Реконструкция сталеплавильного производства ОХМК с целью производства трубных марок сталей повышенной прочности (стр. 7 из 17)
Проведённый анализ литературных данных позволяет заключить, что разрабатываемая в дипломе комплексная технология рафинирования металла должна позволять получать в готовом металле содержание вредных примесей на уровне ([0]
20 ppm.; [N] 50 ppm; [H.B] < 20 ppm; [P] 
70 ppm; [S] 20 ppm). Это обеспечит достижение необходимого уровня эксплуатационных и служебных характеристик, гарантирующих высокое качество металла и его свойств.2. Техника производства
2.1 Разработка конструкции агрегата АКОС
2.1.1 Расчёт технических характеристик агрегата «ковш-печь» с вакууматором
Для откачки газов из агрегата «ковш – печь», а также для создания необходимого разряжения применяется энжекторный насос.
1. Водород уменьшается с 5 см3/100 г. до 2 см.3/100 г. Следовательно выделяется
VН2 = 3 м.3 водорода.
2. Содержание азота сокращается на 15%. [N2]н = 0,08%
VN2 = 
9,6 м.3
где М – масса плавки, т.;
МN2 – молярная масса азота, г./моль;
[N]н – начальная концентрация азота, %.
3. Содержание углерода уменьшается на D[C] = 0,05%
VCO = 
93,3 м.3
где МСО – молярная масса угарного газа, г./моль;
МС – молярная масса углерода, г./моль.
4. Продувку аргоном ведём в течении 20 мин. с интенсивностью 0,05 м.3/(мин. т.)
VAr = 
=100 м.3
5. Объём отходящих газов составляет
,
где åV – суммарный объём отходящих газов, м.3;
åV = 3 + 9,6 + 93,3 + 100 = 205,9 м.3
Рабочий насос обеспечивает вакуумное давление ртехн = 10 мм. рт. ст. (0,013 атм.)
1. Скорость откачки газов:
,где Q – общее количество газов в единицу времени, м.3/мин.;
S0 – скорость откачки объекта, м3/(атм.×мин.).
Преобразуя предыдущую формулу получим:
м.3/(атм.×мин.)
Начальное давление насоса ph = 1 атм.
Коэффициент
примем 2,5 
,где Qmax – максимальная массовая производительность насоса, м.3/мин.
м.3/мин.
2. Пропускная способность системы от входа в насос до вакуумной камеры определяется по формуле:
,где U – пропускная способность системы.
3. Выбрав по паспорту насос и его характеристики следует провести проверочный расчёт: проверить какое остаточное давление газов (рост) обеспечивает этот насос и сравнить его с заданным значением ртехн.
Объём ковша, занимаемый металлом:
,где VK – объём ковша, занимаемый металлом, м.3;
H – высота металла в ковше, м.;
Dср – средний по высоте диаметр металла, м.
По практическим соображениям принимаем H/Dср = 0,9.
Для 100 т металла объём ковша:
,где m – масса металла, т;
d – плотность жидкого металла, т/м.3.
м.H=0,9×2,8=2,5 м.
В выбранной технологии необходимо подогревать в АКОС металл с 1863 К до 1953 К. До той же температуры будет нагреваться шлаковая смесь CaO (40%) – Al2O3 (40%) – TiO2 (20%) массой 1,5 т и аргон, удельный расход которого составит 175 м3/т. Также следует учесть тепловой эффект реакции с алюминием, расход которого составляет 120 кг на всю плавку.
Номинальная мощность трансформатора находится:
,
где S – полная мощность трансформатора, МВ×А;
P – мощность, поступающая из сети, МВт;
l – коэффициент мощности. По данным завода l = 0,8
Мощность поступающая из сети находится:
,
где РДУГ – мощность дуг, МВт;
hЭ – электрический к.п.д.
В расчёте примем hЭ=0,8 /20/.
Мощность дуг находится по формуле:
,
где РПОЛ – полезная мощность, МВт;
РТП – мощность тепловых потерь, МВт.
По данным /20/ для 150 т ковша РТП = 4,5 МВт. Произведя пересчёт для 100 т ковша, получим:
,Полезная мощность находится по формуле:
,
где WПОЛ – полезная энергия, МДж;
t – время обработки, с.
Время обработки выбирается из расчёта времени нагрева 2 -3 К/мин.
