4. Расчет растворимости азота и водорода в стали 30хгса.

Исходные данные.

1. Состав стали: 0,24% С, 1,00% Mn, 0,95%Si, 0,97%Cr, 0,017%P, 0,019%S.

2. Температура 1873 К.

3. Давление газов: ,.

4. ½ ;

5. ½ ;

Рассмотрим два расплава: железо и сталь30ХГСА, находящиеся в равновесии с газовой фазой (например, азотом) при давлении и температуре Т. Очевидно, что активность азота, растворенного в железе, равна активности азота в сплаве:или

(4.1)

Учитывая, что коэффициент активности азота в железе , получим из выражения (4.1):

(4.2)

Из уравнения константы равновесия процесса растворения азота в железе:

(4.3)

получим и подставим в выражение (4.2). Тогда

(4.4)

Прологарифмируем выражение (4.4)

(4.5)

Значения при 1873 К можно вычислить, используя соответствующие параметры взаимодействия:

(4.5)

Вычисления произведем по формуле (4.5), подставив в нее соответственно выражение (4.6):

0,0121= -1,416

5.Описание дсп и агрегата комплексной обработки стали, с указанием основных параметров.

Описание ДСП

Плавка стали 30ХГСА проводится в печи, работающей на переменном токе. Механическое оборудование ДСП включает корпус, свод, опорную конструкцию, механизм наклона, электродержатель, механизм передвижения электродов, вспомогательные механизмы и устройства, систему удаления и очистки газов.

Корпус включает днище, кожух, песчаный затвор, рабочее окно, выпускное отверстие. Кожух имеет цилиндрическую форму со сферическим днищем. Кожух состоит из двух частей. Нижнюю его часть, являющуюся опорой кладки пода, делают как и на обычных печах из стальных листов. Верхнюю часть (выше порога рабочего окна), являющуюся опорой стеновых водоохлаждаемых панелей, выполняют в виде решетчатого каркаса.

Загрузка металлошихты производится сверху. Печь имеет эксцентрическое выпускное отверстие, которое для удобства обслуживания выносят за периметр корпуса, в футеровку выступа ванны, что и определило название печи с эркерным выпуском металла. В дне эркера помещено сталевыпускное отверстие; дно с отверстием расположено на такой высоте, что для слива металла достаточен наклон печи на 10-12º. Стены эркера выложены из магнезитового кирпича, сверху эркер закрыт съемным трубчатым водоохлаждаемым сводиком, при снятии которого обеспечивается доступ к выпускному отверстию.

Свод, закрывающий рабочее пространство, устанавливают на корпус. Свод имеет несколько отверстий разного диаметра для ввода графитированных электродов, ТКГ, а также для организованного отвода печных газов. Он также предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей. Водоохлаждаемый свод выполняют комбинированным, т.е. периферийную часть делают водоохлаждаемой из металла, а центральную, через которую проходят электроды, из огнеупорного кирпича, чтобы предотвратить возможное короткое замыкание между электродам и металлической водоохлаждаемой частью свода. Обычно периферийная охлаждаемая часть занимает ≈ 80% поверхности свода, а центральная часть из огнеупоров - ≈ 20%.

Электродержатель служит для крепления графитированного электрода, создавая необходимую силу трения для уравновешивания силы тяжести электрода и для подвода к нему электрического тока. Электродержатель состоит из корпуса и механизма зажима электрода.

Механизм передвижения электродов имеет исключительно важное значение для работы дуговых печей, т.к. с его помощью поддерживают заданную длину дуги, что в свою очередь определяет качество автоматического регулирования электричнского режима плавки в виде подаваемой в печь активной мощности, характеризуемого коэффициентами мощности λи электрического к.п.д.η.

Рекомендуемая скорость подъема электродов 2,5….6 м/мин для быстрой ликвидации возможного короткого замыкания, особенно при расплавлении твердой металлошихты; скорость спуска 1….2 м/мин.

Вертикальное расположение сводовых ТКГ позволяет путем поворота вокруг оси и вертикального перемещения изменять положение факела в рабочем пространстве как в тангенциальном направлении, так и по высоте, последовательно вовлекая в процесс интенсивного конвективного нагрева новые относительно холодные слои металлошихты. Такое расширение технологических возможностей позволяет в качестве сводовых ТКГ применять длиннофакельные горелки большой мощности с внешним смешением струй топлива и кислорода, подаваемых под углом к горизонтали 20º через отдельные сопла, расположенные на двух уровнях на боковой поверхности горелки.

Подина состоит из двух основных слоев: верхнего – рабочего набивного слоя, образующего прочную и плотную чашу для жидкого металла и шлака, и нижнего слоя – кирпичной кладки.

Верхняя часть кирпичной кладки должна обладать высокими огнеупорностью и механической прочностью, чтобы образовать прочное основание для набивного слоя. К нижней части кирпичной кладки, прилегающей к кожуху печи, предъявляются меньшие требования в отношении огнеупорности и механической прочности, но от него требуется более низкая теплопроводность.

