Реконструкція електросталеплавильного цеху ТОВ "Електросталь" з метою збільшення продуктивності до 1 мільйона тонн і підвищення якост

 

      

, кДж (4.10)

 

де  - теплоємність суміші,1,246 кДж/кг⁰С;

Т_разл – температура розкладання, 910⁰С;

- кількість ТШС, 10 кг.

 

 

      Витрати тепла на розкладання вапна

      Кількість вапна в ТШС М_Сао=5 кг.

      Кількість СО₂, що отримується при розкладанні недопалу, приймаємо ППП=5,00%.

 

      М _СО2=5 5/100=0,25 кг

 

      Кількість вапняка, що розкладається, при цьому  складатиме:

 

      М _СаСОз=0,25 100/44= 0,568 кг

 

      q₂= М _СаСОз 1776,5=0,568 1776,5 = 1009,05 кДж

 

      Витрати тепла на розплавлення суміші:

 

q₃=M_смеси(C _смеси

(Т_ст-T_разл)+q_{ск. теплота пл}), (4.11)

 

де M _смеси = M _ТШС - М_СО2

M _смеси = 10-0,25 = 9,75 кг

      Т_ст= 1630 ⁰С

      q_{ск. теплота пл} – прихована теплота плавління, 210 кДж

 

      q₃ =9,75 (1,246 (1630-910)+210)=10794,42 кДж

 

      Витрати тепла на нагрів СО₂ до температури сталі:

 

      q₄=2,4 M_СО2(22,4/44) (Т_ст-T_разл)

 

      q₄=2,4 0,25(22,4/44) (1630-910)=219,927 кДж

 

      Змінення  температури металу при обробці  ТШС визначається по формулі:

 

      

Т_ТШС=( q₁+ q₂+ q₃+ q₄)/0,835 (4.12)

 

      і складає

 

        Т_ТШС=27,979 ⁰С.

      Змінення температури  металу при випуску металу з сталеплавильного агрегату

      Залежність  втрат температури сталі за рахунок  випромінювання від часу випуску  визначається по формулі:

 

      

(4.13)

 

      де  - ступінь чорноти рідкої сталі, = 0,4;

       - константа випромінювання абсолютно  чорного тіла, =5,775 10^-8 Вт/(м²К⁴);

      Т - температура сталі на випуску, 1903 К;

      F – площа випромінювальної поверхні  рідкої сталі в струї і на  дзеркалі ковша, м²;

      М - маса металу в ковші, кг;

      с – питома теплоємність сталі, що дорівнює 850 Дж/(кг · К);

       - час випуску металу, 4 хв.

 

      Площа випромінювальної поверхні рідкої сталі  приймається в струї ~ 2,5 м². на дзеркалі ковша.

      Загальна площа випромінювання сталі в струї и на дзеркалі ковша дорівнює:

 

      F

м² (4.14)

 

      Тоді 

      Втрати  тепла через футерівку під  час витримки

      Теплота, віддана сталлю на нагрів футерівки:

 

      

 (4.15)

 

      де  - зниження температури сталі;

      с – питома теплоємність сталі, 0,850 кДж/(кг К);

      М – маса сталі в ковші, кг

      Втрати  тепла через кладку ковша:

 

      

(4.16)

 

      де  - втрати тепла с 1м³ футерівки під час перебування сталі в ковші;

        – площа вогнетривкої кладки  ковша (днище + стіни), м².

 

      

(4.17)

 

      

(4.18)

 

      де  = 5,6 – теплопровідність вогнетрива, Вт/(м К);

      а = 5,4 10^-3 – температуропровідність вогнетрива, м²/г;

      Т₁ и Т₀ – температура сталі і вогнетривів ковша відповідно, приймаємо температуру футерівки 800⁰С;

       - час контакту вогнетриву  з рідкою сталлю, 0,55 години.

 

        Дж

      Знайдемо площу вогнетривкої кладки ковша.

 

      

(4.19)

 

        м²

 

      Тоді  втрати тепла через футерівку  під час витримки (33 хвилини) складуть:

 

      

 

      Втрати  металу через дзеркало металу випромінюванням  під час витримки металу протягом 33 хвилин .

 

      

(4.20)

 

      Площа поверхні металу дорівнює:

 

      F

м² (4.21)

 

      

      Втрати тепла при  продувці аргоном

      Під час продувки тепловтрати складають: протягом перших 3-4 хвилин продувки 2- 4 °С / хв, протягом решти часу продувки ~ 1 °С / хв.

      При часі продувки _пр=4 хвилин и тепловтратах 3 °С / хв. отримаємо:

 

       Т_прод =3 4 = 12°С

 

      Загальна  втрата тепла складе:

 

       Т_нагр = Т_{раскисл} + Т_ТШС + Т_вып+ Т_выдерж + Т_фут + Т_прод  (4.22)

 

       Т_нагр =38,51 + 27,979 + 3,839 + 63,141 + 21,753 + 12 = 167,222

      4.2.1.4 Розрахунок кількості і складу неметалевих включень

 

      Визначимо кількість неметалевих включень і їх склад за умови розкислення  сталі з 0,12% С, 0,023% S и 0,014% Р послідовно FeMn, FeSi, Al та отримання сталі складу: 0,542 % Мn, 0,289% Si и 0,03 % А1.

