Влияние водорода на свойства стали (стр. 7 из 15)

где λ – кратность шлака, λ = 0,029

Степень десульфурации определяется по уравнению:

(22)

Раскисление и легирование стали

Предварительное раскисление металла производят в ковше, непосредственно при выпуске, присадкой алюминия для снятия переокисленности металла и производят науглероживание вдуванием коксовой мелочи под струю. Выпуск металла производится при достижении температуры не ниже 1630ºС. При выпуске металла из печи производится отсечка шлака с помощью скриммерного желоба.

Присадка ферросплавов в ковш во время продувки позволяет достичь большей их экономии за счет более высокой степени усвоения легирующих элементов, достигающей для большинства элементов по многочисленным литературным данным величины более 90%.

При выпуске металла из печи содержание углерода в стали равно 0,04. По содержанию углерода по эмпирической формуле легко найти массовую долю растворенного кислорода в стали [О].

аО = \0,00252 + 0,0032/[С] (23)

где [С] - содержание углерода в металле перед выпуском из печи,

массов. доли, %

аО = [О] (24)

[О] = 0,00252 + 0,0032/0,4 = 0,011%

Раскисление стали алюминием проходит по реакции:

2[Al] + 3[O] = (Al2O3) (25)

K = a2Al · a3 o/aA1203 (26)

a2Al · a3o = K · aA1203 ≈ K’

где aAl и ao – активности алюминия и кислорода в металле;

К – константа равновесия реакции;

aA1203 – активность глинозема в шлаковой фазе.

При преобразовании чистого Al2O3 можно принять aA1203 = 1

Для связывания 0,011% кислорода потребуется алюминия 0,012%.

В процессе выпуска металла основная задача сводится к тому, чтобы раскислить сталь. Поэтому на выпуске вводим чушкового алюминия, с учетом угара 30% в количестве 0,017 кг/100 кг стали или 42,5 кг/плавку.

Для науглероживания будем применять коксик следующего состава:

S – 0,05%, C – 82%

Коксик = 1000 · (0,36 – 0,04)/82 · 0,5 = 7,8 кг/т.

На всю выплавку необходимо 1950 кг. Внесет S = 0,00039%

В процессе внепечной обработки легируем ферромарганцем ФМи75, ферросилицием ФС85, феррохром ФХ800 (химический состав ферросалавов приведен в таблице 15). Ферросилиций, феррохром и ферромарганец присаживаются в ковш во время продувки.

Таблица 15 – Химический состав ферросплавов

Ферросплав	Массовая доля элементов, %
	С	Mn	Si	Cr	S	P	H	N
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ФC 75	0,1	-	65,0	-	0,03	0,05	0,0008	0,001
ФМн 75	7,0	76,0	2,0	-	0,03	0,45	0,0020	0,020
ФХ 800	0,5	2,0	2,0	65	0,05	0,08	0,0005	0,004

Содержание остаточной массовой доли легирующих и примесей в стали перед легированием составляет марганца – 0,088%, кремния – следы, углерода – 0,36%, серы – 0,012%, фосфора – 0,011%, хрома – 0,3%.

Требуемое количество массовых долей элементов в готовой стали: марганца -0,6%, кремния – 0,28%, углерода – 0,36%, серы – 0,015%, фосфора – 0,015%, хром – 0,9%.

Необходимое количество ферросплавов для легирования стали определяем по формуле:

ФСпл = М · ∆ [Эл] / η · с (27)

где ФСпл – количество вводимого ферросплава, кг/т стали;

М – масса металла, кг;

∆ [Эл] - массовая доля элемента, которую необходимо внести, %;

η – степень усвоения ферросплава;

с – содержание элемента в ферросплаве, масс. доли, %

Требуется внести с ферромарганцем 0,592% марганца. Степень усвоения ферромарганца в ковше составляет 95%. Необходимое количество ферромарганца

ФМн 75 = 1000 · 0,592/0,95 · 76 = 8,0 кг/т стали;

ФМн 75 = 8,0 кг/т жидкой стали или 2000 кг. на плавку.

Требуется внести с ферросилицием 0,28% кремния. Степень усвоения ферросилиция в ковше при пульсирующей продувке составляет 92%. Необходимое количество ферросилиция

ФС75 = 1000 · 0,28/0,92 · 80 = 3,9 кг/т стали;

ФС75 = 4,05 кг/т жидкой стали или 1012,5 кг. на плавку.

Требуется внести с феррохромом 0,6% хрома. Степень усвоения феррохрома в ковше при продувке составляет 98%. Необходимое количество феррохрома

ФХ800 = 1000 · 0,6/0,98 · 65 = 9,41 кг/т стали

ФХ800 = 9,41 кг/т жидкой стали или 2352 кг. на плавку.

Количество внесенных элементов с ферросплавами показаны в таблице 16.

Таблица 16 – Количество внесенных элементов с ферросплавами

Ферросплав	Содержание вносимых элементов, массов. доля, %
	С	Сr	Мn	Si	S	P
1	2	3	4	5	6	7
ФМн75	0,0570	-	0,59200	0,016	0,00020	0,0036
ФХ800	0,0090	0,6	-	0,019	0,00050	0,0003
ФС75	0,0008	-	0,0016	0,280	0,00008	0,0002

После легирования сталь будет иметь химический состав, который показан в таблице 17.

