Расчет материального и теплового баланса с использованием железной руды

Содержание   Введение 1 Литературный обзор 1 1 Историческая справка 1 2 Основные виды стали 2 Конструкционная часть 2.1 Общее описание доменной печи 2.2 Устройство и работа 2.3 3 Расчетная часть 3.1 Материальный баланс плавки 3.2 Тепловой баланс плавки 3.3 Вывод 4 Конструкционная часть 5 Безопасность и экологичность кислородно – конвертерного производства 4.1 Опасность и вредность кислородно – конвертерного производства 4.2 Взрывоопасность Заключение Список  использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Значительные  достижения металлургической науки  в последние годы обусловлены  использованием современных методов  исследования и контроля, позволивших  значительно углубить представления  о металлургических процессах. Представить  сущность процессов, протекающих при  металлургическом переделе железных руд, невозможно без использования современных  знаний в области физической химии, кристаллографии, физики твердого тела и т.д.

Несмотря  на быстрое развитие новых отраслей промышленности, металлургия сохраняет  и долго еще будет сохранять  свое преимущественное положение в  современной индустрии.

Особое  место в интенсификации производства отводится реконструкции и механическому  перевооружению предприятий, автоматизации  и совершенствованию производства на базе современной науки и техники. Целью данной работы является расчёт материального и теплового баланса кислородно-конвертерной плавки с использованием железной руды.

Современный кислородно-конвертерный процесс представляет собой сочетание проверенной  годами технологии, современных средств  управления технологическим процессом  и защиты окружающей среды. В сочетании  с агрегатами внепечной обработки  этот процесс позволяет выплавлять сталь для производства высокотехнологичной  продукции, отвечающую самым жестким  требованиям по чистоте. Процесс  обладает гибкостью, высочайшей производительностью  и может находиться в составе  самых разнообразных технологических  цепочек.

Кислородно-конвертерный процесс как высокая технология останется востребованным в ближайшие  десятилетия, так как на передовых  предприятиях разрабатываются и  внедряются установки улавливания  и использования отходящих газов  и работа конвертеров при утилизации конвертерного газа как топлива  характеризуется экономичностью и  возможностью увеличивать производство стали. При этом режим отвода конвертерного  газа без дожигания монооксида углерода СО способствует снижению себестоимости  стали и улучшению экологических  показателей при ее выплавке.

Как известно, любой металлургический процесс  ведет за собой образование не только требуемого продукта, но и значительное количество жидких, твердых и газообразных отходов.

К отходам конвертерного производства кроме металлов относятся и неметаллические  ресурсы: вторичные огнеупорные  материалы, шлаки, шламы и пыль, газообразные отходы. Особое внимание следует уделить  шламам конвертерного производства, которые исследованы менее других вторичных ресурсов. Кроме этого  шламы конвертерного производства являются наиболее трудноутилизируемыми.

 

 

1 Литературный обзор

 

1 1 Историческая справка  ( производство стали)

Сталь (сплав железа с углеродом) как  материал, используемый человеком, имеет  многовековую историю. Наиболее древний  способ получения стали в тестообразном состоянии — сыродутный процесс, в основе которого лежало восстановление железа из руд древесным углём в горнах (позднее в небольших шахтных печах). Для получения литой стали древние мастера применяли тигельную плавку — расплавление мелких кусков стали и чугуна в огнеупорных тиглях. Тигельная сталь характеризовалась весьма высоким качеством, но процесс был дорогим и малопроизводительным. Таким способом изготовляли, в частности, булат и его разновидность — дамасскую сталь. Тигельный процесс просуществовал до начала 20 в. и был полностью вытеснен электроплавкой. В 14 в. возник кричный передел, заключавшийся в рафинировании предварительно полученного чугуна в т. н. кричном горне (двухстадийный процесс с получением чугуна и последующим переделом его в сталь является основой и современных схем производства стали). В конце 18 в. начало применяться пудлингование, при котором, как и при кричном переделе, исходным материалом был чугун, а продуктом — тестообразный металл (крица) качество металла при этом было выше, а сам процесс характеризовался более высокой производительностью. Пудлингование сыграло важную роль в развитии техники, однако обеспечить всё возраставшие потребности общества в стали не могло. Лишь с появлением во 2-й половине 19 в. бессемеровского процесса и мартеновского процесса, а затем и томасовского процесса стало возможным массовое производство литой стали. В конце 19 в. начала применяться выплавка стали в электрических печах. До середины 20 в. главенствующее положение среди способов производства стали занимал мартеновский процесс, на долю которого приходилось около 80% выплавляемой в мире стали. В 50-х гг. был внедрён кислородно-конвертерный процесс, причём в последующие годы его роль резко возросла. Наряду с указанными способами массового производства стали развиваются более дорогие и менее производительные способы, позволяющие получать особо чистый металл высокого качества: вакуумная дуговая плавка, вакуумная индукционная плавка, электрошлаковый переплав, электроннолучевая плавка, плазменная плавка.

 

1 2 Основные  виды стали

 

Процентное содержание в готовом составе углерода и  других примесей, которые влияют на свойства металла, является основной характеристикой, по которой производят классификацию  стали. В связи с этим выделяют:

• углеродистую сталь
• легированную сталь.

Маркировка  углеродистой стали. Технология производства стали подразумевает наличие в готовом продукте того или иного количества углерода. Углерод придает стали необходимую твердость, но вместе с тем повышается хрупкость металла. Соответственно, чем меньше в сплаве углерода, тем более «мягкой» и пластичной становится сталь.

