Тема: Розрахунок десиліконізації чавуну на устрою десульфурації чавуну

Мета: Відпрацювання методики розрахунку (з додатковим пристроєм на УДЧ)

Теоретична частина

Конвертерний процес вимагає постачання чавуну з малими відхиленнями від оптимального хімічного складу і температури, що потрібно для стабілізації конвертеної плавки. Особливість конвертера в тому, що весь процес заснований на теплі екзотермічних реакцій, і при цьому відсутня можливість додаткового нагрівання металу, тим паче, що весь процес плавки здійснюється у короткий час 35-40 хвилин.

Тому головними факторами теплового балансу плавки є вміст хімічних елементів теплоносіїв кремнію, марганцю, вуглецю, фізичної температури чавуну, потрібної кількості десульфураторів.

Від цього залежить шихтовка плавки зі складовими чавун,скрап і шлакоутворюючі матеріали. Вміст кремнію також суттєво впливає на стійкість основної футерівки кон-вертера. Тому вміст кремнію у чавуні повинен бути оптимальний і з малими від-хиленнями.

Технологічними інструкціями конвертерного цеху ПАТ „АМК” передбачене обмеження вмісту кремнію в переробному чавуні марки П-1 0,5-0,9% в П-2 до 0,5 %, але поступає чавун зі вмістом кремнію 1,0,-1,5, а то і до 2,0 %, що викликає проблеми з зайвими витратами шлакоутворюючих матеріалів, зношення футерівки конвертора від агресивної дії кремнезему в окислювальний період плавки внаслідок реакцій:

Sі + О₂= SіО₂і Sі + 2FеО = SіО₂+ 2Fе

Проблеми циклічної зміни хімічного складу чавуну при виплавці в доменній печі характерні у всесвітньому досвіді навіть при використанні сучасних методів ведення доменної плавки, а тим паче при поставці рудних матеріалів і коксу з різних місць і при використанні рідкого чавуну від декількох доменних печей водночас.

При впровадженні конвертерного комплексу чавун буде постачатись до конвер-тера після випуску з однієї печі міксеровозом без опосереднення. І тому питання перепадів у вмісту кремнію і сірки в чавуні вкрай важливе.

З сіркою питання вирішується впровадженням устрою десульфурації чавуну (УДЧ) з використанням різних десульфуруючих реагентів за вимогами ступіню де-сульфурації. При потребі передбачена і додаткова запічна десульфурація сталі.

Зараз та розроблена схема не запевнює у її технологічності. Більш досконала - десиліконізація на устрою десульфурації чавуну, тільки іншими реагентами, десиліконізаторами.

Десиліконізація за всесвітнім досвідом здійснюється залізною рудою, окалиною, продувкою пиловидними матеріалами, повітрям, повітрям з добавлення кисню. При цьому тепловой ефект окислення кремнію компенсує охолодження від обробки чавуну, так при окисленні 0,1 % кремнію метал нагрівається на 40^оС, що дає запас тепла і на подальшу при потребі десульфурацію. Таким чином, можливо поєднати процеси десиліконізації і десульфурації в одному агрегаті.

Практична частина

З метою стабілізації конвертерної плавки, зниження витрат вапна, підвищення

стійкості футерівки конвертера, плавки за малошлаковою технологією за принципами

енерго- і ресурсозбереження виконуємо розрахунок десиліконізації чавуну до опти-мального вмісту кремнію при вихідних умовах:

1. Чавун випущений з завищеним вмістом кремнію 1,0 %, що для конвертерної

плавки недопустимо.

2. В чавуні достатньо високий вміст вуглецю.

3. Вміст сірки на низькому значенні (що спостерігається при «горячій» домен-

ній плавці).

Таблиця 1. Хімічний склад чавуну до и після десиліконізації, %.

Найменування матеріалів	С	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
не більше
Чавун до десиліконізації	4,33	0,95	0,67	0,12	0,012	-	-	-
Чавун після десиліконізації	4,10	0,50	0,55	0,12	0,012	-	-	-

Потрібно розрахувати зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 %

Для десиліконізації чавуну використовуємо прокатну окалину з цеху гарячої прокатки тонкого листа зі вмістом 90 % Fе₂О₃ і 10 % FеО, і обпалене вапно у співвідношенні 4: 1, які вдуваються в рідкий чавун у струменю азоту.

Таблиця 2. Хімічний склад неметалевих матеріалів, %

Найменування матеріалу	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	H₂O	CO₂
Окалина 80 %	-	-	-	-	90,0	10,0	-	-
Вапно 20 %	2,00	91,0	1,00	1,50	-	-	0,50	4,00

Визначимо потребу кисню для окислення 0,450 кг кремнію, кг:

0,450 * 32: 28 = 0,514

Утворюється оксиду кремнію, кг:

0,450 + 0,571 = 0,964

Одночасно з кремнієм окислиться і вуглець з 4,33 до 4,1%, кг:

4,33 – 4,1 = 0,23

Витрати кисню на окислення 0,23 вуглецю до СО складуть, кг:

0,23 * 16: 12 = 0,306

Утвориться оксиду вуглецю, кг:

0,23 + 0,306 = 0,536

Одночасно окислиться і марганець з 0,670 до 0,550, кг:

0,670 – 0,550 = 0,120

Витрати кисню на окислення 0,120 марганцю до МnО складуть, кг:

0,120 * 16: 55 = 0,035

Утвориться оксиду марганцю, кг:

0,120 + 0,035 = 0,155

Сумарна витрата кисню, кг:

0,514 + 0,306 + 0,035 = 0,855

Витрати прокатної окалини для внесення в чавун 0,855 кг кисню складуть, кг:

0,90 х * 48: 160+ 0,10 х * 16: 72 = 0,855

0,270х + 0,022 х = 0,855. 0,292 х = 0,855. х = 2,928

Витрати прокатної окалини:

2,928 кг на 100 кг чавуну

Розраховуємо витрати вапна У для основності шлаку біля 1,25 зі співвідношення:

СаО: SіО₂ = 1,25

У * 0,910: У * 0,020 + 0,946 = 1,25

У * 0,910 = 1,25 (0,020 * У + 0,0946)

0,910 У = 0,025 У + 1,183

0,885 У = 1,183

У = 1,383

Витрати вапна складуть 1,383кг/100 кг, або 13,83 кг/т.

