- •Технико-экономическое обоснование работы
- •Общая часть
- •Характеристика стали шх-15
- •Состав электросталеплавильного цеха ЧерМк
- •3 Влияние вредных примесей на свойства стали шх-15
- •3.1 Влияние кислорода
- •3.2 Влияние водорода
- •3.3 Влияние азота
- •3.4 Влияние фосфора
- •3.5 Влияние серы
- •Технологическая часть
- •Технология производства стали шx-15 в условиях электросталеплавильного цеха ЧерМк оао «Северсталь»
- •4.1.1 Операционная карта на выплавку полупродукта в шахтной печи (ок 105-7-01.00.5)
- •Описание процесса выплавки стали шх-15 на шахтной печи
- •Операционная карта на внепечную обработку
- •4.1.4 Внепечная обработка на упк
- •4.1.5 Внепечная обработка на увс
- •4.2 Расчет материального баланса выплавки стали шх-15
- •5 Специальная часть
- •5.1 Методы внепечной обработки на снижение вредных примесей в стали
- •5.1.1 Продувка металла аргоном
- •5.1.2 Обработка стали шлаком
- •5.1.3 Вакуумирование стали
- •6 Расчетная часть
- •6.1 Расчет растворимости водорода в железе и стали шх15
- •6.2 Расчет растворимости азота в железе и стали шх-15
- •6.3 Расчет количества и состава неметаллических включений
- •6.4 Расчет скорости всплывания неметаллических включений
- •6.5 Расчет процесса десульфурации стали
- •6.6 Расчет десульфурации стали при использовании карбида кальция
- •6.7 Расчет сульфидной емкости шлака и коэффициента распределения серы
- •7 Автоматизация производства
- •7.1 Автоматизация процесса доводки стали в ковше
- •8 Экономика
- •9 Безопасность жизнедеятельности
- •9.1 Общая характеристика безопасности процесса производства стали
- •9.2 Анализ опасных производственных факторов
- •9.3 Анализ вредных производственных факторов
- •9.4 Пожарная безопасность
- •9.5 Электробезопасность
- •9.6 Анализ и оценка возможных чрезвычайных ситуаций
- •Охрана окружающей среды
- •Охрана атмосферы воздуха
- •Охрана водного бассейна
- •Литература
6.4 Расчет скорости всплывания неметаллических включений
Скорость всплывания НВ определяется по формуле Стокса:
(29)
Пример расчета всплывания НВ в виде SiO2.
Исходные данные:
; ; ; .
.
Размеры НВ: 10, 20, 50 мкм.
Скорость подъема частицы глинозема размером 10 мкм
Таким же образом рассчитываем скорость всплывания частиц размером 20 и 50 мкм. Они равны 46,2·10-5 и 288,9·10-5 м/с.
Рассчитаем скорость всплывания силикатных включений размером 10 мкм:
Размером 20 мкм:
Размером 50 мкм:
Вывод: скорость подъема НВ зависит от размера частицы, т.е. при увеличении размера повышается скорость поднятия на поверхность. В условиях перемешивания металла, всплывание НВ на поверхность осуществляется главным образом конвективными потерями.
6.5 Расчет процесса десульфурации стали
Для расчета коэффициента распределения серы LS в зависимости от температуры, основности шлака и активности кислорода в металле используем следующее уравнение:
(30)
где Т – температура металла, К;
CaO, Al2O3, SiO2, MgO – концентрация оксидов в шлаке, % масс;
a0 – активность кислорода, растворенного в металле, % масс;
fS – коэффициент активности серы, растворенной в металле.
Значение lgfS можно определить по уравнению:
(31)
Рассмотрим влияние температуры на LS при заданном составе шлака, %:
CaO-55, Al2O3-35, SiO2, MgO-5. Принимаем fS=1,3 и lgfS=0,12. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше основной футеровкой, , содержание алюминия 0,009% и равновесная активность кислорода равна 0,0007%.
Температуру металла принимаем Т1=16000С (1873 К) и Т2=16500С (1923 К).
Рассчитываем значения и :
Обработка стали синтетическим шлаком и ТШС:
В сталеплавильных агрегатах степень десульфурации обычно небольшая (15…20%) и поэтому процесс десульфурации проводят по ходу внепечной обработки стали, создавая специальные условия, а именно обрабатывая металл шлаками с высокой активностью СаО и низким содержанием FeO.
Основным направлением борьбы с серой в сталеплавильных процессах остается перевод ее из металла в шлак в соответствие с реакцией:
(32)
Синтетический шлак имеет строго определенный химический состав: 55% СаО, 48% Al2O3, не выше 6% SiO2 и 1,5 FeO, температура плавления шлака Тпл=1410…14500С. При обработке стали шлак находится в жидком состоянии, расход его составляет около 30…40 кг/т стали, твердо шлаковые смеси (ТШС) присаживают на струю стали в твердом состоянии в количестве 10…15 кг/т, добиваясь расплавления их непосредственно в процессе обработки расплава.
Рассчитаем значения LS и ηS при обработке стали в сталеразливочном ковше синтетическим шлаком состава, %: CaO-55,Al2O3-35, SiO2-5, MgO-5, FeO-1. Расход синтетического шлака 40 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а0=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al2O3-5, SiO2-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=16000С.
Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 20.
Таблица 20 - Состав рафинировочного шлака
Материал |
Количество, кг |
Состав шлака, кг |
||||
CaO |
Al2O3 |
SiO2 |
MgO |
MnO |
||
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%) |
40 5,0 2,0 |
22,0 2,25 - |
14,0 0,25 0,60 |
2,00 0,75 1,00 |
2,00 - - |
- 1,25 - |
Итого |
47,0 |
24,25 |
14,85 |
3,75 |
2,0 |
1,25 |
Состав конечного рафинировочного шлака, % |
100 |
52 |
32 |
8 |
5 |
3 |
(33)
Значение можно определить по уравнению:
(34)
Кратность шлака равна:
λ=mшл:mMe, (35)
Степень десульфурации
ηS=λLS:(1+λLS) (36)
λ =47:1000=0,047
[S]K1=[S]H:(1+λLS)=0,03:(1+0,047·110,9)=0,005%
Рассчитаем значения LS и ηS при обработке стали в сталеразливочном ковше трехшлаковой смесью состава, %: CaО-50, Al2O3-36, SiO2-10, MgO-3. Расход ТШС=10 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а0=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al2O3-5, SiO2-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=16000С.
Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 21.
Таблица 21 - Состав рафинировочного шлака
Материал |
Количество, кг |
Состав шлака, кг |
||||
CaO |
Al2O3 |
SiO2 |
MgO |
MnO |
||
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%) |
10 5,0 2,0 |
5,0 2,25 - |
3,6 0,25 0,60 |
1,0 0,75 1,00 |
0,3 - - |
- 1,25 - |
Продолжение таблицы 21
Материал |
Количество, кг |
Состав шлака, кг |
||||
CaO |
Al2O3 |
SiO2 |
MgO |
MnO |
||
Итого |
17,0 |
7,25 |
4,45 |
2,75 |
0,3 |
1,25 |
Состав конечного рафинировочного шлака, % |
100 |
44 |
27 |
18 |
3 |
8 |
Значение можно определить по уравнению (34).
Кратность шлака определяем по уравнению (35), а степень десульфурации по уравнению (36):
λ =17:1000=0,017
[S]K2=[S]H:(1+λLS)=0,03:(1+0,017·31,9)=0,019%