Математическое моделирование процесса порционного вакуумирования стали в условиях кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Воронин, Валерий Александрович

• Воронин, Валерий Александрович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воронин, Валерий Александрович

Содержание

Стр.

Введение

1. Анализ современного состояния внепечной обработки стали

1.1. Основные задачи внепечной обработки стали

1.2. Современные способы внепечной обработки стали

1.2.1. Вакуумирование в ковше

1.2.2. Вакуумирование в струе

1.2.3. Порционное вакуумирование

1.2.4. Циркуляционное вакуумирование

1.3. Обзор математических моделей процесса вакуумирования стали

1.3.1. Математическая модель реакции обезуглероживания

1.3.2. Дегазация металла при порционном вакуумировании

1.3.3. Массообмен при одновременном удалении нескольких газов

в условиях кипения расплава

2. Состав и схема работы установки порционного вакуумирования стали 29 2. 1. Конструкция и состав технологического оборудования порционного вакууматора

2. 2. Техническая характеристика установки порционного вакуумирования стали В П-3 8 5

2. 3. Схема работы установки порционного вакуумирования стали

3. Математическая модель процесса порционного вакуумирования стали

3.1. Разработка математической модели процесса порционного вакуумирования стали

3.2. Проверка модели на адекватность

3. 3. Результаты моделирования

4. Моделирование влияния различных факторов на процесс порционного вакуумирования

5. Апробация результатов моделирования в производственных условиях

Выводы

Список использованных источников

Приложение 1. Блок-схема программы «Расчет процесса обработки

стали на установке порционного вакуумирования»

вакуумирования ВП - 385

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование процесса порционного вакуумирования стали в условиях кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината»

Введение

Возрастающие требования потребителей к качеству металла вынуждают изготовлять сталь, имеющую узкие пределы колебаний элементов, а также низкое содержание газов и неметаллических включений. При решении вопросов повышения качества стали процессы раскисления и вакуумной обработки, а также их сочетание играют очень большую роль.

Перенесение из плавильного агрегата в ковш ряда операций рафинирования металла (обезуглероживания, раскисления, дегазации и легирования) при воздействии вакуума значительно сокращает процесс плавки, освобождает плавильные агрегаты от выполнения операций, для которых они плохо приспособлены, сокращает расход энергии, огнеупоров и других материалов, а также влечет за собой увеличение их производительности. При этом, поскольку углерод в вакууме становится более сильным раскислителем, чем марганец, кремний, а в ряде случаев и алюминий, становится возможным глубокое раскисление стали либо без их применения, либо со значительно меньшим их расходом.

Глубокое раскисление металла углеродом, при котором газообразный продукт - пузырьки монооксида углерода, вместе с выделяющимися в них водородом и азотом, удаляются из металла, решает задачу получения стали, более чистой по содержанию газов и неметаллических включений. Это делает возможным значительное повышение -прочностных, пластических, электромагнитных и других свойств, а также получение металла, менее чувствительного к старению и хладноломкости.

Для решения этих задач, а также для получения металла с узкими допусками по содержанию различных элементов, наиболее часто используются установки порционного вакуумирования стали. Установки

этого типа сложнее всех остальных. Однако это оправдывается их, высокой производительностью, универсальностью, небольшими потерями температуры стали во время обработки, возможностью точно корректировать и выравнивать химический состав и температуру металла, осуществлять длительную обработку. Эти установки в случае необходимости могут обслуживать сталеплавильные агрегаты различной емкости, даже отличающиеся по массе плавки на 30 - 40 %. Ввиду того, что одновременно в вакуум-камере находится только часть обрабатываемого металла, потребная мощность вакуумных насосов невелика, что имеет особое значение при вакуумировании больших масс металла.

На процессы обезуглероживания и дегазации, протекающие при порционном вакуумировании стали, большое влияние оказывают различные технологические факторы. Целью данной работы является создание математической модели процесса порционного вакуумирования ! стали, учитывающей комплексное влияние различных технологических факторов с целью использования ее в АСУ «Вакууматор», а также для исследования влияния на процессы обезуглероживания и дегазации стали, протекающих при порционном вакуумировании, таких факторов, как масса порции, засасываемая в вакуумную камеру, высота металла в ковше, химический состав и степень раскисленности стали, остаточное давление в вакуум-камере, время обработки.

Использование такой модели возможно в двух направлениях. Первое - выдача заключения об эффективности вакуумной обработки стали на основании информации о технологических параметрах металла и процесса порционного вакуумирования. Второе - разработка рекомендаций по оптимизации режима вакуумирования металла с учетом его исходного химического состава и назначения.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВМЕНЕННОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

1.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Современная техника предъявляет все более высокие требования к качеству стали. В тех случаях, когда проведение операций, обеспечивающих требуемое качество металла, непосредственно в самом агрегате связано с потерей его производительности или увеличением затрат, операции переносятся в ковш или во вспомогательную емкость (внепечная обработка). Основную цель внепечной обработки можно сформулировать как осуществление ряда технологических операций быстрее и эффективнее по сравнению с решением аналогичных задач в обычных сталеплавильных агрегатах. К числу основных задач, решаемых при внепечной обработке, относятся:

• выравнивание и регулирование температуры металла;

• окончательное раскисление;

• глубокое обезуглероживание металла;

• легирование металла и точное доведение его химического состава до заданного;

• получение металла с низким содержанием неметаллических включений;

• десульфурация металла;

• дегазация (удаление водорода и азота).

Естественно, что одновременно решить все перечисленные задачи трудно, поэтому одновременно решается лишь их часть.

Быстрое распространение и широкие масштабы применения внепечной обработки объясняется в значительной степени следующими обстоятельствами:

• возможностью замены при использовании методов внепечной обработки обычной двухшлаковой технологии плавки в электропечах одношлаковым процессом без скачивания шлака, при этом сокращаются продолжительность плавки, расход электроэнергии и т.д.-;

• упрощением технологии конверторной или мартеновской плавки и контроля за её ходом, так как появляется возможность продувать металл до низких содержаний углерода с последующим науглероживанием и корректировкой температуры в ковше;

• распространением непрерывной разливки стали, так как для высокопроизводительной работы установок необходимы точная регулировка температуры и химического состава металла, а также металл стандартно высокого качества;

• непрерывно нарастающими масштабами производства таких марок стали ответственного назначения, которые вообще трудно получить при обычной технологии плавки;

• возрастающими масштабами производства нержавеющих и других сталей и сплавов с особо низким содержанием углерода;

• возможностью получать в конверторных и мартеновских цехах сталь электропечного сортамента.

1.2. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Существующие способы получения стали высокого качества основаны на использовании одного или нескольких технологических приёмов:

• обработки металла специально приготовленным синтетическим

шлаком или твердыми и самоплавкими шлаковыми смесями;

• обработки металла порошкообразными материалами;

• продувки металла инертными газами;

• обработки металла вакуумом.

В табл. 1.1. дан краткий итог анализа эффективности различных способов внепечной обработки металла, проведенного по литературным источникам. Из представленных данных видно, что наибольшее комплексное воздействие на металл оказывает обработка металла вакуумом. Рассмотрим этот способ внепечной обработки стали более подробно.

Обработка металла вакуумом влияет на протекание тех реакций и процессов, в которых принимает участие газовая фаза. Газовая фаза образуется, в частности, в результате реакции окисления углерода, а также при протекании процессов выделения растворенных в металле газов -водорода и азота. Основной целью вакуумирования металла является повышение качества металла, путем снижения содержания газов и неметаллических включений в стали. В мире эксплуатируются сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рис. 1.1. [9, с. 121].

1.2.1. ВАКУУМИРОВАНИЕ В КОВШЕ

Самым простым способом является вакуумирование в ковше. Недостатком этого способа является невысокая эффективность при вакуумировании относительно больших масс металла (более 50 т) и неравномернрсть состава металла в ковше после ввода раскислителей вследствие плохого перемешивания всей массы металла. Этот недостаток можно уменьшить, если одновременно с вакуумированием производить продувку металла в ковше инертным газом или электромагнитное перемешивание.