Углеродистая сталь может  содержать в своем составе  от 0,06 % до 0,85 % чистого углерода. В  зависимости от количества углерода, сталь подразделяется на два вида:

• стандартного качества сталь углеродистая — маркировка Ст и следующие за ней цифры от 1 до 7, показывающие содержание углерода в процентах, которое завышено в 10 раз. Так, например, сталь марки Ст 4 отличается 0,4-процентнным содержанием углерода.
• конструкционно качественная сталь углеродистая имеет более точную маркировку — двузначные цифры, показывающие содержание углерода в процентах, завышенное в 100 раз.

Качественная углеродистая сталь дороже, чем готовый продукт  обыкновенного качества, за счет уменьшенного содержания примесей фосфора, серы и  т.д.

Маркировка легированной стали. Сталь углеродистая, несмотря на свои высокие потребительские характеристики все же обладает рядом недостатков — отличается повышенной восприимчивостью к коррозии и теряет свою твердость при высоких температурах, что ограничивает сферу ее применения.

Введение в состав стали  легирующих добавок позволяет повысить определенные качества и характеристики:

• марганец (Г) — делает сталь более прочной и износостойкой
• чистая медь (Д) — увеличивает сопротивляемость коррозионным процессам
• никель (Н) — придает стали необходимую вязкость
• хром (Х) — увеличивает жаростойкость.

 

Помимо вышеперечисленных добавок  в сталь вводят следующие легирующие элементы — молибден (М), кобальт (К), алюминий (Ю), вольфрам (В), цирконий (Ц), селен (Е).

 

Маркировка легированных сталей производится по следующему типу: % состав углерода в стали обозначается первыми двумя цифрами, умноженными  на 100, следующая за цифрами буква  означает легирующую добавку, а цифры, идущие за знаком легирующей добавки, показывают ее процентное содержание, которое увеличено в 100 раз.

Так, например, аббревиатура 35Г2 означает легированную сталь с 0,35 % содержанием углерода и 2% содержанием  марганца. При количестве легирующих примесей в составе стали меньше 1,5 процентов, соответствующие цифры  после буквенных символов не пишутся (например, 38ХГ — сталь, в составе  которой находится 0,38 %, углерода, хрома  — меньше 1,5 %, марганца — меньше 1,5 %).

Разбираться в процентном содержании того или иного легирующего  состава в стали довольно сложно, особенно, если добавок несколько. Поэтому  наряду с традиционной маркировкой  стали введена еще одна — впереди  численно-буквенного обозначения пишется  буква (пара букв), обозначающая целевое  предназначение или характеристики стали:

• Э — электротехническая сталь
• Ш — шарикоподшипниковая сталь
• Е — магнитотвердая сталь
• А — автоматная сталь
• Р — быстрорежущая сталь
• Св — сварочная сталь
• Нп — наплавочная сталь.

 

Особое значение имеет  и последняя буква, содержащаяся в маркировке легированной стали. Так, например, буква А — обозначает высококачественную легированную сталь, а литера Ш (через дефис) — особовысококачественную  сталь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Конструкционная часть

 

2.1 Общее описание конвертера

 

Бессемеровский  и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненый из стального листа с  футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского  конвертера кислая (динасовый кирпич),томасовского -основная (смолодоломит). Сверху в суживающейся части конвертера – горловине - имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сквозные отверстия), имеющиеся в футеровке днища. Дутьем служит воздух, подаваемый под давлением 0,30-0,35 МПа. Цилиндрическая часть конвертера охвачена опорным кольцом; к нему крепятся цапфы, на которых конвертер поворачивается вокруг горизонтальной оси. Стойкость днища бессемеровского конвертера составляет 15-25 плавок, после чего их заменяют. Стойкость остальной футеровки выше: у томасовского конвертера 250-400 плавок, у бессемеровского 1300-2000 плавок.

 

2.2 Устройство и работа кислородных конвертеров

Кислородно-конвертерный процесс — это выплавка стали  из жидкого чугуна с добавкой лома в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом сверху через  водоохлаждаемую фурму.

Быстрое развитие кислородно-конвертерного  процесса объясняется тем, что он обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным процессами. Основные преимущества:

• более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);
• более низкие капитальные затраты, т. е. затраты на сооружение цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;
• меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;
• процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки.

Благодаря использованию для продувки чистого  кислорода, кислородно-конвертерная сталь  содержит азота не более, чем мартеновская и по качеству не уступает мартеновской. Тепла, которое выделяется при окислении  составляющих чугуна с избытком хватает  для нагрева стали до температуры  выпуска. Имеющийся всегда избыток  тепла позволяет перерабатывать в конвертере значительное количество лома (до 25 % от массы шихты). Это считается  существенным достоинством процесса, так как из-за меньшей стоимости  лома по сравнению со стоимостью чугуна, снижается себестоимость выплавляемой стали.

За  рубежом кислородно-конвертерный процесс  получил название процесса ЛД.

 

Конвертерные  процессы с комбинированной продувкой

Комбинированная продувка, т.е. продувка кислородом через  фурму сверху в сочетании с  подачей нейтральных газов через  днище снизу получает все более  широкое распространение. Широкое  распространение сравнительно недавно  возникшего способа продувки объясняется  тем, что в рамках одной технологии одновременно реализуются основные преимущества как верхней, так и донной продувки.

Основные  достоинства комбинированной продувки при подаче нейтральных газов через дно в сравнении с верхней продувкой:

• уменьшение вспенивания ванны и отсутствие выбросов;
• более низкая окисленность шлака и металла в течение всей продувки;
• более высокий выход годного металла из-за уменьшения выбросов и потерь железа со шлаком в виде оксидов;
• более полное удаление в шлак фосфора и серы, что позволяет снизить расход шлакообразующих; кроме того, улучшается усвоение шлаком извести;
• возможность выплавлять низкоуглеродистую сталь без получения переокисленного шлака и больших при этом потерь железа;
• некоторое уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца;