Теоретические основы металлургического производства
  1.7 Баланс железа в сталеплавильных процессах

Эффективность использования железа в сталеплавильных процессах обычно принято характеризовать такими показателями, как расход металлической шихты на выплавку 1 т стали и выход годной стали.

В современных сталеплавильных процессах выход годной стали обычно составляет 88 – 92%.

Возможность сокращения потерь железа при выплавке стали обычно оценивают путем составления баланса железа. Наиболее распространенным и удобным является составление такого баланса для 100 кг металлической шихты.

Основными статьями приходной части баланса железа являются: железо металлической шихты (чугуна и лома), железо твердых окислителей, железо флюсов и железо ферросплавов.

Приход железа с металлической шихтой определяется количеством чугуна и лома в шихте, а также их химическим составом. Приняв суммарный расход чугуна и металлического лома за 100%, эту зависимость можно представить графически (рисунок 1.7). В общем случае, чем больше количество чугуна в металлической шихте, тем меньше приход железа с ней. В мартеновском скрап-процессе приход железа с металлической шихтой составляет в среднем 97,5%, в скрап-рудном мартеновском процессе – 95,5%, в кислородно-конвертерном процессе – 94,5%.

Зависимость количества железа в металлической шихте от расхода чугуна и содержания примесей в нем

Рисунок 1.7 – Зависимость количества железа в металлической шихте от расхода чугуна и содержания примесей в нем (): I – мартеновский скрап-процесс; II – мартеновский скрап-рудный процесс; III – кислородно-конвертерный процесс

Приход железа с твердыми окислителями зависит от расхода их на плавку и содержания в твердых окислителях железа. Содержание железа в применяемой с этой целью железной руде обычно составляет 55 – 65%.

Минимальный расход твердых окислителей наблюдается при выплавке стали с продувкой ванны кислородом в конвертерах, мартеновских и двухванных мартеновских печах. В этом случае расход твердых окислителей не превышает 0,5 – 1,0% от массы металлической шихты, а количество вносимого ими железа – 0,3 – 0,5% (рисунок 1.8). Максимальный расход твердых окислителей наблюдается в скрап-рудном мартеновском процессе, который проводят с высоким расходом чугуна без продувки ванны кислородом. При этом расход железной руды может достигать 15 – 20%, а количество вносимого ими железа – 8 – 12%.

Зависимость количества железа, вносимого твердыми окислителями, от общего их расхода и содержания в них железа

Рисунок 1.8 – Зависимость количества железа, вносимого твердыми окислителями, от общего их расхода и содержания в них железа: I – мартеновский скрап-процесс и кислородно-конвертерный процесс; II – мартеновский скрап-рудный процесс

Приход железа с флюсами обычно не значителен. Его учет имеет промышленное значение только при использовании боксита, содержание железа в котором может достигать 20 – 40%. Расход боксита на плавку обычно не превышает 1 – 3%, а количество вносимого им железа – 0,3 – 1%.

Приход железа с ферросплавами зависит от их расхода и содержания в них железа, которое может изменяться в пределах 25 – 55%.

Минимальный расход ферросплавов (0,5 – 1,5%) наблюдается при выплавке углеродистой стали, при выплавке низко- и среднелегированной стали он может достигать 3 – 10%. При этом в составе ферросплавов вносится соответственно 0,2 – 0,8% и 1 – 5% железа.

Основными статьями расходной части баланса железа являются: железо готовой стали, железо в шлаке в виде корольков, железо в шлаке в виде оксидов и железо, уносимое отходящими газами.

Количество железа в готовой стали зависит от выхода ее и содержания в металле примесей. Выход жидкой стали в мартеновском процессе без продувки ванны кислородом обычно составляет 98 – 103%, в кислородных процессах – 88 – 92%.

Содержание примесей в углеродистой стали обычно составляет 1 – 2%, в легированной стали – 3 – 10%. Поэтому количество железа в готовой стали обычно составляет: при выплавке углеродистых сталей без продувки ванны кислородом 96 – 102%, в кислородных процессах 86 – 91%. При выплавке легированной стали эта величина составляет соответственно 90 – 100% и 80 – 90% и менее.

Количество железа в шлаке в виде оксидов определяется количеством шлака и содержанием оксидов железа в нем.

Обычно при выплавке стали в кислородных конвертерах и мартеновских печах выход шлака составляет 10 – 20% от массы металла. Среднее содержание оксидов железа в шлаке составляет 10 – 15% (рисунок 1.6). Поэтому потери железа со шлаком в виде оксидов составляют в среднем 0,8 – 2,0%.

При нормальном нагреве ванны содержание оксидов железа в шлаке начинает быстро увеличиваться при концентрации углерода в металле менее 0,1%. Поэтому при выплавке низкоуглеродистой стали для снижения потерь железа со шлаком в виде оксидов целесообразно при наличии в металле 0,1 – 0,15% углерода скачать из агрегата шлак и заключительный период плавки вести под минимальным количеством шлака.

При высоких концентрациях углерода окисленность шлака может увеличиваться при низких температурах ванны, а также при наличии гетерогенных шлаков. Обычно это наблюдается в начальном периоде плавки, а также по ходу ее после подачи в ванну большого количества присадок, которые приводят к чрезмерному ее охлаждению. В связи с этим необходимо избегать раннего скачивания шлака в начале плавки или непосредственно после присадки материалов по ходу процесса.

Количество железа в шлаке в виде корольков в гетерогенных малоподвижных шлаках может достигать 10% и более. В конечном шлаке мартеновского процесса содержание корольков составляет около 1%, в кислородно-конвертерном процессе – 3 – 5%. Раннее скачивание еще не сформировавшегося шлака вызывает значительные потери железа не только в виде оксидов, но также и в виде корольков.

Потери железа в виде корольков в шлаке обычно составляют: в мартеновском скрап-рудном процессе 0,5 – 1.0%, в мартеновском скрап-процессе 0,2 – 0,4%, в кислородно-конвертерном процессе при переделе чугунов обычного состава 0,5 – 1,0%, при переделе высокофосфористых чугунов 1,0 – 1,5%.

Количество железа, уносимого отходящими газами, составляет значительную величину только в кислородных процессах, в которых наблюдается интенсивное испарение железа в первичной реакционной зоне и вынос мелких капель металла.

В окислительной газовой фазе сталеплавильных агрегатов железо находится в виде оксидов. Химический состав выносимой из агрегатов пыли обычно изменяется в следующих пределах: 80 – 85% (FeO+Fe2O3), что соответствует содержанию железа 55 – 60%; 3 – 10% CaO; 3 – 5% SiO2; 2 – 3% MnO; 3 – 5% Al2O3; 1 – 4% MgO.

Количество железа, уносимого отходящими газами, обычно составляет: в кислородных конвертерах и двухванных мартеновских печах 1 – 1,5%, в мартеновских печах при продувке ванны кислородом 0,5 – 1,0%.

  1.7 Баланс железа в сталеплавильных процессах
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