Масса завалки с учетом угара железа составит находится по формуле:
(2)
где М0 - вместимость ДСП, кг
д - угар железа.
М0=160000 кг
д=1,1
кг
4.2 Выплавка полупродукта в ДСП
4.2.1 Расчет химического состава полупродукта
Для предварительного расчета состава полупродукта принимает коэффициенты усвоения элементовпредставленные в таблице 11.
Таблица 11 - Коэффициент усвоения элементов
|
[C] |
[Si] |
[Mn] |
[P] |
[S] |
[Cr] |
[Ni] |
[Cu] |
[Fe] |
||
|
Коэффециент усвоение, % |
15 |
0 |
85 |
0 |
30 |
90 |
97 |
100 |
90 |
Итоговый расчет представлен в таблице 12.
Таблица 12 - Масса компонентов шихты, масса полупродукта, химический состав полупродукта
4.2.2 Дефосфорация
Удаление из стали фосфора производят путём его окисления и перевода в шлак. Для понижения активности продуктов реакции в шлак добавляют известь. Процесс дефосфорации описывается уравнением:
(3)
(4)
(5)
(6)
Активность кислорода будет определяться содержанием FeO в шлаке:
(7)
(8)
Реакцию окисления фосфора удобно записать в виде суммарной:
(9)
(10)
(11)
(12)
Коэффициент распределения фосфора:
(13)
Состав шлака в мольных () или в ионных () долях представлен в таблице 13.
Таблица 13 - Число молей оксидов и число катионов
|
% |
PO2,5 |
FeO |
MnO |
Cr2O3 |
SiO2 |
CaO |
Сумма |
|
|
0,838 |
32,969 |
9,074 |
3,315 |
18,904 |
34,900 |
|||
|
MRO |
71,000 |
72,000 |
71,000 |
152,000 |
60,000 |
56,000 |
||
|
nRO |
0,012 |
0,458 |
0,128 |
0,022 |
0,315 |
0,623 |
1,558 |
|
|
xRO |
0,008 |
0,294 |
0,082 |
0,014 |
0,202 |
0,400 |
1,000 |
|
|
nR+ |
0,012 |
0,458 |
0,128 |
0,044 |
0,315 |
0,623 |
1,579 |
|
|
xR+ |
0,007 |
0,290 |
0,081 |
0,028 |
0,199 |
0,395 |
1,000 |
(14)
(15)
где ионные доли соответствующих катионов в шлаке.
(16)
Концентрация фосфора в полупродукте определяется по формуле:
(17)
где? кратность шлака, %,
%
Определение fP по параметрам взаимодействия при Т=1800 К. Параметры взаимодействия 1 и 2 порядка представлены в таблице 14.
Таблица 14 - Параметры взаимодействия для фосфора
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
||
|
ep i |
0,13 |
0,12 |
0,062 |
0,028 |
-0,03 |
0,0002 |
||
|
rp i |
-0,001 |
-0,001 |
0,0008 |
(18)
Концентрация фосфора в шлаке:
(19)
(20)
При кратности шлака равной 11, конечное значение фосфора в стали равно:
Зависимость содержания фосфора в полупродукте после дефосфорации от кратности шлака представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Зависимость содержания фосфора от кратности шлака
Зависимость содержания фосфора в полупродукте после дефосфорации от содержанияFeOв шлаке, в зависимости от температуры представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Зависимость содержания фосфора от FeOв шлаке и температуры
Степень дефосфорации:
%
3.2.3 Расчет равновесия С-O
(21)
(22)
(23)
Дж/моль (24)
Сгр=[C] (25)
Дж/моль (26)
(27)
Дж/моль (28)
[С]+[О]=COг(29)
(30)
Kp = 466,094
Константа равновесия:
(31)
Определение fC по параметрам взаимодействия при Т=1900 К. Параметры взаимодействия 1 и 2 порядка представлены в таблице 15.
Таблица 15 - Параметры взаимодействия первого и второго порядка для углерода
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
|
ep i |
0,14 |
0,08 |
-0,012 |
0,051 |
0,046 |
-0,024 |
0,012 |
||
|
rp i |
0,0074 |
0,0007 |
0,0041 |
Определение fO по параметрам взаимодействия при Т=1900 К. Параметры взаимодействия 1 и 2порядка представлены в таблице 16.
Таблица 16 - Параметры взаимодействия первого и второго порядка для кислорода
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
|
ep i |
-0,45 |
-0,131 |
-0,021 |
0,07 |
-0,133 |
-0,04 |
0,006 |
||
|
rp i |
[O]п/п = 0,029 масс.% = 290 ppm
По реальным данным количество кислорода перед выпуском плавки из ДСП составляет 600-1200 ppm.
Зависимость содержания кислорода в полупродукте от углерода и температуры представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Зависимость содержания кислорода в полупродукте от углеродаи температуры
4.2.4 Расчет равновесия С-FeO
Распределение кислорода между шлаком и металлом описывают реакцией:
(32)
Константа равновесия этой реакции будет иметь вид:
(33)
(34)
На диаграммах активности концентрации оксидов обычно выражаются в мольных долях (или мольных процентах). Состав шлака в мольных () или в ионных () долях представлен в таблице № 13.
Суммируя мольные концентрации основных и кислых оксидов согласно размерности координат на рисунке 8, получаем:
Рисунок 8-активность FeO в шлаке.
Согласно диаграмме =0,31.
(35)
В равновесии химический потенциал элемента одинаков во всех фазах.
(36)
(37)
Для построения графика принимаем, что .
Зависимость содержания кислорода от концетрации FeOв шлаке, при различных температурах представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Зависимость содержания кислорода от концетрации FeOв шлаке, при различных температурах.
