МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ   СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

 «ПЕРВОУРАЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

  КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Технологический расчет выплавки стали марки 09Г2С в ДСП - 80

 

2016

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Рассчитайте:

- количество лома и чугуна

- количество и состава шлака

- потребность в окислителях

- присадку ферросплавов.

Исходные данные:

Марка стали 09Г2С ГОСТ 19281 - 89.

Химический состав марки в таблице 1.

Талица 1 – Химический состав марки 09Г2С.

Элементы	С	Mn	Si	S	P	Cu	Ni
%	0,12-0,07	1,3-1,7	0,5-0,8	0,03	0,03	0,2	0,2

Химический состав чугуна в таблице 2.

Талица 2 – Химический состав чугуна.

Элементы	С	Mn	Si	S	P	Cu	Mo
%	4,2	0,5	0,4	0,02	0,03	0,02	0,005

Ёмкость печи 80 т.

Ферросплавы, применяемые для раскисления и  легирования:

ФМн90 (C-0,5%; Mn-90%; Si-1,8%; S-0,02%; P -0,3%.)

Фс65 (C-0,1%; Mn-0,4%; Si-65%; S-0,02%; P -0,05%.)

Перечень применяемых окислителей:

Технический кислород (содержание О₂ -99,5%), Железорудный материал (содержание Fe- 52%), Степень использования кислорода в  железорудном материале -80%. В качестве флюса применяется известь (содержание СаО - 92%; SiO₂ - 8%)

Основности шлака 1,95

ВВЕДЕНИЕ

В работе необходимо провести расчёт технологии выплавки стали заданной марки стали – 09Г2С в ДСП ёмкостью 80 тонн и рассчитать химический состав металла по периодам плавки. Необходимо выполнить расчёт соотношения в составе шихты: лома и чугуна и произвести расчёт газообразного кислорода и твердого окислителя, в виде железной руды. Дополнительно требуется произвести расчёты: количества и состава шлака, расчет расхода извести. Определена потребность в ферросплавах для раскисления и легирования. 

Сталь 09Г2С ГОСТ 19281 – 89 конструкционная низколегированная  применяется для изготовления сварных конструкций.

В условиях ПАО ПНТЗ выплавка стали осуществляется по схеме ДСП-АКП- Вакууматор и разливка на МНЛЗ (приложение Б).

1 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЛОМА И ЧУГУНА

Определим количество углерода в составе шихты.

где 0,28 – количество углерода в марке ниже нижнего придела на 0,01-0,03,

%;

0,4 – количество углерода, окисляемое в окислительный период, %;

0,2 - количество углерода сгораемое во время плавки, %;

-  масса печи, кг.

Для определения доли лома и чугуна составим систему уравнений:

 

где м_л – масса лома, кг;

м_ч – масса чугуна, кг;

%С_л – количество углерода в ломе, %;

%С_ч – количество углерода в чугуне, %;

%С_шихты –  количество углерода в составе шихты, %.

Решая систему уравнения, определим массу лома и массу чугуна при условии, что содержание углерода в ломе С_Л=0,09% и содержание углерода в чугуне С_ч=4,2%.

 

;

После решения системы уравнения м_л=кг, а м_ч=1 кг.

Ориентировочный состав шихты:

Чугун – 18,5%;

Лом – 81,5%.

Средний состав шихты приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав исходного сырья и средний состав шихты.

Материал	Единицы измерения	количество	Химический состав, %  масс
			С	Mn	Si	S
Лом	кг	65200	58,68	978,00	423,8	19,56
	%	81,5	0,09	1,50	0,65	0,03
Чугун	Кг	14800	621,60	74,00	59,2	2,96
	%	18,5	4,20	0,50	0,4	0,02
Ср. Шихта	кг	80000	680,28	1052,00	483	22,52
	%	100,	0,85	1,32	0,604	0,03

Продолжение таблицы 3.

