Состояние и перспективы развития внепечной обработки стали в России

   % масс

2.5 Расчет модифицирования  неметаллических  включений

  Ÿ  В качестве модификатора используем силикокальций СК30 (30% Са).

  Ÿ   Способ присадки: порошковая проволока диаметром 10-15 мм, присаживается с помощью трайб аппарата, скорость ввода 70-200 мм/мин.

  Хорошая разливаемость может быть. получена при отношении

  

  В нашем случае содержание алюминия в  металле [А1] = 0,03 %. следовательно, кальция нужно ввести в металл не менее 0,003 %.

  Таким образом, на 130 тонный ковш потребуется  кальция:

   кг/130 т

  Количество  СК30 необходимого для модифицирования 

  Наполнение  проволоки 265-315 г/м, следовательно, на обработку  понадобится   метров проволоки.

 

  2.6 Расчет подогрева  металла  

Расчет  мощности трансформатора и времени нагрева  металла в печь-ковше

  Расчет .мощности трансформатора

  Задаем, что скорость нагрева   =4 ⁰С/мин.; в этом случае при нагреве M_ст = 116,87 т потребуется подведение мощности, равной

  W = 0,53  116,87  4 = 247,76 кВт ч/мин

  Соответственно  необходима установка трансформатора мощностью W  МВА

  Выбираем  трансформатор мощностью 15 МВА

  Расчет  времени нагрева  металла в печь-ковше

  Заданное  значение нагрева металла, которое  необходимо достигнуть при работе печь-ковша:  '

  Количество  тепла, необходимое для нагрева  M_ст = 116,87 т на 66⁰С, составит

    МДж

  Для подведения этого количества тепла  к металлу, находящемуся в печь-ковше потребуется электроэнергии:

  q_.эл =6610,45/3,6=1836,24 кВтч, а с учетом  =0,45 величина q  = 1836,24/0,45 = 4140,53 кВт ч.

  Время, необходимое для нагрева металла  в печь-ковше, ч:

    ч или 16,56 минут

 
 
 
 

2.7 Расчет параметров  продувки стали  в печь-ковше инертным гамм  

Расчет  времени продувки

  На  основании исследования поведения  металла при продувке в различных  агрегатах предложена следующая  зависимость для расчета времени   (с), необходимого для достижения 95 %-ной гомогенизации:

  

  

  где   - функция диссипации (рассеяния) энергии, Вт/т;

    - расход газа, л/с;

    - температура металла, ⁰К;

    - температура окружающей среды, ⁰К;

  М – масса металла, т;

    - плотность металла,7000 кг/м³;

  Н – высота металла в ковше, 2,7 м;

  Р_А - атмосферное давление,101325 Па.

  Принимаем   = 0,5 м³/мин = 30 м³/ч = 8,33 л/с,   =1903 ⁰К,  =293 ⁰К.

    Вт/т.

    с

  Для достижения наиболее полного перемешивания  принимаем время продувки 3 минуты

Расчет  дегазации при  продувке инертным газом

  В процессе продувки пузырьки нейтрального газа экстрагируют из жидкой стали  растворенные в ней газы (водород  и азот) Снижение содержания растворенных газов описывается уравнением Геллера, в упрощенной форме имеющего вид:

  V

  где V – расход нейтрального газа, м³/т( в нашем случае  );

  М_Г - молекулярная масса удаляемого газа (  = 2,   = 28);

  К_Г – константа равновесия газа;

  Р – давление над расплавом, 0,1 МПа.

  При температуре 1903 ⁰К :

    ,   = 0,0027,

    ,   = 0,0249.

  

  Подставляя  к уравнение Геллера значения начальной концентрации в металле  водорода и азота равные   = 0,0004 % и [N]_Н = 0,004% находим содержание в металле водорода и азота после продувки - |Н|_к = 0,00039 %, |N|_К=0,00397 %. 
 

2.8 Расчет вакуумирования

  В данном курсовом проекте для наиболее эффективной дегазации металла  применяем обработку вакуумом в  порционном вакууматоре.

