.%.

L_s = 9,3*0,8+ 113*1,11- 103 = 29,87.

По найденному значению Ls скорректированное содержание серы равно:

[S] = (0,01(X*S+K*S_K )*(1- λ_S))/(10+0,01*L_S*U), мас.%.

где U - удельный выход шлака, кг/т чугуна.

[S] = (0,01(1608,6*0,01 + 459,5*0,8)*(1-0,2))/(10+0,01* 29,87*378,78) = 0,024%,

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. В результате расчёта шихты доменной плавки чугуна определены удельные расходы кокса, железорудных материалов и флюса.
2. Полученный расчетный состав шлака как по вязкости (η₁₅₀₀ =0,35 Па•с), так и по обессеривающей способности, удовлетворяет требованиям нормального доменного процесса.

 Полученный  состав чугуна                                                            Таблица 8

Сод. эл-ов	Fe	Mn	Si	C	P	S
мас. %	94,64	0,03	0,8	4,44	0,06	0,02

 

соответствует передельному чугуну марки  П1 по ГОСТ 805 - 80.

3. Использование 50% череповецкого агломерата и 50% михайловских окатышей с общим соотношением СаО / SiО₂ = 1,11 позволило снизить удельный расход известняка для получения шлака заданной основности. Снижение использования известняка позволяет избежать дополнительных тепловых затрат на диссоциацию карбоната кальция.

4. Использование малосернистого кокса и железорудного сырья, в сочетании с оптимальными физико-химическими свойствами шлака и температурой, процесса даёт возможность получения чугуна с содержанием серы 0,024 мас.%.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Доменное производство: Справочное издание. В 2 томах. / Под ред.Е.Ф.Вегмана.-М.:Металлургия. 1989- 496с.
2. Металлургия чугуна: Учебник для вузов. 3-е изд. Перераб. и доп./Под. Ред. Ю.С. Юсфина.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2004 - 774с.
3. Шумаков Н.С., Леонтьев ЛИ. Сырые материалы и топливо для доменной плавки. Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 1994-84с.