Характеристика заданной марки стали и выбор сталеплавильного агрегата. Выплавка стали в кислородном конвертере. Материальный и тепловой баланс конвертерной операции. Внепечная обработка стали. Расчет раскисления и дегазации стали при вакуумной обработке.
Аннотация к работе
В свою очередь выбор технологической схемы зависит от производства заданной марки стали и требований, предъявляемых к качеству стали, а также существующего в условиях данного производства технологического оборудования (системы подготовки шихтовых материалов, типов сталеплавильных агрегатов, оборудования для внепечной обработки, наличия установок непрерывной разливки). В качестве задания на курсовую работу студенту предлагается разработать и обосновать технологическую схему производства определенной марки стали в соответствии с ГОСТОМ или ТУ. Отчет о курсовой работе должен содержать следующие разделы: характеристику заданной марки стали, производственную продукцию (лист, сорт, заготовки и т.д.), требования (ГОСТ, ТУ) к свойствам стали; заключение, состоящее из технологической схемы с указанием количества и вида расходуемых материалов, состава и температуры металла на всех этапах производства, а также таблицы, содержащей расходные коэффициенты. Дается характеристика марки стали по степени легирования и назначению.По литературным данным в сталеплавильных шлаках эта величина колеблется в пределах 0,13-0,16 при основности 3 и 0,15-0,18 при основности 3,5 г) Содержание фосфора перед выпуском можно рассчитать через коэффициент его распределения между металлом и шлаком Lp: (7) При оценке содержания фосфора в металле перед выпуском стали принимаем (CAO)шл=45-47% д) Содержание серы перед выпуском оценивается по балансовому уравнению, где в приходной части баланса, помимо серы металлошихты, учитывается сера, попадающая в конвертер с миксерным шлаком: (10) На основании производственных данных Ls в конце продувки принимаем в пределах 3-5, количество миксерного шлака 0,4-0,7% от веса чугуна, содержание серы в миксерном шлаке 0,30-0,45%. Для оценки используют уравнение (11), в котором количество миксерного шлака и содержание в нем серы заменяют на количество шлака, попадающего в конвертер после десульфурации чугуна, и на содержание серы в этом шлаке. При этом соотношении чугун-металлолом в шихте определяется заданием, количество футеровки, перешедшей в шлак, принимается равным 2,0-3,0 кг/т стали, количество загрязнений лома 1% от веса лома, количество миксерного шлака 0,4-0,7%.Содержание фосфора следует уточнить по уравнениям (7)-(9) с учетом количества шлака и его состава (Feобщ, CAO) и выхода жидкой стали.Величину теплового потока в кристаллизаторе Qkp рассчитать по уравнению: Qkp=gуд?S, где gуд - удельный тепловой поток в кристаллизаторе [Вт/м2] рассчитывать по уравнению: gуд=(0,76·V 0,34)?106 [Вт/м2], где V - скорость разливки, м/мин; S - охлаждающая поверхность кристаллизатора, м2. Величину Qkp определить по уравнению (8), значения DT°К и gв - расход воды на охлаждение принять в соответствии с заданным вариантом. Расчет АЗВО провести по уравнению: АЗВО=ехр(4,97 0,333V) ехр(5,36 0,592V-0,210t), где V - скорость разливки, м/мин, t - время нахождения слитка в ЗВО. Далее по уравнению (19) находят среднеинтегральную толщину корочки в данной секции ЗВО по уравнению: (1) где t1 - время входа слитка в данную секцию ЗВО, с t2 - время выхода слитка из данной секции, с. Далее по уравнению: (5) определяют G - расход воды на охлаждение в данной секции (м3/с) по найденным ранее Fop (м2) и GF (м3/м2), приняв Ки=1, т.е 100% степень использования воды для охлаждения заготовки.Вариант заданий для расчета Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Скорость разливки (вытягивания) V, м/мин 1,6 1,5 1,2 2,5 2,8 1,3 1,0 2,6 2,2 1,4 Перепад температуры охлаждающей воды, DT,°С 10 15 20 20 15 20 15 10 20 15Обработка стали с целью десульфурации синтетическим шлаком. Содержание элементов, %* Колво печного Футеровка*** шлака, кг Mn Si Al шлака, кг * При раскислении стали в ковше принять угар элементов для всех вариантов: угар Mn = 15 %, угар Si = 25 %, угар Al = 75 %. Состав ТШС принять постоянным и равным CAO = 50 %, Al2O3 = 35 %, SIO2 = 10 %, MGO = 5 %. * Содержание элементов и их угары принимать по табл.
План
Содержание железа в шлаке определяется через основность шлака, содержание углерода в металле и его температуруСодержание марганца следует определить по уравнению (4) и (6) с учетом уточненных данных.Содержание серы следует уточнить по уравнениям (10)-(11) с учетом количества шлака и выхода жидкой стали.
Введение
Эффективность производства металлопродукции в значительной мере определяется выбором технологической схемы производства стали. В свою очередь выбор технологической схемы зависит от производства заданной марки стали и требований, предъявляемых к качеству стали, а также существующего в условиях данного производства технологического оборудования (системы подготовки шихтовых материалов, типов сталеплавильных агрегатов, оборудования для внепечной обработки, наличия установок непрерывной разливки). Требования к выплавляемой стали регулируются Государственным Стандартом (ГОСТ) и (или) техническими условиями (ТУ), согласованными с заказчиком.
