Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

«Разработка технологии выплавки, внепечной обработки и разливки заданной марки стали»

1. Характеристика заданной марки стали и выбор сталеплавильного агрегата

1.1 Назначение и свойства стали 30

Сталь 30.

Общие сведения

Заменитель
стали: 25, 35
Вид поставки
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-70. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 2284-79, ГОСТ 10234-77. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-81. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.
Назначение
Тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.25
Сера (S), не более	0.04

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания,°C	s 0,2, МПа	s B, МПа	d 5, %	y, %	KCU, Дж/м 2
Состояние поставки
20	320	530	25	52	62
300	205	580	21	51	70
500	145	350	24	70	43
600	78	195	35	83	74
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, деформированный. Скорость деформирования 10 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с.
800		98	49	98
900		77	53	100
1000		48	56	100
1100		30	58	100
1200		21	64	100

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	s 0,2, МПа	s B, МПа	d 5, %	d 4, %	y, %	HB
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	290	490	21		50
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки			560	7		35
Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска			440	17		45
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: после отжига или отпуска			<570			45	179

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	s 0,2, МПа	s B, МПа	d 5, %	d 4, %	y, %	HB
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: после сфероидизирующего отжига			<520			45	179
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: нагартованная без термообработки			560	7		40	229
Листы отожженные или высокоотпущенные	80		430	24
Полосы нормализованные или горячекатаные	6-25	295	490	21		50
Лист горячекатаный	<2		440-590		19
Лист горячекатаный	2-3,9		440-590		20
Лист холоднокатаный	<2		440-590		20
Лист холоднокатаный	2-3,9		440-590		21
Лист термообработанный 1-2-й категории	4-14		430-590	24			149
Лента холоднокатаная отожженная	0,1-4		400-650		16
Лента холоднокатаная нагартованная класс прочности Н1	0,1-4		650-850
Лента отожженная плющенная	0,1-4		<600	15

Механические свойства поковок

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	s 0,2, МПа	s B, МПа	d 5, %	y, %	KCU, Дж/м 2	HB
Нормализация
КП 175	300-500	175	350	22	45	54	101-143
КП 175	500-800	175	350	20	40	49	101-143
КП 195	100-300	195	390	23	50	54	111-156
КП 195	300-500	195	390	20	45	49	111-156
КП 195	500-800	195	390	18	38	44	111-156
КП 215	100-300	215	430	20	48	49	123-167
КП 215	300-500	215	430	18	40	44	123-167
КП 215	500-800	215	430	16	35	39	123-167
КП 245	<100	245	470	22	48	49	143-179
КП 245	100-300	245	470	19	42	39	143-179
КП 245	300-500	245	470	17	35	34	143-179

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска,°С	s 0,2, МПа	s B, МПа	d 5, %	y, %	KCU, Дж/м 2	HB
Прокат. Закалка 860°С, вода. Образцы диаметром 60 мм.
400	420-490	560-680	16-24	53-64	90-190	153-189
500	390-440	540-630	18-27	61-68	120-210	150-175
600	350-390	490-570	21-28	66-72	150-230	138-158

Технологические свойства

Температура ковки
Начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость
Ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием
В горячекатаном состоянии при НВ 143 и s B = 460 Мпа, K u тв. спл. = 1,7.
Склонность к отпускной способности
Не склонна.
Флокеночувствительность
Не чувствительна.

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	730
Ac3	820
Ar3	796
Ar1	680
Mn	380

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см 2

Состояние поставки, термообработка	+20	-40	-60
Заготовки диаметром 60 мм. Закалка 860 С в воду. Отпуск 400 С.	72	45	42

Предел выносливости

s -1, МПа	s B, МПа	Термообработка, состояние стали
255	530	Закалка 830 С в масло. Отпуск 640 С.
206	495	Нормализация 875 С, воздух.

Прокаливаемость

Закалка 900 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	3	4.5	6	7.5
45,5	42,5	35	24	20,5

Термообработка	Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в воде, мм	Крит.диам. в масле, мм
Закалка	50	18	9

Физические свойства

Температура испытания,°С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	200	196	191	185			164
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	78	77	76	73	69	66	59
Плотность, pn, кг/смі	7850
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)	52	51	49	46	43	39	36	32

Температура испытания,°С	20 - 100	20 - 200	20 - 300	20 - 400	20 - 500	20 - 600	20 - 700	20 - 800	20 - 900	20 - 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	12.1	12.9	13.6	14.2	14.7	15.0	15.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С))	470	483	546	563	764

Выплавка стали в кислородном конвертере

Плавку начинают с загрузки в конвертер лом. Затем из заливочного ковша с помощью мостового крана через горловину наклоненного конвертера заливают жидкий чугун. Затем конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение. В полость конвертера вводят фурму, включая подачу кислорода. Затем загружают первую порцию шлакообразующих. В первую порцию входит 1/3 - 2/3 шлакообразующих, оставшееся количество вводят несколькими порциями в течение первой трети длительности продувки.

