Лабораторная работа №4

Исследование процесса обезуглероживания высоколегированных расплавов и управление кислородной продувкой с помощью управляющего вычислительного комплекса УВК-2.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Научить проведению исследования с помощью ЭВМ по определению значений параметров, влияющих на процесс обезуглероживания высоколегированных расплавов.

1.2. Управление процессом плавки в электродуговых сталеплавильных печах (ДСП).

1.3. Приобретение практических навыков использования ЭВМ для исследования и управления технологическим процессом в ДСП.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных периодов плавки высоколегированной стали с использованием в шихте легированных отходов в дуговой электропечи является окислительный период, который осуществляется путем вдувания технически чистого кислорода в жидкий расплав.

Применение газообразного кислорода позволяет быстро повысить температуру металла и при высокой температуре окислять углерод без значительных потерь хрома, содержащегося в шихте.

Изменение интенсивности ( ) подачи газообразного кислорода зависит от скорости окисления углерода. Выбор значений интенсивности подачи кислорода и изменение ее по ходу обезуглероживания должно обеспечить преимущественно окисление углерода при незначительном угаре хрома. Для дальнейшего ведения плавки и получения в металле заданного содержания хрома необходимо иметь информацию о количестве окислившегося во время продувки хрома, или его содержания в конце продувки.

2.1. Термодинамические характеристики обезуглероживания хромсодержащих расплавов

Достижение предельных концентраций углерода при обезуглероживании хромсодержащих расплавов определяется равновесием реагирующих веществ расплава с окислом хрома. Суммарная реакция обезуглероживания (при % С > 9.0%) записывается

следующим образом:

(1)

(2)

F[c] - коэффициент активности углерода, определяемый по параметрам взаимодействия, и который может быть вычислен для любой температуры из соотношения квазирегулярных растворов по уравнению

(3)

- параметр, формально равный температуре, при которой избыточная свободная энергия сплава становится равной нулю. Для расплавов на основе железа и никеля ( =7000)

(4)

- параметры взаимодействия первого порядка (см. таблицу 1).

Таблица 1 Параметры взаимодействия

элемент R	С	Ni	Cr Si	Mn	0	Р
	0,14	0,12	-0,024 0,08	-0,012	0,34	0,051

При обезуглероживании металла в открытой печи = 0,101 МПа (1 атм), зная значение коэффициента активности углерода и задаваясь значениями содержания хрома можно определить равновесное содержание углерода:

(5)

2.2. Кинетика обезуглероживания хромсодержащих расплавов

Наблюдения показывают, что в начальный период процесса обезуглероживания имеют место относительно высокие скорости окисления углерода и незначительные скорости окисления хрома. По мере снижения концентрации углерода скорость обезуглероживания уменьшается, скорость окисления хрома возрастает. При этом наблю­дается и значительный рост температуры металла.

При высоких концентрациях углерода ( [%С] > [% С]кр) процесс обезуглероживания лимитируется диффузией окислителя. Скорость окисления углерода не зависит от концентрации углерода. Обезуглероживание протекает при избытке реагирующего углерода и недостатке кислорода.

При концентрациях углерода, меньших, чем [% С]кр процесс обезуглероживания лимитируется диффузией окислителя. Скорость окисления, получает развитие процесс объемного обезуглероживания, при этом окисление углерода проходит при недостатке углерода в зоне реакции и избытке кислорода. Избыточный кислород расходуется на окисление хрома и железа, что способствует повышению температуры расплава. Скорость окисления углерода зависит от содержания углерода и описывается уравнением:

(6)

S - поверхность реагирования углерода и кислорода;

- константа скорости переноса углерода в металле;

- объем металлической ванны.

С определенными допущениями можно принять, что при стации парных условиях соотношение есть величина постоянная и определяется интенсивностью подачи дутья, влияющего на константу скорости переноса углерода и величину поверхности регулирования.

Следовательно, можно представить, что скорость обезуглероживания при концентрации углерода больше [С]кр является функцией интенсивности подачи кислорода, т.е.

(7)

Скорость обезуглероживания при концентрациях углерода меньше [С]кр является функцией интенсивности подачи кислорода и концентрации углерода, т.е.

(8)