- •Практическая работа № 1 Обработка стали в ковше синтетическим шлаком
- •Термодинамика процесса рафинирования стали жидким синтетическим шлаком
- •Межфазные свойства расплавов
- •Кинетика процессов рафинирования металла синтетическим шлаком
- •Рафинирование расплавов от примесей
- •Решение типовых задач
- •Задачи для решения
- •Варианты заданий:
- •Варианты заданий:
- •Варианты заданий:
- •Варианты заданий:
- •Практическая работа 2
- •2.2. Пример расчёта мощности вакуумной системы при обработке стали в агрегате vd и vd - ов (ковшевое вакуумирование)
- •I этап - создание рабочего разряжения в камере
- •2.3. Задание к расчету
- •Технические характеристики вакуумных пароэжекторных насосов оао«Северсталь»
- •Плотности газов
- •Основные размеры сталеразливочных ковшей
- •Варианты заданий
- •Литература
- •Практическая работа 3
- •3.2. Расчет времени коагуляции и удаления жидких включений
- •3.2. Расчет времени коагуляции и удаления твёрдых включений
- •3.3. Задание к расчету
- •Значение диссипации энергии и параметры процесса удаления оксидных включений при обработке стали на различных установках
- •Литература
- •Изменение температуры металла при легировании
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Примеры расчетов
- •4.3. Задание к расчету
- •Варианты заданий
- •Литература
Межфазные свойства расплавов
Металл |
Шлак |
Включение |
, МДж/м2 |
, МДж/м2 |
, МДж/м2 |
, град |
, град |
Железо |
55 % СаО, 45 % Аl2O3 |
Al2O3 |
1850 |
500 |
1300 |
130 |
0 |
Железо |
55 % СаО, 45 % Аl2O3 |
SiO2 |
1850 |
500 |
1300 |
110 |
0 |
Железо |
55 % СаО, 45 % Аl2O3 |
TiO2 |
1850 |
500 |
1300 |
84 |
0 |
Железо |
АН 6 |
Al2O3 |
1850 |
300 |
1100 |
130 |
0 |
Кинетика процессов рафинирования металла синтетическим шлаком
Кинетика рафинирования (очистки) расплавов от неметаллических включений определяется скоростью доставки включений к межфазной поверхности металл-шлак и вероятностью перехода включений через межфазную границу. Включение, находясь на межфазной границе, имеет минимальную свободную энергию, величина которой равна работе адгезии включений к металлу в среде шлака:
. (1.4)
Вероятность отрыва включений от поверхности металла и перехода в шлак может быть определена по уравнению:
, (1.5)
где Т – температура ,К;
R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль К;
- площадь поверхности включений массой в один моль, м2; – масса, радиус и плотность включений, кг/моль, м, кг/м3.
В большинстве случаев можно принимать . Вероятность столкновения включений с межфазной поверхностью металл-шлак зависит от механизма выхода включений из несущего потока металла. При достаточно больших размерах ковша, в котором происходит отстаивание расплава под слоем шлака после слива расплава в ковш, столкновение происходит по механизму зацепления. Вероятность столкновения при этом определяется по уравнению:
(1.6)
где RK – радиус ковша, м.
С учетом (1.5) и (1.6) скорость перехода включений, т.е. изменения содержания включений в расплаве при выдержке его под флюсом может быть выражена дифференциальным уравнением:
, (1.7)
где – площадь поверхности металла, покрытая шлаком (м2) и объём металла в ковше (м3); - скорость доставки (всплывания) включений к поверхности шлак-металл, м/с; С – содержание включений в расплаве, %.
Скорость доставки включений определяется скоростью их всплывания, скоростью конвективных потоков в металле или скоростью потоков при принудительном перемешивании, например, при продувке аргоном.
После интегрирования уравнения (1.7) получим:
, (1.8)
где НК – глубина металла в ковше, м; С0 – исходное содержание включений в расплаве, %; – время рафинирования, с.
Иногда шлаковое рафинирование проводят путем пропускания капель металла через шлак, например, при электрошлаковом переплаве или при сливе металла в ковш со шлаком. В этом случае эффективность рафинирования можно определить по уравнению:
, (1.9)
где RС – радиус капель (струй) металла, м; НШ – толщина слоя шлака, м.
Итак, очистка расплава от неметаллических включений происходит тем эффективнее, чем больше их размер, чем хуже они смачиваются расплавом, чем больше удельная поверхность контакта шлака с расплавом.