Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали в современном конвертерном цехе. Методические указания к курсовому проектированию по дисцип

глиноземистые шлаки. Определить расход такого шлака для обработки можно

по формуле

5.1.9. Десульфурация металла в ковше ТШС

Для уменьшения содержания серы в металле на 0,002–0,005%

используется твердая шлакообразующая смесь (ТШС), состоящая из извести

(75%) и плавикового шпата (25%). Смесь вводится в ковш при сливе металла из конвертера. Расход смеси 10-20 кг/т.

Содержание серы в металле после его обработки ТШС можно определить по формуле

S ТШСК S нач 1 LS q ,

где LS – коэффициент распределения серы между шлаком и металлом;

принимаем LS=20;

q – поправочный коэффициент; q=0,025.

31

5.2. Температурный режим плавки

После расчета расходов на плавку материалов, дутья (кислорода) и

раскислителей определим температуру металла перед выпуском из конвертера и на всех технологических участках производства стали.

5.2.1. Снижение температуры расплава на струе при выпуске из

конвертера

Количество тепла, выделяемого истекающей струей металла при выпуске

из конвертера, можно определить по формуле

Qстр = qстр·τвып·Sстр,

где qстр – удельный тепловой поток струи металла, ккал/(м2·ч); τвып – продолжительность выпуска, ч; принимаем 0,083 ч;

Sстр – площадь поверхности струи, м2.

с – коэффициент теплопередачи при свободной конвекции; принимаем

250 ккал/(м2·ч·град).

Поверхность струи

Sстр = π·L·Dстр,

где L – длина струи, м (L = 4,0 м для конвертера садкой меньшей или равной

150 т, L = 6,0 м для конвертера садкой большей 150 т); π = 3,14;

32

Dстр – диаметр струи, м; принимаем 0,15-0,20 м.

Количество тепла, выделяемого струей металла за время выпуска τвып при площади струи Sстр:

с = 0,2 ккал/(кг·град).

Количество тепла, выделяемого зеркалом металла в ковше при выпуске из конвертера:

QЗМ qстр5 вып S , ккал,

где qстр – удельный тепловой поток струи металла, ккал/(м2·ч);

τвып – продолжительность выпуска металла, ч;

S – площадь зеркала металла в ковше, м2.

Перепад температуры жидкой стали от зеркала металла за время выпуска

5.2.2. Снижение температуры металла за счет прогрева футеровки ковша

Количество тепла, забираемого футеровкой ковша, можно рассчитать по формуле

Qфут=Cф·mф·Δt,

где Сф – теплоемкость футеровки, ккал/(кг·град); принимаем Сф=0,225

ккал/(кг·град);

33

mф – масса прогреваемой футеровки, кг. Условно принимаем, что до температуры металла прогревается 1/10 от веса футеровки ковша (вес футеровки ковша приведен в прил. 4);

t – увеличение температуры футеровки ковша, ºС. Температура футеровки (рабочего слоя) до залива металла – 900ºС, после залива равна температуре выпускаемого расплава с учетом потерь на струе.

Снижение температуры металла за счет аккумуляции тепла футеровкой ковша

T2 Qфут .

mc c

5.2.3. Потери температуры металла в сталеразливочном ковше при

раскислении и легировании

На нагрев ферросплава до температуры металла в ковше потребуется тепла

Qф = mф·(Ств·t1 + qп + Сж·Δt),

где Qф – затраты тепла на нагрев ферросплава, ккал; mф – масса присаживаемого ферросплава, кг;

Ств – удельная теплоемкость ферросплава в твердом состоянии, ккал/(кг·град);

принимаем Ств = 0,167 ккал/(кг·град);

t1 – температура плавления ферросплава, °С (прил. 2);

qп – скрытая теплота плавления ферросплава, ккал/кг; принимаем такой, как у стали – 65 ккал/кг;

Сж – удельная теплоемкость жидкого ферросплава, ккал/(кг·град); принимаем Сж = 0,2 ккал/(кг·град);

t – температура перегрева ферросплава над температурой плавления, °С.