Из графика видно, что обеспечить необходимую концетрацию углерода можно при температуре от 1870 до 1930 К, и концетрации FeOв шлаке от 11 до 15 %.
4.2.5 Определение количества растворенных газов в полупродукте
а) Растворимость азота в полупродукте:
(38)
(39)
(40)
Kp = 0,044
Определение fN по параметрам взаимодействия при Т=1903 К. Параметры взаимодействия 1 и 2 порядка представлены в таблице 17.
Таблица 17 - Параметры взаимодействия первого и второго для азота
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
|
ep i |
0,13 |
0,047 |
-0,02 |
0,045 |
0,007 |
-0,047 |
0,01 |
||
|
rp i |
0,0004 |
масс.%
Концентрация азота в полупродукте от температуры представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Концентрация азота в полупродукте от температуры
б) Растворимость водорода в металле:
(41)
(42)
(43)
Kp = 0,003
Определение fH по параметрам взаимодействия при Т=1903 К. Параметры взаимодействия 1 порядка представлены в таблице 18.
Таблица 18 - Параметры взаимодействия первого для водорода
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
|
ep i |
0,06 |
0,027 |
-0,0014 |
0,011 |
0,008 |
-0,0022 |
0 |
масс.%
Концентрация водорода в полупродукте от температуры представлена на рисунке 11.
Рисунок 11- Концентрация водорода в полупродукте от температуры
Количество и состав полупродукта перед выпуском из ДСП представлен в таблице 19.
Таблица 19 - Состав полупродукта перед выпуском из ДСП
4.3 Доводка металла на АКП
4.3.1 Расчет количества ферросплавов
Количество ферросплавов, необходимое для получения заданного химического состава, рассчитывается по формуле: [17]
(44)
где - масса металла на выпуске, кг
- среднее содержание элемента в стали, масс.%
- содержание элемента в полупродукте перед раскислением, масс.%
- содержание элемента в ферросплаве, масс.%
- коэффицинт усвоения элемента из ферросплава.
Для легирования стали выбираем ферросплавы, химический состав которых представлен в таблице 20.
Таблица 20 - Химический состав используемых ферросплавов
кг
кг
кг
кг
кг
Состав стали после легирования представлен в таблице 21.
Таблица 21 - Состав стали 10Г2ФБЮ после легирования
4.3.2 Количество кислорода в раскисленной стали
Принимаем, что раскисление происходило кремнием, содержащимся в ферросилиции:
[Si]+2[O]=SiO2(45)
(46)
Kp = 28799,2242
Определение fSi по параметрам взаимодействия при Т=1890 К. Параметры взаимодействия 1 порядка представлены в таблице 22.
Таблица 22 - Параметры взаимодействия для кремния
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
V |
Nb |
Al |
||
|
ep i |
0,18 |
0,11 |
0,002 |
0,11 |
0,056 |
-0,0003 |
0,005 |
0,014 |
0,025 |
0,058 |
||
|
rp i |
-0,0021 |
Определение fO по параметрам взаимодействия при Т=1890 К. Параметры взаимодействия 1 порядка представлены в таблице 23.
Таблица 23 - Параметры взаимодействия для кислорода
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
V |
Nb |
Al |
||
|
ep i |
-0,45 |
-0,131 |
-0,021 |
0,07 |
-0,133 |
-0,04 |
0,006 |
-0,013 |
-0,3 |
-0,14 |
-3,9 |
|
|
rp i |
1,7 |
[O]=0,0194 масс.% = 194ppm
По реальным данным количество кислорода после раскисления в АКП составляет 2-100 ppm.
Концентрация кислорода в стали после раскисления её кремниемв зависимости оттемпературы представлена на рисунке 12.
Рисунок 12 - Концентрация кислорода в стали оттемпературы
4.3.3 Десульфурация
Состав восстановительного шлака по данным паспорта плавки на ЛПК представлен в таблице 24.
Таблица 24 - Состав шлака на АКП, масс.%
|
FeO |
CaO |
MgO |
SiO2 |
Al2O3 |
|
|
5 |
35 |
20 |
10 |
5 |
Находим значение a[O]:
a[O]=0,504·0,019=0,0098
Определение fS по параметрам взаимодействия при Т=1903 К. Параметры взаимодействия 1 и 2 порядка представлены в таблице 25.
Таблица 25 - Параметры взаимодействия для серы
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
V |
Nb |
Al |
||
|
ep i |
0,11 |
0,063 |
-0,026 |
0,29 |
-0,028 |
-0,011 |
0 |
-0,0084 |
-0,016 |
-0,013 |
0,035 |
|
|
rp i |
0,0058 |
0,0017 |
0,0006 |
-0,0009 |
-0,0001 |
0,0009 |
Равновесный коэффициент распределения серы:
(47)
=372,815
= 3
(48)
Зависимость конечного содержания серы в металле от кратности шлака представлена на рисунке 13.
Рисунок 13 - Зависимость содержания серы от кратности шлака
Степень десульфурации:
(49)
%
4.3.4 Определение количества растворенных газов в металле после АКП
а) Растворимость азота в металле:
Kp = 0,044
масс.%
Концентрация азота в стали от температуры представлена на рисунке 14.
Рисунок 14 - Концентрация азота в стали от температуры
б) Растворимость водорода в металле:
Kp = 0,002
масс.%
Концентрация водорода в стали от температуры представлена на рисунке 15.
Рисунок 15 - Концентрация водорода в стали от температуры
Состав стали после АКП представлен в таблице 26.
Таблица 26 - Состав стали 10Г2ФБЮ после АКП
4.4 Удаление газов на вакууматоре
Kp = 0,043
масс.%
Концентрация азота в сталиот температуры и давления в вакууматоре представлена на рисунке 16.
Рисунок 16 - Концентрация азота в стали от температуры и давления в вакуум камере