Elaborarea oţelului T130Mn135prin metoda topirii cu oxidare parţială

Cap. I

Metoda de topire cu oxidare parţială:

Metoda de topire cu oxidare partiala este metoda cea mai des utilizata adaptandu-se in limite largi posibilitatilor de aprovizionare cu materii prime si asigurand totodata calitatea impusa otelurilor.

Incarcatura metalica trebuie sa asigure un continut de carbon cu 0,3-0,4% mai mare decat continutul de carbon [C]0 la oprirea afinarii pentru otelurile de scule si de contructii si mai mult, cand sunt impuse conditii strict limitative in ceea ce priveste continutul de incluziuni nemetalice si gaze al otelurilor, pentru acestea fiind necesara o fierbere intensa si indelungata. Valoarea [C]0 este admisa cu 0,05-0,1% sub limita inferioara a continutului de C prescris de marca de otel elaborata, in cazul otelurilor nealiate si mai mica , pentru cele aliate, pentru care in perioada de dezoxidare-aliere se utilizeaza feroaliaje cu continut de carbon ridicat.

Incarcatura e compusa principial, din 45% deseuri de otel cu greutate specifica mare, cate 20% cu greutate specifica mijlocie si mica si 15% fonta, aceasta din urma putand fi inlocuita total sau partial de deseuri de otel cu greutate specifica mijlocie sau mica. Oxigenul adus de incarcatura si cel din atmosfera agregatului asigura oxidarea a 70...100% din <Si>, 50% din <Mn>, 60% din <P>. Daca se incarca mai mult minereu <Si> se oxideaza complet, <Mn>, <Cr>, <W> doua treimi, iar fosforul scade sub 0,02%, chiar la continut ridicat de [C] .

Adaosul total de minereu este cuprins uzual in limitele 1...2%, iar cel de var in limitele 3...4%. Pentru fluidificarea zgurii se adauga in incarcatura circa 0,5% adaosuri acide, apoi bauxita si fluorina .

Din carbonul indepartat, aproape jumatate este oxidat in timpul topirii ultimului sfert din incarcatura metalica.

Cap. II

Compoziţia chimică a oţelului T130Mn135 conform STAS xxxx:

Compoziţia chimică [%]C Mn Si Ni P S

1,25 – 1,4 12,5 – 14,5 max. 1 max. 0,81 max. 0,11 max. 0,05

Compoziţia chimică a deşeurilor metalice utilizate:

Compoziţia chimică [%]C Mn Si P S Fe

Deşeu I 0,75 1,45 0,32 0,05 0,045 97,385Deşeu II 1,1 1,75 0,9 0,12 0,06 96,07

1

Compoziţia chimică a reducătorului:

ReducătorCompoziţia chimică [%]

C S Cenuşă VolatileCocs 80 2 13 5

Compoziţia chimică a feroaliajelor folosite pentru aliere:

AliajCompoziţia chimică [%]

C Si Mn Cr Al P S FeFeSi 75 1 75 0,7 0,4 2,5 0,05 0,04 20,31FeMn 7 7 1,5 80 - - 0,35 0,03 11,12

Compoziţia chimică a spărturilor de electrod:

Compoziţia chimică [%]C Cenuşă

Spărturi de electrod 98 2

Compoziţia chimică a cenuşilor:

CenuşăCompoziţia chimică [%]

CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5

Cocs 5 1 48,7 25 20 0,3Electrod 11,8 - 56,5 31,7 - -

Compoziţia chimică a materialelor auxiliare utilizate la elaborare:

MaterialCompoziţia chimică [%]

CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 CO2 H2O SVar 92 3,3 2,5 1 0,6 - 0,1 0,2 0,2 0,1

Minereu de fier

0,1 0,3 6,25 2,5 90 - 0,15 - 0,7 -

Fluorină 0,4 - 3,1 0,2 0,8 95 - 0,3 - 0,2Silică 0,6 - 97 0,6 1,3 - 0,5 - - -

Magnezită 3,5 90,25 3,45 0,8 2 - - - - -

2

Cap. III

Considerăm că: Calculele se vor efectua pentru 100kg de încărcătură metalică Coeficienţii de ardere pentru elemente se dau în tabelul următor:

