Расчет параметров непрерывной разливки стали
Основные требования к параметрам жидкого металла, нормирование примесей в них, требования к продолжительности затвердевания. Скорость вытягивания заготовки и параметры качания кристаллизатора. Скорость разливки, диаметр каналов сталеразливочных стаканов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2015 |
| Размер файла | 52,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Параметры жидкого металла
металл примесь заготовка кристаллизатор
Действующие стандарты, определяющие требования к химическому составу металла, допускают довольно высокое содержание вредных примесей - серы и фосфора (обычно до 0,040-0,050%). Непрерывная разливка металла с повышенным содержанием вредных примесей сопряжена с рядом трудностей. Так, например, повышенное содержание серы требует снижения скорости разливки. В противном случае НЛЗ оказываются пораженными различными дефектами (чаще всего поверхностными и внутренними трещинами). Кроме того, при разливке такого металла возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прорывами затвердевшей корки.
Обычно верхний предел содержания серы и фосфора в стали, разливаемой на МНЛЗ, устанавливается в интервале от 0,015 до 0,025%. Выбор конкретного значения предельного содержания вредных примесей определяется возможностями технологии выплавки и ковшевой обработки металла в сталеплавильном цехе. С учетом приведенной выше информации необходимо принять предельные значения допустимых содержаний серы и фосфора в металле.
Таблица 1. Химический состав стали 20Х, %
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
|
0.17-0.23 |
0.17-0.37 |
0.5-0.8 |
до 0.3 |
до 0.035 |
до 0.035 |
0.7-1 |
до 0.3 |
Температура разливаемого металла оказывает существенное влияние как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Наилучшие результаты получаются в том случае, когда металл в промежуточном ковше имеет перегрев над температурой ликвидус 20-30 С:
tпр = tликв + (20…30), (1)
где tпр - температура металла в промежуточном, ковше,°С;
tликв - температура ликвидус,°С.
Температуру ликвидус для углеродистой стали рекомендуется определять по формуле:
tликв = 1530 - 80 · [С], (2)
где [С] - среднее содержание углерода в стали, %.
tликв = 1530 - 80 · 0,2=1514 0С
tпр = 1514+25= 1539 0С
При расчете температуры ликвидус легированной стали следует делать поправку на содержание в металле других легирующих. Данные о влиянии некоторых легирующих на температуру плавления стали представлены в таблице 2.
Таблица 2. Снижение температуры ликвидус при введении в сталь 1% элементов [6]
|
Элемент |
Дtликв, ?С |
Элемент |
Дtликв, ?С |
|
|
Углерод |
73 |
Хром |
1 |
|
|
Кислород |
65 |
Молибден |
3 |
|
|
Сера |
30 |
Вольфрам |
1 |
|
|
Кремний |
12 |
Алюминий |
3 |
|
|
Марганец |
3 |
Ванадий |
2 |
|
|
Фосфор |
28 |
Титан |
18 |
|
|
Медь |
7 |
Кобальт |
1,8 |
|
|
Никель |
3,5 |
Снижение температуры ликвидус при введении в сталь легирующих:
tликв = 1514-1=1513 0С
tпр= 1513+25= 1538 0С
2. Продолжительность затвердевания НЛЗ
Главными факторами, определяющими продолжительность затвердевания НЛЗ, являются размеры ее поперечного сечения: толщина а и ширина b. С достаточной точностью продолжительность затвердевания заготовки можно определить по формуле
(3)
где а - толщина заготовки, мм;
фз - продолжительность затвердевания, мин;
Кф - коэффициент формы поперечного сечения заготовки;
k - коэффициент затвердевания, мм/мин1/2.
Численное значение коэффициента формы Кф принимается следующим образом:
Кф = 1, если b/а ? 2;
Кф = 0,5 + 0,25 • b/a, если b/а < 2.
Величину коэффициента затвердевания k рекомендуется принимать в пределах 24…26 мм/мин0,5 для всех марок спокойной стали.
Для слябовой заготовки:
;
принимаем к = 25;
мин.
Для блюмовой заготовки:
принимаем к = 25;
мин
3. Скорость вытягивания заготовки
Рабочая скорость вытягивания при разливке большинства сталей существенно отличается от максимальной, что связано с особенностями кристаллизации этих марок сталей (например, склонность к образованию трещин) и особенностями формирования поверхности слитка. В приложении 4 представлены значения рабочих скоростей вытягивания слитка различных сечений и марок сталей.