Таблица 1.1

Эффективность различных способов внепечной обработки стали

Технологические операции и способы внепечной обработки стали Содержание элементов в стали после различных способов внепечной обработки стали, % (В скобках - снижение содержания, % от исходного) Литературный источник

№ [С] [О] [Н], см3/100г [К]

Обработка синтетическим шлаком 0,003-0,012 (50-80) - (30) — — 1-13

Обработка твердыми шлаковыми смесями 0,015-0,020 (25-50) — - - — 9-18

Обработка порошкообразными материалами ' 0,003-0,007 (60-80) — — — — 19-28

Обработка кальцием и щелочно -земельными металлами 0,002 (70-85) - 0,0006-0,008 - - 9, 10

Продувка в ковше инертными газами - 0,02 (15-30) 0,03-0,05 (10-45) 2,9-3,5 (10-25) 0,01 (5-15) 29-41

Вакуумирование в ковше: углеродистая сталь низкоуглеродистая сталь - 1,0-0,3 0,1-0,05 0,0005-0,005 0,003-0,01 1-3 (50-70) 1-3 (60) 0,003-0,005 0,004-0,008 42-50 51-54

Вакуумирование в ковше с продувкой инертным газом — - 0,001-0,005 (40-60) 1,0-2,5 (50-60) 0,003-0,007 (10-15) 55-62

Вакуумирование в ковше с электромагнитным перемешиванием 0,002-0,005 (50-60) 1,5-3,0 (50-60) 0,003-0,006 (15-25) 63-68

Струйное вакуумирование — 0,002-0,007 (60-80) 0,002-0,006 (30-70) 1,0-2,5 (30-70) 0,003-0,007 (15-25) 69-75

Порционное вакуумирование (ОН-процесс) — 0,02-0,01 (50-65) 0,002-0,005 (30-70) 1,0-3,0 (30-60) 0,003-0,007 (10-25) 76-84

Порционное вакуумирование с подачей аргона в патрубок — 0,004-0,005 (60-80) 0,002-0,005 (40-80) 1,0-3,0 (30-60) 0,003-0,007 (10-25) 83-84

Циркуляционное вакуумирование (КН-процесс) — 0,003-0,005 (60-80) 0,002-0,005 (50-80) 1,0-2,5 (40-60) 0,003-0,006 (10-25) 85-87

Способы обработки жидкой стали вакуумом

При Выпуске и разливке

При переливе из ковша в ковш

При разливке стали

При выпуске

Порциями

Циркуля- Пар циан -

ционное нпе

вокууми- вапуум/.-

ровоние ро во ни I

В ковше. В В вакуум- Продувка ' Продувка Дуговой вакуумкамере ном ковше кислородом кислородом нагрев

под вакуумом и аргоном в вакууме В вакуумном конвертере

Индукционное в индукционной

перемешивание • же лобной

под вакуумом вакуумной

и дуговой подогрев печи

Рис. 1.1. Способы обработки жидкой стали вакуумом

В табл. 1.2. приведены имеющиеся в литературе [88 - 97] данные о снижении концентрации газов при вакуумировании стали в ковше. При обычно достигаемых в настоящее время конечных давлениях в вакуумных камерах (0,1-1 мм рт. ст.) конечные концентрации водорода колеблются в пределах (1,5-2,6)-Ю-4 %; снижение содержания водорода равно 55 - 73 %. Конечные концентрации кислорода колеблются в пределах 0,010-0,004 снижение содержания кислорода - 34-48 %. Конечные концентрации азота колеблются в пределах 0,009 - 0,004 %, а снижение содержания азота составляет 10 - 20 %.

1.2.2. ВАКУУМИРОВАНИЕ В СТРУЕ

Большое влияние на скорость дегазации оказывает увеличение относительной поверхности (Б/У) металла. Существенно увеличить эту поверхность можно дроблением струи на капли. На этом принципе основан способ дегазации металла в струе. При попадании в разреженное пространство во втором ковше или в изложнице струя стали, в зависимости от количества растворенных газов, дробится на капли различной величины. Диаметр капель достигает величин 10-10 мм [98]. Они имеют шарообразную форму и падают веером в находящийся внизу ковш или изложницу. При переливе спокойной стали, когда окисление углерода не происходит, угол раскрытия струи составляет 20 - 40 ° [99, 100].

Особенно сильное деление струи стали на капли и раскрытие на - * большой угол (до 140 [101] происходит при переливе нераскисленной или слабораскисленной кремнием стали, т. е. при протекании реакции окисления углерода. Чтобы избежать трудностей, связанных с образованием настылей на огнеупорной кладке ковша или стенках изложницы, вызванных разбрызгиванием струи, в крышке камеры устанавливают впускную направляющую трубу столь большого диаметра, что взрывоподобный разрыв струи стали должен протекать в ней. Тогда

Таблица 1.2

Снижение концентрации газов при вакуумировании стали в ковше

Показатель Масса обрабатываемой стали, т

37 50 55 80 90 100 110

Марка стали 0,9 %С,\% - Нелегированные - легированные с Подшип- Подшип-

М, 0,3 %Мо и легированные содержанием никовые никовые

конструкционные 0,1-1 %С

Раскисление перед Присадка Посностью Раскисление РеБ! 0,25 % Нераскислен- Частично Частично

вакуумированием Са51 при раскислен- в печи перед 57 ная раскислен раскисленная

выпуске ная выпуском ная 0,15

0,15 % А' 0,005 %А1

Конечное давление в камере, Па 65 130 40 65 Менее 13 130 7

Время вакуумирования, мин 15 12 12-14 12-15 15 11-15 13-15

Принудительное перемешивание:

инертным газом Есть Есть Нет Есть Нет Есть Нет

электромагнитное Нет Нет Нет Нет Есть Нет Есть

Концентрация водорода, 10%:

до вакуумирования 4,3 9,1 5,5 2,5-5 - 5,1

после вакуумирования 1,75 2,4 2,1 1-1,9 1,5 2,2 1-2,6

снижение, % 59 73 62 56 — 57

Концентрация кислорода, Ю"4 %:

до вакуумирования 86 - 160 - - - 56

после вакуумирования 44,6 - 90 — — — 29

снижение, % 48 44 — — 37 48

Концентрация азота, 10Г4 %:

до вакуумирования - 103 80 - 60-110 - 86

после вакуумирования - 92 70 — 30-70 — 85

снижение, % - 10 12 — 40 20 1

Литературный источник [88] [891 [90, 91] [92] [93, 94] [95] [96, 97]

капли стали собираются на стенках впускной направляющей трубы и падают почти вертикально в ковш или изложницу [98].

Очень сильное деление струи нераскисленной стали на капли, при переливе из ковша в ковш, представляет для металлургических реакций особенно благоприятные условия вследствие чрезвычайно большой поверхности массообмена и очень малого пути диффузии. Это способствует как удалению водорода и азота, так и течению самой реакции окисления углерода. Раскисление углеродом под вакуумом применяют, как при переливе стали из ковша в ковш, так и при отливке слитков в вакууме [102].

Дальнейшая дополнительная дегазация происходит с поднимающейся чистой поверхности жидкой стали, накапливающейся в ковше, особенно, если это сопровождается интенсивным кипением, за счет выделяющейся окиси углерода.

Однако вакуумирование нераскисленной стали невозможно при отливке слитков, так как в изложнице полное раскисление производить нельзя из-за неравномерного распределения раскислителя в объеме металла. Обработка вакуумом нераскисленной стали производится при переливе из ковша в ковш [103].

По данным Д. Я. Поволоцкого и В. А. Кудрина [84, с. 59] при струйном вакуумировании нераскисленного металла, при остаточном давление 2-7 мм рт.ст., содержание водорода в стали уменьшается на 70 - 80 достигая уровня (1,5 - 2,0)-10"4 при котором сталь приобретает "иммунитет" к образованию флокенов. Содержание кислорода при этом понижается на 50 - 60 %, азота - на 15 - 25 %. При струйном вакуумировании раскисленной стали кислород удаляется лишь вследствие выноса и удаления оксидных включений, и содержание его понижается лишь на 15 - 25 %. Содержание водорода может быть

понижено до (1,5-2,0)-Ю"4 %. Примерно такие же результаты приводит в своем труде [83, с. 190] и Г. Кнюппель.

Отмечая достоинства струйного вакуумирования стали, следует отметить простоту и невысокую стоимость применяемого оборудования, полноту выделения водорода из раскисленного и нераскисленного металла. В последнем случае можно получить и чистую по оксидным включениям сталь. Основным недостатком этого способа является необходимость существенного перегрева металла в печи (на 40 - 100 ° С выше обычного). Ограничены возможности по обезуглероживанию стали в вакууме и ее внепечному легированию из-за отсутствия принудительного перемешивания. Требуется удвоенное количество сталеразливочных ковшей и дополнительно загружается крановое оборудование разливочных пролетов.