Интенсивность подачи кислорода в зависимости от конструкции фурмы и принятой технологии находится в пределах от 2.5 до 5-7 .

За счет вводимого кислорода окисляется избыточный углерод, а также кремний, марганец и небольшое количество железа. Выделяющееся при реакциях окисления тепло обеспечивает нагрев металла до требуемой перед выпуском температуры.

Продувка в зависимости от интенсивности подачи кислорода продолжается от 12 до 20 мин. Окончив продувку, отбирают пробу металла. На основании результатов анализа металла и измерения его температуры принимают решение либо о выпуске плавки, либо о проведении корректирующих операций.

После выполнения необходимых операций, конвертер наклоняют, выпуская сталь через летку, и одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки.

Используемые шихтовые материалы и предварительная оценка состава стали перед выпуском

Расчет ведется на 100 кг металлошихты. Средний состав шихты рассчитывается по уравнению:

где - среднее содержание - го компонента, среднее, в чугуне и ломе соответственно, %;

- доля лома в металлической части шихты=0,2

Изменение состава при выплавке стали. Таблица 1.	Содержание примесей, %
Состав чугуна	4.75	0.75	0.65	-	0.3	0.05
Состав лома	0.30	0.25	0.6	0.25	0.035	0.040
Средний состав	3.771	0.64	0.639	0.055	0.242	0.048
Состав стали по ГОСТ	0.30	0.25	0.6	0.25	0.035	0.040
Состав п/в	0.252	-	0.084	-	0.007	0.034
Окислилось примесей	3.49	0.64	0.56	-	0.23	0.014
Оканчательный состав стали	0.259	0.201	0.529	-	0.007	0,033

Состав металла перед выпуском из конвертера:

а) Углерод

[C]_м = [C]_мар. - (([Mn]_мар. - [Mn]_м)/0.1)*ДC_ф/с^FeMn

б) Кремний

_м-следы

в) Марганец

=()=6440-2.95=64401873-2.95=0.488К_М=3.07

_шихших100=_мм100+_шл

Заменяя (), получаем

_{шихшихммшл}71К_м0_общ ,

где _ших, _м, _шл-количество металлошихты, жидких металла и шлака перед выпуском из конвертера, кг;

_ших, _м - содержание марганца в металлошихте и металле перед выпуском из конвертера, %;

()_общ - содержание железа в конечном шлаке;

,-соответствующие коэффициенты активности в конечном шлаке;

55,56,71,72 - соответственно атомный и молекулярный вес , , и .

=1600С

_м=90 кг

_шл=10 кг

В = СаО% О₂%=3.5

Содержание железа в шлаке определяется через основность шлака, содержание углерода в металле и его температуру.

=0.15

)=2180Т=218018730.15=0.17==1.49

100100=90 _м100+1255712.51_м100725614.711.49

=_м=0.081%

С_м=0,27 - (0.5-0.081)/0,1*0,003=0.2845%

г) Фосфор

(Р)_шлР_м=22350Т-16+2.5)_общ+0.08 (СаО)=223501873-16+2.514.63+0.0846=2.53=_р=335,61

(СаО)_шл=46%

_шихР_ших100=_мР_м100+_шлР_шл100=_мР_м100+_шлР_м100_р

Р_м=Р_ших(_м100+_шл100_р)=0.24(90100+10100335.61)=0.0070

д) Сера

_шихших100+_{микс.шл}()_{микс.шл}100=_мм100+_шл()_шл100

=4

_{микс.шл}=0.468 кг ()_{микс.шл}=0.4%

_м=(_ших+_{микс.шл}()_{микс.шл}100)(_м100+_шл100=(0.048+0.468

0.4100)(90100+101004)=0.034

Материальный баланс конвертерной операции

Приходная часть материального баланса включает расход жидкого чугуна, расход металлолома, расход извести, расход технического кислорода, количество перешедшей в шлак футеровки, загрязнений металлолома и внесенного с чугуном миксерного шлака. При этом соотношение чугун - металлолом в шихте определяется заданием, количество футеровки, перешедшей в шлак, принимается равным 2.0 - 3.0% кг/т стали, количество загрязнений лома 1.0 - 2.0% от веса лома, количество миксерного шлака 0.4 - 1%.

2. Определение расхода извести и состава конечного шлака

Общее количество образующегося шлака составляет:

Gшл.=G_{ок.прим}.+G_шл.ок.Fe+G_шл.изв.+G_шл.фут.+G_{шл.микс}.+Gшл.загр.

Количество окислившихся примесей на 100 кг шихты составляет:

G_шл._{ок.прим}.= ^.Si+^.Mn+^. P,

где-соответствующие стехиометрические коэффициенты пересчета окислившихся примесей в количество образующихся оксидов;

Si, Mn, P-количество окислившихся примесей (см. табл. 2.1).

G_шл._{ок.прим=}60/28^.0,64+71/55^.0,56+142/60^.0,23=2,623 кг.

Материал	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	S	CO2
Известь	84,0	3,0	2,8	7,0	0,0	3,1
Миксерный шлак	23,0	48,0	6,0	5,0	0,4	0,0
Футеровка	2,0	1,6	0,3	95,0	0,0	0,0
Загрязнения металлолома	0,0	65,0	35,0	0,0	0,0	0,0

Количество вводимой извести рассчитаем по формуле:

где - основность шлака.

Одной из важнейших характеристик шлака является его основность, определяемая как отношение концентраций и :

Основность шлака характеризует его способность к рафинированию стали. Для достижения заданной основности в конвертер добавляют известь.

- количество , поступающего в шлак за счет окисления кремния шихты, ;

- количество , поступающего в шлак с загрязнениями металлолома, ;

- количество , поступающего в шлак из миксерного шлака, ;

- количество , содержащегося в извести,

- количество , содержащегося в извести,

Рассчитаем количество , поступающего в шлак:

G_SiO2=G_ш^. [Si]^.2.14/100+ G_изв.^.(%SiO₂)_изв./100+ G_м.шл.^.(%SiO₂)_м.шл./100+ + G_загр.л.^.(%SiO₂)_загр.л./100 = 1,37 + 7,49*3,0/100 + 0,0022*65,0/100 + 0,468*48,0/100 + 0,18*1,6/100 = 1,82

Рассчитаем количество , поступающего в шлак:

G_CaO=G_изв.^.(%CaO)_изв./100+ G_м.шл.^.(%CaO)_м.шл./100+ G_фут.^.(%CaO)_фут./100 =

= 7,49*84,0/100 + 0,468*23,0/100 + 0,18*2,0/100 = 6,40

Принимаем, что 80% железа окисляется до FeO, 20% до Fe₂O_3.

(FeO)=(Fe) общ.^..0,8=14,63^..0,8=14,98%

(Fe2O3)=(Fe) общ.^..0,2=14,63^..0,2=4,18%

Для определения общего количества образующегося шлака и его состава необходимо составить таблицу.

Количество и состав шлака

Источник	Масса
Окисление шихты	2,623	-	1.370	0.716	-	0.537	-	-	-	-
Загрязнения лома	0,002	-	0.001	-	-	-	0.001	-	-	-
Миксерный шлак	0,468	0,108	0.225	-	0.023	-	0.028	-	-	-
Известь	7,492	6.293	0.225	-	0.524	-	0.210	-	-	-
Футеровка	0,180	0.004	0.003	-	0.171	-	0.001	-	-	-
Масса шлака без FeO	10,77	6.405	1.823	0.716	0.719	0.537	0.239	-	-	-
%	100	48,09	13.69	5,376	5.398	4,036	1,796	14.63	14,98	4.184
кг	13,32	6.405	1.823	0.716	0.719	0.537	0.239	1,948	1,995	0.557

Невязка 0,35%

Определение выхода жидкой стали (полупродукта)

В ходе продувки расплава в конвертере, кислородом масса жидкого металла уменьшается в результате:

окисления примесей чугуна и металлолома (углерода, кремния, марганца и фосфора);

окисления железа и перехода его в шлак;

потери железа с пылью в виде ;

загрязнения металлолома;

потери железа в шлак в виде металлических корольков.

=3.3+0.55+0.625+0.054=4.53 кг

;

=2*90/100=1,8 кг;

=2*10/100=0,2 кг;

= 6*13,31/100=0,80 кг;

Выход годного:

G_годн.=90,33/100=0,9033

Уточненный состав стали:

Марганец

0,639100/100=90.33?[Mn]_м/100+13.32?55/71?3.078?[Mn]_м/100?72/56?1.49?14.63

0.639 = 0.9033?[Mn]_м + 8.9297?[Mn]_м

[Mn]_м=0.065

Фосфор

=223501873-16+2.514.63+0.0848,09=2.6931=_р=493.32

[Р]_п/п=0.2417/(90.33/100+13.32/100?493,32)=0.0036

Сера

100?0,048/100+0,468?0,4/100=90.33?[S]_м/100+13.31?[S]_м/100?4

[S]_м=0.031

Определение расхода кислорода

В конвертерном процессе основным источником кислорода для рафинирования расплава является технически чистый кислород (99.5%), вдуваемый в металлическую ванну через фурму. Часть кислорода поступает из окалины металлолома.

Кислород расходуется на окисление примесей шихты, окисление железа, переходящего в шлак, а также на образование плавильной пыли.

Расход газообразного кислорода можно рассчитать из балансового уравнения:

При расчете и не учитываем ввиду их малого содержания.

Количество кислорода, необходимое для окисления примесей, составляет:

где - доля углерода, окисляющегося до (составляет обычно )

Принимаем, тогда:

Количество кислорода, необходимое для образования оксидов железа в шлаке, составляет:

кг

кг

кг

Количество газообразного кислорода равно:

Количество технического кислорода составляет:

;

где - доля кислорода в техническом кислороде;

- коэффициент усвоения кислорода ().

Объем технического кислорода (), требуемого на проведение конвертерного процесса, составляет:

Определение количества отходящих газов

Источником отходящих газов являются продукты окисления углерода, недопал при разложении извести и неусвоенный кислород:

.

При этом:

,

,

где % СО₂ и % Н₂О- их содержание в извести;

,

,

где -коэффициент использования кислорода.

Объем отходящих газов определяют по соотношению: V_i=G_i^.,

где G_i-масса i-го компонента отходящего газа;

M_i-его молекулярный вес.

Количество отходящих газов. Таблица 2.3
Окисление углерода	5,86	0,77	0.03	-
Известь	-	0,09	-	0.16
Продувка	-	-	0.03	-
	7.32	1.51	0.06	0.16
	84.58	11.11	0.44	3.87

Материальный баланс конвертерной плавки

Приход		%	Расход		%
Жидкий чугун	78.00	67,34	Жидкая сталь Шлак	90,33	78,07
Металлолом	22.00	18,99		13,32	11,51
Известь	7.49	6,47	Газы	9.25	7,99
Футеровка	0.18	0,16	Потери металла	2.0	1,73
Кислород	7.68	6,64	Корольки	0.80	0,70
Миксерный шлак	0.46	0,40
Итого	115.83	100	Итого	115.70	100

Невязка 0.1056%

Тепловой баланс конвертерной операции

Приход тепла: а) Физическое тепло чугуна; б) Тепло экзотермических реакций; в) Тепло шлакообразования; г) Тепло миксерного шлака.	Расход тепла: д) Энтальпия стали; е) Энтальпия шлака; ж) Тепло, теряемое с отходящими газами; з) Теплопотери в окружающую среду.

Приход тепла.

а) Физическое тепло чугуна

где - теплоемкость твердого и жидкого чугуна (соответственно 0.746 и 0.838 )

- теплота плавления чугуна, равная 218 ;

- температуры плавления чугуна и фактическая температура чугуна перед заливкой в конвертер, ;

- масса чугуна, ;

- пересчет в .

б) Химическое тепло окисления примесей и железа.

Окисление углерода

где и - тепло, выделяющееся при окислении углерода до и (соответственно 10,47 и 34,09 );

- доля углерода, окислившегося до ;

- количество окислившегося углерода, %;

- вес металлошихты, ;

Окисление кремния

где - теплота окисления кремния, 31.1

Окисление марганца

где - теплота окисления марганца, 7.36

Окисление фосфора

где - теплота окисления фосфора, 25

Окисление железа



где - тепло, выделяющееся при окислении железа до и (соответственно 4.82 и 7.37 );

- доля железа, окислившегося до

Суммарное тепло окисления примесей: 84.98 МДж

в) Тепло шлакообразования

Для реакции

где - теплота образования , 2.04 ;

- содержание в шлаке, %

Для реакции

где - теплота образования , 4.7 ;

- содержание в шлаке, %

г) Тепло миксерного шлака



где - теплоемкость миксерного шлака, 1.2;

- температура, ;

- количество миксерного шлака, ;

- теплота миксерного шлака, 208

Расход тепла.

а) Теплосодержание стали (полупродукта)

где - теплоемкость твердой и жидкой стали (соответственно 0.7 и 0.838 );

- температура плавления стали, и температура стали на выпуске из конвертера;

- теплота плавления стали, 242 ;

- масса стали, ;

- пересчет в

б) Теплосодержание шлака

где - теплоемкость шлака, 1.25 );

- температура шлака, равная (), ;

- теплота плавления шлака, 209.5 ;

- масса шлака и масса корольков, .

=31.36 МДж

в) Тепло, теряемое с отходящими газами.

где - соответственно количество () и теплоемкость () каждого из составляющих отходящих газов: ; ; ;

; ;

- температура отходящих газов, принимается, как среднее между температурой чугуна и температурой стали на выпуске из конвертера,

г) Потери тепла за счет теплоизлучения через горловину конвертера и теплопроводность футеровки принимаются равными 3-4% от прихода тепла.

Q_пот.=3?Q_прих./100=5.46 МДж

Тепловой баланс конвертерной плавки

Приход		%		Расход		%
Физическое тепло чугуна	90.10	49.47		Энтальпия стали	124.10	68.02
Тепло экзотермических реакций	84.97	46.66		Энтальпия шлака	31.36	17.19
Тепло шлакообразования	6.25	3.43		Тепло отходящих газов	21.51	11.79
Тепло миксерного шлака	0.80	0.44		Тепло потерь	5.46	2.99
Итого	182.12	100		Итого	182.43	100

Невязка 0.17%

3. Производительность конвертера

Производительность конвертера P (т жидкой стали/год) рассчитывается по формуле:

,

сталь кислородный конвертер известь

где - вместимость конвертера, т;

- продолжительность цикла плавки, мин;

1440 - количество минут в сутках;

- длительность ремонтов в сутках.

Продолжительность цикла плавки складывается из операций, длительность которых приведена ниже (мин.)