Element Coeficient de ardereC 0,2Fe 0,02Mn 0,5P 0,6S -Si 1

Încărcătura metalică este compusă din circa 70% deşeu metalic I şi 30% deşeu metalic II

Distribuţia fierului oxidat este dată în tabelul următor:

Compoziţia [%]FeO Fe2O3 Volatilizat12 3 85

Cap. IV

1. Calcule tehnologice în perioada de topire

a. Compoziţia chimică a încărcăturii metalice:

Deşeuri metalice utilizate [%]

Compoziţia chimică [%]C Mn Si P S Fe

Deşeu I 70 0,75 1,45 0,32 0,05 0,045 97,385Deşeu II 30 1,1 1,75 0,9 0,12 0,06 96,07Total 100 0,855 1,54 0,494 0,071 0,0495 96,9905

b. Compoziţia chimică a băii metalice la topirePentru compunerea încărcăturii se folosesc deşeuri metalice şi spărturi de electrozi

(carburant), astfel încât la sfârşitul perioadei de topire carbonul din baie să îndeplinească condiţia:

Carbonul din încărcătură se calculează cu relaţia:

termenul aC reprezintă coeficientul de ardere al carbonului (aC = 0,2). De asemenea

unde:[C]t = carbonul la sfârşitul topirii[C]o = carbonul la oprirea afinării[C]a = carbonul ars în timpul afinării

3

Pentru oţelurile aliate conţinutul de carbon la oprirea afinării se consideră egal cu limita inferioară a conţinutului de carbon prescris pentru marca de oţel elaborat, din care se scade cantitatea de carbon adusă de feroaliaje în timpul dezoxidării – alierii (0,05% – 0,1%). Cantitatea de carbon oxidată în perioada afinării se consideră a fi cuprinsă între 0,2% – 0,6% pentru cuptoare cu căptuşeală refractară bazică.

kgkg

rezultăkg

carbonul total din încărcătură va fi

kg

Încărcătura metalica asigură doar 0,855% din carbonul necesar. Diferenţa va proveni din spărturile de electrozi, circa 1,145kg. Considerăm gradul de asimilare al carbonului din carburant de circa 60%. Cantitatea de spărturi de electrozi necesară va fi:

kg

În timpul topirii are loc oxidarea elementelor din încărcătură conform reacţiilor: şi În urma oxidării vom avea:

Element Oxidat [kg] În baie [kg]C 0,4 1,6Fe 1,9398 95,0507Mn 0,77 0,77P 0,0426 0,0284S - 0,0495Si 0,494 -

Cantitatea de oxigen necesară oxidării elementelor (Oox) se calculează cu relaţia:

Înlocuind masele obţinem:

kg.Cantitatea de oxigen rămasă în baia metalică la sfârşitul topirii se calculează cu relaţia:

şi obţinem kg.

Oxigenul util se calculează cu relaţia:

Unde:

4

Org = 0,45 kg

kg

Oxigenul util este adus în baie prin introducerea de minereu de fier. 1kg de minereu de fier cu 90% Fe2O3 conţine

kg

kg

Pentru a introduce 0,8817kg de oxigem trebuie introdusă o cantitate de minereu (qmin):

kg

Odată cu introducerea minereului cantitatea de fier din baie se modifică astfel:kg

La sfârşitul perioadei de topire compoziţia chimică a băii metalice va fi:

Element C Mn P S Si Fe Total[kg] 0,4675 0,77 0,0284 0,0495 0 97,1103 98,4257[%] 0,475 0,7823 0,0289 0,0503 0 98,6635 100

c. Compoziţia chimică a zgurii la topire

Din încărcătură trec în zgură o parte din fosfor, fier, mangan şi tot siliciul sub formă de oxizi. Cantităţile de oxizi rezultate vor fi:

(SiO2): kg

(MnO): kg

(P2O5): kg

(FeO): kg

(Fe2O3): kg

În încărcătură se introduc 3kg de var la 100kg de încărcătură, care vor introduce următoarele cantităţi de oxizi:

(CaO): kg(MgO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(P2O5): kg

Pe lângă var se mai introduc în încărcătură şi 3,2693kg minereu de fier, care va aduce următoarele cantităţi de oxizi:

(CaO): kg(MgO): kg(SiO2): kg

5

(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(P2O5): kg

Din zidăria bolţii, făcută din silică, se consideră un consum de 0,2kg de cărămizi la 100kg de încărcătură. Consumul se repartizează astfel:

Topire AfinareDezoxidare – aliere

0,1kg 0,07kg 0,03kg

Cantităţile de oxizi rezultate vor fi:(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(P2O5): kg

Din zidăria vatrei şi a pereţilor, făcută din magnezită, se consideră un consum de 1,5kg de material refractar la 100kg de încărcătură. Consumul se repartizează astfel:

Topire Afinare Dezoxidare – aliere0,6kg 0,45kg 0,45kg

Cantităţile de de oxizi rezultate vor fi:(CaO): kg(MgO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg

Spărturile de electrozi conţin şi 2% cenuşă. Cantitatea de cenuşă rezultată va fi:kg pentru 100kg de încărcătură.

Această cenuşă va produce următoarele cantităţi de oxizi:(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg

În cadrul întregului proces de elaborare se consumă circa 0,82kg de electrod per 100kg încărcătură. Consumul este repartizat astfel:

Topire Afinare Dezoxidare – aliere0,492kg 0,164kg 0,164kg

Cantitatea de cenuşă rezultată din arderea electrozilor va fi:

care la rândul ei va introduce în zgură următoarele cantităţi de oxizi:(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg

6

Bazicitatea zgurii va fi calculată cu relaţia:

Compoziţia finală a zgurii va fi:

SursaCantitatea de oxizi [kg] Total

[kg]CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MnO P2O5

Încărcătura - - 1,0586 - 0,2993 0,0831 0,994 0,0976 2,5326

Var 2,76 0,099 0,075 0,03 - 0,018 - 0,003 2,985Minereu 0,0033 0,0098 0,2043 0,0817 - 2,9424 - 0,0049 3,2464

Boltă 0,0006 - 0,097 0,0006 - 0,0013 - 0,0005 0,1

Zidărie 0,021 0,5415 0,0207 0,0048 - 0,012 - - 0,6

Cenuşă 0,0055 - 0,0263 0,0148 - - - - 0,0466

TotalKg 2,7904 0,6503 1,4819 0,1319 0,2993 3,0568 0,994 0,106 9,5106

% 29,3399 6,8375 15,5816 1,3869 3,147 32,141 10,4515 1,1145 100

2. Calcule tehnologice în perioada de afinare

a. Compoziţia chimică a băii metalice la afinare

1. Carbonul

Pentru o cantitate de baie metalică de circa 98,4257kg la 100kg de încărcătură şi asigurarea unei fierberi adecvate, la sfârşitul afinării aceasta trebuie să conţină 1,2% carbon.

kgdin care se vor oxida

kg C2. Manganul

La sfârşitul afinării baia metalică va conţine 0,5% mangan.kg

Din care se vor oxidakg Mn

3. SiliciulLa sfârşitul afinării conţinutul de siliciu al băii metalice va fi

kg4. Fosforul

La sfârşitul afinării conţinutul de fosfor din baia metalică va fi de circa 0,008% adicăkg

Din care se vor oxidakg P

5. Sulful

7

Se consideră că în perioada de afinare se îndepărtează circa 0,01kg S, în baie rămânând 0,0395kg S.

