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

       - температура навколишнього  середовища, ⁰К;

      М – маса металу, т;

       - щільність металу,7000 кг/м³;

      Н – висота металу в ковші, 1,3 м;

      Р_А - атмосферний тиск,101325 Па.

      Приймаємо = 0,5 м³/хв = 30 м³/г = 8,33 л/с, =1903 ⁰К, =293 ⁰К.

 

        Вт/т.

 

        с

 

      Для досягнення найбільш повного перемішування  приймаємо час продувки 2,5-3 хвилини.

      Розрахунок дегазації при продувці металу інертним газом

      У процесі продувки бульбашки нейтрального газу екстрагують з рідкої сталі розчинені в ній гази (водень і азот) Зниження вмісту розчинених газів описується рівнянням Геллера, в спрощеній формі має вигляд:

      V

(4.36)

 

      де  V – витрата нейтрального газу, м³/т( в нашому випадку );

      М_Г - молекулярна маса газа, що видаляється ( = 2, = 28);

      К_Г – константа рівноваги газу;

      Р – тиск над розплавом, 0,1 МПа.

      При температурі 1903 ⁰К :

 

       , = 0,0027,

 

       , = 0,0249.

 

      

(4.36)

 

      Підставляючи  до рівняння Геллера значення початкової концентрації в металі водню та азоту, що складають = 0,0004 % и [N]_Н = 0,004%, хнаходимо вміст в металі водню і азоту після продувки |Н|_к = 0,00039 %, |N|_К=0,00397 %.

 

      4.2.2 Розробка основних параметрів обробки сталі на вакууматорі

 

      4.2.2.1 Продувка металу інертним газом

 

      Процес  вакуумування буде проходити на установці VD

      Знайдемо  загальну кількість аргону, що видаляється, при продувці металу:

 

М_Аr =

(4.37)

 

де  - щільність аргону, 1,785 кг/м³ ;

- питома витрата аргону, 0,0011 м³/т хв;

- маса металу, 75 т.

М_Аr = = 0,147 кг/хв

Знайдемо  кількість аргону, що приведений до сухого повітря:

 

 кг/ хв.

 

     4.2.2.2 Дегазація металу

 

      Дегазація металу по водню

      Водень  з металу видаляється по реакції:

 

      (4.38)

 

Знайдемо  загальну кількість водню, що видаляється:

 

(4.39)

 

де  =0,00039 % - початковий вміст водню в металі;

=0,0002 % - вміст водню в металі після вакуумування;

- маса сталі в ковші.

      

 

      Знайдемо  кількість водню, що приведений до сухого повітря:

 

      

 кг(4.40)

 

      Знайдемо  кількість водню, що видаляється за 1 хвилину. Для цього приймаємо тривалість етапу вакуумування 10 хвилин

 

      

 

      Дегазація металу по азоту

      Азот  з металу видаляється по реакції   

 

       2[N]      {N₂} (4.41)

 

      Знайдемо  загальну кількість видаляє мого азоту:

 

      

(4.42)

 

      де  =0,00397 % - початковий вміст азоту в металі;

       =0,002 % - вміст азоту в металі  після вакуумування;

       - маса сталі в ковші.

 

        кг за весь процес.

 

      Знайдемо  кількість азоту приведеного до сухого повітря за весь процес:

 

      

 кг (4.43)

 

      Знайдемо  кількість вадаляємого азоту  за 1 хвилину, для чого приймаємо  тривалість етапу вакуумування 10 хвилин:

 

      

 

      Дегазація металу по вуглецю

 

      

, (4.44)

 

        приймаємо рівним 0,01, тоді  7,5 кг.

 

        кг за весь процес.

 

      Знайдемо  кількість СО приведеного до сухого повітря за весь процес:

 

      

 кг (4.44)

 

      Знайдемо кількість видаляємого СО за 1 хвилину, для чого приймаємо тривалість етапу вакуумування 10 хвилин:

 

      

 

      Знайдемо  сумарну кількість газів за період вакуумування.

 

      

 М_Аr + + + (4.45)

 

       (0,107 + 0,204 + 0,153 + 1,808)60=136,32 кг/час

 

      Розрахунок  дегазації при вакуумуванні доказує  необхідність обробки металу вакуумом, так як дегазація під час продувки інертним газом на УКП дає незначне зниження концентрації азоту і водню в металі.

 

      4.2.2.3 Технологічні особливості проведення процесу вакуумування

 

      Перед вакуумуванням сталі в ковші  пічні окислювальні шлаки, що приводять  до рефосфорації і вторинного окислення  металевого розплаву, мають скачати. Так само і відновні пічні шлаки затрудняють дегазацію металу, оскільки шлак перешкоджає масообміну між розплавленою сталлю і розрідженою атмосферою; ця складність дегазації стає тим сильніше, чим товще шлаковий покрив. Пічний відновний шлак перед вакуумуванням сталі в ковші також необхідно майже повністю викачати; товщина шару шлаку в ковші має бути по можливості малою, наприклад 25 мм.

      Після випуску з ковша відбирають пробу  металу на хімічний аналіз. Це дозволяє точно встановлювати бажаний  склад сталі під час вакуумування.

      Як  тільки ківш буде поміщений у вакуумну камеру, на нього встановлюють тепло- і бризкозахисний екран, особливо при  перемішуванні металу електромагнітним статором. Екран призначений також  і для захисту статора від  бризок.