1.2.3. ПОРЦИОННОЕ ВАКУУМИРОВАНИЕ

Принцип работы установки порционного вакуумирования (DH-процесс) заключается в засасывании, вследствие разницы между атмосферным давлением и давлением в вакуум-камере, порции металла в камеру. Под действием вакуума в объеме металла протекает реакция окисления углерода с образованием пузырьков СО, в которые по мере их всплывания экстрагируются растворенные в металле газы - водород и азот.

В качестве примера эффективности DH-процесса можно привести результаты обработки рельсовой стали [82]: после дегазации содержание водорода составило (1,2 - 2,0)-10"4 % (при средней степени удаления 50 %), кислорода (40 - 80)-10"4 %, оксидных включений - в среднем 0,025 %, сульфидных - 0,182 - 0,190 %. Как и при других способах вакуумной обработки, в большей степени водород удаляется при вакуумировании

нераскисленной полностью стали, когда он экстрагируется пузырьками образующегося монооксида углерода. Однако при порционном вакуумировании влияние разницы в степени раскисленности не столь существенно вследствие интенсивного перемешивания и разбрызгивания металла в вакуум-камере [84, с. 66]. К тому же в отличие от струйного вакуумирования, можно увеличить продолжительность порционной обработки и довести содержание элементов до требуемого уровня.

Обычно для получения в стали содержания водорода (1,5-2,0)-10"4 % и придания ей иммунитета к образованию флокенов, в процессе порционного вакуумирования при 0,5 - 10 мм рт. ст., по данным Г. Кнюппеля [83, с. 285-288], требуется 3-4 - кратная рециркуляция металла через вакуум-камеру нераскисленной стали и 4-5 - кратная рециркуляция полностью раскисленной стали.

Одним из основных процессов, обеспечивающих улучшение качества стали при порционном вакуумировании, является понижение содержания кислорода в результате углеродного раскисления. Оно происходит интенсивно в начале вакуумной обработки и в основном завершается уже через 10 - 15 циклов, то есть при коэффициенте рециркуляции менее 2. При вакуумировании стали, содержащей 0,15 - 0,20 % углерода и более, содержание (активность) растворенного в ней кислорода понижается до уровня менее 0,004 - 0,005 % [84, с. 67]. В процессе дальнейшей обработки содержание кислорода практически не снижается.

Как и при других способах вакуумирования стали, при порционном вакуумировании удаление азота из стали незначительное и обычно не превышает 10 - 20 % [83, 84].

Увеличение поверхности дегазации, особенно при вакуумировании раскисленных сталей, возможно путем подачи инертного газа. О. Штайпе с

сотрудниками [81] подводили инертный газ во время вакуумирования раскисленной стали через пробку, установленную в днище ковша напротив места погружения в металл патрубка вакууматора. Более рациональным является решение, предложенное М. Охья с сотрудниками [104], подавать аргон в патрубок. Пузырьки аргона, всплывая в металле, вызывают более интенсивное его перемешивание и облегчают условия образования зародышей пузырей, которые по мере снижения концентрации удаляемого газа в стали становятся все более трудными.

На современных порционных вакууматорах при обработке плавок

о

массой 175 - 300 т расход аргона в патрубок может достигать 80 - 90 м /ч, что позволяет в течение 15 мин снизить содержание углерода в стали с 0,03 - 0,04 % до 0,004 - 0,005 % и содержание водорода (5 - б^О"4 % до 0,1-Ю"4 % [84, с. 81].

Для получения стали с узкими пределами по содержанию основных элементов обязательным условием является хорошее перемешивание металла в ковше после введения всех добавок. По данным Мааса и Вальстера [105], полное усреднение металла в ковше при порционном и циркуляционном вакуумировании достигается после перемешивания с коэффициентом циркуляции 0,4 (1,0 - 1,5 мин). Это хорошо согласуется с данными Оэтерса [106].

1.2.4. ЦИРКУЛЯЦИОННОЕ ВАКУУМИРОВАНИЕ

Другим способом обработки жидкой стали в вакууматоре отдельными порциями является циркуляционное вакуумирование {КН-процесс). В отличие от установки йН в вакуумной камере установки 1Ш имеются две футерованные огнеупорными материалами трубы, по одной из которых металл затекает в вакуумную камеру, а по другой вытекает. Трубы погружены в расплавленный металл в ковше. Когда из камеры начинают откачивать воздух, под действием атмосферного

давления расплавленный металл поднимается в вакуумную камеру на барометрическую высоту, равную примерно 1,4 м и покрывает подину камеры. Одновременно в нижнюю часть подающей трубы подводится аргон как транспортирующий газ. Газ, увеличиваясь в объеме, поднимается по патрубку, приводит в движение находящийся здесь металл и приподнимает на некоторую величину уровень зеркала металла в камере. Из подающей трубы, по данным Г. Тильманна и Г. Мааса [107], в камеру поступает смесь примерно из одной части металла и десяти частей газа (по объему) со скоростью более 5 м/с.

На 250-/77 установках RH в металл можно присаживать до 10-т легирующих добавок. Обработка обеспечивает достижение точного содержания легирующих и микролегирующих элементов при одновременном снижении концентрации водорода до 1,5-10"4 % и менее,

-J «а

углерода до 3-10" % и менее, азота до 4-10" % и менее [108].

Подача аргона во всасывающий патрубок на двух уровнях приводит к повышению скорости циркуляции металла на 30 - 40 % [109], что приводит к понижению содержания углерода в стали. Так, в результате 15-минутной вакуумной обработки содержание углерода в стали снижалось с 0,030 - 0,040 % до 0,003 - 0,009 % при обычной подаче аргона и с 0,025 до 0,002 % при подаче его на двух уровнях.

Способы порционного и циркуляционного вакуум ирования обеспечивают примерно одинаковую степень удаления водорода; вместе с тем, при циркуляционном способе имеется дополнительная возможность воздействия на процессы удаления примесей путем изменения интенсивности подачи транспортирующего инертного газа. Этот метод и сама конструкция аппарата позволяет вводить в металл окислители, а также флюсы. Установки порционного вакуумирования стремятся использовать в тех случаях, когда в цехе имеется разнообразный сортамент

легированных сталей (проще организовать подачу порций ферросплавов и равномерное их распределение в массе металла).

Из всего вышесказанного следует, что одна и та же задача, как правило, может быть решена различными путями. При выборе оптимального варианта необходимо руководствоваться, по крайней мере, двумя критериями - величиной затрат и комплексным влиянием данного вида обработки на остаточное содержание удаляемых элементов. Для решения вопроса о выборе рациональной схемы производства стали с заданными свойствами целесообразно создание математических моделей, охватывающих технологию доменного и сталеплавильного процессов, внепечной обработки чугуна и стали, а также математических моделей, позволяющих рассчитать и оптимизировать технологические параметры для получения металла, заданного состава. Ниже рассмотрены несколько математических моделей процесса вакуумирования стали.

1.3. ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ

1.3.1.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕАКЦИИ

ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ

Реакция взаимодействия углерода и кислорода," растворенных в жидком металле, является сложным гетерогенным процессом, постадийное описание которого может быть представлено в виде следующей схемы [110]:

Надписи над стрелками обозначают следующие элементарные стадии процесса:

1с, 1о - массоперенос атомов углерода и кислорода через пограничный слой расплава;

2с, 2о - хемосорбция углерода и кислорода из расплава и десорбция углерода и кислорода в расплав;

3 - десорбция монооксида углерода в газовую фазу и диссоциативная

адсорбция монооксида углерода из газовой фазы;

4 - массоперенос монооксида углерода в пограничном слое газовой

фазы.

