4 Расчет выхода жидкой стали перед раскислением
Приходными статьями баланса металла являются:
- 100 кг металлошихты (чугун и лом);
- железо, перешедшее в металл из неметаллических материалов в первой половине плавки (12,94 кг) и восстановленное из неметаллических материалов во втором периоде плавки (0,389 кг).
Расходная часть баланса металла включает в себя:
- массу окислившихся примесей (3,943 + 0,294 = 4,237 кг);
- железо, теряемое со спускаемым шлаком первого периода – 0,89 кг;
- железо, теряемое с конечным шлаком – 0,247 кг;
- потери железа с пылью (принимаем - 0,5 кг).
Таким образом, выход жидкого металла (GМ) перед раскислением составит:
GМ = 100 + 12,94 + 0,389 – 4,237 – 0,89 – 0,247 – 0,5 = 107,454
кг.
5 Расчет раскисления стали и ее химического состава
Заключительной операцией процесса выплавки стали является ее раскисление и легирование. Для раскисления и легирования применяют сплавы, состоящие из железа и элемента-раскислителя (ферросплавы), а также некоторые металлы в технически чистом виде и углеродсодержащие материалы. Химический состав некоторых раскислителей (легирующих), наиболее широко применяемых в промышленности, приведен в таблице 18 [3].
Таблица 18 – Химический состав раскислителей (легирующих) в процентах
Материал |
C |
Mn |
Si |
Сr |
Al |
S |
P |
V |
Кокс/коксик |
87 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,5 |
0,02 |
0 |
ФСХ18 |
4,5 |
0 |
30 |
40 |
0 |
0,02 |
0,03 |
0 |
ФСХ30 |
0,9 |
0 |
30 |
40 |
0 |
0,02 |
0,03 |
0 |
ФСХ40 |
0,2 |
0 |
41 |
35 |
0 |
0,02 |
0,03 |
0 |
А5 |
0 |
0,03 |
0,3 |
0,03 |
99,5 |
0 |
0 |
0 |
А6 |
0 |
0,03 |
0,4 |
0,03 |
99,6 |
0 |
0 |
0 |
АВ86 |
0 |
0,03 |
5 |
0 |
86 |
0 |
0 |
0 |
АВ92 |
0 |
0,03 |
1 |
0 |
92 |
0 |
0 |
0 |
АВ97 |
0 |
0,03 |
1 |
0 |
97 |
0 |
0 |
0 |
ФХ650 |
6,5 |
0 |
2 |
65 |
0 |
0,06 |
0,04 |
0 |
ФХ800 |
8 |
0 |
2 |
65 |
0 |
0,06 |
0,04 |
0 |
ФХ100 |
1 |
0 |
2 |
65 |
0 |
0,04 |
0,04 |
0 |
ФХ200 |
2 |
0 |
2 |
65 |
0 |
0,04 |
0,04 |
0 |
ФХ010 |
0,1 |
0 |
1,5 |
65 |
0 |
0,03 |
0,03 |
0 |
СМн14 |
2,5 |
65 |
15,5 |
0 |
0 |
0,03 |
0,2 |
0 |
СМн17 |
1,7 |
65 |
18,5 |
0 |
0 |
0,03 |
0,1 |
0 |
СМн26 |
1 |
65 |
26 |
0 |
0 |
0,03 |
0,1 |
0 |
ФС25 |
0,8 |
0,9 |
25 |
0,6 |
1 |
0,03 |
0,06 |
0 |
ФС45 |
0,2 |
0,6 |
45 |
0,5 |
2 |
0,03 |
0,05 |
0 |
ФС65 |
0,1 |
0,4 |
65,5 |
0,4 |
2,5 |
0,03 |
0,05 |
0 |
ФС75 |
0,05 |
0,3 |
75 |
0,4 |
2,5 |
0,03 |
0,05 |
0 |
ФС90 |
0 |
0,2 |
90 |
0,3 |
3 |
0,02 |
0,03 |
0 |
ФМн0,5 |
0,5 |
90 |
2 |
0 |
0 |
0,03 |
0,3 |
0 |
ФМн1 |
1 |
90 |
2 |
0 |
0 |
0,03 |
0,3 |
0 |
ФМн1,5 |
1,5 |
90 |
2,5 |
0 |
0 |
0,03 |
0,3 |
0 |
ФМн75 |
7 |
75 |
2 |
0 |
0 |
0,03 |
0,45 |
0 |
ФМн75К |
7 |
76 |
1 |
0 |
0 |
0,03 |
0,45 |
0 |
ФМн78К |
7 |
80 |
1 |
0 |
0 |
0,03 |
0,35 |
0 |
Раскисление кипящей стали проводится самым слабым раскислителем – марганцем, который обычно вводят в металл в виде ферромарганца в количестве, обеспечивающем получение требуемого содержания марганца в металле.
Раскисление полуспокойной стали проводят двумя элементами – марганцем и кремнием, причем оптимальная степень раскисленности металла, при которой слиток имеет наилучшую структуру, обеспечивается при содержании в металле 0,07-0,12% кремния. Для раскисления в полуспокойную сталь при выпуске вводят ферромарганец и ферросилиций, а также силикомарганец.
Раскисление спокойной стали проводят марганцем, кремнием и алюминия. Расход марганца и кремния выбирается так, чтобы остаточное содержание этих элементов в металле после раскисления находилось в пределах, установленных для выплавляемой стали. Расход алюминия следует выбирать по данным таблицы 19.
