Расчет шихты на выплавку стали марки 20 ХГНР

    ΔС_В.П. – количество углерода, вносимого в металл в восстановительный период, %.

      Подставляя  в уравнение (3) выражение (4), получим

С_РАСПЛ. = С_Г.СТ. – ΔС_В.П. + ΔС_О.П. .    (6)

      Из  равенства (2) и (5) получаем С_Ш – ΔС_Р = С_Г.СТ. – ΔС_В.П. + ΔС_О.П, следовательно

С_Ш= С_Г.СТ.+ ΔС_Р + ΔС_О.П – ΔС_В.П.    (7) 

3.3 Определение количества углерода, внесенного в металл

в восстановительный  период (ΔС_В.П.) 

      В восстановительный период углерод  вносится в металл за счет присадок ферросплавов и науглероживания  через шлак при раскислении его  коксом. При плавке стали под белым  шлаком науглероживание металла (ΔС_НАУГЛ.) колеблется в пределах 0,01 – 0,03 %. Принимаем ΔС_НАУГЛ. = 0,01 %, тогда

ΔС_В.П. = ΔС_НАУГЛ. + С_{ФЕР. ,}      (8)

где С_ФЕР. – количество углерода, внесенного в металл ферросплавами, %.

      Количество  углерода, внесенное в металл ферросплавами

    (8)

где [X]_Г.СТ. – содержание легирующего элемента в готовой стали (таблица 5), %;

 [С] _ФЕР. – содержание углерода в данном ферросплаве (таблица 3), %;

 [Х] _ФЕР.– содержание легирующего элемента в данном ферросплаве (таблица 3), %;

     η_Х – коэффициент извлечения легирующего элемента из ферросплава, (таблица 4), %.

      Из  таблицы 3 следует, что самое высокое содержание углерода в силикомарганце СМн 20, содержанием углерода в других применяемых ферросплавах можно пренебречь.

            Принимаем С_ФХ200 = 2,0 %, Cr_ФХ200 = 65,0%, [Cr]_Г.СТ. = 0,9 %, η_Cr = 95 %.

      Имеем

 

      Следовательно: ΔС_В.П. = 0,01 + 0,029 = 0,039 %.

      Определим из уравнения (6) содержание углерода в  шихте

С_Ш = 0,19 + 0,10 + 0,3 – 0,039 = 0,551 %.

      Количество  углерода в шихте равно

                             (9) 

      (10)

      Из  таблицы 1 и таблицы 4 принимаем С_К = 82 %, η_С = 60 %.

      Имеем

      
 

4.  Определение количества углеродистого лома (G_{УГЛ. ЛОМА})

 

Вес углеродистого лома в завалке  составит

G_{УГЛ. ЛОМА} = G_Ш.– G_k - G_Ni = 100,0 – 0,65 – G_К = 99,35 – G_К, кг.           (11)

      Это количество углеродистого лома внесет углерода

    (12)

где С_{УГЛ.ЛОМ} – содержание углерода в углеродистом ломе (таблица 1), %

     

      Полученные  значения С_Ш, и G_К подставляем в выражение и получаем

   (13) 

      Решая уравнение (13), определяем G_К = 0,679 кг, тогда G_{УГЛ. ЛОМА} = 98,671 кг.

      Таким образом, для выплавки стали марки 20ХГНР, принимается следующий состав шихтовых материалов: 

 

      Количество  элементов, внесенных в металл шихтовыми  материалами, приведено в таблице 6. 
 

5.  Период расплавления и окислительный период

 

      Плавку  ведем с применением железной руды и технического кислорода. Условно  принимаем, что технический кислород расходуется лишь на реакцию окисления  углерода и железа, а остальные  окислительные реакции идут за счет закиси железа железной руды.

      В период расплавления и окислительный  период окисляются следующие элементы:

1. углерод окисляется на ∆С = ∆С_Р + ∆С_О.П. = 0,10 + 0,30 = 0,40 % или

2. кремний окисляется полностью – 0,118 кг;
3. марганец окисляется на 55 – 70 %. Принимаем – 65 %, или

4. сера, медь, никель, полностью переходят в металл;
5. фосфора в готовом металле должно быть 0,025 %. Следовательно, нужно окислить ∆Р = 0,034 – 0,025 = 0,009 %, или

;   (14) 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 6 - Количество элементов, внесенных в металл шихтовыми материалами

 

      * летучие кокса переходят в статью улёта, зола кокса переходит в шлак, этими составляющими можно пренебречь, так как их величина слишком мала. 
 

6. железо  окисляется на 2 – 4 %. Принимаем – 3 %, или

.     

      По  практическим данным около 90% железа окисляется до Fe₂O₃ и испаряется в зоне электрических дуг, около 10 % окисляется до FeO и Fe₂O₃ и переходит в шлак, причем задаемся соотношением FeO / F₂О₃ – 2-4. Принимаем FeO / F₂О₃ – 3, т.е. из 10 % окислившегося железа в шлак 7,5 % железа окисляется до FeO, а 2,5 % железа – до Fe₂O₃.

      Таким образом, в шлак переходит

 кг Fe.      

      Из  этого количества окисляется

до FeO кг;     

до Fe₂O₃ кг.     

      В зоне электрических дуг испаряется

 кг Fe и Fe₂O_{3 .}     

      В таблице 7 приводится необходимое количество закиси железа для окисления указанных элементов и количество образовавшихся оксидов.

      В таблице 8 приводится необходимое количество кислорода для окисления углерода и железа шихты и количество образовавшихся оксидов. 

6. Определение количества шлака окислительного

периода и периода расплавления 

      Одной из задач окислительного периода  является удаление фосфора из металла. По существующей технологии около 80% Р  удаляется из металла в период расплавления, а остальное количество – в начале окислительного периода.

      Диаграмма, характеризующая зависимость lg (P₂O₅)/[P]² от содержания закиси железа в шлаке и от основности шлака, выраженной отношением  CaO/SiO_{2 ,}  приведена [2].

      Коэффициент распределения фосфора между  шлаком и металлом выражается следующим соотношением

,     (15)

где (Р₂О₅)/[P]² – коэффициент распределения между металлом и шлаком;

Р_исх – содержание фосфора в шлаке, %;

[P] – содержание фосфора в готовом металле, %;

Ш_о.п. – количество шлака, % (от веса металла). 
 

      Таблица 7 - Количество закиси железа (FeO) и образовавшихся оксидов

 
 
 

     Таблица 8 - Количество кислорода и образовавшихся оксидов