Для тепловой изоляции днище кожуха покрывают листом асбестового картона, насыпают выравнивающий слой шамотного порошка, на который укладывают шамотный кирпич.

Огнеупорный слой подины состоит из нескольких рядов прямого периклазового кирпича. Кирпичи каждого последующего ряда кладки смещают на 45º, чтобы перекрыть вертикальные швы. Швы кладки заполняют просеянным периклазовым порошком.

Такие меры предотвращают выход жидкого металла сквозь кладку подины.

Рабочий слой подины набирают из сухого периклазового порошка.

Внутри рашетчатого каркаса стен по всему его периметру закреплены водоохлаждаемые панели; каждая из них имеет самостоятельный подвод и отвод воды.

Техническая характеристика дуговой сталеплавильной печи типа ДСП:

Мощность трансформатора , МВ∙А 32

Вторичное напряжение ,В 465-169

Максимальный ток , кА 47,7

Диаметр, мм:

Электрода 500

Распада электродов 1600

Рабочего пространства на

уровне откосов 4560

кожуха 5800

Глубина ванны от порога рабо-

чего окна ,мм 890

Высота до пят свода ,мм 2015

Удельный расход электро-

энергии ,кВт∙ч/т 425

Расход охлаждающей воды, м³/ч 40

Расчет производительности ДСП:

V=N*m,

где V- объем производства, т/год,

N- число плавок за год,

m- вместимость печи, т.

N=τ(рабоч)/τ(от вып.до вып.),

τ(рабоч)=365*24-τ(кап.рем.)-τ(п.п.р.)-τ(пл.ост.)

τ(кап.рем.)=32*(52/7-3)=142ч – время капитального ремонта;

τ(п.п.р)=(52-52/7-3)*8=332ч – время планово-предупредительного ремонта;

τ(пл.ост.)– у на с в России равны 0.

τ(рабоч)=365*24-332-142=8268ч

N=8268/1,38=5991

V=5991*50=299550т/год

Описание АКОС

Использование современного комплекса средств внепечной обработки дает возможность обеспечить:

- получение стали точно заданного химического состава, высокой чистоты по неметаллическим включениям при раскислении алюминием;

- модификацию включений и улучшение разливаемости стали, глубокораскисленной алюминием;

- уменьшение содержания водорода;

- высокое качество макроструктуры литой заготовки и проката;

- снижение себестоимости в результате повышения производительности основных агрегатов и уменьшения расхода электроэнергии.

При обработке стали на АКОС можно выделить две стадии нагрева. На первой стадии происходит выравнивание температуры металла по объему ковша, нагрев поверхностных слоев футеровки ковша и электродов, расплавление шлакообразующих и легирующих материалов; на второй стадии – собственно нагрев стали до заданной температуры.

Внепечная обработка стали 30ХГСА проводится на агрегате комплексной обработки стали (АКОС). Процесс включает перемешивание путем продувки металла аргоном в ковше, дуговой подогрев. Процесс обеспечивает не только получение металла заданного химического состава и температуры, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода, что привело к значительному улучшению механических свойств.

Основными элементами установки являются: свод с приводом подъема; электродержатели с приводами перемещения; шахта с системой направляющих роликов; вторичный токопровод; трансформатор установки «печь-ковш»; регулятор мощности; система газоудаления и очистки; бункера для шлакообразующих с системой взвешивания и дозирования; устройство для подачи алюминиевой проволоки (трайб-аппарат); устройство для вдувания в металл порошкообразных материалов; устройство для продувки металла инертным газом; устройство для взятия пробы и измерения температуры.

Нагрев стали производится с использованием трехфазного трансформатора.

Первичное напряжение/частота, кВ/Гц 110/50

Полная мощность трансформатора (ном/макс), МВ∙А 20/24

Вторичное напряжение, В 360-240

Максимальная скорость нагрева металла, ºС/мин 4

Удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/т 30

На АКОС используются графитированные электроды диаметром 457 мм. Для охлаждения элементов применяется вода общего для цеха оборотного цикла водоснабжения со стабильными параметрами по химическому составу, давлению и температуре.

Для предупреждения загрязнения атмосферы агрегат имеет собственную газоочистку.

Рис.1 Современная высокомощная печь.

1-механизм наклона печи; 2 - фиксатор; 3 – насосно-аккумуляторная станция; 4 – механизм поворота портала; 5 – механизм перемещения электродов; 6 – печной трансформатор; - вторичный токопровод; 8 – электродержатель; 9 –графитированный электрод; 10 – свод водоохлаждаемый; 11 – механизм подъема свода; 12 - портал; 13 – патрубок газоотсоса сводовый; 14 – стеновые водоохлаждаемые панели; 15 – корпус печи; 16 - люлька; 17 – сливной насос; 18 –фундаментная балка; 19 – фундамент.

Рис. 2. Схема комплексной обработки стали (АКОС).

1 – пневмонасосы; 2,3 – установка для продувки и для нагрева металла соотвественно; 4 – трансформаторная; 5 – водоохлаждаемая крышка; 6 – сталеразливочный ковш; 7 – сталевоз.