В качестве задания на курсовую работу студенту предлагается разработать и обосновать технологическую схему производства определенной марки стали в соответствии с ГОСТОМ или ТУ. В отдельных случаях могут быть сформулированы дополнительные условия выполнения курсовой работы экономического, технологического и экологического характера.
Отчет о курсовой работе должен содержать следующие разделы: характеристику заданной марки стали, производственную продукцию (лист, сорт, заготовки и т.д.), требования (ГОСТ, ТУ) к свойствам стали;
выбор сталеплавильного агрегата, его характеристика и расчет основных его параметров;
материальный и тепловой баланс выплавки стали в сталеплавильном агрегате;
расчет производительности агрегата;
материальный и тепловой баланс раскисления и легирования стали;
характеристика основного используемого оборудования и описание технологии внепечной обработки стали;
расчеты степени рафинирования стали при внепечной обработке;
расчет температуры металла на основных этапах технологии;
выбор типа машины непрерывного литья заготовок, расчет радиуса металлургической длины, описание технологии разливки и производительности МНЛЗ;
заключение, состоящее из технологической схемы с указанием количества и вида расходуемых материалов, состава и температуры металла на всех этапах производства, а также таблицы, содержащей расходные коэффициенты.
1. Характеристика заданной марки стали выбор сталеплавильного агрегата
Дается характеристика марки стали по степени легирования и назначению. Приводится химический состав и основные требования по служебным свойствам в соответствии с ГОСТОМ. На основании анализа влияния примесей на свойства стали обосновываются требования ТУ. Дается характеристика металлопродукции из стали заданной марки.
В виде таблицы дается сравнительная характеристика основных сталеплавильных агрегатов, их преимущества и недостатки. В таблице необходимо отразить производительность агрегата, расходные коэффициенты, возможности рафинирования соотношения лом-чугун, экологию производства. Основные параметры агрегата рассчитываются на ЭВМ и демонстрируются схемой.
2. Выплавка стали в кислородном конвертере
Выплавка стали в конвертерах производится из жидкого чугуна с добавлением некоторых количеств металлолома при продувке технически чистым кислородом. Нагрев металла осуществляется за счет тепла, выделяющегося при экзотермических процессах окисления железа и его примесей. Целью процесса является получение металла с заданным содержанием углерода и температурой; при этом регламентируется содержание ряда других примесей (серы, фосфора и т.п.). Для получения шлака необходимой основности в шихту вводят известь. Продуктами плавки являются жидкие сталь и шлак, а также выделяющиеся из конвертерной ванны газы.
2.1 Используемые шихтовые материалы и предварительная оценка состава стали перед выпуском
Составляется таблица (табл.1), в которой отражается средний состав шихтовых материалов, количество удаленных примесей, состав металла перед выпуском. Расчет ведется на 100 кг металлической шихты. Средний состав шихты рассчитывается по уравнению:
(1) где - среднее содержание i-го компонента, а также его содержание в чугуне и в ломе, % a - доля лома в металлической части шихты.
Таблица 1. Изменение состава при выплавке стали
Источник С Si Mn S P Cr Ni N и др.
Состав стали по ГОСТУ (ТУ) чугун металлолом средний состав шихты состав стали перед выпуском окислилось примесей окончательный состав стали
Примечание: состав других используемых материалов приведен в приложении.
Важнейшим моментом при составлении таблицы является установление состава металла перед выпуском из конвертера. Предварительная оценка производится следующим образом: а) Содержание углерода оценивается по среднему марочному составу за вычетом углерода, вносимого ферросплавами в предположении, что повышение содержания марганца и хрома на 0,1% при использовании высокоуглеродистых ферросплавов сопровождается увеличением содержания углерода на 0,01%, при использовании среднеуглеродистых - на 0,003%, малоуглеродистых - на 0,001%. При этом принимаем, что содержание хрома перед выпуском составляет - 0,05% б) В условиях кислородной продувки кремний окисляется до следов в) Содержание марганца на выпуске оценивается по окисленности шлака через константу равновесия реакции [Mn] (FEO)=(MNO) Fe:
(2)
и уравнение материального баланса
(3)
Заменяя (MNO) из уравнения (2), получаем
(4) где Gшх, Gm, Gшл - количество металлошихты, жидких металла и шлака перед выпуском из конвертера, кг
[Mn]шх, [Mn]м - содержание марганца в металлошихте и в металле перед выпуском из конвертера, %
(Fe)общ - содержание железа в конечном шлаке
GFEO, GMNO - соответствующие коэффициенты активности в конечном шлак
55, 56, 71 и 72 - соответственно атомный и молекулярный вес Mn, Fe, MNO и FEO
В оценочных расчетах предполагается: томет на выпуске - 1650°С; выход жидкой стали (отношение массы жидкой стали к массе металлошихты) - 0,9; количество шлака - 12% от веса металлошихты.
Список литературы
Кислородные зонды в сталеплавильном производстве. Изд-во «Металлургия», 1989 г. с. 142.
Г. В. Кашакашвили, Н. О. Гвамберия. «Разработка комплексной технологии внепечной обработки стали для бесшовных труб». Труды 3 конгресса сталеплавильщиков, Москва, 1996 г.
С. Г. Мельник, О. В. Носоченко и др. Внепечное рафинирование и модифицирование конвертерной стали. Там же стр.232.
Токовой О. К., Поволоцкий Д. Я. и др. «Повышение степени десульфурации конвертерной стали путем обработки в ковше твердошлаковыми смесями». Сталь № 6, 1996 г. стр. 27 - 30.