Материал	Единицы измерения	Химический состав, %  масс
		P	Cu	Мо	Ni	Fe
Лом	кг	16,30	130,40	0	130,40	63442,86
	%	0,03	0,20	0	0,20	79,30
Чугун	кг	4,44	2,96	0,74	0,00	14034,10
	%	0,03	0,02	0,01	0,00	17,54
Ср. Шихта	кг	20,74	133,36	0,74	130,40	77476,96
	%	0,03	0,17	0	0,16	96,85

2 РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ШЛАКА

Расчет количества и состава шлака определим на основе данных по угару элементов из состава шихты: C, Mn, Si, P, Fe, Мо, Ni

Угар элементов в период плавления представлен в  таблице 4.

Таблица 4 - Угар элементов в период плавления.

Элементы	C	Mn	Si	P	Fe	Мо	Ni
%	10	25	40	15	1	0	0

В результате получаем информацию о составе металла в конце периода плавления, которую приводим в таблице 5.

Таблица 5 - Состав металла в конце периода плавления.

Состав П.П.	Единицы измерения	Содержание элементов %
		Кол-во	C	Mn	Si	S
	кг	78698	612,25	789,00	289,8	22,52
	%	100	0,78	1	0,368	0,03
угар	кг	1302,11	68,03	263	193,2	0

Продолжение таблицы 5.

Состав в П.П.	Единицы измерения	Содержание элементов, % масс
		P	Cu	Mo	Ni	Fe
	кг	17,63	133,36	0,74	130,4	76702,19
	%	0,02	0,17	0	0,17	97,46
угар	кг	3,11	0	0	0	774,77

Угар элементов в окислительный период приведен в таблице 6.

Таблица  6 - Угар элементов в окислительный период.

Элементы	C	Mn	Si	P	Fe	Мо	Ni
%	60-80	50-85	100	35-50	4-6	0	0

          В результате получим информацию о составе металла в окислительный период (таблица 7).

Таблица 7 - Химический состав металла в конце окислительного периода.

Состав О.П.	Единицы измерения	Содержание элементов, % масс
		Кол-во	C	Mn	Si	S
	кг	74261	55,10	276,15	0,002	22,52
	%	100	0,07	0,37	0,000003	0,03
угар	кг	4436,7	557,15	512,85	289,800	0

Продолжение таблицы 7.

Состав О.П.	Единицы измерения	Содержание элементов, % масс
		P	Cu	Mo	Ni	Fe
	кг	8,81	133,36	0,74	130,4	73634,1
	%	0,01	0,18	0	0,18	99,16
угар	кг	8,81	0	0	0	3068,09

При расчёте присадок ферросплавов, для раскисления и  легирования, ориентируемся на состав металла в конце окислительного периода.

В результате расчета окисления примесей в период плавления и окислительный период плавки было определено их общее количество (таблица 8).

Таблица 8 - Количество окисленных примесей за период плавления и окисли-

                   тельный период.

Единицы измерения	Количество элементов
	Mn	Si	P	Fe	сумма
кг	827,79	275,52	14,86	4825,16	5943,33
%	13,928	4,636	0,250	81,186	100

Для определения количества и состава шлака необходимо провести пере

счёт массы окисленного компонента в соответствующие оксиды: Mn- MnO; Si- SiO₂ ;P- P₂O₅ ;Fe- FeO.

Для пересчёта необходимо знать молярные массы соответствующих элементов, молярную массу кислорода (таблица 9) и исходные массы окислившихся компонентов в период плавления и окислительный период (таблица 8).

Таблица 9 - Молярные массы элементов.

Элементы	Mn	Si	P	Fe	O
М, г/моль	55	28	30	56	16

Пересчёт количества окислившихся примесей  производится по формуле:

где  – масса окислившихся элементов после периода плавления и окислительного периода, кг;

 – молярная масса окислившихся элементов, г/моль;

– молярная масса кислорода, г/моль.

=1001,6

Результаты расчета количества и состава шлака приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Количество и состав шлака.

Единицы измерения	Количество элементов
	MnO	SiO2	P2O5	FeO	сумма
кг	1001,56	1035	26,83	4940,82	7004,201
%	14,299	14,78	0,383	70,541	100

Для формирования шлака заданного состава с основностью (CaO)(SiO₂)=1,95 необходимо добавить извести.

При расчёте добавки извести в шлак, необходимо задать требуемую основность шлака, значения которой приведены в задании расчетной работы (CaO /SiO₂) =1,95.