b. Cantitatea de zgură la afinare

În perioada afinării pentru îndepărtarea fosforului (0,0079kg) este necesar mărirea bazicităţii zguii la valori de 2,5 – 3. conţinutul mediu de P2O5 va fi de 0,5%. Cantitatea de zgură formată va fi:

kg

Considerând că din zgura rezultată în urma topirii se îndepărtează circa 70%, în cuptor rămân:

kgCantitatea totală de zgură în perioada afinării va fi:

kg

c. Calculul cantităţii de minereu

În perioada de afinare se oxidează următoarele elemente conform tabelului:Element Cantitate [kg]

C 0,4189Mn 0,2779P 0,0205

Reacţiile de oxidare sunt:1. (1)2. (2)3. (3)

Necesarul de oxid de fier pentru fiecare reacţie va fi:

kg (1)

kg (2)

kg (3)

în total 2,9962kg oxid de fier.Pentru a se forma 2,9962kg de FeO din Fe2O3, conform reacţiei:

sunt necesare:

kg Fe2O3 şi kg Fe.

Formarea FeO are loc conform reacţiei de mai sus, pentru care . În vederea

determinării cantităţii de FeO şi Fe2O3 se utilizează raportul Fe din FeO / Fe din Fe2O3 = x/y == 2 – 4.Rezultă sistemul de ecuaţii:

Zgura de la afinare va conţine:

8

Pentru o baie metalică cu 1,55% C şi zgură cu bazicitatea B = 3, rezultă un conţinut de oxigen în baie de 0,015%. Cantitatea de [FeO] echivalentă va fi:

%

Activitatea FeO în zgură este dată de relaţia:

Compoziţia şi cantitatea de oxizi din zgura de afinare pentru un raport de bazicitate B = 3 şi a(FeO) = 0,065.

Oxizi Procente molare Fracţiuni molare Mm Mo [gr]FeO 5 0,05 3,6 1,6025

CaO+MgO+MnO 75 0,75 125,25 55,7534SiO2+2P2O5+

Al2O3+ Fe2O3

20 0,2 95,8 42,6441

100 1 224,65 100

Zgura de afinare trebuie să conţină kg FeO. Din zgura de topire se pastreaza circa 30%. Aceasta va conţine kg FeO. Diferenţa de

0,1064 kg va fi furnizată de minereul de fier sub forma kg Fe2O3. Pentru

formarea Fe2O3 se consumă kg Fe.Conform relaţiei Samarin – Chipman, în baia metalică la sfârşitul topirii, pentru

[C]t = 1,55 în soluţie se găsesc:

%

Adică

%

În perioada de afinare baia metalică conţine 0,067% FeO deci se vor adăuga

kg FeO. Vor fi necesare kg Fe2O3 si

kg Fe. Necesarul total de Fe2O3 este de kg Fe2O3.

Consumul total de Fe pentru formarea de FeO este kg Fe.

Considerând că 10% din Fe2O3 trece în zgură şi 90% se reduce la FeO, cantitatea de minereu necesara va fi

kg minereu

d. Necesarul de var la afinare

Se cunosc următoarele: (CaO+MgO+MnO)=55,7534 raportul de bazicitate B = 3

9

MnO este adus de:

zgura de la topire: kg

elementele oxidate: kg

în total kg

MgO este adus de:

zgura de la topire: kg minereul de fier: kg vatră şi pereţi: kg var: x*0,033 kg

în total (x*0,033+0,6098) kg.

CaO este adus de:

zgura de la topire: kg minereul de fier: kg vatra si pereti: kg bolta: kg var: kg

in total (x*0,92+0,8561) kgDeoarece (CaO+MgO+MnO) = 6,826 = 2,1242 + 0,953*x. Cantitatea necesara de var va fi qvar = 4,9337 kg.

e. Compozitia chimica a baii metalice la sfarsitul afinarii

Cantitatea de fier din baia metalica la sfarsitul topirii este de 97,1103kg. Cantitatea de fier obtinuta prin reducerea oxizilor elementelor este

kg

Pentru oxidarea elementelor se consuma 0,8067 kg Fe sub forma de FeO. Cantitatea totala de fier din baia metalica la sfarsitul afinarii va fi:

kg[C]0 = 1,15% si conform relatiei Samarin – Chipman:

%

Continutul de FeO din baia metalica este:%

Compozitia chimica a baii metalice la sfarsitul afinarii va fi:

MasaElement

TotalC FeO Fe Mn P S Si

[kg] 1,1811 0,0602 98,634 0,4921 0,0079 0,0395 0 100,4148[%] 1,176 0,058 98,2266 0,49 0,0079 0,0393 0 100

f. Compozitia zgurii la afinare

10

Consumul de electrozi in perioada de afinare este de 0,16kg pentru 100kg. Electrozii aduc kg cenusa.