Розраховуємо основність шлаку від утворення кремнезему і вдування вапна.

Добавиться оксиду кремнію з вапна, кг:

1,383 * 0,020 = 0,028

Сумарна маса кремнезему, кг:

0,946 + 0,028 = 0,974

Оксиду кальцію від внесення 1,383 кг вапна:

1,383 * 0,910 = 1,258

Маса газу СО від внесення вапна, кг:

1,383 * 0,04 = 0,055

Маса Н₂О від внесення вапна, кг:

1,383 * 0,005 = 0,0069

Маса оксиду магнію від внесення вапна:

1,383 * 0,01 = 0,014

Маса оксиду алюмінію від внесення вапна:

1,383 * 0,014 = 0,0194

Маса газу СО, кг:

0,536 + 0,055 = 0,591

Зниження вмісту сірки при утвореному шлаку не проходить внаслідок окислю-вального характеру процесу десиліконізації і невисокій основності шлаку.

Дефосфорація чавуну також неможлива при вмісту кремнію в чавуні 0,50 %.

Фактична основність шлаку складає без врахування незначної кількості інших оксидів:

1,258: 0,974 = 1,294

що задовольняє умови стійкості футерівки міксеровозу.

В чавун перейде заліза з окалини, кг:

2,928 – 0,855 = 2,073

Утворюється шлаку, кг:

0,974 + 0,155 +1,258 + 0,014 +0,0194 = 2,420

Перейде в шлак заліза в вигляді корольків біля 2,5%, кг:

2,420 * 2,5: 100 = 0,0605

Сумарна маса шлаку складе, кг:

2,420 + 0,0605 = 2, 481

Знизиться вміст кремнію, вуглецю, марганцю на 0,514, 0,230 і 0,120 кг відповідно.

Переходить в метал від окалини зі врахуванням зниження вмісту хімічних елементів в чавуні з переходом їх в шлак, кг:

2,073 – 0,514 - 0,230 – 0,120 – 0,0605 = 1,1485

Таким чином, десиліконізація вносить додатково 1,236кг/100кг металу.

Таблиця 3. Матеріальний баланс десиліконізації чавуну

№ п.п.	Внесено матеріалів	кг	Отримано	Кг
	Чавуну до десиліконі-зації	100,000	Чавуну після десиліконі-зації	101,1485
	Прокатної окалини	2,928	Шлаку	2,481
	Вапна	1,383	Оксиду вуглецю	0,591
			Н₂О	0,0069
	Всього:	104,311	Всього:	104,311

Нев’язання = 0.

Витрати десиліконізаторів для зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 % складають, кг:

2,928 + 1,383 = 4,311 кг, або 43,11 кг/т, біля 4,3 %.

Примітки:

1. За даними літератури для зниження вмісту кремнію в чавуні з 1,0 до 0,5 % витра-

ти окалини і вапна складають 3,5 - 4,8 %, що відповідає даному розрахунку.

2. Замість окалини можливо вдувати повітря з добавкою кисню.

Висновки: дані розрахунку відповідають практиці конвертерних цехів.

Додаток

Данні для розрахунку практичної роботи №3

Варіант	Зміст чавуну до десиліконізації	Зміст чавуну після десиліконізації
С	Мn	Si	S	P	С	Мn	Si	S	P
	4,22	0,66	0,99	0,013	0,11	4,10	0,55	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,65	0,98	0,014	0,12	4,10	0,54	0,50	0,014	0,12
	4,31	0,67	0,97	0,014	0,11	4,10	0,54	0,50	0,014	0,11
	4,34	0,68	0,98	0,013	0,11	4,10	0.53	0,50	0,013	0,11
	4,33	0,67	0,99	0,014	0,12	4,10	0,54	0,50	0,014	0,12
	4,30	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,29	0,66	0,97	0,013	0,11	4,10	0,56	0,50	0,013	0,11
	4,29	0,66	0,97	0,013	0,11	4,10	0,57	0,50	0,013	0,11
	4,33	0,68	0,98	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,32	0,69	0,99	0,013	0,11	4,10	0,55	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,66	0,95	0,013	0,12	4,10	0,53	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,66	0,98	0,012	0,11	4,10	0,56	0,50	0,012	0,11
	4,32	0,67	0,89	0,015	0,11	4,10	0,54	0,50	0,015	0,11
	4,32	0,67	0,98	0,013	0,11	4,10	0,53	0,50	0,013	0,11
	4,32	0,67	0,95	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,33	0,68	0,96	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,69	0,96	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,34	0,67	0,97	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,34	0,68	0,98	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,35	0,66	0,99	0,013	0,12	4,10	0,55	0,50	0,013	0,12
	4,35	0,65	0,99	0,012	0,12	4,10	0,55	0,50	0,012	0,12
	4,29	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12
	4,31	0,66	0,96	0,012	0,12	4,10	0,56	0,50	0,012	0,12
	4,31	0,65	0,97	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12
	4,33	0,65	0,98	0,013	0,12	4,10	0,56	0,50	0,013	0,12