      В кінці встановлюється кришка вакуумної камери і включаються вакуумні насоси. Одночасно пускаються в дію пристрою для перемішування металу в ковші. При відкачуванні метал починає кипіти.

      Протягом  всього періоду дегазації проводиться  спостереження за поведінкою металу через гляделку в кришці вакуумної камери.

      Швидкість відкачування регулюється залежно  від інтенсивності кипіння.

      В окремих випадках, щоб запобігти  надмірному спінюванню металу і його переливу через край ковша, у вакуумну камеру виробляється напуск аргону або азоту. При перемішуванні розплаву інертним газом його витрата у міру зниження тиску у вакуумній камері необхідно знижувати, щоб виключити надмірне кипіння металу.

      Вакуумна  обробка закінчується тоді, коли кипіння  металу при досягнутому кінцевому  тиску в основному припиниться.

      Перед закінченням вакуумної обробки  проводиться присадка легуючих з  метою коректування складу сталі, а  також розкислювачів, в основному  алюмінію і кремнію, в деяких випадках також вуглецю; рівномірний розподіл присадок досягається перемішуванням інертним газом або за допомогою електромагнітного індуктора.

      Приблизно через 2 хвилини, необхідних для розчинення і рівномірного перемішування добавок, у вакуумну камеру напускається інертний газ; вакуумні насоси відключаються.

      Після відкриття камери на дзеркало металу в ковші вводиться інертний синтетичний шлак, щоб зменшити теплові втрати і вступ кисню в метал з атмосфери.

      Після відбору ковшової проби і виміру температури металу ківш витягується  з камери і подається на розливання.

 

      Видалення азоту

      Вакуумування  сталі не завжди супроводиться досить ефективною деазотацією і залежить від ряду додаткових чинників, окрім  глибини вакууму. Добитися істотного (більш ніж 30%) зниження вмісту азоту  під вакуумом за допомогою стандартних  прийомів: витримкою під глибоким вакуумом і збільшенням швидкості перемішування металу важко без вживання додаткових прийомів ведення плавки. Коефіцієнт дифузії молекул газу азоту більш ніж в два рази нижче, ніж аналогічний параметр для молекул водню і при одному і тому ж тиску водень віддалятиметься інтенсивніше, ніж азот. Тому при постановці завдання виплавки продукту з низьким вмістом азоту повинна застосовуватися «сквозна» технологія, яка забезпечує динаміку зниження азоту по всій виробничій лінії  «ДСП – УКП – вакууматор - розливання». Оскільки швидкість видалення азоту знаходиться залежно від вмісту сірки і кисню і за певних умов, не дивлячись на інтенсивне перемішування і низьке значення вакууму, що досягається, процес видалення азоту може не протікати. Найефективніше проводити процес десульфурації і вуглецеве для вакууму розкислювання удається за допомогою наведення рафінувального шлаку.

 

      Спочатку  відкачується залишкова атмосфера  з вакуумного об'єму і пониження  тиску достатнього для протікання металургійних реакцій.

      Подача  аргону виконується з моменту  підключення магістралей продування.

      При пониженні тиску нижче 300-200 мбар необхідно уважно стежити за скипанням  шлаку і використовувати доступні регулювальні механізми: витрата аргону, регулювання швидкості відкачування, у випадку якщо використовуються механічні насоси з частотно-регульованим приводом. На цьому етапі в розплаві йде засвоєння добавок, що утворюють шлак і інтенсивне газовиділення.

      Виконуються завдання видалення сірки з поверхнево-активного  шару плавки і збільшення масопереносу азоту з металу на поверхню.

      Для забезпечення активного засвоєння  добавок в поверхневому шарі витрату  аргону необхідно підтримувати на максимально  можливому рівні, що не приводить  до випліскування металу з ковша. По мiрi розростання «дзеркала металу» по поверхні ковша витрата аргону знижується, щоб зменшити спінювання шлаку і, тим самим, забезпечити мінімальну товщину поверхневого шару, через який відбувається дифузія азоту до газової фази. «Дзеркало металу» повинне займати найбільшу площу по всій поверхні ковша і рівномірно киплячим.

      Досягаються умови для ефективного перенесення  азоту з металу до поверхні на межі метал-газ - забезпечення низького (1 мбар і нижче) тиску у вакуумній  камері і високу площу контакту на кордоні метал-вакуум. В даному випадку поважно забезпечити витримку металу на низькому вакуумі і витрату аргону підтримувати на рівні, достатньому для активного перемішування металу. Завдання оператора добитися максимальної площі контакту «дзеркала металу» з газовою фазою над поверхнею металу.

      «М'яке» продування дозволяє збільшити інтенсивність  віднесення азоту в газовій фазі за рахунок пониження тиску до мінімально можливого рівня. До даного моменту плавки ефективність механізмів видалення азоту за рахунок хімічних реакцій і інтенсивного масопереносу практично вичерпана, і зниження тиску за рахунок зменшення кількості вдуваного аргону дозволяє видаляти газоподібний азот над поверхнею металу, тим самим перешкоджати зворотному розчиненню газу в метал.

 

 

5. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ПЛАН

 
 

      Рисунок 5 - організаційний план позапічної обробки  сталі