Таблица 17 – Химический состав стали после легирования и науглероживания

С	Mn	Si	P	S	Cr
0,42	0,68	0,315	0,015	0,0127	0,9

2.2.8 Изменение температуры в процессе внепечной обработки металла

В процессе производства стали без дополнительного подогрева на технологических стадиях между выпуском металла и разливки на МНЛЗ, температура металла все время уменьшается.

Температуру металла в печи перед выпуском можно найти из соотношения

Твып = ∆Т1 + ∆Т2 + ∆Т3 + ∆Т4 + ∆Т5 (28)

где ∆Т1 – падение температуры стали при выпуске из печи, ºС;

∆Т2 - падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда

продувки, ºС;

∆Т3 - падение температуры стали при продувке в ковше, ºС;

∆Т4 - падение температуры стали при транспортировке стальковша от стенда до

МНЛЗ, ºС;

∆Т5 - заданная температура в промковше, ºС.

Падение температуры при выпуске стали из печи за счет излучения струи металла в атмосферу цеха и нагрев футеровки ковша и ввода ТШС составляет 60ºС.

Падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда и от стенда до МНЛЗ можно принять равным 20ºС.

При продувке и с учетом ввода ферросплавов температура металла падает на 20ºС.

Необходимая температура металла в стальковше перед разливкой

Тс.к = Тлик + Тп.к. + Ткр + 20 (29)

где Тлик – температура ликвидус стали, ºС;

Тп.к – температура стали в промковше, ºС;

Ткр – температура в кристаллизаторе, ºС.

Тлик = 1539 - 79[С] - 12[Si] - 5[Mn] - 25[S] - 30[P] + 2,7[Al] (30)

Тлик = 1539 – 79,0 · 0,17 – 12 · 0,5 – 5 · 1,38 – 25 · 0,04 – 30 · 0,035 + 2,7 · 0,03 =

= 1501ºС

Тс.к = 1501 + 10 + 20 + 20 = 1551ºС

Теперь легко подсчитать, что без принятия мер по дополнительному подогреву, температура стали на выпуске из ДПСА должна составлять

Твып = 60 + 20 + 20 + 1551 = 1650ºС

При необходимости сталь подогревают перед разливкой на МНРС химическим подогревом. Химический нагрев – это нагрев металла тепловым эффектом экзотермических реакций окисления элементов, растворенных в расплаве. Основными такими элементами являются алюминий и кремний. При окислении алюминия температура расплава может повышаться с максимальной скоростью 2-4ºС мин. Недостатками этого метода является значительное загрязнение стали неметаллическими включениями и невысоким коэффициентом полезного действия.

2.2.9 Разработка МНЛЗ

Выбор типа МНЛЗ

Для выпуска тонкого листа выбирается заготовка сечением 50 х 1200 мм. Принимается время разливки равное 90 мин., т.к. оптимальный вариант, когда время разливки равно времени плавки в ДПСА.

Найдем скорость разливки. Она определяется по формуле:

(31)

где ω – скорость разливки, м/мин;

М – масса металла в ковше, кг;

N – количество ручьем;

τ – допустимое время разливки, мин;

ρ – плотность стали, кг/м3;

φ – коэффициент, учитывающий потери времени при разливке.

ω = 210 ·/(1 · 0,05 · 1,2 · 7,65 · 90) = 5,1 м/мин.

Металлургическая длина машины определяется по формуле:

L = 300 · a2 · ω (32)

L = 1,1 · 0,052 · 5,1/(22 · 0,0252) = 5,61 м

Исходя из этого выбираем вертикальную машину с загибом. Управление для оценки допустимого базового радиуса технологической оси МНЛЗ записывается /9/.

(33)

Производительность МНЛЗ.

Производительность МНЛЗ рассчитывается по формуле:

(34)

где Р1 – пропускная способность при отливке заготовки определенного сечения,

т/год;

n – количество плавок в серии при разливке методом плавка на плавку

(принимаем n = 15 плавок);

М – масса металла, т;

Ф – фонд времени работы МНЛЗ, сут;

τ1 – время разливки стали из сталеразливочного ковша, мин;

τ2 – время подготовки машины к приему плавки без изменения размеров слитка,

мин.

Принимаем τ1 = 90 мин, τ2 = 40 мин.

Ф = 365 – (Тк + Тпп + Тт), (35)

где Тк – продолжительность капитального ремонта установки, 10 сут.;

Тпп – продолжительность планово-предупредительных ремонтов, 17 сут.;

Тт – продолжительность текущих ремонтов, 30 сут.

Тогда

Ф = 365 – (10 + 17 + 30) = 308 сут.

Производительность МНЛЗ равна:

3 Специальная часть

3.1 Исследования в условиях сталеплавильного производства

Продувка стали в ковше инертным или нейтральным газом стала обязательным элементом технологии выплавки стали в различных сталеплавильных агрегатах. С помощью этого метода решают достаточно большой круг вопросов, таких, как частичная дегазация, удаление включений, перемешивание, усреднение состава, тонкое регулирование температуры перед непрерывной разливкой и т.д. /13/.