Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов
Приведен анализ особенностей материального и теплового балансов конвертерных плавок, проводимых по технологии с применением электрических воздействий малой мощности в сопоставлении с обычными технологиями, действующими на двух металлургических предприятиях Украины при выплавке стали в конвертерах ем...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21076 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов / С.И. Семыкин, В.Ф. Поляков, Е.В. Семыкина, С.А. Дудченко, Т.С. Семыкина // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 195-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859828818041110528 |
|---|---|
| author | Семыкин, С.И. Поляков, В.Ф. Дудченко, С.А. Семыкина, Т.С. |
| author_facet | Семыкин, С.И. Поляков, В.Ф. Дудченко, С.А. Семыкина, Т.С. |
| citation_txt | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов / С.И. Семыкин, В.Ф. Поляков, Е.В. Семыкина, С.А. Дудченко, Т.С. Семыкина // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 195-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Приведен анализ особенностей материального и теплового балансов конвертерных плавок, проводимых по технологии с применением электрических воздействий малой мощности в сопоставлении с обычными технологиями, действующими на двух металлургических предприятиях Украины при выплавке стали в конвертерах емкостью 60 и 160т.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:31:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
195
УД К 669.184.244.66
С.И.Семыкин, В. Ф.Поляков, Е.В.Семыкина, С.А.Дудченко,
Т.С.Семыкина
АНАЛИЗ МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСОВ
КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НИЗКОВОЛЬТНЫХ
ПОТЕНЦИАЛОВ.
Приведен анализ особенностей материального и теплового балансов конвер-
терных плавок, проводимых по технологии с применением электрических воздей-
ствий малой мощности в сопоставлении с обычными технологиями, действующи-
ми на двух металлургических предприятиях Украины при выплавке стали в кон-
вертерах емкостью 60 и 160т.
В Институте черной металлургии НАН Украины разрабатывается
перспективная технология выплавки металла с применением низковольт-
ных потенциалов. Результаты лабораторных и промышленных исследова-
ний показали возможность увеличения температуры металла к концу
плавки, позволяющую изменять ее шихтовку, сокращая расход жидкого
чугуна и улучшая технико–экономические показатели работы конверте-
ров. В связи с этим выполнены расчеты материального и теплового балан-
сов опытных и сравнительных плавок, проведенных на конвертерах двух
предприятий Украины емкостью 60 т и 160 т.
Для оперативного расчета и сопоставления опытных вариантов разра-
ботан алгоритм материального и теплового балансов конвертерной плавки
для конкретных условий работы промышленных агрегатов.
В алгоритме использованы физико–химические методы моделирова-
ния, закономерности и эмпирические зависимости, заимствованные из
известных литературных источников [1–6].
Алгоритм осуществляет прогнозирование состава продуктов плавки
при изменяющихся шихтовых и технологических параметрах на основе
материального распределения элементов, что позволяет адаптироваться к
реальным условиям конкретного предприятия.
Выполнены расчеты выделения тепла при протекании реакций окис-
ления углерода, кремния, марганца, серы и фосфора в сталеплавильной
ванне при проведении стандартной выплавки металла. Полученные рас-
четные величины приняты за базу при определении влияния доли элек-
трических воздействий на тепловой баланс конвертерной плавки.
При расчете материального и теплового балансов использованы сле-
дующие параметры:
− исходные: количество, температура и химический состав исполь-
зуемой металлошихты (жидкий чугун, металлический лом и его загрязне-
ние), количество и состав шлакообразующих добавок (тип и химический
состав применяемой извести, плавикового шпата, углеродсодержащих
196
материалов), расход и чистота продуваемого технического кислорода,
состав и износ рабочего слоя огнеупорной футеровки конвертера, количе-
ство и состав ферросплавов и их усвоение.
− получаемые по окончанию плавки: количество, температура и со-
став конвертерного шлака и стали на первой повалке конвертера, а также
на выпуске плавки, расходные коэффициенты основных материалов (чу-
гуна, металлолома, извести, кислорода).
Расчет выполнен в программе IBM Microsoft Excel. Исследованы сле-
дующие варианты реализации технологии:
1 – плавки без использования электрических воздействий;
2 – плавки с подведением положительной полярности потенциала;
3 – плавки с подведением отрицательной полярности потенциала;
4 – плавки с чередованием полярности потенциала.
По каждому опытному варианту составлен паспорт материального и
теплового балансов плавок. В табл.1,2 приводятся итоговые значения и
долевое влияния исходных параметров в общем объеме сверстки на полу-
чаемые по окончанию плавки показатели (расчет выполнен на тонну ме-
таллошихты).
