Расчет материального и теплового балансов дугового переплава стали марки 40Х

Таблица 4.1 – Тепловой баланс печи ДСП-130.
Приход МДж % Расход МДж %
Тепло, вносимое электроэнергией 222421,2 82,7 Тепло, затраченное на нагрев, расплавление, перегрев металла и шлака 204877,1 76,2
Тепло экзотермических реакций 38763,8 14,4 Тепло, уходящее через футеровку 1508,2 0,6
Тепло, вносимое в печь с шихтой 0 0 Тепло эндотермических реакций 0 0
Теплота от горения электродов 7839 2,9 Тепло потраченное на излучение 186 0,1
Тепло потраченное на охлаждение водой 8195,1 3
Тепло потраченное с уходящими газами 31305,6 11,6
Тепло, аккумулированное кладкой 709,9 0,3
Потери электроэнергии 26217,9 8,3
ИТОГО 269024 100 269024 100

Таблица 3.14 – Материальный баланс плавки (на 100 кг)
Израсходовано кг Получено кг
Лом 2А. 3А 70 Металл 97.57
Лом Б1. Б3 30 Шлак 7.558
Изсвесть 4 Газы 8.62
Электроды 0.3 Угар железа 2.376
Воздух 7.38 Невязка (0.43 %) 0.5095
Газ О 1.7035
FeSi 65 0.258
FeSiMn 17 0.528
FeCr 850 0.934
Науглероживатель типа «С» 0.27
Всего 116.633 116.124

РАЗДЕЛ 3. Расчёт материального баланса стали 40Х на 100 кг исходной завалки.

3.1 Расчет шихты перед завалкой.

Таблица 3.1 – Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543-71), %
C Si Mn Ni S P Cr Cu
0.36 0.17 0.5 До 0.3 До 0.035 До 0.035 0.8 До 0.3
0.44 0.37 0.8 1.1

Таблица 3.2 – Химический состав шихтовых материалов, %
Состав шихты. % C Si Mn P S Cr Ni Cu
Не более
Углеродистый лом 2А. 3А 0.3 0.2 0.4 0.05 0.05 - 0.2 0.3
Легированный лом Б1. Б3 0.7 0.6 0.7 0.03 0.03 1.1 0.3 0.3
FeSiMn 17 0.05 12 75 0.35 0.03 - - -
FeMn 78 7.0 2.0 78.0 0.35 0.03 - - -
FeSi 65 - 65 0.4 0.05 0.02 - - -
FeCr 850 8.0 2.0 - 0.03 0.08 65 - -
Науглероживатель типа «С» 99.0 - - - 0.04 - - -
Кокс 80.0 - - - 2.0 - - -

Таблица 3.3 – Химический состав шлакообразующих, %
Ш/о. % CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CO2 S Al CaF2
Известь 92 3.3 2.5 1.0 0.60 0.10 0.20 0.01 - -
Плавик. шпат 0.40 - 3.1 0.2 0.8 - 0.3 0.2 - 95.0
АКС - - - 53-75 - - - - 23-35 -

Таблица 3.4 - Химический состав металлошихты в завалку, кг
Материал Вес. кг C Si Mn P S Cr Ni Cu Fe
Лом 2А. 3А 70 0.21 0.14 0.28 0.035 0.035 - 0.14 0.21 68.95
Лом Б1. Б3 30 0.21 0.18 0.21 0.009 0.009 0.33 0.09 0.09 28.87
Всего 100 0.42 0.32 0.49 0.044 0.044 0.33 0.23 0.30 97.82

3.2 Плавка шихты
На данном этапе в печь дополнительно подают известь в количестве 4 % и кокс – 0.4 % от исходной загрузки.
В процессе плавки окисляются компоненты [1]:

3.2.1 C
На угар С затрачивается 20 % от исходной загрузки:
0.42 • 0.2 = 8.4•10-2 кг.
В расплаве останется С:
0.42 – 8.4•10-2 = 0.3360 кг.

3.2.2 Si
На переход Si в шлак затрачивается 70 % от исходной загрузки:
0.32 • 0.7 = 0.2240 кг.
В расплаве останется Si:
0.32 – 0.2240 = 0.0960 кг.

3.2.3 Mn
На переход Mn в шлак затрачивается 50 % от исходной загрузки:
0.49 • 0.5 = 0.2450 кг.
В расплаве останется Mn:
0.49 – 0.2450 = 0.2450 кг.

3.2.4 Cr
На переход Cr в шлак затрачивается 10 % от исходной загрузки:
0.33 • 0.1 = 0.0330 кг.
В расплаве останется Cr:
0.3300 – 0.0330 = 0.2970 кг.


РАЗДЕЛ 4. Тепловой баланс плавки.
Выполним расчет на емкость печи ДСП 130 т.
Баланс мощностей плавки в печах ДСП можно представить как:
Qэл + Qхим + Qмет_и_шл + Qгор = Qст + Qшл + Qотх. газ + Qпотерь,
где
Qэл – тепло от дугового разряда;
Qхим – тепло, генерируемое в результате экзотермических реакций;
Qмет_и_шл – тепло, оставшееся в расплаве и шлаке от предыдущего расплава;
Qгор – тепло, генерируемое горелкой на кислороде;
Qст – тепло жидкого металла;
Qшл – тепло жидкого шлака;
Qотх. газ – тепло, уносимое газами;
Qпотерь – тепло потерь.

4.1 Рассчитаем тепло, затрачиваемое на нагрев и плавление стали:
Qст = [Cтв•(Тпл-Тнач) + gскр + Сжидк•(Тпер-Тпл)]•Млома,
где
Qст – тепло затрачиваемое на плавление металлической шихты, и достижения температуры Тпл и перегрева до температуры удаления расплава из печи;
Cтв, Сжидк – теплоемкости стали в твердом и жидком состояниях соответственно (Ств = 0,75 МДж/(т•К); Сжидк = 0,85 МДж/(т•К));
Тпл – температура, при которой происходит плавление сплава (температура ликвидуса выбранного сплава);
Тнач – исходная температура загрузки (Тнач = 20 ºС);
gскр – внутренняя теплота фазового перехода; gскр = 270 КДж/кг;
Тпер – температура при которой расплав перегрет над точкой плавления (Тпер = 100÷130 ºС);
Млома – количество исходной загрузки (Млома = 126841 кг или 126,841 т);

Оценим температуру плавления выбранной стали по эмпирической формуле:
Тпл = 1539 – 88[C%шихт] = 1539 – 88 • 0.42 = 1502 ºC.

Qст = 126,841 • [0,75•(1502-20) + 270 + 0,85•(1602-1502)] = 186012,326 МДж,
или

Wst = 51670,091 кВт•ч.