Для изобарно-изотермических условий процесса математическая модель представляет собой систему уравнений, связывающих плотность

потока реагентов или продуктов реакции для каждой элементарной стадии (У,) с текущими концентрациями (активностями):

Jle ~ к 1с

{ \ нов

аг - а V с )

Г \

пов

а()-ао j

(1.1)

J 1о~ кlo

Jic =k.2ca"i;,e{l-e,-вв-^)-к2свс, ho =к^20а™в[1~вс-в0 -1вч)-к20в0,

J4 = к4 {j)c0 ~ Peo)'

где kjc> kj0 - константы скорости массопереноса атомов углерода и кислорода через пограничный слой расплава, см/с; к-2с> к-2о - константы скорости хемосорбции углерода и кислорода из расплава, см/с;

к2а к2о - константы скорости десорбции углерода и кислорода в расплав, моль/(см2 ■ с);

к-з - константа скорости реакции адсорбированных атомов реагентов, сопровождающаяся десорбцией монооксида

•у

углерода в газовую фазу, моль/(см • с);

кз - константа скорости диссоциативной адсорбции монооксида углерода, моль/(см2• атм- с);

к4 - константа скорости массопереноса монооксида углерода

в пограничном слое газовой фазы, моль/(см -атм-с);

пов „ пов ~ ..

ас, ас , ао, а0 - активности углерода и кислорода в объеме

■У

расплава и у поверхности раздела фаз, моль/см ;

9с,в()>Евч - доли адсорбционной поверхности, занятой соответственно

атомами углерода, кислорода и посторонних адсорбирующих веществ;

Рсо > Рсо8 " парциальные давления монооксида углерода в объёме

При вакуумировании, полагают авторы работы [110], парциальное давление монооксида углерода стремится к нулю, вследствие этого система уравнений (1.1) упрощается: последнее уравнение исключается, а предпоследнее принимает вид Однако нулю можно

прировнять только парциальное давление монооксида углерода в газовой фазе. В объеме металла парциальное давление монооксида углерода равняется ферростатическому давлению металла на пузырек СО. Учитывая, что углерод является слабо адсорбирующим элементом, в разностных членах уравнений величиной вс можно пренебречь. Полагая

далее, что процесс протекает в квазистационарном режиме, и заменяя в первом приближении активности элементов концентрациями, можно решить систему уравнений относительно плотности потока и концентраций одного из реагентов.

В предельных случаях, когда концентрация одного из них намного

V/

превышает содержание другого, из приведенной системы уравнении получаются сравнительно простые выражения для скорости процесса. В отсутствие сильно адсорбирующих примесей для случая [0]«[С] (раскисление металла углеродом) имеем:

газовой фазы и у поверхности раздела фаз, атм.

(1.2)

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Воронин, Валерий Александрович

Выводы

1. Разработана динамическая модель процесса порционного вакуумирования стали, учитывающая комплексное влияние различных технологических факторов и позволяющая определить изменения содержания элементов в металле в процессе вакуумирования, а также химический состав и температуру металла после обработки и ввода легирующих добавок.

2. Адекватная модель процесса порционного вакуумирования стали получается в предположении, что в вакуум-камере достигается равновесие между углеродом и кислородом при парциальном давлении монооксида углерода, равном ферростатическому давлению металла на подину вакуум-камеры.

3. Получено уравнение, характеризующее изменение температуры металла после вакуумной обработки в зависимости от длительности вакуумирования. Скорость охлаждения стали, при обработке на 385-т вакууматоре, в течение первых 20 мин практически постоянная, и составляет 1,6 °С/мин.

4. Получены уравнения регрессии, описывающие усвоение алюминия, марганца и кремния при присадке раскислителей и ферросплавов в вакуум-камеру после вакуум-углеродного раскисления в зависимости от начального содержания углерода и марганца в металле, количества углерода, удалившегося в процессе вакуумирования, кратности обработки. Установлено, что для лучшего усвоения алюминия необходимо подвергать вакуумной обработке металл, содержащий не менее 0,05 % С, и производить присадку алюминия после 60 циклов вакуумного обезуглероживания.

5. Установлено, что наилучшие результаты обработки на 385-т установке порционного вакуумирования достигаются в том случае, если высота металла в вакуум-камере составляет 0,37-0,6 м (масса порции 15-24 т). Для получения оптимальной порции металла в вакуум-камере необходимо, чтобы масса металла в сталеразливочном ковше составляла не менее 380 т.

6. Для эффективного обезуглероживания и дегазации стали, содержащей 0,04 - 0,07 % С достаточно 50 - 70 циклов вакуумирования, что обеспечит 2,5 - 3 кратную циркуляцию. Для других начальных содержаний углерода достаточно 30 - 50 циклов, обеспечивающих 1,5 - 2,5 кратную степень циркуляции.

7. Создана программа расчета процесса обработки стали на установке порционного вакуумирования, использование которой возможно в следующих направлениях: прогнозирование химического состава и температуры стали после обработки; оптимизация параметров процесса порционного вакуумирования стали; проектирование новых установок порционного вакуумирования стали; отработка технологии производства новых марок сталей с использованием установки порционного вакуумирования стали; тренажер для обучения сталеваров установок порционного вакуумирования стали.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воронин, Валерий Александрович, 1998 год

Список использованных источников

1. Обработка конвертерной стали в ковше жидким шлаком, полученным из отхода металлургического производства / Кулагин Г. Ф., Бычков Ю.

B., Сулима В. Н. и др. // Сталь. - 1987,- № 5. - С. 33 - 35.

2. Рафинирование металлов синтетическими шлаками / Воинов С. Г., Шалимов А. Г., Косой JI. Ф. и др. - М.: Металлургия, 1964. - 297 с.

3. Внепечная десульфурация жидким раскисленным конвертерным шлаком / Мельник С. Г., Носоченко О. В., Кулин Н. М. и др. // Металлург. - 1985. - № 9. - С. 19-20.

4. Производство стали 20ЮЧ, стойкой в сероводородной среде, с внепечным рафинированием и микролегированием / Новиков В. Н., Зикеев В. Н., Корнющенкова Ю. В. и др. // Сталь. - 1986. - № 9. -

C. 22 - 24.

5. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. - М.: Металлургия, 1977.-206 с.

6. Внепечные способы улучшения качества стали. / Чуйко Н.М., Перевязко А.Т., Даничек P.E. и др. - Киев: Техшка, 1978. - 128 с.

7. Spetzler Е. // Arch. Eisenhuttenw. - 1951. - № 7. - P. 22.

8. Миллер А. И. // Бюлл. ЦИИ НКЧМ, 1945. - № 38.

9. Кудрин В.А., Парма В.М. Технология получения качественной стали -М.: Металлургия, 1984. - 320 с.

Ю.Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали. - М.: Металлургия, 1992.-336 с.

П.Кудрин В.А. Металлургия стали. Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб.

и доп. - М.: Металлургия, 1980. - 560 с. 12.Технология производства стали в современных конверторных цехах / С. В. Колпаков, Р. В. Старое, В. В. Смоктий и др.; Под общей ред. С. В. Колпакова. - М.: Машиностроение, 1991. - 464 с.

1 З.Якушев A.M. Справочник конверторщика. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990. - 448 с.

14. Рафинирование стали массового производства шлаковыми смесями в ковше при выпуске / Чуйко Н. М., Козак В. В., Чуйко А. Н. и др. // Сталь. - 1979. -№ 1.-С. 31-32.

15.Курпас В. И., Крупман J1. И., Бродский С. С. Усовершенствованная технология внепечного рафинирования стали // Сталь. - 1986. - № 2. -С. 31-33.

16.Крупман Л. И. О скорости горения экзотермических шлаковых смесей // Изв. АН СССР. Металлы. - 1984. - № 1. - С. 58 - 61.

17. Эффективность применения самоплавких шлаковых смесей для обработки конверторной стали / Дюдкин Д. А., Ларионов А. А, Крупман Л. И. и др. // Сталь. - 1987. - № 2. - С. 35 - 36.

18.Внепечная десульфурация трубной стали шлакообразующими смесями / Гвамберия Н. О., Ломашвили А. Н., Шатиришвили Т. А. и др. // Сталь. -1986.-№ 9,- С. 27-28.

19.Десульфурация стали в ковше кальций - и алюминий- содержащими смесями / Исаев Г. А., Кудрин В. А., Смирнов Н. А. и др. // Сталь. -1986. -№ 11.- С. 22-23.

20.Обработка конструкционной стали порошкообразными материалами в ковше / Исаев Г. А., Кудрин В. А., Смирнов Н. А. и др. // Сталь. - 1985. -№ 2. - С. 36-38.

21. Производство стали с высокими свойствами путем внепечной обработки / Поживанов А. М., Шаповалов А. П., Кукарцев В. М., Клинов Ю. С. // Сталь. - 1986. - № 9. - с. 19 - 22.

