Определение и анализ технико-экономических показателей кислородно-конвертерной плавки с комбинированным дутьем при производстве стали м

 

  Анализ

  Неувязка  составила 0.03г/т (0,003%) – это в пределах нормы. Выход годной стали составляет 93,1%, что является достаточно высоким показателем. Также при комбинированной продувке меньше содержание оксидов железа в шлаке (вследствие лучшего перемешивания расплава). Кроме того, при комбинированной продувке меньше выносы и выбросы с пылью. А чтобы поддержать нужную основность шлака, потребуется подать больше извести, что также уменьшает выход годного. Естественно, что больший выход стали улучшает экономические показатели, также как и увеличение удельного веса металлолома. 
 

  3.2 Тепловой баланс  плавки.

  Теоретическое введение. Повышение  доли лома в шихте

  С целью экономии чугуна и снижения стоимости металлошихы в кислородных конвертерах стремятся перерабатывать максимально возможное количество лома. В настоящее время при переделе в конвертерах обычного чугуна расход лома составляет около 25%.

    Максимально возможная доля лома в шихте конвертера зависит, главным образом, от состава чугуна (химическое тепло) и температуры чугуна (физическое тепло).

  Нагрев  стали до заданной температуры является основной задачей сталеплавильного процесса наряду с обеспечением требуемого химического состава стали.

  В конвертерном процессе регулирование  температуры ванны осуществляется изменением расхода охладителей: лома и твердых окислителей (железная руда, агломерат, окатыши). Основным параметром, определяющим температурный уровень  плавки, является расход лома. Расход лома рассчитывают на основе уравнения теплового баланса.

  При планировании конвертерных плавок желательно зарезервировать некоторый избыток  тепла по сравнению с требуемым, что позволит корректировать температуру  металла по ходу плавки присадками твердых охладителей.

  Использование топлива как дополнительного  источника тепла

  В качестве топлива в кислородном  конвертере можно использовать жидкие  и газообразные углеводороды (мазут, природный газ) и твердое топливо (уголь, кокс, графит). С теплотехнической стороны (величина коэффициента использования потенциального тепла топлива) наиболее перспективными теплоносителями является твердые углеродсодержащие материалы: угли, антрациты, кокс, электродный бой и др.

    Более высокий термический коэффициент полезного действия твердого топлива объясняется тем, что углерод топлива предварительно растворяется в жидком металле и тепло, выделяющееся при его последующем окислении, передается непосредственно жидкому металлу.

  Применение  кускового угля. Кусковой каменный уголь (антрацит) или кокс загружают в конвертер на стальной лом или после заливки чугуна и начала продувки. Продувку ванны кислородом ведут сверху или через донные фурмы, иногда в сочетании с дополнительной подачей кислорода для дожигания СО до СО₂.

  В отечественной практике освоен способ, который предусматривает загрузку антрацита кусками размером 6—20 мм до или после заливки в конвертер  чугуна и последующую продувку ванны  кислородом сверху. Выявлено, что без  подачи кислорода на дожигание СО, оптимальный расход угля составляет около 1 % от массы шихты; при этом уменьшается расход чугуна на 2,5—3,5 % (от массы шихты) и в то же время возрастает длительность продувки, что снижает производительность конвертера примерно на 6 %. 

  Метод расчета

  Тепловой  баланс кислородно-конвертерной плавки должен учитывать все источники тепла.

  Т1+Т2+Т3=Т4+Т5+Т6+Т7+Т8,  где

  Т1 — физическое тепло чугуна

  Т2 — тепло экзотермических реакций

  Т3 — тепло, выделяющееся при шлакообразовании

  Т4 — энтальпия стали

  Т5 — энтальпия шлака

  Т6 — тепло, теряемое с выделяемыми газами

  Т7 — продувка аргоном

  Т8 —потери тепла 
 

  Физическое  тепло чугуна Т1

  Т1= (с₁t_пл + r + с₂Dt) М1 0,001, где

  с₁, с₂ – теплоемкости твердого и жидкого чугуна, КДж/кг

  Dt – перегрев чугуна над температурой плавления

  r - скрытая теплота плавления чугуна, КДж/кг

    

  Тепло экзотермических  реакций Т2

   - тепло окисления любого элемента, где

   - тепловой эффект реакции,  КДж/кг

  Окисление C:

  

  Окисление Si:

    

  Окисление Mn:

  

  Окисление Р:

  

  Окисление Fe, приходящего в виде оксидов  в шлак:

  

  Окисление Fe плавильной пыли:

  

  Тепло химических реакций:  

  Тепло шлакообразования Т3

  

  

  

  Т3 = Т_SiO2 + T_P2O5 = 26,857+2,2602 = 29,1172МДж 

  Энтальпия стали Т4

  Т4 = ([C₁t_пл + r + С₂Dt^стал](M₇ + (eM₈)/100 + M₁₁+М₁₂))*10^-3 = [[0.7*1500+272+ 0.838*80)](931,12+3*85,526/100+5)]*10^-3 = 1303,87МДж, где

  C₁, С₂ – теплоёмкость твердой и жидкой стали, КДж/кг*EС

  t_пл – температура плавления стали. Она равна 1500˙С

  Dt^стал – перегрев стали над температурой плавления (80˙С)

  r - скрытая теплота плавления 

  Энтальпия шлака Т5

  Т5 = (1,25·t_шл+209,5)·М8/1000 = (1.25*1650+209.5)*85,526*10^-3= 194,315МДж

  t_шл- температура плавления шлака. Равна 1650˙С

  Тепло, теряемое с газами Т6

  

  СО:

  Т₆^СО = DН^СО*3,33 D[C]*(M₁ + M₂)/100*(1-h)(22.4/28) =

  = 2,12*3,33*3,3875*1000/100*(1-0.1)*(22.4/28) = 172,184МДж

  СО₂:

   

  Н₂О:

  

  N₂:

  

  Не  усвоившийся О₂:

  

    

  Потери  тепла от продувки аргоном Т7

  g = 0,2 м³/т стали – интенсивность продувки

  t_o = 20^oC => Dt = 1650–20 = 1630^oC

  

  Т7 = 0.932*0.001*0.2*910,562/1000*1630 = 0,277МДж 

  Потери  тепла Т8

1. Тепло, потерянное с выделяющийся пылью и охлаждаемой водой

  (Т4+Т5+Т6)*0.01 = (1277,624+320,134+199,344)*0.01 = 17,97МДж

2. Тепло на охлаждение фурмы и горловины

  (Т4+Т5+Т6)*0.02 = (1277,624+320,134+199,344)*0.02 = 35,94МДж

3. Излучение

  (Т4+Т5+Т6)*0.02 = (1277,624+320,134+199,344)*0.02 = 35,94МДж

  Т8 = 17,97+35,94*2 = 89,85МДж 
 
 
 
 
 
 
 

  Итоговый тепловой баланс:

 

Анализ

    Представленный  тепловой баланс говорит о том, что  здесь недостаточно высокая температура чугуна(1280ºС). Необходимо ввести дополнительное количество топлива, по причине превышения расходной части теплового баланса над приходной. Также происходят потери тепла с пылью, излучением и охлаждением. Недостаток тепла компенсируем добавкой антрацита. Это приведет к удорожанию стали. Следовательно, экономически выгодно будет уменьшение теплопотерь.

    1 кг антрацита - 31 МДж тепла

D = 98,695 МДж

    М антр. = 98,695/31 = 3,18 кг/т

Вывод: необходимо добавить 3,18 кг/т антрацита, для компенсации недостатка тепла.

  3.3 Расчёт легирующих  и раскисляющих  компонентов