Таблица 19 – Расход алюминия на раскисление стали
Показатель |
Содержание углерода перед раскислением, % |
||
0,05-0,10 |
0,11-0,20 |
более 0,20 |
|
Расход алюминия, г/т |
350 |
300 |
250 |
В случае введения в металл элементов в количествах, превышающих их расход на раскисление стали, то процесс называют легированием стали. При проведении раскисления и легирования стали необходимо учитывать поступление в металл сопутствующих элементов (в том числе и углерода). Например, ферромарганец марки ФМн78 содержит 7,0% углерода.
Поскольку в рассматриваемом примере выплавляется сталь марки Ст20, то ее раскисление будем вести в ковше ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, составы которых приведены в таблице 20.
Таблица 20 – Химический состав применяемых раскислителей
Материал - раскислитель |
Химический состав, % |
||||
C |
Mn |
Si |
P |
S |
|
Ферромарганец ФМн0,5 |
0,5 |
90,0 |
2,0 |
0,3 |
0,03 |
Ферросилиций ФС90 |
0 |
0,20 |
90,0 |
0,02 |
0,03 |
Алюминий А5* |
0,0 |
0,03 |
0,3 |
0,00 |
0,00 |
* - содержание алюминия 99,5%. |
|||||
Расход ферросплава определяем по формуле
(13)
где GФ - расход ферросплава, кг;
[E]С - среднее содержание элемента (марганца или кремния) в заданной марке стали,%;
[E]М - остаточное содержание элемента в металле в конце продувки, %;
[E]Ф - содержание элемента в ферросплаве, %;
Ue - угар элемента при раскислении, %.
Угар элементов ферросплавов при проведении раскисления и легирования следует выбирать по данным таблицы 21.
Таблица 21 – Угар ведущего элемента при раскислении стали в ковше
Ведущий элемент ферросплава |
Угар элемента ферросплава при содержании углерода в металле в конце продувки, % |
||
менее 0,10 |
0,10-0,25 |
более 0,25 |
|
Марганец |
25-35 |
20-30 |
15-20 |
Кремний |
30-40 |
25-35 |
20-25 |
Хром* |
15-20 |
10-15 |
8-10 |
Ванадий* |
20-25 |
15-20 |
10-15 |
Фосфор, сера* |
0-35 |
||
Углерод* |
30-50 |
||
Никель, медь* |
0 |
||
Алюминий* |
100 / 10-20** |
||
* угар легирующего элемента после предварительного раскисления марганцем и кремнием; ** в числителе - при раскислении, в знаменателе – легировании. |
|||
Определим расход ферромарганца. Известно: GМ = 107,454 кг; [Mn]М = 0,11 кг; [Mn]ФМ = 90,0%. Принимаем: [Mn]СТ = 0,5% (см. таблицу 1); UMn = 17% (см. таблицу 21). Тогда
При раскислении ферромарганцем масса жидкой стали увеличивается. Это увеличение необходимо учитывать при расчете расхода ферросилиция. Увеличение массы металла почти в точности равно массе ферромарганца, так как частичный угар марганца компенсируется поступлением в металл примерно такого же количества железа из шлака. Следовательно, масса металла после раскисления ферромарганцем составит:
107,454+ 0,544 = 107,998кг.
Определим расход ферросилиция. Известно: GМ = 107,998 кг; [Si]М = 0,0 кг; [Si]ФС = 90,0 . Принимаем: [Si]СТ = 0,27% (см. таблицу 1); USi = 23% (см. таблицу 21).
Тогда
Определение массы и химического состава стали после раскисления, а также массы продуктов раскисления, производится в таблице 22.
Таблица 22 – Баланс элементов при раскислении стали
Расчетные показатели |
С |
Si |
Mn |
Р |
S |
Fe |
Всего |
|||
оста-ется |
окис-ляется до СО |
оста-ется |
окис-ляется до SiO2 |
оста-ется |
окис-ляется до MnО |
|||||
Содержится перед раскис-лением, кг |
0,20 |
|
0,000 |
|
0,12 |
|
0,018 |
0,031 |
107,083 |
107,454 |
Вносится ферромарганцем, кг |
50%*
0,001 |
50%*
0,001 |
77%*
0,008 |
23%*
0,003 |
83%*
0,407 |
17%*
0,083 |
100%* 0,002 |
100%* 0,000 |
100%* 0,039 |
0,544 |
Вносится ферросилицием, кг |
- |
- |
77%*
0,350 |
23%*
0,105 |
83%*
0,001 |
17%*
0,000 |
100%* 0,000 |
100%* 0,000 |
100%* 0,049 |
0,505 |
Содержится после рас-кисления, кг |
0,201 |
- |
0,358 |
- |
0,529 |
- |
0,020 |
0,032 |
107,171 |
108,311 |
Состав металла, % |
0,201× ×100/108,311= =0,186 |
0,358× ×100/108,311= =0,331 |
0,529× ×100/108,311= =0,488 |
0,018 |
0,029 |
98,947 |
100 |
|||
* - процент от общего количества элемента в материале. |
||||||||||
Расход алюминия на раскисление выбираем с учетом практических данных в зависимости от содержания углерода перед раскислением. Поскольку [C]раск = 0,20%, то принимаем расход алюминия марки А5 – 250 г/т стали (см. таблицу 19). При этом поступлением кремния и марганца в металл при введении алюминия пренебрегаем из-за незначительного содержания этих элементов.
Состав металла после раскисления соответствует требованиям, предъявляемым к заданной марке стали Ст20.