22.Повышение качества конверторной стали методом внепечной обработки / Шнееров Я. А., Вихлевщук В. А., Стороженко А. С. и др. // Сталь. - 1986. - № 2. - С. 22 - 24.

23.Повышение качества сложнолегированных конструкционных сталей продувкой порошкообразными материалами в ковше / Смирнов Н. А., Сидоренко М. Ф., Кунцевич И.А. и др. // Сталь. - 1981. - № 5. -С. 31-33.

24.Holzgurber W., Hengerer D. // Berg - und Huttenmann Monatsh. - 1978. -Bd. 123. - № 9. - P. 278-285.

25. Смирнов H. А., Кудрин В. А. Рафинирование стали продувкой порошками в печи и ковше. - М.: Металлургия, 1986. - 168 с.

26.Инжекционная металлургия. Труды конференции, Лулеа, Швеция, 1977: Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1981.-23 2с.

27.Инжекционная металлургия. Труды конференции, Лулеа, Швеция, 1980: Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

28.Обработка стали кальцием: материалы международного симпозиума по обработки стали кальцием, Глазго, Великобритания, 30 июня, 1988 г: Пер. с анг. - Киев, ИЭС, 1988, - 219 с.

29.Аргон в металлургии (По материалам фирмы «Badische Anilin - und Soda - Fabrik, ФРГ): Пер. с нем. В. Т. Опарышевой под научн. ред. П. П. Арсентьева. - М.: Металлургия, 1971. - 119 с.

30. Sperl Н., Weber R. A., Wiemer Н. -Е. // Stahl und Eisen. - 1976. - №96. -

P. 492 - 498.

31. Weber R. A., Wiemer H. -E. Sperl H., Nolle D. // Techn. Mitt. Haus d.

Technik Essen. - 1977. - № 70 - P. 79 - 84.

32.Рафинирование стали инертным газом. / Под ред. Каблуковского А.Ф.: -М.: Металлургия, 1975. -231 с.

33.Обработка металла инертными газами. / Ойкс Г.Н., Степанов A.B., Меликов П.Н., и др. - М.: Металлургия, 1969. - 112 с.

34.Шевелев В. М., Бердников В. И. Поведение водорода при продувке стали инертным газом. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1972. - № 8. -С. 21 -25.

35.Бердников В. И., Шевелев В. М. Удаление водорода из жидкой стали в пузырь инертного газа. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1972. - № 6. - С. 17-21.

36.Дьяконов В. И., Шалимов А. Г., Окороков Г. Н. Процессы массообмена при продувке жидкой стали аргоном в вакууме. // Изв. АН СССР. Металлы. - 1978. - № 3. - С. 14 -21.

37.Исследование влияния пульсаций потока аргона на кинетику удаления водорода из расплавов на основе железа. / Явойский А. В., Терзиян С. П., Телков В. И., Турлаев В. В. // Изв. вузов. Черная металлургия. -1982. -№3.~ С. 29-30.

38.Влияние пульсирующих потоков инертных газов на экстрагирование водорода из стали. / Явойский А. В., Явойский В. И., Терзиян С. П., Турлаев В. В. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1983. - № I. -С. 29 - 32.

39.Петерков Е. Г., Филипов С. И. Основы дополнительного рафинирование стали продувкой аргоном // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1975. -№3.-С. 81 -85.

40.Производство стали с продувкой аргоном в печи и в разливочном ковше / Филимонов М. А., Афанасьев Ю. И., Какабадзе Р. В. и др. // Сталь. - 1986. - № 2. - С. 24 - 27.

41. Продувка стали инертными газами через разливочное отверстие шиберного затвора в ковше / Ланчева М. Д., Габисиани А. Г., Кашакашвили Г. В. и др. // Сталь. - 1985. - № 3. - С. 32 - 33.

42.Обработка жидкого металла в вакууме / Самарин А. М., Новик Л. М., Гончаренко Н. И. и др. // Сталь. - 1956. - № 8. - С. 700 - 707.

43.Вакуумная обработка бессемеровской стали / Самарин А. М., Новик JI. М., Цуканов Г. Э. и др. // Сталь. - 1959. - № 3. - С. 231 - 238.

44.Штейп К., Энде Г., Пфейффер А. Проблемы современной металлургии.

- М: Изд-во иностр. лит. 1960. - С. 25 - 41.

45.Speith К. G., Ende Н., Pfeifer А. // Stahl und Eisen. - 1961. - Bd. 81, № 22. -P. 1449- 1456.

46.Samarin A. M., Novik L. M. Proceed. First Intern, congr. on vacuum techn. // Pergamon Press. - 1960. - Vol. 11.

47.Проблемы стального слитка. / Новик JI. М., Лукутин А. И., Кацов Е. 3. -М.: Металлургиздат, 1969. - С. 400 - 405.

48.Физико-химические основы металлургических процессов. / Новик Л. М., Лукутин А. И., Кацов Е. 3. - М.: Наука. - 1973. - С. 43 - 51.

49.Lindskoy L. // Bergslaget. - 1964. - Bd. 19. № 2. - P. 10 - 11.

50.Paurise J. // Circ. informs, techn. Centre doc. sider. - 1965. - Vol. 22. № 12.

- P. 2655 - 2664.

51 .Moyre A., Honis J., Jounand V., Aubert A. // Ibid. - 1965 - Vol. 22. № 11. -P. 2473 - 2497.

52.Pressing R., Schobert A., Raiski H. // Berg. - und Huttenmann Monatsh. 1967. - Bd. 112, - № 11.- P. 361- 371.

53.Desmarez M. // Circ. inform, techn. Centre doc. sider. - 1972. - № 9. -P. 2041 -2049.

54.Kerka M., Skola J. Vakuove spracovau oceli Vpodminkach // Hutn. listy.-1980,- Vol. 37.-№ 11,- P. 767.

55.Eggenhoffer A., Kaiser G., Bauer F. // 32-nd Elec. Furnace Conf., Pitsburgh Meet., 1974. - N.Y., - 1975. - Vol. 32. - P. 149-155.

56.Finkl C.W., Lehmann A. L., Holtermann H.W. // Huttenpraxis Metal. -1977. -Bd. 15, № 10.-S 830 - 837.

57.Eggenhoffer A. // Berg- und Huttenmann. Monatsh. - 1978. - Bd. 123, № 9,-P. 285 -290.

58.Могуа Т., Tawara M. // Tetsu to Hagane. J. Iron and Steel Inst. - 1977. -Vol. 63, P. 2070 - 2076.

59.Spirettienne // Furnace Conf. Proc. N.Y. - 1969. Vol. 26. - P. 104-108.

60.Nagai J., Onishi M., Namba A., Kato T. // Proc. 7 Int. Conf. Vac. Met. (Tokyo, Nov. 26 - 30, 1982). Spec. Melt, and Met. Coat. Tokyo, 1982. -Vol. 2. - P. 1188-1195.

61. Результаты эксплуатации установок для дегазации металла / Хайнен К. X., Церхер X., Горгес Г. и др. // Черные металлы,- 1984,- № 1,- С. 19-24.

62.Применение ковшевой металлургии при производстве специальных конструкционных сталей / Шефер К., Абратис X., Гюнтер Г. и др. // Черные металлы. - 1984. - № 24. - С. 3 - 8.

63.Bauer Н., Etterich О., Fleisher Н. // Stahl und Eisen. - 1970. - Bd. 90. -P. 725 -735.

64.Tivelinus В., Sohlgren T. // 61 st. Nat. Open Heatn and Basic Oxygen Steel Conf. Proc. Chicago Meeteng, 1978. - N. Y. -1978,- Vol. 61. -P. 154 - 171.

65.Kato T. // Tetsu to Hagane. J. Iron and Steel Inst. - 1980. - Vol. 66, № 11 .P. 787, 836.

66.Раскисление стали 350НЗМФА для крупной роторной поковки / Соболев Ю. В., Колпитонов Э. Ю., Хинский П. Д. // Сталь. - 1980. -№ 11.-С. 976-977.

67.Jida Y. // Tetsu to Hagane. J. Iron and Steel Inst. - 1981. - Vol. 67, № 2. -P. 230 - 244.

68.Производство легированной стали с обработкой на установке ASEA -SKF / Аранеми М., Херенди Р, Киш JI. и др. // Сталь. - 1984. - № 9. -С. 23 -27.

