3 Окислительный период

Окисление элементов и шлакообразование.

Общий угар металла и отдельных легирующих элементов в период продувки кислородом определяем по данным балансовых плавок и на основе производственного опыта. Составляем таблицу угаров для марки ШХ15 в окислительный период для всех элементов.

Таблица 3.1 – Угар элементов при выплавке стали в ДСП в окислительный период

В процентах

Угар	C	Si	Mn	Cr	Ti	Al	Fe
Общий	С	100,0	68,0	16,0	100,0	100,0	1,5
В шлак	0	100,0	80,0	95,0	100,0	100,0	30,0
В улёт	100,0	0	20,0	5,0	0	0	70,0

Окисление элементов и ожидаемый химический состав металла по расплавлению шихты представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Химический состав металла в конце окислительного периода

В килограммах

Элемент	Исходное содержание	Угар элемента	Масса элемента в расплаве	Содержание элемента в расплаве, %
C*	129,984	10,932	119,052	0,996
О	0,803	0,000	0,803	0,007
Si	0,000	0,000	0,000	0,000
Mn	19,296	13,121	6,175	0,052
P	2,130	0,000	2,130	0,018
S	4,440	0,000	4,440	0,037
Cr	15,206	2,433	12,773	0,107
Ni	10,643	0,000	10,643	0,089
Ti	0,000	0,000	0,000	0,000
W	4,440	0,000	4,440	0,037
Mo	2,220	0,000	2,220	0,019
V	1,560	0,000	1,560	0,013
Cu	19,800	0,000	19,800	0,166
Al	0,000	0,000	0,000	0,000
Fe	11947,214	179,208	11768,006	98,460
Всего	12157,736	205,695	11952,042	100,000

* Для гарантированного получения заданного состава стали необходимо получить в конце обезуглероживания содержание углерода в металле 0,99%. Тогда массу окислившегося углерода определяем из пропорции:

,

где - искомая величина, кг;

- масса углерода с учетом его окисления, кг;

- масса металла с учетом угара углерода, кг.

=10,932 кг

Углерод. При окислении углерода, образуется оксида углерода СО:

кг.

Потребуется кислорода 24,401 кг.

Кремний. Кремния окислилось 100%.

Марганец. В окислительный период теряется 68% марганца. Из них – 20% с газами, а 80% переходит в шлак. Образуется MnO: кг.

Испарится MnO: кг, из них: кг (Mn).

Перейдет MnO в шлак: 16,938–3,388=13,55 кг, из них Mn: 13,121–2,624=10,497 кг.

Потребуется кислорода для окисления всего марганца 3,817 кг.

Фосфор. Принимаем, что фосфор во время продувки не удаляется.

Сера. Принимаем, что сера во время продувки не удаляется.

Хром. Образуется оксида хрома Cr₂O₃: кг.

Испарится Cr₂O₃: кг, из них Cr: кг.

Перейдет в шлак Cr₂O₃: 3,556–0,178=3,378 кг, из них Cr: 2,433–0,122=2,311 кг.

Потребуется кислорода для окисления всего хрома 1,123 кг.

Никель. Принимаем, что никель из металла во время продувки не удаляется.

Титан. Титана окислилось 100%.

Вольфрам. Принимаем, что вольфрам из металла во время продувки не удаляется.

Молибден, медь, ванадий. Принимаем, что в окислительный период эти элементы из металла не удаляются. Допустим, что ванадий не окисляется по причине небольшого присутствия в металле.

Алюминий. Алюминия окислилось 100%.

Железо. Образуется оксидов железа в пересчете на FeO: кг.

Испарится FeO: кг, из них Fe: кг.

Перейдет в шлак FeO:230,411–161,287=69,124 кг.

Из них Fe: 179,208–125,446=53,762 кг.

Потребуется кислорода для окисления всего железа 51,202 кг.

Металл. В конце окислительного периода в печи остается следующее количество металла (с учетом угаров элементов) 11952,042 кг, содержание углерода в металле составит 0,935%. Содержание кислорода в металле определяют по формуле Ойкса Г.Н.:

(8)

Содержание кислорода в металле:

%

Определим содержание кислорода в металле, которое пошло на насыщение металла, используя пропорцию:

x=1,195 кг.

В конце периода плавления в металле было 0,803 кг кислорода, следовательно, на насыщение металла пошло 1,195–0,803=0,392 (кг). Для определения расхода технического кислорода в окислительный период, составляем баланс кислорода, кг:

1) на окисление углерода – 24,401;

2) на окисление марганца – 3,817;

3) на окисление хрома – 1,123;

4) на окисление железа – 51,202;

5) на насыщение металла – 0,392.

Всего – 80,936 кг.

Известно, что примерно 90% элементов окисляются кислородом (FeO), а остальные 10% – газообразным кислородом, вдуваемым в жидкий металл. (FeO) идет на окисление углерода, марганца, хрома и на насыщение металла. Следовательно, (FeO) внесет:

кг.

А газообразный кислород внесет:

80,936–26,8=54,136 кг.

(FeO) окислится по реакции:

y(FeO)+x[i]=(i_xO_y)+yFe_ж

На это расходуется: кг (FeO),

где 26,8 кг – масса кислорода, вносимого оксидом железа;

72 и 16 – молекулярная масса FeO и О соответственно.

При этом в металл переходит железо в количестве:

120,6 – 26,8=93,8 кг.