      Вміст кисню в сталі на випуску з  сталеплавильного агрегату визначаємо по рівнянню:

 

      a₀ = 0,00252 + 0.0032 / [С%]. (4.23)

 

      Тоді  при [С] = 0.12 % a₀ = 0.00252 + 0,0032 / 0,12= 0,029 % мас.

      Для заданого хімічного складу сталі

 

      

 (4.24)

 

      

 

      

(4.25)

 

      

 

      Визначаємо  кількість докристалізаційних неметалевих включень Розкислення марганцем.

      Визначаємо  кількість кисню, рівноважну з 0,542 % при Т_ликв = 1790,3⁰К:

 

      

(4.26)

 

       = 0,0094

 

      

% масс (4.27)

 

      Таким чином, присадка в сталь 0,1 % приведе до зв’язування слідуючої кількості кисню в процесі розкислення й охолодження розплаву до Т_ликв:

 

       = 0,029-0,017 = 0,012 % масс.

 

      При цьому утворюється слідуюча кількість  неметалевих включень ( О):

 

       %мас.

      Розкислення кремнієм.

      Визначимо вміст кисню, рівноважний з 0,289 % Si при Т_ликв=1790,3⁰К:

 

      

 (4.28)

 

      

 

      

% мас (4.29)

 

      При Т_ликв=1790,3⁰ К, % мас, и % мас, після впровадження в метал 0,289 % [Si] послідовно за 0,542 % [Мп] в неметалеві включення типу SiO₂ додатково буде зв’язано кисню: % мас і утворюється до кристалізаційні включення типу SiO₂:

 

       % мас

 

      Розкислення алюмінієм.

      Визначимо вміст кисню, рівноважний з 0,03 % Аl при Т_ликв = 1790,3⁰К:

 

      

 

        ;

 

      при цьому

        %мас (4.30)

      тобто при вводі алюминию метал буде глибоко розкиснений, вміст кисню  при цьому зміниться так:

 

       %мас 

 

      а кількість докристалізаційних неметалевих  включень типу Al₂O₃ складе:

 

       % мас.

 

      Розрахуємо загальну кількість і склад докристаллізаціонних неметалічних включень за умови, що процеси взаємодії розчиненого кисню та елементів-розкислювачів проходять послідовно з досягненням стану рівноваги між киснем і введеним елементом-розкислювачем до введення наступного розкислювача. Розрахунок проводиться на 1 т сталі:

 

      

( + + ) 10 (4.31)

 

       (0,053+0,027+0,009) 10=0,89 кг неметалевих включень на 1 т сталі.

      Склад докристалізаційних неметалевих включень, що утворилися, слідуючий:

 

      

 

      

 

      

 

      Розрахуємо кількість і склад кількість посткристалізаційних неметалевих включень. При температурі Ліквідус мінімальний рівень концентрації кисню визначається рівновагою з 0,03% Al і складає % мас. В двухфазній області між Т_ликв і Т_сол змінення концентрації кисню буде визначатися різницею:

 

      

  (4.32)

 

      Розрахуємо  значення по рівнянню:

 

       , ;

 

      при цьому    %мас

 

      В двухфазній області між Т_ликв і Т_сол змінення концентрації кисню складе:

 

        

 

      Тобто виключно малу величину, що знаходиться  на межі чутливості виміру за допомогою  кисневих зондів та аналізаторів на кисень. Кількість пост кристалізаційних неметалевих  включень, що складаються лише з Al₂O₃ ,складе:

       % мас

      4.2.1.5 Розрахунок модифікування неметалевих включень

 

      Як  модифікатор використовуємо силікокальцій  СК30 (30% Са).

      Спосіб  присадки: порошкова проволока діаметром 10-15 мм, присаджується за допомогою трайб апарату, швидкість вводу 70-200 мм/хв.

      Добра розливаємість може бути отримана при  відношенні 

 

      

(4.33)

 

      В нашому випадку вміст алюмінію в  металі [А1] = 0,03 %. Отже, кальцію потрібно ввести в метал не менш 0,003 %.

      Таким чином, на 80 тонний ківш потребується кальцію

 

       кг

 

      Кількість СК30, що необхідна для модифікування 

 

      

 

      Наповнення  проволоки 265-315 г/м, отже, на обробку  потрібно

 

        метрів проволоки.

      4.2.1.6 Розрахунок параметрів продувки сталі інертним газом

 

      На  основі досліджень поведінки металу при продувці в різних агрегатах  исследования поведения металла  при продувке в различных агрегатах  запропонована слідуюча залежність для розрахунку часу (с), що необхідний для досягнення 95 %-ной гомогенізації:

      

(4.34)

 

      

(4.35)

 

      де  - функція диссіпації (розсіювання) енергії, Вт/т;

       - витрата газу, л/с;

       - температура металу, ⁰К;