Раскисление и легирование стали

Предварительное раскисление металла производят в ковше, непосредственно при выпуске, присадкой алюминия для снятия переокисленности металла и производят науглероживание вдуванием коксовой мелочи под струю. Выпуск металла производится при достижении температуры не ниже 1630ºС. При выпуске металла из печи производится отсечка шлака с помощью скриммерного желоба.

Присадка ферросплавов в ковш во время продувки позволяет достичь большей их экономии за счет более высокой степени усвоения легирующих элементов, достигающей для большинства элементов по многочисленным литературным данным величины более 90%.

При выпуске металла из печи содержание углерода в стали равно 0,04. По содержанию углерода по эмпирической формуле легко найти массовую долю растворенного кислорода в стали [О].

 

                                  а_О = \0,00252 + 0,0032/[С]                                        (23)

 

где [С] - содержание углерода в металле перед выпуском из печи,

             массов. доли, %

                                 

                                                         а_О = [О]                                                       (24)

 

    [О] = 0,00252 + 0,0032/0,4 = 0,011%

    Раскисление стали алюминием проходит по реакции:

                                                   2[Al] + 3[O] = (Al₂O₃)                                       (25)

 

                                                   K = a²_Al · a³ o/a_A1203                                  (26)

   a²_Al · a³o = K · a_A1203 ≈ K’

где a_Al и ao – активности алюминия и кислорода в металле;

   К – константа равновесия реакции;

   a_A1203 – активность глинозема в шлаковой фазе.

 

    При преобразовании чистого Al₂O₃ можно принять a_A1203 = 1

    Для связывания 0,011% кислорода потребуется алюминия 0,012%.

    В процессе выпуска металла основная задача сводится к тому, чтобы раскислить сталь. Поэтому на выпуске вводим чушкового алюминия, с учетом угара 30% в количестве 0,017 кг/100 кг стали или 42,5 кг/плавку.

    Для науглероживания будем применять коксик следующего состава:

    S – 0,05%, C – 82%

    Коксик = 1000 · (0,36 – 0,04)/82 · 0,5 = 7,8 кг/т.

    На всю выплавку необходимо 1950 кг. Внесет    S = 0,00039%

    В процессе внепечной обработки легируем ферромарганцем ФМи75, ферросилицием ФС85, феррохром ФХ800 (химический состав ферросалавов приведен в таблице 15). Ферросилиций, феррохром и ферромарганец присаживаются в ковш во время продувки.

 

Таблица 15 – Химический состав ферросплавов

Ферросплав	Массовая доля элементов, %
	С	Mn	Si	Cr	S	P	H	N
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ФC 75	0,1	-	65,0	-	0,03	0,05	0,0008	0,001
ФМн 75	7,0	76,0	2,0	-	0,03	0,45	0,0020	0,020
ФХ 800	0,5	2,0	2,0	65	0,05	0,08	0,0005	0,004

Содержание остаточной массовой доли легирующих и примесей в стали перед легированием составляет марганца – 0,088%, кремния – следы, углерода – 0,36%, серы – 0,012%, фосфора – 0,011%, хрома – 0,3%.

    Требуемое количество массовых долей элементов в готовой стали: марганца -0,6%, кремния – 0,28%, углерода – 0,36%, серы – 0,015%, фосфора – 0,015%, хром – 0,9%.

    Необходимое количество ферросплавов для легирования стали определяем по формуле:

 

                                                     ФСпл = М · ∆ [Эл] / η · с                                 (27)

где ФСпл – количество вводимого ферросплава, кг/т стали;

     М – масса металла, кг;

     ∆ [Эл] - массовая доля элемента, которую необходимо внести, %;

     η – степень усвоения ферросплава;

     с – содержание элемента в ферросплаве, масс. доли, %

 

    Требуется внести с ферромарганцем 0,592% марганца. Степень усвоения ферромарганца в ковше составляет 95%. Необходимое количество ферромарганца 

    ФМн 75 = 1000 · 0,592/0,95 · 76 = 8,0 кг/т стали;

     ФМн 75 = 8,0 кг/т жидкой стали или 2000 кг. на плавку.

    Требуется внести с ферросилицием 0,28% кремния. Степень усвоения ферросилиция в ковше при пульсирующей продувке составляет 92%. Необходимое количество ферросилиция

    ФС75 = 1000 · 0,28/0,92 · 80 = 3,9 кг/т стали;

    ФС75 = 4,05 кг/т жидкой стали или 1012,5 кг. на плавку.

    Требуется внести с феррохромом 0,6% хрома. Степень усвоения феррохрома в ковше при продувке составляет 98%. Необходимое количество феррохрома

    ФХ800 = 1000 · 0,6/0,98 · 65 = 9,41 кг/т стали

    ФХ800 = 9,41 кг/т жидкой стали или 2352 кг. на плавку.

    Количество внесенных элементов с ферросплавами показаны в таблице 16.

Таблица 16 – Количество внесенных элементов с ферросплавами

Ферросплав	Содержание вносимых элементов, массов. доля, %
	С	Сr	Мn	Si	S	P
1	2	3	4	5	6	7
ФМн75	0,0570	-	0,59200	0,016	0,00020	0,0036
ФХ800	0,0090	0,6	-	0,019	0,00050	0,0003
ФС75	0,0008	-	0,0016	0,280	0,00008	0,0002

                                                                       

    После легирования сталь будет иметь химический состав, который показан в таблице 17.