Емкость конвертеров, т	50	160	200	300	400
Завалка скрапа	3	3	3	3	3
Завалка чугуна	3	3	3	3	3
Продувка с интенсивностью 3,5 мин/т•мин	16	16	16	16	16
Отбор проб, замеры t, ожидание анализа	4	4	4	4	4
Слив металла	2	4	5	6	7
Слив шлака	2	2	2	2	3
Подготовка конвертера	3	3	3	3	3
Неучтенные задержки	3	3	3	3	3
Итого цикл плавки	36	38	39	40	42

Простои конвертера (сутки) можно определить из выражения:



где - стойкость футеровки конвертера, число плавок;

- длительность одного ремонта, сутки.

Общая продолжительность ремонта рабочего слоя футеровки складывается из длительности следующих операций:

Емкость конвертеров, т	50	180	200	300	400
Подготовка к ремонту и охлаждению футеровки, ч	5	8	10	15	20
Ломка изношенной футеровки, ч	9	15	19	28	38
Кладка новой футеровки, ч	35	43	46	53	66
Разогрев, ч	6	6	6	6	6
Общая продолжительность ремонта, ч	55	72	81	102	130

Стойкость футеровки на современных конвертерах составляет 600-2000 плавок.

4. Внепечная обработка стали

Современная внепечная обработка позволяет решать целый ряд задач, а именно:

достижение низких и ультранизких концентраций примесей (углерода, серы, фосфора, кислорода, азота, водорода и неметаллических включений);

раскисление и легирование стали;

усреднение металла в ковше по составу и температуре

Выбор технологической схемы и оборудования для внепечной обработки

Технологическая схема внепечной обработки должна включать:

раскисление и при необходимости вакуумирование стали;

продувку металла в ковше нейтральным газом;

установку печь-ковш в технологической цепочке конвертер - МНРЗ;

контроль процесса - отбор и анализ проб металла и шлака, изменение температура металла.

Расчет легирования стали

В качестве раскислителей используют, главным образом, ферросилиций,

ферромарганец, силикомарганец и алюминий. Расчет ведется на 100 кг жидкой стали.

Количество вводимых легирующих рассчитывается по уравнению:

где - содержание легирующего компонента в стали,

конечное, на выпуске и в ферросплаве, %масс;

- коэффициент усвоения компонента, доли ед;

- вес жидкой стали, кг.

Содержанием других компонентов в ферросплавах и их влиянием на химический состав п/п пренебрегали

	C	Si	Mn	Cr	P	S
Состав стали по ГОСТ	0,30	0,25	0,6	0.25	<0,035	<0,04
Состав п/в	0,285	-	0,084	-	0,007	0,034
Необходимо внести	0,015	0,25	0.516	-	-	-

Ферромарганец подаются в ковш при выпуске металла, ферросилиций подаётся при обработке металла на установке печь-ковш.

Марки ферросплавов, необходимые для легирования стали 30

Марка ферросплава	Состав ферросплава по ГОСТу, %	Степень усвоения
	С	Si	P	S	Легирующий элемент
ФМн90	0,18	1,05	0,06	0,03	90	0,85
ФС92	0,0	92	0,03	0,03	92	0,75

кг стали

кг /100 кг стали

Корректировка содержания С и Р:

сткон= ствып+ стфс

стфс=фс фс/100

С стFe-Mn=0.6750,18/100=0.0012%

Р стFe-Mn=0.6750.06/100=0.0004%

[P] стFe-Si=0.3620.03/100=0.00011%

[C] стфс=0.285 + 0.0012=0.2862%

[P] стфс=0.007 + 0.0004 + 0.00011=0.0075%

Расчет расхода и времени продувки стали аргоном

Перемешивание в ковше необходимо для усреднения состава и температуры металла. С целью перемешивания нейтральный газ (аргон или азот) подают сверху или снизу. Время полного перемешивания можно оценить по уравнению:

Для нахождения времени полного перемешивания необходимо определить удельную мощность перемешивания :

,

где - расход газа, ;

- температура металла, ;

- масса стали, ;

- плотность металла, ;

- гравитационное ускорение, ;

- глубина погружения фурмы, ;

- давление поступающего газа, .

Для жидкой стали и тогда:

Используем ковш емкостью 50 . Для него расход газа составляет 0.6

Максимально возможный расход аргона составляет:

где - плотность стали, ;

- глубина погружения фурмы, ;

- скорость всплывания пузырей, принимаемая равной 0.3 .

Глубина погружения фурмы составляет 1.5 .

Расчет ведем на 100 жидкой стали, тогда:

Вообще расход аргона составляет:

Получили: расход аргона , время продувки -

Изменение температуры стали в ходе внепечной обработки

Важной задачей является определение оптимальной температуры выпуска металла из конвертера. Исходной точкой при этом является необходимая температура разливки.

а) Потери температуры в ковше.