Из табл.1 видно, что по сравнению с обычными плавками при исполь-
зовании электрического потенциала прослеживается снижение количества
жидкого чугуна в металлозавалке на 9,1 кг/т и 12,72кг/т при подведении
отрицательного и чередующегося потенциала с увеличением присадки
металлолома, а также повышение выхода стали на 7,68 кг/т и 10,48кг/т.
Применение положительной полярности потенциала при незначительном
увеличении расхода жидкого чугуна (0,32 кг/т) позволило повысить выход
стали на 4,81 кг/т. Увеличение выхода годной стали произошло за счет
снижения потерь металла, особенно в виде корольков и снижения количе-
ства оксидов в шлаке (см. табл.1).
Из табл.2 видно, что при подведении отрицательной и чередующейся
полярностей потенциала наблюдается освобождение скрытых источников
тепла конвертерной ванны. При незначительном расходе Джоулева тепла
(17кДж) удовлетворяется потребность в тепловых затратах, превышаю-
щих приход тепла с фактическими, принимаемыми в существующих ме-
тодиках расчета источниками тепла, на 6417,1 кДж и 8006,7 кДж соответ-
ственно для отрицательной и чередующейся полярностей потенциала.
Кроме того прослеживается перераспределение расхода тепла в сторону
увеличения тепловых затрат на нагрев металлолома, извести и снижения
на диссоциацию окислов железа.
197
Таблица 1 – Результаты расчета материального баланса при различных вариантах воздействия на плавку в 60 –т конвертере
Вид потенциала на фурме
Без
Воздействий
Положительная
Полярность
Отрицательная
полярность
Чередующаяся
Полярность Показатели
Кг/т % Кг/т % Кг/т % Кг/т %
Исходное поступление:
Чугун 903,68 76,39 904,0 76,73 894,58 75,69 890,96 75,78
Металлолом 96,32 8,14 90,55 7,75 105,42 8,92 109,04 9,27
Известь 83,38 7,00 83,39 7,08 83,99 7,11 80,68 6,87
Плавиковый шпат 2,31 0,20 2,51 0,22 1,55 0,13 2,36 0,19
Миксерный шлак 7,62 0,65 7,62 0,65 7,67 0,65 7,76 0,66
Материалы из
футеровки 4,57 0,39 5,40 0,45 4,29 0,36 2,81 0,24
Кислород 78,28 6,62 76,50 6,50 77,13 6,53 74,91 6,37
Ферросплавы 7,2 0,61 7,2 0,62 7,20 0,61 7,20 0,61
Всего: 1183,36 100,00 1177,17 100,00 1181,83 100,00 1175,72 100,00
Получено:
Жидкая сталь 901,69 76,20 906,50 76,9 909,37 76,95 912,17 77,58
Оксиды шлака 147,71 12,48 142,25 12,09 146,32 12,38 140,42 11,94
Дымовые газы 103,69 8,76 102,11 8,67 102,62 8,69 101,66 8,66
Корольки в шлаке 14,02 1,18 10,55 1,0 9,59 0,81 7,89 0,67
Потери (в т.ч. пыль) 16,24 1,37 15,76 1,34 13,90 1,18 13,57 1,15
Всего: 1183,36 100,00 1177,17 100,00 1181,83 100,00 1175,72 100,00
198
Таблица 2. – Результаты теплового баланса при различных вариантах электрического воздействия на плавку в 60 –
т конвертере
Вид потенциала на фурме
Показатели Без воздействий Положительная
полярность
Отрицательная
полярность
Чередующаяся по-
лярность
Приход тепла от: кДж % КДж % кДж % кДж %
– чугуна 71743 39,0 72150 39,2 70217 39,1 68979 39,4
– миксерного шлака 379 0,2 379 0,2 370 0,2 375 0,2
– окисления примесей 107919 58,7 108154 58,8 105300 58,7 102225 58,3
– шлакообразования 3773 2,0 3246 1,8 3634 2,0 3611 2,1
– за счет электричества 0 0 17 0,009 17 0,009 17 0,009
Всего: 183813 100,0 183946 100,0 179538 100,0 175207 100,0
Расход тепла: кДж % КДж % кДж % кДж %
сталь уносит 95149,3 51,8 95299,5 51,8 95299,2 51,2 94557,1 51,7
шлак уносит 19944,4 10,8 18754,4 10,2 19614,4 10,5 18636,9 10,2
газы уносят 17047,2 9,3 17712,9 9,6 16740,1 9,0 16261,4 8,9
Диссоциация окислов желе-
за 6392,2 3,3 6431,1 3,4 6313,5 3,4 5999,7 3,2
