Тема: розрахунок зневуглецюванням сталі на вакууматорі.

Мета: Відпрацювання методики розрахунку зневуглецювання сталі продувкою

киснем через фурму при вакуумній обробці сталі.

 

Теоретична частина

Розкислення, легування і зневуглецювання сталі проводиться в вакууматорі після додаткового нагрівання металу на устрою ківш-піч зі врахуванням втрат температури при наведенні нового покривного шлаку, вакуумуванні, завантаженні розкислювачів і легуючих, продувки аргоном в ковші-печі і вакууматорі.

При випуску плавки з конвертера повністю відсікається шлак і наводиться новий високоосновний покривний шлак для захисту металу від проникнення газів з атмосфери, футерівки від дії агресивного кремнезему, прийняття в себе продуктів розкислення, десульфурації, інших неметалевих включень.

Однією з головних задач вакуумування є глибоке зневуглецювання сталі, при якому випалення вуглецю забезпечується як за рахунок розчиненого в металі кисню, так і вдуванням кисню в метал в процесі вакуумування через невелику кисневу фурму.

Кількість кисню повинна бути строго розрахункова, щоб не було зайвого угару хімічних елементів і щоб остався в металі надмала кількість кисню, т.ч. необхідно забезпечити водночас і зневуглецювання, і глибоке розкислення сталі зі врахуванням вмісту кисню в сталі перед вакуумною обробкою.

Розрахунок зневуглецювання проводиться після визначення вмісту вуглецю в сталі зі врахуванням введення розкислювачів і легуючих матеріалів.

Примітки: у даному розрахунку зневуглецювання розраховується без врахування внесення вуглецю розкислювачами і легуючими матеріалами.

 

Практична частина

Для виконання розрахунку приводимо вихідні дані кінцевої сталі і на випуску плавки.

Таблиця. Хімічний склад кінцевої сталі і перед зневуглецюванням у вакууматорі.

 

Найменування	Хімічний склад, %
С	Mn	Si	S	P	Сu	Аl	Ті
не більше
Сталь кінцева	н.б. 0,002	0,08-0,15	0,020	0,003	0,008	0,15	0,02-0,04	0,04-0,06
Сталь на випуску плавки	0,030	0,020	сліди	0,0055	0,0064	-	сліди	-
Потрібно внести	понизити до 0,001	0,095	-	-	-	-	0,03	0,05

 

При нагріванні наведеного покривного основного шлаку у металу в стальковші здійснюється навуглецювання металу від електродів на 0,020%.

При цьому вміст вуглецю в металі становиться, кг:

0,030 + 0,020 = 0,050

При вакуумированні окислення вуглецю проходить по реакції:

FeO + C = Fe + CO

При цьому вміст вуглецю в металі повинен понизитись з 0,050 до 0,001 кг.

Окислюється вуглецю, кг:

0,050 – 0,001 = 0,049

На окислення вуглецю до оксиду вуглецю СО витрати кисню становлять, кг:

0,049 * 16: 12 = 0,065

При цьому утворюється оксиду вуглецю, кг:

0,049 + 0,065 = 0,114

Визначаємо кількість кисню, потрібного для зневуглецювання сталі в вакууматорі з відчисленням розчиненого в металі кисню (приймемо 0,006кг) без остаточного кисню в вакуумованій сталі 0,001 кг:

Мкисн. з атм. = 0,065 - (0,006 - 0,001) = 0,060

Цей кисень потрібно внести в метал для зневуглецювання сталі в вакууматорі кис-невою фурмою (можливо кисень внести окалиною, але вона містить водень і масло).

Визначаємо об’ємні витрати технічного кисню:

Мкисн. = 0,060 * 22,4: (32 * 0,997 * 0,95) = 0,044 м³/ 100кг сталі

У розрахунку на ківш:

0,044 * 2500 = 110 м³

При інтенсивності продувки 30 м³/хв тривалість продувки складе:

110м³: 30м³/хв. = 3,67 хв.

Процес вакуумування здійснюється з одночасною продувкою сталі аргоном через шиберний затвор с витратами аргону 30м³/хв і тривалістю обробки 20 хвилин.

Примітки: При виконанні розрахунку з розкисленням і легуванням також потрібно враховувати витрати кисню на угар хімічних елементів з розкислювачів і легуючих матеріалів

 

Питання:

1. Задачі вакуумування,

2. Операції підготовки сталі до вакуумування,

3. Функції покривного шлаку,

4. Назвати вихідні дані для своєї марки сталі,

5. Результати розрахунку зневуглецювання.

 

 

Література

1. С. А. Бражник, В.А. Аксененко Обзор: Перспективы и технологические особенности производства IF-сталей на металлургических предприятиях России.. 2003.

2. Из Интернета: Interstitial-Free (IF)-Steel.

3. В.П. Кириленко и др. Разработка и освоение сквозной технологической схемы конвертерного производства сверхнизкоуглеродистых IF-сталей. Журнал Черная металлургия России и стран СНГ в 21-м веке. №3.1994г.

