- •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
Рафинирование расплавов от примесей
Синтетические шлаки применяют для рафинирования расплавов от вредных примесей. Например, чугуна и стали от серы. Установлено также, что при этом происходит уменьшение содержания растворенных газов. Скорость перехода примесей из металла в шлак описывается уравнением:
, (1.10)
где – коэффициент массопереноса; СР – равновесное содержание примесного элемента в металле, %.
Соотношение содержаний примесного элемента, в металле (СМе) и шлаке (СШ), называется коэффициентом распределения:
.
Например, коэффициент распределения серы между «белым шлаком» электродуговой печи и сталью составляет примерно 150 (К = 150).
После интегрирования (1.10) имеем:
, (1.11)
Равновесное содержание примеси можно определить по балансовому уравнению:
, (1.12)
где МШ – массовая доля шлака.
Коэффициент массопереноса определяется:
, (1.13)
где D – коэффициент диффузии примеси в металле, м2/с; – толщина диффузионного слоя, м.
Толщину диффузионного слоя точно определить или рассчитать довольно трудно, т.к. она зависит от интенсивности потоков, перемешивающих металл.
Коэффициент массопереноса можно оценить с достаточной точностью по уравнению:
, (1.14)
где – кинематическая вязкость металла, м2/с; UМ – скорость перемешивания металла, м/с; RК – радиус ковша с металлом, м.
Решение типовых задач
1. Каким поверхностным натяжением должен обладать шлак, абсолютно смачивающий включения TiO2 , чтобы оксиды титана самопроизвольно переходили из жидкой стали (железа) в шлак? Необходимые данные для расчета приведены в табл. 1.1.
Ответ: >185 МДж/м2.
Решение. Для самопроизвольного перехода включений из металла в шлак изменение удельной свободной энергии системы ΔG / SВ должно быть меньше нуля. Согласно уравнения (1.2) должно выполняться соотношение
,
МДж/м2.
2. Через какое время произойдёт уменьшение концентрации включений Al2O3 размером более 200 мкм в стали в два раза при выстаивании её под слоем синтетического шлака?
Плотность стали в жидком состоянии . Плотность включений . Динамическая вязкость стали Диаметр ковша – 1 м, высота металла в ковше – 1 м. Конвективными потоками в металле пренебречь.
Ответ: через 22,9 часа.
Решение. Для нахождения времени выстаивания металла применим уравнение (1.8). Скорость всплывания включений найдем по формуле Стокса:
, (1.15)
где UB – скорость всплывания включений, м/с; – радиус включе ний, м.
Примем согласно условию минимальный радиус включений r = 100мкм = 10-4м; – динамическая вязкость металла, .
Содержание включений по условию должно снизиться в 2 раза. Тогда в уравнении (1.8) отношение С / С0 = 0,5 . Подставим известные значения в это уравнение и прологарифмируем его:
;
Отсюда находим время всплывания включений
.
3. Как изменится скорость десульфурации стали шлаком, если её температура возрастет с 1600 до 1800 °С? Равновесное содержание серы в стали и толщине диффузионного слоя не меняются. Температурная зависимость коэффициента диффузии серы в железе имеет вид:
, м/с.
Ответ: скорость десульфурации возрастет в 1,28 раза.
Решение. Известно, что удаление серы в шлак происходит диффузионным путем. При этом в металле на границе со шлаком создается тонкий неперемешиваемый диффузионный слой. Скорость перехода серы через этот слой определяется по уравнению (1.10). Так как коэффициенты диффузии пропорциональны коэффициентам массопереноса и оба зависят от температуры, то соотношение этих коэффициентов при Т1 и Т2 и будет увеличением скорости десульфурации. Тогда, за счет увеличения температуры скорость десульфурации возрастет в :