69.Philbrick Н. S. //Trans. Vacuum Metallurgy Conf. New York City. 1966. Boston: Mass. Amer. Vacuum Soc. - 1967. - P. 397 - 414, 451 - 460.

70.Jesionck B. // Circ. Informs. Techn. Centre doc. sider. -1968. -Vol. 25, № 3. -P.751, 760, 763.

71.Berve J., Gorges M. // VI Intern. DH-BV-Vakuuntagung Stresa (Italien). -1972.-P. 51 - 58,72 - 80.

72.Meyer zu Heringsdorf J. // VII Intern. DH-BV-Vakuuntagung Malente (BRD). - 1975,- P. 329-343.

73.Meyer zu Heringsdorf J. // VIII Intern. DH-BV-Vakuuntagung Esterona (Spanien). - 1978,- P. 267 - 279.

74.Кенка M., Клетечка 3. Струйное вакуумирование стали при периливе в ковш // Сталь. - 1982. - № 10. - С. 40 - 41.

75.3апалка Д., Мошлах Д., Крызел М. Внепечная обработка стали // Сталь. - 1985.-№ 10.-С. 34 - 38.

76.Burv Е. G. // Electr. Furmace Conf. Proc. N.Y.: Amer. Inst. Mining, Metallurg and Petrol Eng. Inc. - 1965. -Vol. 21. - P. 111 - 117, 117 -118.

77.Пфлипсен X. Д., Вебер P. А. Вакуумирование стали порционным способом // Черные металлы. - 1978. -№15.-С.3-6.

78.Форверк X., Делей Г. М., Шютц П. Установка порционного вакуумирования на металлургическом заводе в Рейнхаузене фирмы Круппшталь // Черные металлы. - 1982. - № 23. - С. 15 - 19.

79. Влияние порционного вакуумирования на содержание газов в среднеуглеродистой и подшипниковой сталях / Крикунов Б. П., Пилющенко В. Л., Каблуковский А. Ф. и др. // Металлург. - 1984. - № 5. -С. 21-22.

80. Дегазация металла при порционном вакуумировании / Мазуров Е. Ф., Неровный Ю. М., Каблуковский А. Ф. и др. // Сталь. - 1985. - № 7. -С. 28-31".

81. Vortrag Usterreichischer Eisenhuttwntag / Steipe О., Peterek D., Jamera F., Narzt H.- P. // Leoben*. 17-19 mai, 1979.

82.Klisiewicz Z. Wytwazzanie stali na Szyny o podwyzszonych Wlasnascich Wyrzzymalosciowych w konwertorach tlenowych z zastosowaniem obrobki prozniowej ciekfej stali // Hutnik. - 1987. - V. 53. - № 3. - P. 62 - 64.

83.Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Основы и технология ковшевой металлургии: Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1984. -Ч. 2-414 с.

84.Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали: Учебник для вузов. - М.: МИСИС, 1995. - 256 с.

85.Damner A., Hirase M. // Trans. Vacuum Metallurgy Conf. New York, 1964. Boston: Mass. Amer. Vacuum. Soc., 1965. - P. 476 - 496, 497-505.

86. Циркуляционное вакуумирование конструкционной стали / Верховцев Э. В., Ситников В. Ф., Крут Ю. М. И др. // Сталь. - 1979. - № 1. -С. 23 - 27.

87.Komai T., Mizukami Y. //Proc. 7 Int. Conf. Vak. Met. Tokyo. Nov. 26 - 30. 1982. Tokyo. - 1982. - P. 1383 - 1390, 1412 - 1420.

88.Finkl C. W.: // AIME Electric Furnace Conferences Proc. 16. 1958. Metal Progress - 1959. - 76 - № 3, - P. 821 - 822.

89.Verge J. // Heurty, Bulletin d' informations, deutsche Ausgabe. - 1964. -№28.-P. 16-21.

90.Perry T. E. // Annual General Meeting of the Iron and Steel Institute. -1965. -P. 22-27.

91.Desmarez M. // Circulaire d' informations Techniques du C.D.S. -1972. -№ 9. - P. 2041 - 2049.

92. Jesionek B. // Circulaire d' informations Techniques du C.D.S. - 1967. - № 4. -P. 751 - 763.

93.Perry T. E. // Metal Progress. - 1963. - P. 88 - 91.

94.Perry T. E. // Iron Steel Eng. - 1965. - P. 977 - 982.

95.Paurise J. C. // Circulaire d' informations Techniques du C.D.S. - 1965. -№ 12. - P. 2655 -2666.

96.Thorpe A., Jackson G. F. W. // Steel Times. - 1964. - P. 851 - 861.

97. Jackson G. F. W., Thorpe A., Whittaker R. / Annual General Meeting of the Iron and Steel Institute // Steel Times. - 1965. - P. 28 - 35.

98.Berve J. // VI International DH - BV - Vacuumtagung Stresa (Italien). -1972,- P. 72-80.

99.Tix A. // Stahl und Eisen. - 1959. - № 79. - P. 472 - 477.

100. Scalise J. H., De Negri A., Piccardie V. // J. Iron and Steel Inst. - 1960. -№7. -P. 260-266.

101. Hunter C. J., Hornak J. N. Blast Furn. // Steel Plant. - 1965. - № 9. -P. 823 - 832.

102. Berve J., Gorges H. // VI International DH - BV - Vacuumtagung Stresa (Italien). - 1972. - P. 51-58.

103. Meyer zu Heringsdorf J. // VIII International DH - BV - Vacuumtagung Estepona (Spanien). - 1978. - P. 267 -279.

104. Ohji M., Tanizawa K., Kontani T. // Stahl und Eisen. - 1981. - № 101. -P. 1069- 1079.

105. Маас Г., Вальстер M. // Черные металлы. - 1970. - № 22. - С. 11 - 16.

106. Knüppel Н., Oeters F., Vardag S. Ghari Khan // Arch. Eisenhuttenwesen. -1966.-№37 - P. 621 -632.

107. Thilmann H., Maas H. // Stahl und Eisen. - 1959. - № 79. - P. 276-282.

108. Хасперт X. П. Тридцатилетие способа циркуляционного вакуумирования RH // Черные металлы. - 1987. - № 19. - С. 12 - 17.

109. Matsunaga Н., Tominaga Т., Ohji М., Tanaka F. // Tetsu to Hagane. -1977.-№63.-Р. 1945 - 1952.

110. Волков В.Г., Тоток А.Г., Костюнин В.И. Разработка математической модели • реакции обезуглероживания. // Физико-химические основы вакуумных процессов в черной металлургии. Под ред. А. И. Манохина. - М.: Наука, - 1984. - С. 77 - 80.

111. Rentizelas G., Lange К. W., Papamantellos D. // Arch. Eisenhuttenwesen. -1976.-№47. - Р. 601 -606.

112. Порционное вакуумирование легированной конструкционной стали / Кулаков В. В., Кацов Е. 3., Хохлов О. А. и др. // Сталь. - 1986. - № 9.

- С. 24 - 26.

113. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Термодинамические и кинетические закономерности: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. - Ч. 1. - 312 с.

114. ММК. Конвертерный цех. Комплекс вакууматора. ВП-385. / Технический проект. Пояснительная записка 1058710 ПЗ. - 1987. -21 с.

115. Banya S. A., Matoba S. Activity of corbon and oxyden in liquid iron. Physical chemistry of process metallurgy. - New York, 1959. Part 1, P. 373-401.

116. Шишкин M.A., Линчевский Б.В., Тараканов Ю.В. Определение методом Э.Д.С. раскислительной способности углерода в железе при вакуумной плавке // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1975. - № 2. -С. 12-16.

117. Раскислительная способность углерода в вакууме / Кочетов А.И., Стомахин А .Я., Григорян В.А. и др. // Изв. вузов. Черная металлургия.

- 1976.-№ 1,-С. 65 -68.

118. Внепечное вакуумирование стали / Морозов А. Н., Стрекаловский М. М., Чернов Г. И., Кацнельсон Я. Е. - М.: Металлургия, 1975. - 288 с.

119. Буданов Б.А. Исследование и разработка технологии производства низкоуглеродистых сталей с внепечным вакуумированием порционным способом. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Магнитогорск, 1978.

120. Ферросплавы: Справоч. изд./ Мизин В.Г., Чирков H.A., Игнатьев B.C. и др.-М.: Металлургия, 1992. - 415 с.