 

Таблица 17 – Химический состав стали после легирования и науглероживания

С	Mn	Si	P	S	Cr
0,42	0,68	0,315	0,015	0,0127	0,9

                                                                                      

 

    2.2.8 Изменение температуры в процессе внепечной обработки металла

    В процессе производства стали без дополнительного подогрева на технологических стадиях между выпуском металла и разливки на МНЛЗ, температура металла все время уменьшается.

    Температуру металла в печи перед выпуском можно найти из соотношения

 

                                Т_вып = ∆Т₁ + ∆Т₂  + ∆Т₃  + ∆Т₄  + ∆Т₅                                   (28)

где ∆Т₁ – падение температуры стали при выпуске из печи, ºС;

  ∆Т₂  - падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда

            продувки, ºС;

  ∆Т₃  - падение температуры стали при продувке в ковше, ºС;

  ∆Т₄  - падение температуры стали при транспортировке стальковша от стенда до

              МНЛЗ, ºС;

  ∆Т₅ - заданная температура в промковше, ºС.

 

    Падение температуры при выпуске стали из печи за счет излучения струи металла в атмосферу цеха и нагрев футеровки ковша и ввода ТШС составляет 60ºС.

    Падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда и от стенда до МНЛЗ можно принять равным 20ºС.

    При продувке и с учетом ввода ферросплавов температура металла падает на 20ºС.

    Необходимая температура металла в стальковше перед разливкой

 

                                             Т_с.к = Т_лик + Т_п.к. + Т_кр + 20                                       (29)

где Т_лик – температура ликвидус стали, ºС;

     Т_п.к – температура стали в промковше, ºС;

      Т_кр – температура в кристаллизаторе, ºС.

 

            Т_лик = 1539 - 79[С] - 12[Si] - 5[Mn] - 25[S] - 30[P] + 2,7[Al]                  (30)

 

Т_лик = 1539 – 79,0  · 0,17 – 12 · 0,5 – 5 · 1,38 – 25 · 0,04 – 30 · 0,035 + 2,7 · 0,03 =

= 1501ºС

    Т_с.к = 1501 + 10 + 20 + 20 = 1551ºС

    Теперь легко подсчитать, что без принятия мер по дополнительному подогреву, температура стали на выпуске из ДПСА должна составлять

    Т_вып = 60 + 20 + 20 + 1551 = 1650ºС

    При необходимости сталь подогревают перед разливкой на МНРС химическим подогревом. Химический нагрев – это нагрев металла тепловым эффектом экзотермических реакций окисления элементов, растворенных в расплаве. Основными такими элементами являются алюминий и кремний. При окислении алюминия температура расплава может повышаться с максимальной скоростью 2-4ºС мин. Недостатками этого метода является значительное загрязнение стали неметаллическими включениями и невысоким коэффициентом полезного действия.    

    2.2.9 Разработка МНЛЗ

 

    Выбор типа МНЛЗ

    Для выпуска тонкого листа выбирается заготовка сечением 50 х 1200 мм. Принимается время разливки равное 90 мин., т.к. оптимальный вариант, когда время разливки равно времени плавки в ДПСА.

    Найдем скорость разливки. Она определяется по формуле:

 

                                                                                             (31)

 

где ω – скорость разливки, м/мин;

М – масса металла в ковше, кг;

N – количество ручьем;

τ – допустимое время разливки, мин;

ρ – плотность стали, кг/м³;

φ – коэффициент, учитывающий потери времени при разливке.

 

    ω = 210 ·/(1 · 0,05 · 1,2 · 7,65 · 90) = 5,1 м/мин.

    Металлургическая длина машины определяется по формуле:

 

                                                 L = 300 · a² ·  ω                                                      (32)  

    L = 1,1  · 0,05² · 5,1/(2² · 0,025²) = 5,61 м      

    Исходя из этого выбираем вертикальную машину с загибом. Управление для оценки допустимого базового радиуса технологической оси МНЛЗ записывается /9/.

 

                                                           (33)

 

                 

 

    Производительность МНЛЗ.

    Производительность МНЛЗ рассчитывается по формуле:

 

                                                                                                     (34)

 

где Р₁ – пропускная способность при отливке заготовки определенного сечения,

         т/год;

n – количество плавок в серии при разливке методом плавка на плавку

       (принимаем n = 15 плавок);

М – масса металла, т;

Ф – фонд времени работы МНЛЗ, сут;

  τ₁ – время разливки стали из сталеразливочного ковша, мин;

  τ₂ – время подготовки машины к приему плавки без изменения размеров слитка,

        мин.

 

    Принимаем τ₁ = 90 мин, τ₂ = 40 мин.

 

                                         Ф = 365 – (Т_к + Т_пп + Т_т),                                            (35)

 

где Т_к – продолжительность капитального ремонта установки, 10 сут.;

   Т_пп – продолжительность планово-предупредительных ремонтов, 17 сут.;

   Т_т – продолжительность текущих ремонтов, 30 сут.

 

    Тогда

    Ф = 365 – (10 + 17 + 30) = 308 сут.

    Производительность МНЛЗ равна:

                       

 

Специальная часть