Уносится с пылью 342,0 0,2 342,0 0,2 342,0 0,2 342,0 0,2
Уносится с выбросами 5,7 0,01 5,7 0,01 5,7 0,01 5,7 0,01
Нагрев извести 26821,2 14,6 27552,2 15,1 28739,7 15,5 28283,1 15,5
Нагрев лома 9120,2 5,0 8956,6 4,9 9907,9 5,3 10143,8 5,5
Потери тепла 8990,6 4,8 8990,6 4,8 8990,6 4,8 8990,6 4,8
Всего: 183813 100 183946 100,0 185953,1 100,0 183213,7 100,0
Отклонение по вариантам: 0 0 +6415,1 +8006,7
199
На рис.1 и 2 показано влияние различных режимов подводимых элек-
трических воздействий на выход годной стали, выявленное при проведе-
нии исследований на конвертерах емкостью 60 и 160–т. Прослеживается
четкая тенденция на увеличение фактического выхода годной стали при
подведении электрического потенциала по сравнению с расчетным, ожи-
даемым при осуществляемых исходных засыпках металлошихты и шла-
кообразующих материалов, и с выходом годной стали на стандартных
плавках без воздействий .
Рис.1 – Влияние ре-
жимов электрических
воздействий на фак-
тический выход год-
ной стали (60 –т кон-
вертер): 1 плавки без
воздействий, 2 – по-
ложительная поляр-
ность подводимого
потенциала, 3 – отри-
цательная полярность,
4 чередование поляр-
ности потенциала.
Рис.2 – Влияние ре-
жимов электр. воз-
действий на фактиче-
ский выход годной
стали (160 –т конвер-
тер): 1 –без электри-
ческих воздействий, 2
–положительная по-
лярность подводимо-
го потенциала, 3 –
отрицательная поляр-
ность, 4 –
чередование полярно-
сти.
Для углублен-
ного анализа опыт-
ные и сравнитель-
ные плавки были продифференцированы по составу чугуна. Предвари-
тельные результаты проведенного исследования указывают на сущест-
венное влияние содержания кремния в чугуне на большинство
технологических показателей опытных и обычных конвертерных плавок,
определяя пропорции в шихтовке плавки. Кроме того, исходя из
результатов анализа, можно сделать заключение, что увеличение
содержания кремния в чугуне, особенно выше 1% , приводит к заметному
ухудшению таких основных показателей процесса, как выход жидкой
87
88
89
90
91
92
93
94
95
1 2 3 4
Варианты воздействий
В
ы
хо
д
го
дн
ог
о,
%
Масса стали фактическая Масса стали расчётная
86
87
88
89
90
91
92
1 2 3 4
Варианты воздействий
В
ы
хо
д
го
дн
ог
о,
%
Масса стали фактическая Масса стали расчётная
200
ных показателей процесса, как выход жидкой стали, количество и качест-
во конечного шлака (его основность и содержание в нем окислов железа).
При этом снижение расхода чугуна не компенсирует перечисленные не-
достатки.
Во всех опытных вариантах с использованием электрического потен-
циала при сохранении тенденций, установленных на сравнительных плав-
ках по глобальному влиянию содержания кремния в чугуне на выходные
параметры плавки, прослеживается влияние электрических воздействий,
особенно в вариантах с чередованием полярности подводимого потенциа-
ла. Как показывает анализ, увеличение теплосодержания ванны, вызван-
ное ростом содержания кремния в чугуне на сравнительных промышлен-
ных плавках практически полностью скомпенсировано количеством вво-
димого на плавку металлического лома и расходом извести (рис.3А линия
1), в то же время электрический потенциал вносит существенный вклад в
развитие экзотермических реакций, сопровождающих процесс конверти-
рования, повышая избы-
ток тепла на плавку (рис.
3А линии 2 и 3), содер-
жание углерода на по-
валке, а также снижая
долю окислов железа в
конечном конвертерном
шлаке, позволяя увели-
чивать расход охладите-
ля плавки, в частности
металлолома, (рис.3Б).
