Изменение состава при выплавке стали

Содержание примесей, %

Источник	С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N и др.
Состав стали по ГОСТу (ТУ)
чугун
металлолом
средний состав шихты
состав стали перед выпуском
окислилось примесей
окончательный состав стали

Примечание: состав других используемых материалов приведен в приложении.

Важнейшим моментом при составлении таблицы является установление состава металла перед выпуском из конвертера. Предварительная оценка производится следующим образом:

а) Содержание углерода оценивается по среднему марочному составу за вычетом углерода, вносимого ферросплавами в предположении, что повышение содержания марганца и хрома на 0,1% при использовании высокоуглеродистых ферросплавов сопровождается увеличением содержания углерода на 0,01%, при использовании среднеуглеродистых - на 0,003%, малоуглеродистых - на 0,001%. При этом принимаем, что содержание хрома перед выпуском составляет - 0,05%

б) В условиях кислородной продувки кремний окисляется до следов

в) Содержание марганца на выпуске оценивается по окисленности шлака через константу равновесия реакции [Mn]+(FeO)=(MnO)+Fe:

(2)

и уравнение материального баланса

(3)

Заменяя (MnO) из уравнения (2), получаем

(4)

где G_шх, G_м, G_шл - количество металлошихты, жидких металла и

шлака перед выпуском из конвертера, кг

[Mn]_шх, [Mn]_м - содержание марганца в металлошихте и в металле

перед выпуском из конвертера, %

(Fe)_общ - содержание железа в конечном шлаке

g_FeO, g_MnO - соответствующие коэффициенты активности в

конечном шлак

55, 56, 71 и 72 - соответственно атомный и молекулярный вес Mn, Fe, MnO и FeO

В оценочных расчетах предполагается:

t^o_мет на выпуске - 1650^°С; выход жидкой стали (отношение массы жидкой стали к массе металлошихты) - 0,9; количество шлака - 12% от веса металлошихты.

Содержание железа в шлаке определяется через основность шлака, содержание углерода в металле и его температуру

(Fe)_общ= (4В+ +10^-6(t^o)²+1,25) (5)

где - основность шлака

В соответствии с теорией регулярных ионных растворов:

(6)

где х_Si - мольная доля SiO₂ в шлаке. По литературным данным в

сталеплавильных шлаках эта величина колеблется в пределах 0,13-0,16 при основности 3 и 0,15-0,18 при основности 3,5

г) Содержание фосфора перед выпуском можно рассчитать через коэффициент его распределения между металлом и шлаком L_p:

(7)

Уравнение баланса фосфора имеет вид:

(8)

Отсюда

(9)

При оценке содержания фосфора в металле перед выпуском стали принимаем (CaO)_шл=45-47%

д) Содержание серы перед выпуском оценивается по балансовому уравнению, где в приходной части баланса, помимо серы металлошихты, учитывается сера, попадающая в конвертер с миксерным шлаком:

(10)

Отсюда:

(11)

На основании производственных данных L_s в конце продувки принимаем в пределах 3-5, количество миксерного шлака 0,4-0,7% от веса чугуна, содержание серы в миксерном шлаке 0,30-0,45%.

В том случае, если содержание серы в металле перед выпуском заметно (более, чем в 1,5-2,0 раза) превышает марочное содержание серы, необходимо рассмотреть вариант внедоменной десульфурации чугуна с последующей десульфурацией стали. Десульфурацию чугуна проводят магнием, карбидом кальция или содой.

Расход магния для десульфурации чугуна определяется уравнением

(12)

где

- начальное и конечное содержание серы в чугуне;

b - коэффициент использования магния, равный 0,30-0,40

При этом добавка 1 кг магния на 1 т стали вызывает снижение температуры чугуна на 10°С. При оценке содержания серы в металле перед выпуском необходимо учитывать попадание в конвертер около 0,1% образовавшегося шлака содержащего 2-3% серы от массы чугуна. Для оценки используют уравнение (11), в котором количество миксерного шлака и содержание в нем серы заменяют на количество шлака, попадающего в конвертер после десульфурации чугуна, и на содержание серы в этом шлаке.

2. Краткая характеристика технологии конвертерного производства стали.

Краткое описание конвертерного процесса включает:

- характеристику и подготовку шихтовых материалов, порядок их загрузки в конвертер;

- источник шлака, его роль в сталеплавильном процессе;

- дутьевой режим;

- особенности окисления примесей;

- способы контроля момента окончания продувки;

- длительность отдельных периодов;

- производительность агрегатов.

3. Материальный баланс конвертерной операции.

Приходная часть материального баланса включает расход жидкого чугуна, расход металлолома, расход извести, расход технического кислорода, количество перешедшей в шлак футеровки, загрязнений металлолома и попавшего с чугуном миксерного шлака. При этом соотношении чугун-металлолом в шихте определяется заданием, количество футеровки, перешедшей в шлак, принимается равным 2,0-3,0 кг/т стали, количество загрязнений лома 1% от веса лома, количество миксерного шлака 0,4-0,7%.

Расходная часть баланса включает количество получаемой жидкой стали, количество образующегося шлака и количество выделяющихся газов и потери с пылью и корольками.

3.1. Определение расхода извести и состава конечного шлака.

Количество и состав образующегося шлака в значительной мере определяет эффективность конвертерного процесса и качество производимой стали.

Общее количество образующегося шлака составляет:

(13)

где - соответственно количество образовавшихся оксидов при окислении Si, Mn и Р металлошихты, количество оксидов Fe, добавленной извести, разрушенной футеровки, миксерного шлака, загрязнений металлолома.

Количество окислившихся примесей на 100 кг шихты составляет:

(14)

где 2,14; 1,29; 2,29 - соответствующие стехиометрические коэффициенты пересчета количества окислившихся примесей в количество образующихся оксидов.

Одной из важнейших характеристик шлака является его основность, определяемая как отношение концентраций CaO и SiO₂:

(15)

Основность шлака характеризует его способность к рафинированию стали (прежде всего к дефосфорации и десульфурации), а также стойкость футеровки. Для достижения заданной основности в конвертер добавляют известь (основностью шлака необходимо задаваться в пределах 3,0-3,5).

CaO поступает в шлак из извести, миксерного шлака и футеровки конвертера:

(16)