Coeficientul de repartitie al sulfului va fi:

Compozitia si cantitatea de zgura din perioada de afinare vor fi:

OxidSurse Total

Zgura topire

Baia metalica

Minereu Var Vatra pereti

Bolta Cenusa electrozi

[kg] [%]

CaO 0,8371 - 0,0028 4,539 0,0158 0,0004 0,0004 5,3955 57,8104MgO 0,1952 - 0,0085 0,1628 0,4061 - - 0,7726 8,278SiO2 0,4445 - 0,1778 0,1233 0,0155 0,0679 0,0019 0,8309 8,9027Al2O3 0,0397 - 0,0711 0,0493 0,0036 0,0004 0,0010 0,1651 1,769FeO 0,0899 - 0,1064 - - - - 0,1963 2,1037

Fe2O3 0,9170 - 0,2561 0,0296 0,0090 0,0009 - 1,2126 12,9925MnO 0,2982 0,3587 - - - - - 0,6569 7,0384P2O5 0,0317 0,0470 0,0043 0,0049 - 0,0004 - 0,0883 0,9461

S - 0,01 - 0,0049 - - - 0,0059 0,0632Total 2,8533 0,4157 0,627 4,9138 0,45 0,07 0,0033 9,3331 100

3. Calculul cantităţii de gaze în perioada topire – afinare

In urma oxidarii carbonului din incarcatura se formeaza:

kg CO

Consumul de electrozi este de 0,656 kg in decursul topirii si afinarii. Consumul de carbon este: kg, din care se ard kg.

Consideram ca din cantitatea de carbon arsa 30% se oxideaza la CO2 si 70% la CO. Cantitatile rezultate sunt::

kg COsi

kg CO2

Cantitatea de oxigen necesara pentru formarea CO si CO2 in timpul topirii si afinarii este

kg O2, care vor avea un volum de m3.

Masa de N2 corespunzatoare va fi: kg, care va avea un volum de

m3. cantitatea si volumul de aer corespunzator vor fi:

kg; m3.La incalzirea varului se degaja:

Dioxid de carbon: kg

Apa: kg

La incalzirea minereului se degaja: kg

Presupunem ca temperatura aerului este de 20°C, presiunea atmosferica 760mm coloana Hg, umiditatea relativa 70%. In aceste conditii tensiunea vaporilor saturati va fi 17,5mm Hg. Tensiunea vaporilor in aer va fi:

mm Hg

11

Cantitatea de aer umed va fi:

m3

Punctul de roua pentru p = 12,25mm Hg este t’ = 14°C. Greutatea vaporilor de apa dintr-un metru cub de aer atmosferic va fi:

kg

Umiditatea adusa de aer va fi:

kg

Cantitatea totala de vapori de apa va fi kgVaporii de apa se reduc cu CO conform reactiei:

formandu-se o cantitate de hidrogen egala cu:

kg

Pentru formarea hidrogenului se consuma o cantitate de CO egala cu

kg, rezultand o cantitate de CO2 egal cu

kg.Cantitatea de gaze din perioadele de topire si afinare:

Gazul CO CO2 H2 N2 Total[kg] 2,2204 0,4723 0,0079 1,6767 4,3773[%] 50,7253 10,7898 0,1805 38,3044 100

4. Bilanţul de materiale în perioada topire – afinare

Intrari:

Deseu I 70Deseu II 30

Sparturi de electrozi 1,9473Minereu de fier 6,1146

Var 7,9337Magnezita 1,05

Silica 0,17Electrozi 0,656

Aer 2,1224Total 119,994

Iesiri:

Baia metalica 100,4148Zgura 12,2432Gaze 4,3773

Fier volatilizat 1,6488

12

Total 118,6841

Eroarea de calcul: %

5. Calcule tehnologice în perioada de dezoxidare – aliere

a. Calculul cantitatii de zgura

Pentru otelul T130Mn135, dezoxidarea are loc sub zgura alba care trebuie sa asigure o desulfurare avansata. La sfarsitul afinarii continutul de sulf a fost de 0,0393%,iar la sfarsitul dezoxidarii se impune un continut de 0,015% deci trebuie indepartate 0,0243%, respectiv

kg S.

Conform coeficientului de repartitie a sulfului:

zgura va contine S. Cantitatea de zgura rezultata va fi:

kg.

Zgura din perioada de dezoxidare se va forma din: 5% din zgura de la afinare: kg Bolta: 0,03kg Vatra si pereti: 0,45kg Amestecul pentru formarea zgurii si dezoxidarea prin difuzie. Cantitatea de

amestec va fi: kg, repartizata astfel:o Var: 1kg/100kgo Fluorina: 0,2kg/100kgo Restul (3,0896kg) pentru amestecul de formare a zgurii albe

Conform datelor practice, vor rezulta urmatoarele proportii Adica kg reprezinta echivalentul unei parti. Amestecul va avea urmatoarea compozitie:

Element Var cocs FeSi CaF2

Cantitate 1,7165 0,515 0,515 0,3334

b. Compozitia preliminara a zgurii

Oxizii care intra in compozitia zgurii provin din:

Zgura de la afinare

(CaO): kg

(MgO): kg

(SiO2): kg

(Al2O3): kg

(FeO): kg

13

(Fe2O3): kg

(MnO): kg

(P2O5): kg

(S): kg

In total 0,4666kg.

Din bolta(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(P2O5): kg

In total 0,03kg

Din vatra si pereti(CaO): kg(SiO2): kg(MgO): kg(Al2O3): kg(Fe2O3):

In total 0,45kg Din var

Cantitatea de var introdusa este de 2,7165kg. Aceasta cantitate va aduce in zgura:(CaO): kg(SiO2): kg(MgO): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(P2O5): kg(S) : kg

In total 2,7165kg

Din fluorinaCantitatea de fluorina introdusa in cuptor este de 0,5433kg, rezultand urmatoarele cantitati de oxizi:

(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg(Fe2O3): kg(CaF2): kg(S): kg

In total 0,5433kg

Din cenusa cocsului si sparturi de electroziCantitatea de cenusa este kg, aducand in zgura urmatoarele cantitati de oxizi:

(CaO): kg(SiO2): kg(Al2O3): kg

14

(Fe2O3): kgIn total 0,0702kg

Din FeSi75Cantitatea de siliciu care se oxideaza din FeSi75 introdus pentru formarea zgurei albe

este de kg. In zgura vor trece kg SiO2. Restul de

oxizi sunt in cantitati neglijabile.Compozitia preliminara a zgurii in perioada de dezoxidare este:

Oxid Zgura afinare

Var CaF2 Bolta Vatra, pereti

Cenusi FeSi75 Otel Total[kg] [%]

CaO 0,2697 2,4992 0,0022 0,0002 0,0158 0,0037 - - 2,7908 58,391SiO2 0,0415 0,066 0,0168 0,0291 0,0155 0,0344 0,2483 - 0,4516 9,4487MgO 0,0386 0,0896 - - 0,4062 - - - 0,5344 11,1811Al2O3 0,0083 0,2771 0,0011 0,0002 0,0036 0,0178 - - 0,3081 6,4463FeO 0,0098 - - - - - - - 0,0098 0,205Fe2O3 0,0606 0,0163 0,0043 0,0004 0,0090 0,0134 - - 0,1040 2,176MnO 0,0328 - - - - - - - 0,0328 0,6862CaF2 - - 0,5161 - - - - - 0,5161 10,7982P2O5 0,0044 0,0027 - 0,0001 - - - - 0,0067 0,1402S 0,0033 0,0027 0,0011 - - - - 0,0244 0,0315 0,6591Total 0,4666 2,7165 0,5433 0,03 0,45 0,0702 0,2483 0,0244 4,7795 100

c. Dezoxidarea prin difuzie

Cantitatea de oxigen din baia metalica de la oprirea afinarii este mult mai mare decat cantitatea teoretica de oxigen aflata in echilibru cu carbonul.