Примем t = 35 мин.
Полезную энергию находим из формулы:
,
где Мi – масса i – го компонента, т;
Сi – теплоёмкость i – го компонента, МДж/т×К;
DТi – температура, на которую нагреваем, К;
DHi – тепловой эффект раскисления металла алюминием, МДж/т.
Данные по Сi и DHi приняты по данным /21/.
WПОЛ = 100×0,65×90 + 1,5×(0,764×0,4 + 0,775×0,4 + 0,619×0,2)×1660 + 175×1,78×103×0,52×1660 –
– 11,37×103×0,12 = 6585 МДж
МВт
МВт
Из проведённого расчёта видно, что существующий на агрегате «печь ковш»
АО «НОСТА» трансформатор с SН = 16 МВ×А вполне удовлетворяет выбранной технологии.
2.2 Разработка конструкции промковша МНЛЗ
2.2.1 Рафинирование металла в ковше
Требования к чистоте стали, по неметаллическим включениям продолжают повышаться.
Традиционные методы ковшевой металлургии не решают проблемы глубокого рафинирования стали от мелких (< 10 – 20 мкм.) неметаллических включений. После раскисления и внепечной обработки в жидкой стали остаётся много включений, которые в следствии своей малости не имеют собственного вектора скорости, поэтому находятся во взвешенном состоянии и длительное время участвуют в конвективном движении в месте с металлом. При охлаждении металла уменьшается величена константы реакции раскисления и в металле выделяется из раствора дополнительное количество неметаллических включений, тоже в основном мелких. Таким образом, перед кристаллизацией в стали накапливается значительное количество мелких включений. Только за счёт их удаления, возможно повысить степень чистоты стали по общему содержанию кислорода, так как включения, образующееся в процессе кристаллизации, в большей степени своей остаются в слитке /16/.
Перед кристаллизацией металла для дополнительного удаления включений можно применять только их флотацию и фильтрование из расплава, что особенно важно при переносе окончательного раскисления и легирования ближе к стадии затвердевания, например, в промежуточный ковш и кристаллизатор при непрерывной разливке.
В технологической литературе появился термин «условия для качества», под которым понимают следующие основные критерии /22/:
1). Устранение внешних источников загрязнения металла (взаимодействие с воздухом, разрушение футеровки ковша, попадание в промежуточный ковш шлака из сталеразливочного ковша);
2) обеспечение условий для выделения и удаления неметаллических включений, что вязано с увеличением времени «отстоя» металла, рациональной организацией потока металла, сведение к минимуму мёртвых зон, организацией фильтрации металла и т.п.;
3) разработка и введение ряда вспомогательных технологических операций, таких как усовершенствование системы подачи металла в ковш, использование подогревающих устройств, введение в ковш добавок, продувка газами, контроль металла и шлака и др.
В отличии от рафинирования в сталеразливочном ковше промежуточный ковш является агрегатом проточного типа; время прохождения металла в нём лимитируется скоростью разливки. Качество конечного продукта может ухудшаться, при прохождении потока жидкой стали через промежуточный ковш из-за нежелательных характеристик потока. А именно:
– недостаточное время нахождения разливаемой стали в промежуточном ковше, не позволяющее неметаллическим включениям всплыть на поверхность ванны;
– волнообразная поверхность металлической ванны, увеличивающая площадь поверхности реагирования стали с окружающей атмосферой. Это приводит к повышенным теплопотерям и, повторному окислению жидкой стали;
– наличие зон застоя, ухудшающих химическую гомогенность и теплообмен, приводящий, к неустойчивости температуры стали, выходящей с промежуточного ковша. /23/
Так как реакция раскисления не достигает равновесия, кроме оставшихся включений в металле много растворённого кислорода – потенциального источника образования новых включений при охлаждении и кристаллизации. Часть не очень мелких включений (50 мкм.) можно удалить путём флотации мелкими пузырьками газа. При продувке аргоном стали 08Ю через погружаемую фурму с пористой вставкой, по сравнению с продувкой через цилиндрическое сопло, количество неметаллических включений уменьшилось на 42% в результате диспергирования газового потока. Продувка металла аргоном в промежуточном ковше мелкими пузырьками через пористые блоки также снижает количество более крупных включений на 50%; мелкие включения при этом не удаляются /24/.