Снижение температуры металла в ковше от внесения ферросплава можно рассчитать по формуле

Tф Qф . mc c

34

Так как часть внесенного ферросплава окисляется и при этом выделяется тепло, то металлический расплав в ковше будет разогреваться.

Тепло, выделяемое при окислении ферросплава:

Qфок mок Qф ,

где mок – количество окислившегося основного элемента ферросплава, кг.

Угары элементов зависят от способа раскисления ванны, окисленности ванны: угар марганца 5-15%, угар кремния 10-20%, угар алюминия 60-95%;

Qф – тепловой эффект от окисления основного элемента ферросплава,

ккал/кг; принимать для Mn – 1756 ккал, Si – 6430 ккал, Cr – 2287 ккал.

Повышение температуры жидкой стали в ковше за счет тепла,

выделяемого при окислении ферросплава:

Qок

Tок m ф c ,

cт

где Qфок – количество тепла, выделившегося при окислении основного элемента ферросплава, ккал.

Таким образом, общее изменение температуры металла в ковше от введенного ферросплава:

Т' = Тф + Ток , °С.

QAlфакт QAlок 0,2 , ккал.

Тепловой эффект от окисления 1 моля алюминия составляет 330 ккал/моль. 0,027 кг – вес 1 моля алюминия.

Примечание. В связи с тем, что вводимый в ковш кусковый алюминий окисляется на поверхности металла, то тепло, выделяемое при его окислении,

используется частично (20% от общего количества тепла).

35

5.2.4. Снижение температуры металла в ковше при использовании ТШС

Для снижения содержания серы в металле на незначительную величину (до

0,005% S) в ковш при выпуске присаживают твердую шлакообразующую смесь

(80% CaO + 20% CaF2) в количестве 10 кг/т. Снижение температуры металла при обработке ТШС

TТШС mТШС СТВ tMe qП С Ж t , С, mСТ с

где СТВ – удельная теплоемкость ТШС, ккал/(кг град); принимаем СТВ = 0,264

ккал/(кг град);

С Ж – удельная теплоемкость жидкой смеси, ккал/(кг град); принимаем

С Ж =0,308 ккал/(кг град);

qП – скрытая теплота плавления ТШС, ккал/кг; принимаем qП =50 ккал/кг.

t – температура перегрева смеси над температурой ликвидус, С.

Температура ликвидус смеси равна 1450 С.

tMe – температура металла на выпуске, С; принимаем 1640 С; mТШС – вес ТШС, кг; принимаем 10 кг/т.

5.3. Внепечная обработка металла в ковше

5.3.1. Обработка металла инертным газом

Перемешивание расплава с целью выравнивания его состава и температуры производится подачей инертного газа сверху или через донные продувочные фурмы ковша. Расход газа для этих целей составляет 0,03 – 0,05 м3/т, а интенсивность подачи – 0,004 м3/(т мин).

Расход газа на ковш с массой жидкого металла mc составит:

QAr (0,03 0,05) тс , м3.

Продолжительность продувки

36

Скорость снижения температуры расплава при его обработке аргоном в первые 3 минуты составляет 2,5 С/мин, а в последующее время – 1,5 С/мин.

Зная продолжительность обработки расплава в ковше, определяем общее снижение температуры стали:

tобщAr 7,5 1,5 пр 3 , С.

5.3.2. Корректировка химического состава металла в ковше при внепечной

обработке

Изменение температуры металла в ковше в случае присадки сплавов рассчитываем по методике, приведенной в п. 5.2.3. Усвоение элементов принимаем следующим: алюминия – 40%; марганца – 95%; кремния – 90%;

углерода – 95%; ванадия – 95%; кальция – 10%.

Расход тепла на нагрев, расплавление и перегрев первичного алюминия,

введенного для корректировки стали в виде проволоки:

QAl = mAl·[0.167·660 + 65 + 0.2·(tMe - 660)], ккал.

Изменение температуры металла при нагреве и расплавлении алюминия:

где тAlок масса окислившегося алюминия, кг;

0,3 – доля тепла, идущего на нагрев стали, ед.