Присадка чистого CaO (при условии отсутствия CaO в составе исходной шихты ДСП) производится по формуле:

где осн. – основность шлака (CaO)/(SiO₂)=1,95;

SiO₂ – количество SiO₂ в шлаке, кг.

м_CaO = 1.9 1035= 2018,25 кг.

Пересчёт состава шлака с учетом необходимой добавки чистого CaO приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Состав шлака с учетом добавки чистого CaO.

Единицы измерения	Количество элементов
	MnO	SiO2	P2O5	FeO	CaO	сумма
кг	1001,552	1035	26,832	4940,816	2018,25	9022,451
%	11,10	11,47	0,297	54,76	22,37	100

После определения количества требуемого чистого CaO, для получения шлака заданного состава, проведем расчет потребности в извести при условии, что она содержит 92% CaO  и 8% SiO₂ . Для расчета количества извести определим содержание «активного» CaO в ее составе, то есть его флюсующую способность : на связывание SiO₂ в составе извести и соотношения 1:1 будет задействовано 8% CaO. Таким образом: 92-8х1,95=76,4% - содержания активного CaO в составе извести. Формула пересчета состава шлака:

где   - масса CaO в шлаке, кг;

 – количество SiO₂ в извести, %;

 – количество активного CaO в извести, %.

где  – масса CaO в шлаке, кг;

 – количество активного CaO в извести, %.

Результаты расчета количества состава шлака в период плавления и окислительный период с учетом добавки извести до основности CaO /SiO₂ =1,95 приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Состав шлака в период плавления и окислительный период с учетом добавки извести.

Единицы измерения	Количество элементов
	MnO	SiO2	P2O5	FeO	CaO	сумма
кг	1001,55	1246,34	26,83	4940,82	2430,35	9645,89
%	10,38	12,92	0,28	51,22	25,196	100

3 РАСЧЕТ ПОТРЕБНОСТИ В ОКИСЛИТЕЛЯХ

Расчет потребности в окислителях производится на основе данных по угару элементов в период плавления и окислительного периода, производим расчёт потребности газообразного кислорода на окисление примесей, кислород используется технический (99,5% кислорода).

Окисляется: С, Mn, Si, Р, Fe, масса окисляющихся компонентов для расчёта складывается из суммы элементов в период плавления и окислительный период.

где - количество элементов окисляющихся в период плавления. кг;

 - количество элементов окисляющихся в окислительный период, кг.

Содержание железа в составе железорудного материала 55% (см. задание для расчёта).

Произведём пересчёт железа в составе железорудного материала на оксид Fe₂O₃. Расчёт ведём на 100 килограмм железорудного материала.

)

где  – масса железа в железорудном материале, кг;

  – молярная масса железа, г/моль;

 - молярная масса кислорода, г/моль.

Реакция окисления железа с применением железорудного материала нами не учитывается, поскольку поступления FeO в шлаке учтено в степени освоения кислорода руды (80%) соответственно, примерно 20 % Fe₂O₃ перейдёт в шлак в виде FeO по реакции Fe + Fe₂O₃=3FeO. Массу железорудного материала найдём по формуле:

где  – масса элемента в период плавления и окислительный период, кг;

 – молярная масса элемента, г/моль;

 - молярная масса Fe₂O₃, г/моль.

Найдём массу железорудного материала с учётом степени усвоения (80%):

где  - масса железорудного материала необходимого на окисление углерода, кг;

- масса железорудного материала необходимого на окисление марганца , кг;

- масса железорудного материала необходимого на окисление кремния, кг;

- масса железорудного материала необходимого на окисление фосфора, кг;

 Найдём массу кислорода, необходимую на окисление примесей:

где  – масса элемента в период плавления и окислительный период, кг;

 – молярная масса кислорода. г/моль;

 - молярная масса элемента. г/моль.

            
           
           
        
        

Найдём необходимый объём кислорода:

где - масса кислорода, кг;

 – молярный объём (22,4 л/моль).

