1 Задание на выполнение расчета шихты основной мартеновской плавки

Ниже приведен расчет шихты для выплавки стали Ст30 в основной мартеновской печи садкой 440 тонн скрап-рудно-кислородным процессом при следующих условиях: содержание чугуна и лома в металлозавалке соответственно 64 и 36%; чугун содержит 4,3% углерода; 0,80% кремния; 1,4% марганца; 0,13% фосфора и 0,036% серы; интенсивность продувки кислородом – слабая.

2 Расчет шихты первого периода

В начале расчета необходимо определить параметры, характеризующие состояние ванны жидкого металла в конце плавки: массу металла и его химический состав, а также принять химический состав шихтовых материалов.

В соответствии с заданием садка мартеновской печи составляет 440 тонн, то есть в конце плавки в печи масса жидкого металла должна быть равна 440 тонн. Так как в процессе окислительного рафинирования происходит окисление элементов металла и неизбежны потери железа, то исходная масса металлических материалов,

из которых получают сталь (масса чугуна и лома), должна быть больше массы жидкой стали. Определение массы каждого из металлических материалов, загружаемых в мартеновскую печь, является одной из задач расчета плавки.

Химический состав стали любой марки регламентируется стандартами или оговаривается с заказчиком и должен соответствовать установленным требованиям. В примере расчета выплавляется сталь марки Ст20, состав которой приведен в таблице 1 [1].

Таблица 1 - Химический состав выплавляемой стали

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Mn	Si	P	S
				Не более
Ст20	0,17-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	0,035	0,040

Следует учитывать то, что для осуществления безаварийной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок, содержание серы и фосфора в разливаемом металле не должно превышать 0,025 и 0,015% соответственно.

Исходная концентрация элементов в металлошихте существенно превышает их содержание в марочном составе выплавляемой стали. Поэтому удаление избытка элементов (в основном углерода) является одной из главных задач окислительного рафинирования в процессе мартеновской плавки.

Плавку желательно прекратить тогда, когда достигнуто требуемое содержание углерода в металле ([C]_M). Для марки Ст20 это любое значение из марочного интервала 0,17-0,24% (см. таблицу 1). Однако целесообразно ориентироваться на среднее значение из интервала: нижний предел – середина марочного интервала (0,17-0,24%). Это связано с возможностью поступления углерода в металл при раскислении ферросплавами (особенно углеродистым ферромарганцем).

Следует иметь в виду, что получение стали с содержанием углерода ближе к верхнему пределу предпочтительнее с точки зрения продолжительности плавки, расхода окислителей и раскислителей, массы жидкого металла и других технико-экономических показателей.

Таким образом, плавка стали должна быть прекращена, когда в металле останется такая концентрация углерода, при которой последующий ввод материалов (раскислителей и легирующих) не приведет к выходу ее за указанные маркой стали пределы. Учитывая все вышеизложенное, выбираем содержание углерода в стали перед раскислением [C]_раск = 0,20%.

Химический состав чугуна указан в задании. Химический состав металлического лома зависит от того, отходы каких марок сталей составляют лом. Часто сведения об этом носят приблизительный характер. Можно считать, что лом имеет химический состав, близкий к среднему составу сталей, выплавляемых отечественной металлургией в наибольшем количестве – низкоуглеродистых обыкновенного качества. В этом случае лом может содержать 0,1-0,2% углерода; 0,15-0,25% кремния; 0,4-0,5% марганца; менее 0,05% фосфора и серы. Принимаем следующий состав лома: [С]_Л = 0,2%; [Si]_Л = 0,20%; [Mn]_Л = 0,45%; [P]_Л = 0,05%; [S]_Л = 0,05%. Данные о химическом составе чугуна и лома сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Химический состав металлошихты

Материал	Содержание, %
	C	Mn	Si	P	S
Чугун жидкий	4,3	1,4	0,8	0,13	0,036
Лом металлический	0,2	0,45	0,2	0,05	0,05

Кроме основных компонентов металлошихты в печь во время завалки присаживают твердые окислители, флюсы, разжижители. В шлакообразовании принимает участие футеровка печи. В производственных условиях вместе с жидким чугуном в печь попадает шлак, называемый миксерным шлаком. Лом всегда частично окислен с поверхности и поступает в печь с некоторым количеством мусора: песком (основной компонент – 95% SiO₂) и глиной (Al₂O₃). Необходимые для расчета химические составы некоторых материалов (неметаллической части шихты, свода, пода, загрязнений лома и окалины) приведены в таблице 3. Расчет ведется на 100 кг металлической завалки.

Таблица 3 – Химический состав материалов мартеновской плавки	Содержание компонентов, %	Н2О	1,80	1,00	0,75	1,37	0,49	10,00	0,36	2,00	0,20	-	-	-	*1 – содержание шлакообразующих оксидов, кроме оксидов железа и летучих; *2 – окалину принимаем, состоящей из Fe3О4 (FeO∙Fe2O3)
		СО2	3,30	-	-	41,20	5,72	1,00	1,10	44,15	0,40	-	-	-
		FeO	1,60	52,55	18,00	-	-	-	-	-	-	10,00	-	31,00
		Fe2O3	78,90	40,50	68,00	0,70	1,14	26,00	1,38	1,00	3,00	11,00	-	69,00
		Σn*1	14,40	5,90	23,25	56,73	92,56	63,00	96,71	52,85	96,40	79,00	100,0	-
		P2O5	0,05	0,04	0,04	0,03	0,05	0,12	0,09	0,05	-	-	-	-
		MgO	0,55	0,76	0,53	0,70	1,14	0,20	35,68	19,50	88,20	68,00	-	-
		CaO	2,80	1,20	12,20	53,50	87,37	1,00	55,81	30,50	3,20	2,00	-	-
		MnO	0,30	0,50	0,28	-	-	-	-	-	-	-	-	-
		Al2O3	2,50	5,00	2,20	0,80	1,31	51,68	2,38	1,30	2,00	4,00	25,00	-
		SiO2	8,20	2,90	8,00	1,70	2,78	10,00	2,75	1,50	3,00	5,00	75,00	-
	Наименование материала		Руда железная	Окалина	Агломерат	Известняк	Известь	Боксит	Доломит обож.	Доломит сырой	Магнезитовый порошок	Материал свода	Загрязнения лома	Окалина лома*2