В качестве рабочей принимается такая скорость вытягивания, при которой обеспечивается сочетание высокого качества заготовки с достаточно высокой производительностью МНЛЗ. Обычно рабочая скорость вытягивания назначается с учетом многих факторов: марки стали, размеров поперечного сечения отливаемой заготовки, температуры металла в промежуточном ковше, содержания в стали вредных примесей и др. Если температура разливаемого металла и содержание вредных примесей в ней соответствуют требованиям раздела 1, то рабочая скорость вытягивания (линейная скорость разливки) может быть рассчитана по формуле [8]
(12)
где нр - рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин;
kн - коэффициент скорости вытягивания, м2/мин;
а, b, - толщина и ширина заготовки, м.
Слябовая, блюмовая и сортовая заготовка отличаются друг от друга размерами одной из сторон и соотношением ширины к толщине а/b:
для слябовой заготовки размер одной из сторон более 0,6 м, а отношение ширины к толщине заготовки более 2:
для блюмовой заготовки размеры поперечного сечения составляют 0,2-0,6 м, а отношение а/b < 2;
для сортовой заготовки размеры поперечного сечение не превышают 0,2 м.
Значения коэффициента скорости вытягивания kн для слябовых заготовок приведены в таблице 3.
Таблица 3. Значения коэффициента скорости вытягивания kн для слябовой заготовки [8]
|
Марка стали, назначение |
kн |
|
|
1. Углеродистая обыкновенного качества и низкоуглеродистая стабилизированная алюминием для холоднокатаного листа 2. Углеродистая и низколегированная конструкционная; углеродистая и низколегированная для судостроения, мостостроения и трубная 3. Кипящая обыкновенного качества для горячекатаного листа и сталь углеродистая конструкционная кипящая общего назначения и для холоднокатаного листа 4. Легированная и конструкционная 5. Низкоуглеродистая электротехническая динамная и трансформаторная сталь |
0,3 0,24 0,24 0,20 0,18 |
(для слябовой заготовки).
Практика показала, что на используемых в настоящее время слябовых МНЛЗ для обеспечения получения качественной литой заготовки и безаварийной работы, скорость разливки (в случае получения чрезмерно высоких значений) должна ограничиваться предельными значениями, указанными в таблице 4.
Таблица 4. Предельные значения скорости разливки слябовой заготовки
|
Толщина сляба, мм |
нр, м/мин |
|
|
150 |
1,6 |
|
|
200 |
1,6 |
|
|
250 |
1,4 |
|
|
300 |
1,2 |
|
|
Примечание: 1. Для случая реконструкции существующей МНЛЗ необходимо при обосновании линейной скорости разливки учитывать конкретные условия разливки в цехе. 2. При получении расчётом более высоких значений линейной скорости разливки, требуется соответствующее обоснование. |
Значения коэффициента скорости вытягивания kн для блюмовых заготовок (толщиной более 200 мм) приведены в таблице 5.
Значения коэффициента скорости вытягивания kн для сортовых заготовок (толщиной менее 200 мм) находится в пределах 0,2-0,3. Чем более легированная сталь, тем значение коэффициента меньше.
Так как нормативных значений, ограничивающих линейную скорость разливки блюмовых и сортовых заготовок нет, то она принимается равной расчетной.
Таблица 5. Значения коэффициента скорости вытягивания kн для блюмовых заготовок [8]
|
Марка стали, назначение |
kн |
|
|
1. Сталь углеродистая обыкновенного качества 2. Сталь углеродистая и низколегированная конструкционная; для судостроения, котлостроения, мостостроения и трубная 3. Сталь углеродистая конструкционная кипящая 4. Сталь легированная и конструкционная. Сталь высоколегированная и сплавы для электродов 5. Сталь инструментальная углеродистая, легированная и ШХ |
0,14 0,13 0,11 0,11 0,10 |
(для блюмовой заготовки).
Рабочая скорость вытягивания заготовки является базовой для определения диапазона допустимых скоростей вытягивания:
(13)
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой заготовки:
Рабочая скорость вытягивания определяет глубину лунки жидкого металла в кристаллизующейся НЛЗ
(14)
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой:
Для определения максимальной протяженности жидкой фазы машины существует уточненная формула [9]:
(15)
где K - коэффициент, зависящий от отношения ширины заготовки к толщине;
а - толщина наиболее толстой заготовки, отливаемой на машине, м.