Рис.3 – Изменение из-
бытка тепла на плавку (А)
и доли охладителя в шихте
(Б) в зависимости от со-
держания кремния в чугуне
при различных режимах
электрического воздейст-
вия: 1 – сравнительные
плавки, 2 – отрицательная
полярность потенциала, 3 –
чередование полярности
потенциала
201
Выводы. Как показывает анализ теплового баланса конвертерной
плавки, выполненного для плавок, проведенных на конвертерах различ-
ной емкости (60 и 160т), на практике увеличение теплосодержания ванны,
вызванное ростом содержания кремния в чугуне на сравнительных про-
мышленных плавках почти полностью скомпенсировано количеством
вводимого на плавку охладителя. В то же время электрический потенциал
оказывает существенное влияние на развитие экзотермических реакций,
сопровождающих процесс конвертирования. Проявляется это либо в виде
заметного перегрева сталеплавильной ванны к концу плавки либо в виде
скрытого вложения тепла за счет повышения содержания углерода на по-
валке или снижения доли окислов железа в конечном конвертерном шла-
ке.
Результаты материального баланса показали, что при использовании
электрической энергии достигается более высокий коэффициент выхода
годного металла в основном за счет снижения потерь металла в виде оки-
слов железа и корольков в шлаке, особенно при чередовании полярности
потенциала в период продувки плавки.
Выполненные с помощью разработанного алгоритма конвертерной
плавки на базе Microsoft Excel как поплавочный, так и сопоставительный
анализы материальных и тепловых балансов при различных вариантах
электрических воздействий позволят более детально изучить механизмы
влияния электрической энергии на протекание и термодинамику стале-
плавильного процесса.
1. Ойкс Г.Н., Иоффе Х.М. Производство стали. – М.: Металлургия, 1969. –520с.
2. Производство стали. / В.И. Явойский, С.Л. Левин, В.И. Баптизманский, П.В.
Умрихин, М.Я. Меджибожский, Д.Я. Поволоцкий, Г.Н. Ойкс, М.А.Черненко,
Е.В. Абросимов – М.: Металлургия, 1976. – 816 с.
3. Справочник по расчетам металлургических реакций. / А.Н.Крестовников, Л.П.
Владимиров, Б.С. Гуляницкий, А.Я. Фишер. – М.: Металлургиздат, 1963. –
416с.
4. Тепловые работы кислородных конвертеров / В.И. Баптизманский,
Б.М.Бойченко, В.П. Черевко – М.: Металлургия, 1988. – 176 с.
5. Разработка элементов сквозной технико –экономической модели производ-
ства конвертерной стали и определение с ее помощью рациональных схем
производства металла в различных условиях. С –353 –90: Отчет о НИР (за-
ключительный) / ИЧМ; инв. № 847. – Днепропетровск, 1991. – 49с.
6. Технология производства стали в современных конвертерных цехах /
С.В.Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий, В.И. Лебедев , В.В. Рябов – М.:
Машиностроение, 1991. – 464с.
Статья рекомендована к печати д.т.н. И.Г.Товаровским
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21076 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:31:19Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Семыкин, С.И. Поляков, В.Ф. Дудченко, С.А. Семыкина, Т.С. 2011-06-14T21:06:15Z 2011-06-14T21:06:15Z 2004 Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов / С.И. Семыкин, В.Ф. Поляков, Е.В. Семыкина, С.А. Дудченко, Т.С. Семыкина // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 195-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21076 669.184.244.66 Приведен анализ особенностей материального и теплового балансов конвертерных плавок, проводимых по технологии с применением электрических воздействий малой мощности в сопоставлении с обычными технологиями, действующими на двух металлургических предприятиях Украины при выплавке стали в конвертерах емкостью 60 и 160т. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Сталеплавильное производство Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов Семыкин, С.И. Поляков, В.Ф. Дудченко, С.А. Семыкина, Т.С. Сталеплавильное производство |
| title | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| title_full | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| title_fullStr | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| title_full_unstemmed | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| title_short | Анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| title_sort | анализ материального и теплового балансов конвертерной плавки при использовании низковольтных потенциалов |
| topic | Сталеплавильное производство |
| topic_facet | Сталеплавильное производство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21076 |
| work_keys_str_mv | AT semykinsi analizmaterialʹnogoiteplovogobalansovkonverternoiplavkipriispolʹzovaniinizkovolʹtnyhpotencialov AT polâkovvf analizmaterialʹnogoiteplovogobalansovkonverternoiplavkipriispolʹzovaniinizkovolʹtnyhpotencialov AT dudčenkosa analizmaterialʹnogoiteplovogobalansovkonverternoiplavkipriispolʹzovaniinizkovolʹtnyhpotencialov AT semykinats analizmaterialʹnogoiteplovogobalansovkonverternoiplavkipriispolʹzovaniinizkovolʹtnyhpotencialov |