Сталь выпускается нагретой до 1600 С. Во время выпуска стали из конвертера температура металла изменяется по следующим причинам:

- за счет теплоизлучения струи металла в атмосферу и прогрев футеровки ковша;

- за счет добавки раскислителей;

- за счет добавки легирующих;

- за счет прогрева и плавления теплоизолирующих и десульфурирующих добавок.

Сталь раскисляем Al.10 кг Al повышают температуру металла на 20 С.

0,2 кг Al повысят температуру на 4 С.

В ковш подается FeMn, 10 кг которых уменьшают температуру металла на 20, т.о.

FeMn уменьшает температуру металла на 1,5 С.

Принимаем, что за счет теплоизлучения и прогрева футеровки температура стали падает на 15 С.

б) Потери температуры при продувке Ar.

При продувке нейтральным газом температура стали снижается в результате нагрева газа до температуры металла и ускорения теплопередачи от металла к футеровке и в атмосферу за счет интенсификации перемешивания.

За время продувки температура стали падает на 25 С (продувка длится 10 мин., скорость падения температуры составляет 2,5 С/мин).

г) На всех этапах выдержки металла в ковше и его транспортировки температура падает на 1,2 С/мин. За время транспортировки температура падает на 18 С

д) FeSi подаются в печь-ковш.

10 кг FeSi увеличивают температуру стали на 16 С, тогда присадка FeSi увеличивает температуру на 0,6 С.

Необходимым условием разливки стали является ее перегрев на 10 С выше температуры плавления, т.е.:

С.

Общие потери температуры до разливки составляют 67 С.

Тогда температура стали перед разливкой будет равна 1600-67=1533 С.

Изменение температуры стали в процессе выпуска и внепечной обработки

Теплофизические основы работы МНЛЗ

Разливка стали и ее затвердевание являются завершающими этапами металлургического производства и в значительной степени определяют качество готовой продукции. В последние десятилетия произошло существенное изменение в технологии разливки - переход от традиционной разливки в слитки к непрерывной разливке стали.

В настоящее время в большинстве промышленно развитых стран - США, Японии, Германии, Италии и др. - основное количество металла разливается на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ); адекватное название - установка непрерывной разливки стали (УНРС).

При этом исключается целый ряд стадий традиционного металлургического производства - разливка металла в изложницы, затвердевание слитков, их стриппирование, нагрев в специальных устройствах - колодцах, предварительное обжатие на обжимных станах.

Основными преимуществами разливки стали на МНЛЗ в сравнении со слитковой разливкой являются:

- снижение капитальных затрат примерно на 30%,

- увеличение выхода годного на 10-15% за счет уменьшения головной и донной обрези,

- увеличение производительности труда на 15-20% за счет механизации и автоматизации процесса разливки,

- улучшение качества металла за счет повышения степени однородности заготовок и качества поверхности.

На основании многолетнего опыта эксплуатации МНЛЗ определены основные условия устойчивости технологического процесса непрерывной разливки:

- равномерное по сечению распределение металла при вводе в кристаллизатор,

- разливка в оптимальном температурном интервале,

- обеспечение симметричности формирования структуры заготовок,

- обеспечение окончательного затвердевания в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) при температуре поверхности заготовки не ниже 800 ^оС,

- синхронизация массовой скорости подачи металла в кристаллизатор и вытягивания заготовки.

Машина непрерывного литья заготовок - МНЛЗ представляет собой сложный технологический агрегат, одной из основных задач которого является ускоренный, но находящийся в оптимальных пределах отвод тепла от кристаллизующейся заготовки.

Оптимизация тепловой работы МНЛЗ состоит в выборе оптимальных значений теплоотвода в двух основных зонах кристаллизации слитка - в зоне первичного охлаждения (кристаллизаторе) и в зоне вторичного охлаждения (ЗВО), что существенным образом определяет производительность машины и качество металла - внутренней его структуры (различные кристаллические зоны, осевая пористость), и состояния поверхности заготовки.

Основными регулируемыми параметрами технологического процесса непрерывной разливки стали является скорость разливки (V) и интенсивность охлаждения слитка (g). Повышение интенсивности охлаждения заготовки способствует увеличению скорости разливки, но увеличивается возможность появления трещин из-за возрастания термических напряжений. С ростом скорости разливки уменьшается толщина корочки и возрастает величина L_ж - глубина жидкой фазы внутри заготовки, что также представляет большую опасность из-за возможности разрыва корочки. Одной из основных проблем, связанных с качеством непрерывно-литых заготовок является появление различного рода трещин. Основной причиной появления трещин в заготовках, отливаемых на МНЛЗ являются различные растягивающие напряжения, превышающие предел прочности металла при высоких температурах.

Существует несколько принципов классификации конструкций МНЛЗ:

- по направлению технологической оси машины

- по назначению и сортаменту отливаемых заготовок и емкости сталеразливочных ковшей

- по числу ручьев в машине и их расположению.

По первому принципу - расположению технологической оси МНЛЗ делятся на несколько схем (рис. 1)

- вертикальные с резкой заготовок в вертикальном положении,

- вертикальные с изгибом заготовки,

- радиальные установки с постоянным радиусом изгиба заготовки,

- криволинейные с переменным радиусом изгиба заготовки,

- горизонтальные установки.