  Для порционной вакуумной обработки  стали, ковш с металлом на сталевозной тележке подают под вакуум-камеру. Патрубок вакуумной камеры погружают в металл; порция металла засасывается в камеру. По одному из патрубков начинают подавать инертный газ, в результате чего металл по нему направляется вверх, в вакуум-камеру, а по-другому – стекает в ковш.

Определение основных параметров вакуумной камеры порционного типа.

  Рабочий объем вакуум-камеры:

  

  где М₁ – порция металла, засасываемого в камеру, 19 т.

  

  Площадь поперечного сечения вакуум-камеры:

  

  где h – высота металла в камере, м.

  Принимаем h=400 мм.

  

  Диаметр камеры:

  

  

  Диаметр патрубка:

  

 

  где t₁ – время полуцикла, 12 с,

  φ = 0,9.

  

  Объем конической части вакуум-камеры:

  

  где α – угол наклона днища камеры, 10^о.

  

  Высота  конической части камеры:

  

  h_k= 0,217 м

  Объем цилиндрической части камеры:

  V_ц = V - V_к

  V_ц= 2,714 – 0,584 = 2,13 м³.

  Высота  цилиндрической части камеры:

  

  

  Уточняем h:

  h = h_ц + h_K = 0,314 + 0,217 = 0,531м

  Уточняем  время полуцикла:

 

  

  где t₁^/ - время, необходимое на подъем и опускание камеры до высоты 0,531м, с,

  t₂^/ - время вытекания металла с установившегося уровня до уровня h_к, с,

  t₃^/ - время вытекания металла из конической части, с.

  

  где ω – скорость подъема (опускания) камеры, 10 м/мин.

  

  

  t₂^/ = 8,02 с.

  

  t₃^/ = 2 с.

  t = 3,186 + 8,02 + 2 = 13,206 с.

Проведение  процесса вакуумирования

  А. Продувка металла  инертным газом (аргоном)

  Найдем  общее количество удаляемого аргона при продувки металла:

  М_Аr = 

  где   - плотность аргона, 1,785 кг/м³ ;

    - удельный расход аргона, 0,0011 м³/т мин;

    - масса металла, 116, 87.

  М_Аr =   = 0,229 кг/мин

  Найдем  количество аргона приведенного к сухому воздуху:

    кг/ мин

  Б. Дегазация металла  по водороду

  Водород из металла удаляется по реакции:

    

  Найдем  общее количество удаляемого водорода:

  

  где  =0,00039 % - начальное содержание водорода в металле;

   =0,0002 % - содержание водорода в  металле после вакуумирования;

    - масса стали в ковше.

  

  Найдем  количество водорода приведенного к  сухому воздуху:

    кг за весь процесс

  Найдем  количество удаляемого водорода за 1 минуту, для этого примем продолжительность  этапа вакуумирования 10 минут:

  

  В. Дегазация металла  по азоту

   Азот из металла удаляется по реакции 2[N] {N₂}

  Найдем  общее количество удаляемого азота:

 

  

  где  =0,00397 % - начальное содержание азота в металле;

   =0,002 % - содержание азота в металле  после вакуумирования;

    - масса стали в ковше.

    кг за весь процесс.

  Найдем  количество азота приведенного к  сухому воздуху за весь процесс:

    кг

  Найдем  количество удаляемого азота за 1 минуту, для этого примем продолжительность  этапа вакуумирования 18 минут:

  

  Г. Дегазация металла  по углероду

   ,

    принимаем равным 0,01, тогда  11,687 кг.

    кг за весь процесс.

  Найдем  количество СО приведенного к сухому воздуху за весь процесс:

    кг

  Найдем  количество удаляемого СО за 1 минуту, для этого примем продолжительность  этапа вакуумирования 10 минут:

  

 

  Найдём  суммарное количество газов удалённых  за период вакуумирования.

    М_Аr +   +   +   = (0,166 + 0,334 + 0,238 + 2,817)60=213,3кг/час

  Расчет  дегазации при вакуумировании доказывает необходимость обработки металла вакуумом, так как дегазация во время продувки инертным газом дает незначительное снижение концентрации азота и водорода в металле.