Делаем перерасчёт на технический кислород с усвоением 80%:

Находим общий объём кислорода:

где  необходимый объём кислорода для окисления углерода, м³;

- необходимый объём кислорода для окисления марганца, м³;

- необходимый объём кислорода для окисления кремния, м³;

 - необходимый объём кислорода для окисления фосфора, м³;

- необходимый объём кислорода для окисления железа, м³.

Результаты расчёта приведены в таблице 13.

Таблица 13 – Объём кислорода необходимый для окисления примесей в период плавления и окислительный период.

Единицы измерения	Количество кислорода
	С	Mn	Si	P	Fe	сумма
м3	733,04	198,5	485,43	13,53	965,54	2396,04
%	30,594	8,285	20,260	0,565	40,297	100

4 РАСЧЕТ ПРИСАДКИ ФЕРРОСПЛАВОВ

Расчёт присадки ферросплавов производится на основе данных по химическому составу металла в конце окислительного периода. Необходима добавка марганца и кремния.

Для раскисления и легирования применяем ферромарганец марки ФМн78 и ферросилиций марки ФС65.

 Расчет присадки ферросплавов производим по формуле:

                                                  
где  - масса печи, кг;

– количество элемента в марке, %;

- количество элемента после окислительного периода, %;

 – коэффициент усвоения, %;

- количество элемента в ферросплаве, %.

Расчёты и состав добавок ферросплавов приведены в таблице 14

Таблица 14 – Состав ферросплавов.

Добавка ферромарганца марки ФМн90	количество	Химический состав, %  масс
		С	Mn	Si	S
	%	0,5	90	1,8	0,02
1	2	3	4	5	6

Продолжение таблицы 14.

1	2	3	4	5	6
1057	кг	5,285	903,735	19,026	0,2114
	%	0,5	85,5	1,8	0,02
добавка  ферросилиция марки ФС65	%	0,1	0,4	65	0,02
888	кг	0,888	3,552	503,496	0,1776
	%	0,1	0,4	56,7	0,02

Продолжение таблицы 14.

Добавка ферромарганца марки ФМн90	количество	Химический состав, %  масс
		P	Cu	Мо	Ni	Fe
	%	0,3	0	0	0	7,38
1057	кг	3,171	0	0	0	78,0066
	%	0,3	0	0	0	7,38
добавка  ферросилиция марки ФС65	%	0,05	0	0	0	36,43
888	кг	0,444	0	0	0	323,4984
	%	0,05	0	0	0	36,43

Результат расчёта конечного состава металла после раскисления и легирования оформляем в виде таблицы 15.

Таблица 15 – Состав металла после раскисления и легирования.

Единицы измерения	количество	Химический состав, % и масса
		С	Mn	Si	S
кг	76206,190	61,276	1183,437	522,524	22,909
%	100	0,08	1,553	0,69	0,030

Продолжение таблицы 15.

Единицы измерения	Химический состав, % и масса
	P	Cu	Мо	Ni	Fe
кг	12,430	133,360	0,740	130,400	74035,608
%	0,016	0,175	0,001	0,17	97,152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе выполнен расчёт технологии выплавки марки стали – 09Г2С в ДСП ёмкостью 80 тонн. Данная Сталь 09Г2С   конструкционная низколегированная  применяется для изготовления сварных конструкций.

В условиях ОАО ПНТЗ выплавка стали осуществляется по схеме ДСП-АКП- Вакууматор и разливка на МНЛЗ.

В курсовой работе был рассчитан химический состав металла по периодам плавки. Произведены расчёты: газообразного кислорода и твердого окислителя, в виде железной руды, соотношения в составе шихты: лома и чугуна, количества и состава шлака, расчет расхода извести, и определена потребность в ферросплавах для раскисления и легирования. 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.                Поволоцкий Д. Я., Рысс М. А., Строганов А.И., Ярцев М. А.

Электрометаллургия стали и ферросплавов / - М.: Металлургия, 1974. - 551 с.

 2. Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Кравченко В.Ф., Бородин Д.И. Металлургия стали / -  М.: Металлургия, 1983. - 584 с.

3. ГОСТ 19281 – 89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.

4. ГОСТ 4755 - 91 Ферромарганец. Технические требования и условия поставки.

5. ГОСТ 1415-93 Ферросилиций. Технические требования и условия поставки.