Наиболее перспективными в настоящее время для отливки металла обычного сортамента являются криволинейные МНЛЗ благодаря следующим преимуществам:

- высота криволинейной установки в 3-4 раза ниже в сравнении с вертикальной,

- капитальные затраты на их строительство значительно снижаются по сравнению с вертикальными,

- практически неограниченная длина зоны вторичного охлаждения, что позволяет примерно на 25% увеличить скорость разливки без увеличения высоты установки,

- все оборудование доступно грузоподъемным средствам и удобно для обслуживания,

- возможность конструктивного совмещения МНЛЗ с прокатным станом в единый технологический комплекс,

- снижение массы технологического оборудования,

- возможность получения неограниченных по длине заготовок, что особенно важно для повышения производительности современных прокатных станов.

Основные недостатки этого типа МНЛЗ являются:

- необходимость разгибания слитков, отсюда опасность разливки сталей, склонных к трещинообразованию - углеродистых и легированных,

- возможность размывания корочки слитка по наружному радиусу и ассимметричность затвердевания и смещение ликвации в сторону малого радиус

Рис. 1. Типы МНЛЗ

Данные для расчета параметров МНЛЗ

Высота кристаллизатора, L, мм	1000
Толщина слитка a, мм	300
Ширина слитка b, мм	400
Скорость разливки (вытягивания) V, м/мин	0.8
Перепад температуры охлаждающей воды, ?T,°С	10
Расход воды в кристаллизаторе, gВ, мі/час	300
Коэффициент кристаллизации, k, см/мин0,5	2,5
Температура поверхности слитка, Тпов, ?С	1100
Температура окружающей среды, Твоз, ?С	25
Число точек правки, i	1
Относительная толщина закристаллизовавшейся корки, C, (0,4-0,65)	0,45
Количество плавок в серии, n, (10-15 слябовая, 4-10 сортовая)	10
Пауза межу сериями (60-80) мин	60
Количество ручьев N, (2,4,6,8) - сортовые, (2) - блюмовые.	6
Фонд рабочего времени в сутках, Ф, (290-315 суток)	315
Марка стали	30

Тепловая работа кристаллизатора

Одной из основных задач, рассматриваемых при исследовании теплообмена в зоне кристаллизатора, является определение - толщины твердой корочки на выходе из кристаллизатора, которая должна выдерживать без разрушения воздействие растягивающих напряжений, возникающих из-за действия сил трения, ферростатического давления и изгибающего момента из-за асимметричности приложения действующих сил.

Для упрощенных инженерных расчетов обычно применяют уравнение:

= 22,40 мм.

где L-расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до сечения на выходе из кристаллизатора, м;

V - скорость вытягивания заготовки, м/мин;

k=2, 3…3, 2 см/мин^0,5.

Более точно и физически более обоснованно толщина корочки на выходе из кристаллизатора может быть определена по количеству отводимого тепла в кристаллизаторе:



где Q_кр - удельная плотность теплового потока в кристаллизаторе Вт=Дж/с (задаемся по экспериментальным данным);

_Т-плотность стали, равная 7000 кг/мі;

P_К - периметр сечения заготовки, м;

g_СКР - удельная скрытая теплота затвердевания и охлаждения до T_ПСкДж/кг;

V - скорость разливки, м/с.

Величину теплового потока в кристаллизаторе Q_кр рассчитываем по уравнению:

= 1,32Вт.

где q_уд - удельный тепловой поток в кристаллизаторе Вт/мІ

Удельный тепловой поток в кристаллизаторе рассчитывается по уравнению:

= 0.9510⁶ Вт/мІ.

Суммарная теплота затвердевания:

= 444,375кДж/кг

где g_пл - скрытая теплота плавления =270 кДж/кг;

С_тв - удельная теплоемкость твердой стали=0,75 кДж/кг^оС;

Т_пс - средняя температура поверхности заготовки на выходе из кристаллизатора, ^оС (задаемся=1100 ⁰С);

Охлаждающая поверхность теплоотвода в кристаллизаторе рассчитывается по уравнению:

=

где L - высота кристаллизатора, мм;

а - ширина слитка, мм;

в-толщина слитка, мм.

Периметр сечения заготовки рассчитывается по уравнению:

= 1,40 м.

И следовательно толщина корочки на выходе из кристаллизатора равна:

= 22,9 мм.

Наконец, существует третий, более совершенный вариант расчета - толщины корочки на выходе из кристаллизатора по экспериментально определенному количеству тепла, отведенному водой, т.е. по перепаду температуры охлаждающей воды на выходе и входе в кристаллизатор и расходу воды на охлаждение.

При этом суммарный тепловой поток, отбираемый охлаждающей водой, рассчитывается по уравнению:

= 3,4650 МВт.