Adica %

Din practica tehnologica,la oprirea afinarii cantitatea de oxigen din baie este cuprinsa intre 0,08% – 0,20%. Pentru realizarea dezoxidarii prin difuzie si prin precipitare cu Mn, Si si

Al, se adopta valoarea [O]0 = 0,08%, rezultand

In urma procesului de dezoxidare prin difuzie (extractie) sub zgura alba se considera ca se indeparteaza circa 30% din [O], adica . De asemenea consideram ca 40% din oxigenul dizolvat in zgura se indeparteaza cu carbonul din cocs, iar 60% cu siliciul din FeSi75.

Considerand temperatura baii metalice la sfarsitul afinarii de 1600°C si procentul de (FeO) = 2,1037 atunci:

Deci,

Concomitent cu dezoxidarea are loc si procesul de desulfurare conform reactiei:

In urma reactiei se formeaza:

kg FeO

Consumandu-se circa

15

kg CaO

Se admite ca din zgura se indeparteaza circa 90% oxigen, se reduc complet MnO, Fe2O3, P2O5 si 80% din FeO. Vor fi reduse urmatoarele cantitati de oxizi din zgura preliminara:

kg FeO kg Fe2O3

kg MnO kg P2O5

In urma reducerii cu carbon a zgurii in baia metalica vor intra:

Oxid Masa [kg] Reactia Consum C [kg] In baie [kg]FeO 0,0207 0,0035 0,0161MnO 0,0143 0,0024 0,0111P2O5 0,0027 0,0011 0,0012Fe2O3 0,0416 0,0094 0,0291

Consumul de carbon va fi de 0,0164kg

In urma reducerii cu siliciu a zgurii in baia metalica vor intra

Oxid Masa [kg] Reactia Consum [Si] In baie [kg]FeO 0,0311 0,0060 0,0242MnO 0,0215 0,0042 0,0166P2O5 0,0040 0,0020 0,0017Fe2O3 0,0624 0,0164 0,0437

Consumul de siliciu va fi de 0,0286kg si se vor forma kg SiO2

d. Dezoxidarea prin precipitare

Dezoxidarea prin precipitare se face cu ajutorul manganului, siliciului si aluminiului. Dupa dezoxidarea prin difuzie continutul de oxigen din baia metalica va fi [O]b = 0,08 – 0,024 = 0,056%.

Dezoxidarea cu mangan

Necesarul de mangan este:

Pentru calculul necesarului de mangan se pleaca de la reactia:

Prin dezoxidarea prin precipitare, manganul va indeparta urmatoarea cantitate de oxigen: %

Pentru dezoxidare si aliere necesarul de mangan va fi:

Adica kg

Oxidarea manganului va fi:

16

Pentru aliere se vor utiliza 75% mangan metalic si 25% FeMn 7. Cantitatile necesare vor fi:

kg

kg

Dezoxidarea cu siliciu

Pentru dezoxidare se foloseste FeSi 75. [Si]f = 0,6% este in echilibru, la 1600°C, cu [O]Si = 0,008%. Reactia de dezoxidare cu siliciu este

Prin dezoxidare siliciul va indeparta urmatoarea cantitate de oxigen:

Cantitatea de siliciu necesara pentru dezoxidare si stabilirea continutului final va fi:

Adica:

kg

Oxidarea siliciului va fi: %

Cantitatea necesara de FeSi 75:

kg

Dezoxidarea cu aluminiu

Pentru dezoxidare se foloseste aluminiu in calupuri. Dupa dezoxidarea cu aluminiu cantitatea de oxigen ramasa dizolvata in otel este [O]Al = 0,005%, adica [FeO] = 0,0225%. Reactia de dezoxidare este .