121. Самсонов Г. В. Фихико-химические свойства окислов. Справочник. -М.: Металлургия, 1969. - 456 с.

122. Кубашевский О., Олкокк К. Б. Металлургическая термохимия. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1982. 392 с.

123. Эллиот Д.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1969. 252 с.

124. Сталеплавильное производство: Справочник. Под ред. Самарина A.M. 1т. - М.: Металлургия, 1964. 528 с.

125. Wentrup Н. А., Hieber G. //Arch. Eisenhuttenwesen. - 1939/40. - Bd 1. -P. 15-20.

126. Samarin A. M. // Bergakademie Leobn. - 1960. - 5/6. - P. 262 - 270.

127. Delve F. D., Duderstadt G.C. // J. Iron and Steel Inst. - 1968. - Vol. 206, №12,- P. 1218- 1222.

128. Haumann W. IV International DH - BV - Vacuumtagung Burgenstock (Schweiz). - 1968. - P. 181 - 192.

129. Особенности обезуглероживания низкоуглеродистой стали при порционном вакуумировании / В. Г. Антипин, Н. Ф. Бахчеев, В. Ф. Коротких и др. // Физико-химические основы вакуумных процессов в черной металлургии. Под ред. А. И. Манохина. - М.: Наука, - 1984. -С. 112-116.

Приложнние 1

Блок-схема программы «Расчет процесса обработки стали на установке порционного

вакуумирования»

Начало

Мцд, Ниш? Ратм? Рвк, ^разл, Иторк, Т,

\¥вк, ГС1, ГН1, [N1, ГАП, [Мп1, [БП.

Блок защиты от некорректного ввода данных

+ + \ - = 0;

3 яр.

ме

= Н,гп„ —Н°.0+Н1+Нк

Рщ

Р ме

тт "" кое ме ' "У ' " патр

Н = 0,001(Ратм-Рт)^ + Н

Н, НХода Нтах- Нтм,

-Н;

Ршл г и

-, = П

шл > гз

Рме

патр

т_т __ п2 тт

п 1 ~ лпатр патр

Кг; [О]н=0,052+0,0019/[С]И-0,1[Мп]н

// = к Тр 1/?^ 4- /? /? 4- )/ 7?^ •

п 2 з кон \вк вк патр ^патр // ме >

Н3 = &вк (Нвк ~ Нкон )! К-ме >

Н]-Н2-Н3;

тт _М — АН _М + М

вк~~ патр ков п ме

м„ =

— ТС Н (р^ 4- Р Р 4- Р^ \+7Г Р^ И 1/0

^ кон \ вк вк патр ^патр) ' вк цил \Рме>

Iпод 60Нхода/]У, 1,41 по(),

Iн 0,351под, 0,251п0(), 1ц

Блок выбора варианта расчета: Р1- расчет процесса порционного вакуумирования; Р2- оптимизация процесса порционного вакуумирования.

Исходный химический состав стали, число циклов вакуумирования, марка и расход ферросплавов

Выбор марки стали, получаемой после обработки и марки используемых ферросплавов

Рме=Нвк/Н, Р'со = Рме + Р'„ / 760,

г£]», = Ще{м„-м„атр)+КГ' К

патр

м.

[С] ' = 0,Щ <„-0,375[о] <„+ М375[о1 -0,5 [ф2 +

{н2}м

3 Р

~ СП

4 К.

с,о

ЛН'вк = 2,33

№ =

}СО}Мш~1~" " {СО} М,

- М„) + [£];: {м„ - Мттр )

ьл пптп )

0

[ШJZ - [Мп]. < Е^.У"" < IMnJZ7, - [Mn]H

100M

ПЛ

[SiJZ - [Si], < J.Gia,[fJf"Ua S [Si]"Z - [SI],

100M,

W1

[AIJZ - [AIL ¿ Ъ0фт íf/f*^' á lAirZ - [Al h

IOOM

m

0фсп > О

Рме-HJH, P\0 = Рме + Р!вк / 760, Гп1н/ [ElliK-KaJ+lEt^K

ibL=-

namp

M,

3 PL

4 К

[C]' = 0,5[C] L-0,575[0] <H+j(0,375[ol-0,5[ф:

[c][Ao]uÁ-4/3Íc]z-\c\L);

АН1=2,ЗЗШ^А[С]; ANl = Ale];

{СО} Мсо

[СО}Мсо

^патр О-

■Ч ю

Конец ©

1 г

Решение уравнений методом итерации.

со со го 00 го --1 N3 СП ю сл кз го со м м N3 —х N3 О СО ОО -4 СО _к СП 41- со N3 - о СО 00 -VI со СП 4>- 00 го - 3. 2 Г! Ю

214637 | 114627 114550 114530 212327 212323 212299 212121 207775 107770 207680 | 107661 107641 107564 107558 107455 107422 106920 106894 106889 106807 206784 | 106778 206738 206735 206178 206177 I 206174 206172 № плавки

I СИ80 08Ю 08Ю 08Ю о 00 о СН80 08Ю 08пс 08Ю 08Ю о 00 о СН80 I СН80 08кп 08Ю 08Ю 08Ю 08пс | 08Ю 08пс 08пс 08Ю 08Ю 08Ю 08Ю 08Ю 08Ю 08Ю о 00 о Марка стали

со о СО го -VI С0 -4 00 со -VI СО "VI м СО о "VI 4». о 00 "VI СО •VI ОЗ -VI СП "VI оэ СП ■VI •VI СП СП со -VI 00 оз ■VI СП ОЗ СО о 00 СО со -е- СП о СП 00 4*. СП 4*. СО Количество циклов

I 088 00 оэ о 00 СП о СО -VI О со со о озе 00 ОО о оэ СП о со 00 •VI СП 00 СП о СлЗ СО о ОЗ СО о со 00 о ОО СО о СлЗ СП о 00 00 о 00 со о СО -V» о со -о о со со о 00 ОО СП СО "VI о ОО -VI о СО 00 СП со 00 со СО 00 00 СлЭ со 00 -VI 00 Масса плавки, • т

с» оэ —X —1. 4*. 4^ _^ 4*. ко 4». 00 N3 —к N3 со —к. СП СО со N3 N3 со ОО _1. КЗ со со м 00 00 со сл - Масса порции, т

со о р — СП 1 6,4-1,4 | 10,1-6,5 9,3-6,7 10,5-5,2 | 10,8-6,0 7,4-4,1 6,7-4,2 4,7-3,1 I 7,0-2,9 ! 00 со 8,6-3,2 I 6,8-4,1 8,4-4,0 8,1-4,0 8,2-3,7 10,8-3,5 7,2-3,2 10,6-2,71 21-5,4 5,8-3,3 11,6-3,3 I 17-3,3 6,8-2,6 [ 6,8-2,6 I 8,6-3,4 1 6,2-2,4 Давление в вакуум-камере , мм рт .ст .

сл го о 4». го со _X СО СО СО 00 4^ го СП го ю о N3 N3 - со со N3 СП -VI ю го _!. 00 00 КЗ СП КЗ о 4^ "VI оэ _ь. оэ Время обработки, мин

сл о го о о КЗ О О СП О -VI СП -VI СП м о о О о со о о о 4^ СП О о СП о о о о со о 00 о о о о 001 —х СП о СП о сл СП о СП В ковш Расход алюминия, кг

сл о Сл) 00 о СО оэ О 4^ СП О О) СП о СО о о 4^ О О 00 о о СП О О СП 00 о СП СП о СП о о оэ СП о со СП о -VI кз со N3 о о 4*. О О оз о о -VI о оз -VI о 4». о о СО со о СП ■VI о 005 ■VI СО о ОЭ о о СО СП СП СО о СО 00 О В вакуум-камеру

1624 И 632 1 1619 И 622 I 1626 1634 1625 1640 1619 11611 1612 11634 1 1628 1631 1630 1618 1613 1630 1624 1612 I 1607 1618 1615 1630 I 1619 1614 | 1633 I 1627 1633 До вакуум -рования Температура стали, °С

1594 1584 1 1598 I 1582 1590 1595 1615 1595 1594 1573 1570 1 1604 1577 1592 | 1605 1586 1583 1604 1607 1591 1579 1592 | 1576 1581 | 1579 1586 [ 1596 I 1594 1600 После вакуу М1 -рования