Изменение температуры металла при вводе алюминиевой катанки

t Al t AlH t Alok ,˚С.

37

5.3.3. Модифицирование включений кальцием

Расход тепла на нагрев силикокальция СК-30

QСК P 0.167 1480 65 0,2 T 1480 , ккал,

нагр Ca Me

где 1480 – температура плавления силикокальция, С;

TMe – температура стали перед введением модификатора, С;

PCa – массовый расход реагента, кг;

0,167 – удельная теплоёмкость СК-30, ккал/(кг·град).

QСа

tнагр тС нагр0,2 , ˚С.

Количество тепла, выделяемое при окислении кальция, составит:

QСК HCa PCa 0,50 , ккал,

ок 0,04

где HCa 39,9 ккал/моль, 1 моль кальция весит 0,04 кг,

0,5 – доля кальция, расходуемая на раскисление, десульфурацию, модифицирование стали, ед.

Температура металла в ковше за счет введенного силикокальция изменится на

Общее изменение температуры стали в ковше при вводе СК30

Σ∆tск=∆tнагр+∆tок, ˚С.

Изменение температуры металла в ковше при внепечной обработке равно сумме всех воздействий на металл (корректировка, модифицирование, усреднительная продувка аргоном).

Снижение температуры металла за время транспортировки ковша с установки доводки (УДМ) до машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ):

tУДМ-МНЛЗ=ξ·n, °С,

где ξ – темп снижения температуры металла в ковше, °С/мин; принимаем 1°С/мин;

n – время транспортировки ковша, мин; принимаем 10 мин.

38

5.3.4. Расчет потерь тепла струей жидкой стали

Расчет потерь тепла струей жидкой стали при переливе стали в

промежуточный ковш ведем по методике, приведенной в п. 5.2.1.

При расчете принимаем:

l – высота струи, м (обычно 1,0 м);

τр – продолжительность разливки, мин; принимаем 30 мин;

Dстр – диаметр струи, м; принимаем 0,08 м;

Тпов – 900оС.

5.3.5. Расчет потерь тепла, идущего на разогрев футеровки промежуточного ковша

Количество тепла, забираемое футеровкой промежуточного ковша,

0,225 ккал/(кг град);

mФ – масса прогреваемой футеровки, кг; mФ=j V.

Здесь V – объем прогреваемой футеровки, м3.

V=(Sбок+Sпод)·В;

∆t – разница температур металла и футеровки промежуточного ковша, С.

Для расчета принимаем:

Tфо – температура футеровки до разливки 900 С;

TМео – температура стали перед разливкой, С;

В – толщина прогреваемых стенок и подины ковша, мм; принимаем 100 мм; j – плотность футеровки, кг/м3; принимаем 1900 кг/м3.

39

Снижение температуры стали в промежуточном ковше

Снижение температуры металла в стальковше и промежуточном при разливе на МНЛЗ

tразл=0,8·τразл, С,

где τразл – продолжительность разливки, мин; принимаем 30 мин; 0,8 – снижение температуры металла в ковше, С/мин.

Общее снижение температуры металла в промежуточном ковше равно сумме снижений температуры стали за счет аккумуляции тепла футеровкой, струей металла на участке «стальковш–промковш», разливке на МНЛЗ. Некоторые данные для проведения расчетов представлены в прил. 4.

5.3.6. Расчет температуры металла перед выпуском из конвертера

Для проведения нормальной разливки металла и получения качественного слитка принимаем, что температура стали в промежуточном ковше должна превышать температуру ликвидус на 20…40 С; принимаем 30 С.

Определяем температуру ликвидус жидкой стали:

Тликв = 1539 – а1∙[C] – a2 ∙[Mn] … an∙[xn], С,

где an – снижение температуры плавления металла при содержании 1% элемента в стали (углерода – 70; марганца – 5; кремния –12; серы – 25; фосфора – 25; хрома – 1,5).

Зная величину изменений температуры жидкой стали на всех

По расчетным данным строим график изменения температуры жидкого расплава на всех технологических участках производства стали.

Курсовая работа заканчивается составлением технологической карты на выплавку заданной марки стали (прил. 5).

40