Cantitatea de oxigen indepartata din baie va fi:%

Necesarul de aluminiu pentru dezoxidare:

kg

e. Compozitia chimica si cantitatea finala de zgura din perioada de dezoxidare

Fluorina reactioneaza cu oxidul de siliciu conform reactiei:

Pentru formarea SiF4 se consuma

kg SiO2

formandu-se

kg SiF4

si

kg CaO

17

In urma reactiei de desulfurare se vor consuma:

CaO: kg

Si vor rezulta:

FeO: kg

CaS: kg

Pentru reactia sunt necesare

CaO: kg

C: kg

si vor rezulta:

kg CaS

kg CO

Din FeSi 75 introdus pentru dezoxidarea prin precipitare, cantitatea de Si care se va oxida va fi: kg. In zgura vor trece

kg SiO2.

De asemenea vor mai trece in zgura si kg Al2O3.

Din FeMn 7 vor trece in zgura:

kg MnO

kg SiO2.

Cantitatea de Al2O3 rezultata in urma oxidarii aluminiului este kg

Compozitia si greutatea zgurii:

Oxidul Zgura Var CaF2 bolta Vatra pereti

cenusi FeSi FeMn Al Otel Desulfurare

CaO 0,2697 2,4992 0,0022 0,0002 0,0158 0,0037 - - - - 0,1114SiO2 0,0415 0,066 0,0168 0,0291 0,0155 0,0344 0,3936 0,1407 - - -MgO 0,0386 0,0896 - - 0,4062 - - - - - -Al2O3 0,0083 0,2771 0,0011 0,0002 0,0036 0,0178 0,0363 - 0,0064 - -MnO 0,0328 - - - - - - 0,1908 - - -FeO 0,0098 - - - - - - - - - 0,0709Fe2O3 0,0606 0,0163 0,0043 0,0004 0,0090 0,0134 - - - - -P2O5 0,0044 0,0027 - 0,0001 - - - - - - -CaF2 - - 0,5161 - - - - - - - -CaS - - - - - - - - - - 0,1418S 0,0033 0,0027 0,0011 - - - - - - 0,0244 -SiF4 - - - - - - - - - - -Total 0,4666 2,7165 0,5433 0,03 0,45 0,0702 0,4299 0,3135 0,0064 0,0244

f. Alierea otelului

18

Otelul trebuie sa contina si maxim 0,8% nichel. Cantitatea de Ni introdus pentru o

compozitie cu 0,5% va fi kg /100kg

Compozitia chimica a otelului este data in tabel:

Element Comp. afinare

Introdus cu Dezo-xidare

Con-sum

TotalFeMn7 Mn FeSi75 Ni [kg] [%]

C 1,1811 0,3064 0,001 0,008 - 0,02 0,015 1,5015 1,29Mn 0,4921 3,5015 10,5042 0,0056 - 0,0114 0,1478 14,367 12,35Si - 0,0657 0,001 0,5976 - - 0,1837 0,4806 0,004Ni - - - - 0,5552 - - 0,5552 0,005Al - - - 0,0199 - - 0,0034 0,0165 0,0001P 0,0079 0,0153 0,001 0,0004 - 0,0017 - 0,0111 0,0001S 0,0395 0,0013 0,004 0,0003 - - 0,0138 0,0589 0,0005Fe 98,634 0,4867 0,001 0,1618 - 0,063 - 99,3465 85,40Total 100,3546 4,3768 10,5126 0,7968 0,5552 0,0961 0,3637 116,332 100

6. Calculul cantităţii de gaze în perioada de dezoxidare – aliere

In perioada de dezoxidare – aliere se consuma 0,164kg de electrozi adica kg C

7. Bilanţul de materiale al şarjei

19