0.060 090 0 0.060 I 0.040 I 0.059 0.049 0.071 0.023 0.050 0.057 0.047 I 0.043 0.029 0.045 0.047 0.045 I 0.074 0.034 0.041 0,046 080 0 0.077 0.043 0.046 I 0.050 0.048 | 0.047 | 0.058 0.038 До вакууш -рования Углерод — к к л___ Содержание элементов, %

0.036 0.035 1 0.030 I 0.016 0.032 0.025 0.044 I 0.016 0.030 0.033 0.030 | 0.026 0.021 0.028 0.027 0.017 0.033 0.018 0.024 0.015 0.053 0.031 0.022 0.023 | 0.018 0.026 | 0.023 0.030 0.017 После вакууш -рования

0,27 0,30 0,29 | 0,28 0,29 0,26 0,34 0,19 0,16 0,16 0,25 0,21 0,16 0,21 0,21 0,21 | 0,24 0,13 0,19 0,17 I 0,22 0,25 0,17 0,15 0,19 0,21 I 0,19 I 0,24 0,17 Др вакууш -рования Марганец

0.046 0.059 0.047 | 0.106 0.065 0.060 I 0.055 I 0.130 060 0 0.081 0.069 0.078 0.072 0.078 0.078 0.077 0.055 680 0 0.084 0.108 0.040 0.033 0.083 0.075 0.099 0.074 I 0.075 080 0 0.073 ДР вакууш -рования Кислород

1 1 1 1 1 1 1 0.028 0.028 0.021 I 0.099 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 0.048 0.054 0.053 I 0.061 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.049 0.048 0.053 0.045 0.049 Перед раскис -лением

< 1 1 0.020 0.027 1 1 1 1 1 1 0.028 1 1 1 0.010 I 0.014 0.027 0.019 0.013 I 0.016 1 1 0.020 0.015 I 0.018 1 1 0.016 0.031 0.015 0.011 0.023 0.015 1 1 0.019 После раскис -ления

0.016 0.013 0.020 0.027 0.016 0.012 0,015 0.017 0.013 0.012 0.016 0.014 0,017 0.015 0.009 0.008 ОЮ'О 0.015 600 0 0.011 600 0 0.011 0.015 0.011 0.011 0.014 0.014 | 0.014 ! 0.013 В конце обра -ботки

0,069 0,056 0,06 0.048 0,062 о "о 00 00 0,055 о о 4*- 0,057 0.055 0,035 0,015 0,036 0.04 0,032 0,029 0.06 0,072 0,042 0,058 0,063 0,06 0,045 0,033 0,091 0,042 0,041 0,068 0,054 В конце обра -ботки Алюминий

я

о©

а

-о

30 114638 08Ю 68 375 14 4,0-1,87 30 150 400 1621 1582 0.041 0.014 0.25 0.056 — — 0.010 0,042

31 214675 08пс 112 375 12 4,0-1,87 44 0 500 1620 1580 0.034 0.016 0.23 0.075 0.047 0.021 0.016 0,046

32 214688 08пс 81 375 12 2,7 20 100 450 1612 1590 0.056 0.027 0.25 0.055 — 0.028 ~ 0,063

33 214701 08Ю 111 374 11 3,0 43 150 480 1619 1582 0.038 0.016 0.28 0.072 0.021 0.018 0,059

34 214707 08Ю 110 374 12 5,0-1,6 40 150 480 1615 1584 0.040 0.015 0.21 0.074 — 0.020 0.014 0,04

35 214718 08Ю 64 374 12 3,6-1,6 18 50 450 1622 1582 0.048 0.022 0.25 0.066 — — 0.015 0,04

36 114723 08Ю 72 365 13 6,5-1,7 18 50 440 1623 1582 0.050 0.020 0.26 0.066 — — 0.015 0,052

37 214731 08Ю 79 381 12. 5,0-1,6 16 0 560 1627 1595 0.043 0.026 0.28 0.067 — 0.025 — 0,05

38 114742 08пс 112 380 10 3,6-1,6 20 0 620 1615 1590 0.052 0.038 0.25 0.065 — — 0.010 0,041

39 114744 08пс 90 360 15 6,5-1,7 21 0 420 1607 1570 0.050 0.020 0.27 0.055 — — 0.018 0,045

40 114748 08пс 90 375 12 4,6-1,7 22 0 450 1618 1592 0.060 0.023 0.25 0.038 - 0.011 0,064

41 214755 08пс 90 381 12 4,8-1,8 22 0 460 1621 1588 0.041 0.020 0.22 0.057 0.017 0.016 0,055

42 214759 08пс 96 370 14 6,2-1,6 24 0 530 1629 1589 0.032 0.019 0.22 0.082 0.021 ~ 0,037

43 214780 08пс 50 370 15 4,0-1,87 15 0 380 1607 1578 0.058 0.038 0.31 0.050 — — 0.015 0,059

44 114796 08пс 70 370 12 3,0-1,0 12 0 450 1616 1591 0.041 0.028 0.24 0.068 — — 0.016 0,034

45 114803 08пс 69 371 15 8,0-2,0 23 0 460 1608 1585 0.034 0.012 0.21 0.071 — - 0.013 0,051

46 215032 08пс 80 372 12 3,9-1,5 21 90 380 1618 1595 0.053 0.026 0.31 0.049 0.020 0.016 ~ 0,052

47 115053 08Ю 86 383 15 4,0-1,6 15 100 500 1639 1598 0.042 0.025 0.26 0.050 — — 0.013 0,061

48 3676 08Ю 105 385 11 7,3-0,2 22 90 600 1610 1584 0,052 0,021 0.24 0.051 0.012 0,06

49 3698 SAE 106 365 13 4,3-0,25 28 75 450 1593 1587 0,017 0.013 0,29 0.140 0.011 0,011

50 3709 ОСВ 112 370 16 4,5-0,3 24 80 500 1586 1578 0.043 0.017 0.147 0.066 0.015 0,058

51 3715 08Ю 106 350 15 7,1-0,1 21 75 450 1595 1592 0.057 0.022 0.215 0.066 0.019 0,065

52 3718 08пс 100 360 16 8,7-0,1 34 120 430 1584 1578 0.086 0.034 0.212 0.043 0.012 0,072

53 3737 08Ю 117 365 14 18,2-0,4 20 20 550 1597 1578 0.059 0.021 0.221 0.062 0.016 0,07

54 3748 SAE 125 373 13 9,4-0,5 24 0 680 1621 1585 0.067 0,05 0.189 0.065 0.015 0,087

55 3751 08Ю 130 372 18 9,8-0,3 22 90 550 1605 1584 0,067 0.042 0,22 0.061 0.01 0,064

56 3754 08Ю 106 373 14 9,2-0,2 25 100 500 1594 1590 0.052 0.029 0.155 0.081 0.012 0,064

57 3817 20Ю 169 360 17 2,3-0,3 32 300 480 1618 1566 0.198 0.189 0.399 0,012 0.008 0,08

58 3834 08пс 116 367 14 16,1-0,3 75 600 1614 1590 0.045 0.018 0.172 0.077 0.014 0,053

59 3837 08пс 116 370 14 10,6-0,4 20 80 600 1604 1593 0.062 0.035 0.215 0.060 0.016 0,052

60 3840 08пс 109 370 18 23,2-0,4 20 60 700 1613 1594 0.048 0.018 0.160 0.080 0.013 0,065

61 3846 ОСВ 114 390 16 3,5-0,8 22 100 600 1601 1590 0,053 0.018 0,170 0.045 0.013 0,082

62 3849 08пс 114 380 14 2,5-0,9 18 80 550 1604 1583 0.057 0.021 0.222 0.06 0.014 0,068

63 3851 08пс 115 380 15 6,0-0,4 21 80 550 1630 1583 0.056 0.020 0.237 0.058 0.01 0,068

64 3853 08пс 133 390 15 5,3-0,6 22 60 610 1625 1584 0,058 0.022 0,210 0.054 0.011 0,072

65 3868 08пс 111 385 14 9,5-0,2 19 105 500 1629 1585 0.063 0.028 0.205 0,050 0,071

66 3874 08пс 81 380 20 9,3-0,2 13 75 420 1587 1572 0.071 0.023 0.297 0.057 0.01 0,064

67 3876 08пс 107 380 19 9,5-0,5 15 75 480 1582 1574 0.072 0.025 0.262 0.067 0.015 0,077