Газообразный кислород окисляется по реакции:

y{O₂}+x[i]=(i_xO_y)

В окислительный период часть газообразного кислорода усваивается жидким металлом из печной атмосферы. А остальная часть подается с помощью кислородного инжектора. Скорость усвоения кислорода из воздуха на каждый квадратный метр площади печи на уровне откосов составляет величину порядка 10…30 кг/час. Если принять, что продолжительность периода составит 40 минут, то за это время усвоится кислорода кг.

Следовательно, необходимо подать технического кислорода

54,136 – 36,453=17,683 кг.

Определение количества и состава газов в окислительный период.

Печная атмосфера.

Общая масса кислорода, усвоенного из воздуха, . Объем кислорода в воздухе:

м³.

Количество сопутствующего азота находим из условия, что объемное содержание кислорода в воздухе равно 21%, тогда,  м³.

Массовое содержание кислорода в воздухе 23%, тогда, кг.

Объем и масса воздуха:

м³;

кг.

Определим количество влаги, вносимой воздухом из следующих условий:

Влажность атмосферного воздуха

(9)

м³

Количество водяного пара в 1 м³ атмосферного воздуха _в.пара=0,013 кг/м³.

Масса влаги m_вл=V_влаж.в_в.пара=132,6310,013=1,724 кг.

Водяной пар реагирует с окисью углерода по реакции:

{H₂O}+{CO}={CO₂}+{H₂}

При этом образуется водород и углекислый газ в количестве:

кг;

кг.

Для этого необходима окись углерода в количестве:

кг.

Технический кислород.

Общая масса кислорода, вносимого кислородным инжектором составит 17,683 кг. Для того, чтобы внести такое количество кислорода, необходимо израсходовать в окислительный период технического кислорода при 95% усвоении:

кг,

где 17,683 – необходимо внести кислорода с техническим кислородом, кг;

99,5 и 95 – содержание кислорода в техническом кислороде и его усвоение, %.

Количество неусвоенного кислорода:

кг.

Технический кислород также вносит азот:

кг,

где 5 – количество неусвоенного кислорода, %;

0,5 – содержание азота в техническом кислороде, %.

Неусвоенный кислород вступит в реакцию с окисью углерода, в результате образуется углекислый газ в количестве:

кг.

Для этого потребуется {СО} в количестве:

2,572 –0,935=1,637 кг.

На основании полученных данных определяем состав и количество печного шлака в конце окислительного периода и составляем баланс металла окислительного периода.

Таблица .11 – Масса и состав шлака в конце окислительного периода

В килограммах

Источник поступления	SiO2	CaO	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3
Плавильный шлак	170,166	213,135	46,498	105,366	4,225	44,727
Оксиды из металлованны	0,000	0,000	13,550	69,124	3,378	0,000
Перешло в металл	0,000	0,000	0,000	-120,600	0,000	0,000
Всего	170,166	213,135	60,048	53,890	7,603	44,727
Всего, %	28,763	36,026	10,150	9,109	1,285	7,560

Источник поступления	MgO	TiO2	P2O5	S	
Плавильный шлак	25,543	3,534	12,054	0,918	626,166
Оксиды из металлованны	0,000	0,000	0,000	0,000	86,052
Перешло в металл	0,000	0,000	0,000	0,000	-120,600
Всего	25,543	3,534	12,054	0,918	591,618
Всего, %	4,317	0,597	2,037	0,155	100,000

Таблица 7.12 - Баланс металла окислительного периода

В килограммах

Элемент	Металл периода плавления	Перешло в металл	Перешло в шлак	Потери с газами	Содержится в металле	Содержится в металле, %
C*	129,984	0,000	0,000	10,932	119,052	0,988
О	0,803	0,393	0,000	0,000	1,196	0,010
Si	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Mn	19,296	0,000	10,497	2,624	6,175	0,051
P	2,130	0,000	0,000	0,000	2,130	0,018
S	4,440	0,000	0,000	0,000	4,440	0,037
Cr	15,206	0,000	2,311	0,122	12,773	0,106
Ni	10,643	0,000	0,000	0,000	10,643	0,088
Ti	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
W	4,440	0,000	0,000	0,000	4,440	0,037
Mo	2,220	0,000	0,000	0,000	2,220	0,018
V	1,560	0,000	0,000	0,000	1,560	0,013
Cu	19,800	0,000	0,000	0,000	19,800	0,164
Al	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Fe	11947,214	93,800	53,762	125,446	11861,806	98,469
Всего	12157,736	94,193	66,571	139,124	12046,235	100,000

Суммарный материальный баланс окислительного периода

Израсходовано, кг	Получено, кг
а) Металла – 12157,736 б) Шлака – 626,166 в) Технического кислорода –18,712 в том числе 1) Кислород – 18,618 (включая неусвоенный) 2) Азот – 0,094 г) Воздуха – 160,314 в том числе 1) Кислорода – 36,553 2) Азота – 122,037 3) Влаги – 1,724	а) Металла – 12046,235 б) Шлака – 591,618 в) Пыли – 164,853 в том числе 1) MnO – 3,388 2) Cr2O3 – 0,178 3) FeO – 161,287 г) Газов – 167,493 в том числе 1) CO – 38,383 2) СО2 – 6,787 3) Азот – 123,761
Всего – 13017,919	Всего – 13017,819

Невязка – 13017,919–13017,819=0,10 кг или %

Полученная невязка находится в допустимых пределах.