6.4 Расчет скорости всплывания неметаллических включений

Скорость всплывания НВ определяется по формуле Стокса:

(29)

Пример расчета всплывания НВ в виде SiO₂.

Исходные данные:

; ; ; .

.

Размеры НВ: 10, 20, 50 мкм.

Скорость подъема частицы глинозема размером 10 мкм

Таким же образом рассчитываем скорость всплывания частиц размером 20 и 50 мкм. Они равны 46,2·10^-5 и 288,9·10^-5 м/с.

Рассчитаем скорость всплывания силикатных включений размером 10 мкм:

Размером 20 мкм:

Размером 50 мкм:

Вывод: скорость подъема НВ зависит от размера частицы, т.е. при увеличении размера повышается скорость поднятия на поверхность. В условиях перемешивания металла, всплывание НВ на поверхность осуществляется главным образом конвективными потерями.

6.5 Расчет процесса десульфурации стали

Для расчета коэффициента распределения серы L_S в зависимости от температуры, основности шлака и активности кислорода в металле используем следующее уравнение:

(30)

где Т – температура металла, К;

CaO, Al₂O₃, SiO_2, MgO – концентрация оксидов в шлаке, % масс;

a₀ – активность кислорода, растворенного в металле, % масс;

f_S – коэффициент активности серы, растворенной в металле.

Значение lgf_S можно определить по уравнению:

(31)

Рассмотрим влияние температуры на L_S при заданном составе шлака, %:

CaO-55, Al₂O₃-35, SiO₂, MgO-5. Принимаем f_S=1,3 и lgf_S=0,12. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше основной футеровкой, , содержание алюминия 0,009% и равновесная активность кислорода равна 0,0007%.

Температуру металла принимаем Т₁=1600⁰С (1873 К) и Т₂=1650⁰С (1923 К).

Рассчитываем значения и :

Обработка стали синтетическим шлаком и ТШС:

В сталеплавильных агрегатах степень десульфурации обычно небольшая (15…20%) и поэтому процесс десульфурации проводят по ходу внепечной обработки стали, создавая специальные условия, а именно обрабатывая металл шлаками с высокой активностью СаО и низким содержанием FeO.

Основным направлением борьбы с серой в сталеплавильных процессах остается перевод ее из металла в шлак в соответствие с реакцией:

(32)

Синтетический шлак имеет строго определенный химический состав: 55% СаО, 48% Al₂O₃, не выше 6% SiO₂ и 1,5 FeO, температура плавления шлака Т_пл=1410…1450⁰С. При обработке стали шлак находится в жидком состоянии, расход его составляет около 30…40 кг/т стали, твердо шлаковые смеси (ТШС) присаживают на струю стали в твердом состоянии в количестве 10…15 кг/т, добиваясь расплавления их непосредственно в процессе обработки расплава.

Рассчитаем значения L_S и η_S при обработке стали в сталеразливочном ковше синтетическим шлаком состава, %: CaO-55,Al₂O₃-35, SiO₂-5, MgO-5, FeO-1. Расход синтетического шлака 40 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а₀=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al₂O₃-5, SiO₂-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=1600⁰С.

Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 20.

Таблица 20 - Состав рафинировочного шлака

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%)	40 5,0 2,0	22,0 2,25 -	14,0 0,25 0,60	2,00 0,75 1,00	2,00 - -	- 1,25 -
Итого	47,0	24,25	14,85	3,75	2,0	1,25
Состав конечного рафинировочного шлака, %	100	52	32	8	5	3

(33)

Значение можно определить по уравнению:

(34)

Кратность шлака равна:

λ=m_шл:m_Me, (35)

Степень десульфурации

η_S=λL_S:(1+λL_S) (36)

λ =47:1000=0,047

[S]_K1=[S]_H:(1+λL_S)=0,03:(1+0,047·110,9)=0,005%

Рассчитаем значения L_S и η_S при обработке стали в сталеразливочном ковше трехшлаковой смесью состава, %: CaО-50, Al₂O₃-36, SiO₂-10, MgO-3. Расход ТШС=10 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а₀=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al₂O₃-5, SiO₂-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=1600⁰С.

Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 21.

Таблица 21 - Состав рафинировочного шлака

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%)	10 5,0 2,0	5,0 2,25 -	3,6 0,25 0,60	1,0 0,75 1,00	0,3 - -	- 1,25 -

Продолжение таблицы 21

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Итого	17,0	7,25	4,45	2,75	0,3	1,25
Состав конечного рафинировочного шлака, %	100	44	27	18	3	8

Значение можно определить по уравнению (34).

Кратность шлака определяем по уравнению (35), а степень десульфурации по уравнению (36):

λ =17:1000=0,017

[S]_K2=[S]_H:(1+λL_S)=0,03:(1+0,017·31,9)=0,019%