Значения коэффициента К приведены в таблице 6.
Таблица 6. Значение коэффициента K для расчета протяженности жидкой фазы
|
Отношение в/а |
Профиль заготовки |
К |
Отношение в/а |
Профиль слитка |
К |
|
|
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 |
блюм блюм блюм блюм блюм блюм блюм блюм блюм блюм сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб |
240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 293 296 299 302 305 308 311 314 317 320 321 322 323 324 326 |
3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 6 и более |
сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб сляб |
327 328 329 330 332 333 333 334 334 335 335 336 336 337 337 337 338 338 338 339 339 339 339 340 340 |
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой заготовки:
Обязательным условием получения плотной осевой зоны НЛЗ является соблюдение соотношения:
(16)
где Lм - металлургическая длина МНЛЗ (расстояние по оси заготовки от уровня жидкого металла в кристаллизаторе до последнего поддерживающего ролика), м.
Поэтому необходима проверка соблюдения условия (16) при разливке с максимальной скоростью вытягивания. Если данное условие не соблюдается, то максимальную скорость вытягивания необходимо соответственно уменьшить.
Проверяем условия:
Для слябовой заготовки: условие выполняется;
Для блюмовой заготовки: условие выполняется.
4. Параметры качания кристаллизатора
Зная максимальную скорость вытягивания слитка, можно определить параметры качания кристаллизатора, к которым относятся амплитуда и частота качания. Необходимость качания кристаллизатора вызвана тем, что в процессе непрерывкой разливки корочка затвердевающего в кристаллизаторе слитка по мере его движения вниз претерпевает усадку и отходит от стенок. Зона плотного контакта корочки со стенками очень мала и находится в верхней части кристаллизатора, вблизи мениска жидкого металла. При определенных условиях в этой зоне происходит прилипание тонкой корочки к стенкам кристаллизатора. Это может привести к разрыву корочки в местах ее отхода от стенок. Если кристаллизатор неподвижен, а слиток вытягивается с постоянной скоростью, тo прилипшая часть корки остается на месте (зависает), а нижняя часть будет двигаться вниз. В результате происходит прорыв - выход жидкого металла из сердцевины слитка. Для предотвращения прорывов необходимо сообщать кристаллизатору возвратно-поступательное движение. Причем скорость опускания кристаллизатора задается несколько большей, чем скорость движения слитка. Допустимое время опережения (фоп), необходимое для сваривания (залечивания) разрывов корочки слитка, должно составляет 0,1-0,3 с. Перемещение кристаллизатора осуществляется в направлении его оси. Необходимое время опережения при разных скоростях вытягивания достигается изменением частоты (х) и амплитуды (д) качания кристаллизатора путем синхронизации со скоростью вытягивания слитка. Произведение оптимальной частоты качания на время опережения называется критерием оптимального опережения (Копт). Для синусоидального закона качания Копт = 0,274, а при трапециальном законе с циклом 3:1 - Копт = 0,71-0,75.
Таким образом, частоту качания кристаллизатора можно определить
по формуле:
(17)
где фоп - допустимое время опережения, с.
Оптимальную амплитуду качания выбирают только для максимальной скорости вытягивания слитка с учетом фоп и принимают ее постоянной для всех скоростей, меньших максимальной:
(18)
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой заготовки:
В зависимости от типа и конструкции МНЛЗ амплитуда качания кристаллизатора составляет 1-50 мм, а частота от 20 до 600 циклов в минуту. Примеры параметров качания кристаллизатора действующих МНЛЗ представлены в приложении 5.
Необходимую частоту качания кристаллизатора можно также определить исходя из рабочей скорости вытягивания по уравнению
(19)
где - рабочая скорость вытягивания, м/мин;
х - частота качания кристаллизатора, мин-1;
kх - коэффициент частоты;
д - амплитуда качания кристаллизатора, м.
Обычно принимают kх = 0,8…1,5 и д = 0,005…0,015 м.
Для слябовой заготовки:
.
Для блюмовой заготовки:
.
5. Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов
Определение рабочей скорости вытягивания заготовки и диапазон допустимых ее значений позволяет рассчитать рабочую скорость разливки и возможный диапазон ее изменения. Зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья) описывается формулой
(20)
где q - скорость разливки, т/мин;
сст - плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения, т/м3;
н - скорость вытягивания заготовки, м/мин.
Плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения вычисляется по формуле:
(21)
где с0 - плотность стали при 0°С, т/м3;
б - коэффициент линейного расширения твердой стали, равный
(1,4-1,5)•10-51/град;
tкЗВО - температура затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения,°С (принимает 950°С).
Плотность стали при 0°С (с0) может быть принята по литературным данным или вычислена приближенно по содержание легирующих элементов:
(22)
где Еi - среднее содержание i-го легирующего элемента, %;
сi - плотность i - го легирующего элемента, т/м3[6].
Рабочая скорость разливки qр и ее предельные значения qмин и qмакс вычисляются по формуле (20) при подстановке в нее соответствующих значений скорости вытягивания заготовки нр, нмин и нмакс.
Для слябовой заготовки (1 ручей):
Для блюмовой заготовки (4 ручья):
Диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах вычисляются из выражения
(23)
где kр - коэффициент скорости разливки, т/(мин·мм2·м0,5);
d - диаметр канала стакана, мм;
h - высота слоя жидкого металла в ковше, м.
Расчет диаметров каналов стаканов и в сталеразливочном, и в промежуточном ковшах ведется на максимальную скорость разливки, причем при расчете диаметра канала стакана сталеразливочного ковша необходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в несколько кристаллизаторов. При расчете диаметра канала для сталеразливочного ковша рекомендуется принимать kр = 1,2·10-3 т/(мин·мм2·м0,5) и h = 0,5…1,0 м, а для промежуточного ковша kр = 1,1·10-3 т/(мин·мм2·м0,5) и h = 0,6…0,8 м.
Расчет диаметра стакана в сталеразливочном ковше:
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой заготовки:
Расчет диаметра канала стакана промежуточного ковша:
Для слябовой заготовки:
Для блюмовой заготовки:
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали на четырехручьевой МНЛЗ криволинейного типа. Параметры жидкого металла для непрерывной разливки. Расчет основных параметров систем охлаждения кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения.
курсовая работа [116,3 K], добавлен 31.05.2010Технологические параметры непрерывной разливки стали. Исследование общей компоновки пятиручьевой машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) радиального типа. Определение скорости разливки металла. Диаметр каналов разливочных стаканов. Режим охлаждения.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.11.2011Определение температуры ликвидус и солидус стали. Скорость непрерывной разливки. Анализ процесса затвердевания заготовки в кристаллизаторе. Выбор формы технологической оси. Производительность, пропускная способность, состав и подготовка МНЛЗ к разливке.
курсовая работа [146,7 K], добавлен 04.03.2009Макроструктура готового сортового проката, полученного из квадратных заготовок непрерывной разливки. Оборудование для разливки стали. Технология разливки стали в изложницы. Сифонная разливка стали, ее скоростной режим. Улучшение качества разливки стали.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 26.05.2015Основные свойства стали и характеристика ее разливки, этапы и особенности. Факторы, влияющие на качество выплавки и критерии его повышения. Характеристика и требования к ковшам для разливки стали. Способы изготовления стальных отливок и их разновидности.
курсовая работа [34,0 K], добавлен 21.10.2009Развитие и современный уровень металлургического производства. Особенности разливки стали, способы изготовления стальных отливок. Разливка стали в изложницы, затвердевание и строение стального слитка. Особенности и недостатки непрерывной разливки стали.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 22.10.2009Преимущества и недостатки современных машин для непрерывной разливки стали. Автоматические и автоматизированные системы управления. Поддержание процесса разливки в автоматическом режиме. Система прогнозирования и предотвращения прорывов твердой корочки.
презентация [1,3 M], добавлен 30.10.2013Исследование классической разливки стали в изложницы на сталеплавильном производстве. Изучение блочных, гильзовых и составных типов кристаллизаторов. Описания устройства для резки слитка на куски, работы секции охлаждения слябов из углеродистой стали.
отчет по практике [2,3 M], добавлен 17.05.2011Конструкция сталеразливочных ковшей. Характеристика устройства для регулирования расхода металла и установок для продувки стали инертным газом. Вакуумирование металла в выносных вакуумных камерах. Продувка жидкого металла порошкообразными материалами.
реферат [987,2 K], добавлен 05.02.2016Кристаллизация стального слитка. Строение механически закупоренных слитков кипящей стали. Преимущества и недостатки использования полуспокойной стали по сравнению с кипящей. Футеровка сталеразливочных ковшей. Влияние скорости разливки на качество стали.
курс лекций [4,7 M], добавлен 30.05.2014