где Q_кр - удельная плотность теплового потока в кристаллизаторе Вт=Дж/с;

_В-плотность воды, принимаемая равной 990 кг/мі;

С_В - теплоемкость воды, равная 4200 Дж/кг^оК;

Т_В - перепад температуры воды, изменяется в пределах 10-30 ^оС;

g_В - расход воды на охлаждение, принимается по практическим данным, изменяющимся от 300 до 500 мі/час (для крупных кристаллизаторов).

И следовательно толщина корочки на выходе из кристаллизатора равна:

= 59,7 мм.

Расчет базового радиуса радиальных МНЛЗ

Определение величины базового радиуса радиальной установки с разгибом в одной точке проводится по уравнению:

= 12,579 м.

где в-толщина заготовки, м;

V - скорость вытягивания заготовки, м/мин;

К - коэффициент затвердевания, (24 - 26 мм/мин ^0,5 - для слябов, 28-30 мм/мин ^0,5 - блюмсы, сорт, круглые);

_Д - величина допустимой деформации металла в интервале хрупкости;

- коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО (0,7-0,85)

Величины _Д изменяются в зависимости от типа стали

Тип стали	Д
Низкоуглеродистая сталь	(0,5-0,8)10-2
Среднеуглеродистая сталь	(0,3-0,5)10-2
Высокоуглеродистая и высоколегированная сталь	(0,15-0,30)10-2

Полное затвердевание заготовки составит:

=36,00 мин.

Необходимая минимальная металлургическая длина заготовки при скорости вытягивания V составит:

= 28,80 м.

При базовом радиусе МНЛЗ R₀ участок затвердевания до выхода на горизонтальный участок составит:

= 19,75 м.

Следовательно принимаем R'₀= 18,34 м, при котором L_КОНСТР =29,83 м и соблюдается условие L_КОНСТР L_Ж.

Расчет изменения радиуса криволинейных МНЛЗ.

Определение изменения радиуса кривизны в точках правки криволинейной МНЛЗ производится по уравнению:

где i - число точек правки (изменение радиуса);

_ТИХ - время нахождения деформируемого металла в температурном интервале хрупкости;

- расстояние между точками правки.

Расстояние от нейтральной оси опасного слоя, в котором может произойти разрыв:

= 0,050625 м.

Величина _ТИХ определяется как:

=5,67 мин.

где _КР - время формирования слитка до начала процесса выпрямления;

L - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до точки правки;

R₀ - базовый радиус кривизны кристаллизатора.

Время формирования слитка до начала процесса выпрямления рассчитывается по формуле:

=7,29 мин.

Определение рациональной длины радиального и криволинейного (с переменной кривизной) участков при условии минимальной и постоянной скорости деформации на внутренних слоях оболочки затвердевшего слитка производится по относительной толщине закристаллизовавшейся корки:

,

по рекомендации ПО «Уралмаш» она должна составлять 0,4С0,65.

При низких значениях С корочка характеризуется небольшой толщиной, высоким температурным градиентом, высокой средней температурой и низкой прочностью. При большом значении С (более позднее распрямление заготовки) отмечается большее ферростатическое давление и большая относительная деформация металла.

Следовательно, толщина закристаллизовавшейся корки слитка к моменту его распрямления.

= 67,50 мм.

Подставим данные в формулу и получим

Радиус кривизны первой точки правки:

R₁=15,563 м.

Радиус кривизны второй точки правки:

R₂=20,402 м.

Радиус кривизны третьей точки правки:

R₃=29,610 м.

Радиус кривизны четвертой точки правки:

R₄=53,965 м.

Расчет основных параметров МНЛЗ.

Важнейшим параметром МНЛЗ является ее производительность, которая определяется сечением разливаемой заготовки, числом ручьев, использованием метода «плавка на плавку», временем подготовки к работе.

1) Расчет производительности одного ручья МНЛЗ:

=42912 кг/час.

где _М - плотность металла, =7450 кг/мі

F - площадь поперечного сечения заготовки, мІ;

V - скорость разливки, м/мин;

П - производительность одного ручья, кг/ч.

2) Продолжительность разливки на МНЛЗ одного ковша определяется уравнением:

=64,73 мин.

где M - масса разливаемого металла, кг;

N - количество ручьев в МНЛЗ;

- плотность стали =7450 кг/мі;

=0,9 - коэффициент потери времени на разливке.

Масса одного погонного метра заготовки, кг:

3) Пропускная способность для заданного профиля заготовки, т/год. (Производительность).

= 1,596 тонн/год.

Где n - количество плавок в серии.;

М - масса ковша, т.;

Ф - фонд рабочего времени, сутки;

Расчет диаметра стаканчика промежуточного ковша

Баланс Ме в кристаллизаторе:

Приход:

Расход:

Условие: V_прих=V_расх

, где

a, b - размеры заготовки;

скорость разливки;

- коэффициент скорости, 0.8;

H_пр.к. - высота промежуточного ковша;

d_пр.к.²=

d_пр.к.=24,62 мм

Размещено на Allbest.ru