4. Б.М. Бойченко. Конвертерне виробництво сталі. Дн: РВА “Дніпро-ВАЛ”, 2004.- 453с.

6. Л.В.Буланов Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет.

Уральский центр ПР и рекламы «Марат», Екатеринбург: 2004.- 319с.

7. Н.М.Чуйко и др. Внепечные способы улучшения качества стали

Техника 1978.- 127с.

 

 

Додаток для розрахунку практичної роботи № 8

Масовий зміст елементів у готовій сталі

№вар	Масовий зміст елементів у готовій сталі
С	Мп	Si	S не більш	Al	Ті	Р не більш
	н.б 0,005	0.07-0.12	0.02	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,004	0.08-0.11	0.013	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,005	0.09-0.14	0.02	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,004	0.07-0.13	0.02	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,002	0.09-0.16	0.015	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,003	0.08-0.18	0.014	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,003	0.06-0.17	0.012	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
S	н.б 0,002	0.06-0.19	0.016	0,0020	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,004	0.07-0.17	0.015	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,005	0.05-0.14	0.017	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,002	0.09-0.16	0.015	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,002	0.08-0.18	0.014	0,0020	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,003	0.07-0.11	0.013	0,0020	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,004	0.08-0.17	0.018	0,0022	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,002	0.09-0.14	0.019	0,0030	0.02-0.040	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,003	0.05-0.12	0.017	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,004	0.07-.0.14	0.016	0,0030	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,002	0.07-0.12	0.018	0,0020	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,004	0.06-0.11	0.016	0,0020	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,004	0.08-0.13	0.017	0,0030	0.02-0.040	0.04-0.06	0,008
	н.б 0,003	0.05-0.12	0.018	0,0025	0.02-0.04	0.04-0.06	0,006
	н.б 0,004	0.04-0.14	0.017	0,0027	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,005	0.07-0.13	0.016	0,0023	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,004	0.05-0.11	0.016	0,0026	0.02-0.04	0.04-0.06	0,007
	н.б 0,005	0.07-0.14	0.017	0,0026	0.02-0.04	0.04-0.06	0,008

 

 

№вар	Масовий зміст сталі на випуску плавки
С	Мп	Si	S не більш	Al	Ті	Р не більш
	0.029	0.020		0,0055	-	-	0.0064
	0.030	0.018		0.0054	-	-	0.0065
	0.029	0.018		0.0054	-	-	0.0055
	0.027	0.020		0.0052	-	-	0.0064
	0.029	0.020		0.0055	-	-	0.0065
	0.029	0.018		0,0055	-	-	0.0055
	0.030	0.018		0.0054	-	-	0,007
S	0.029	0.020		0.0054	-	-	0,008
	0.027	0.020		0.0052	-	-	0,006
	0.029	0.018		0.0055	-	-	0,0058
	0.029	0.018		0,0055	-	-	0,0057
	0.030	0.020		0.0054	-	-	0,0055
	0.029	0.020		0.0054	-	-	0,0058
	0.027	0.018		0.0052	-	-	0,0058
	0.029	0.018		0.0055	-	-	0,0057
	0.029	0.020		0,0055	-	-	0,0062
	0.030	0.020		0.0054	-	-	0,0058
	0.029	0.018		0.0054	-	-	0,0056
	0.027	0.018		0.0052	-	-	0,0058
	0.029	0.020		0.0055	-	-	0,0058
	0.029	0.020		0,0055	-	-	0,0062
	0.030	0.018		0.0054	-	-	0,0057
	0.029	0.018		0.0054	-	-	0,0057
	0.027	0.020		0.0052	-	-	0,0057
	0.029	0.018		0.0055	-	-	0,0058

Практична робота №9

Тема: Відхилення від технології мартенівської плавки, бракує вуглецю по розплавленню металошихти.

Завдання: Виявіть причини та розробіть заходи по виправленню технології плавки відповідної марки сталі згідно умовам:

Садка печі – 500т

марка сталі – 15сп

вміст вуглецю, %: повинно бути у готовій стали 0,12 -0,19

по розплавленні згідно інструкції у металі повинно бути 0,72 -0,88

у пробі по розплавленні металу є вуглецю, % 0,62

у чавуні, % 3,80

витрати кисню на продувку металу 3,5 тис.м³/год.

1. Аналіз ситуації

Після розплавлення шихти у металі занижений вміст вуглецю для виплавки даної марки сталі, не хватає тепла для нагрівання металу до температури випуску.

Очікувані наслідки: при подовженні плавки вуглець окислиться нижче рівня, випуск холодної плавки.

Оперативні дії майстра:

Визначити скільки бракує вуглецю, тобто скільки потрібно долити чавуну у піч до допустимого перевантаження: (3…5 % від садки печі).

Так, піч 500т., по розплавленню бракує С – 0,18 %, якщо добавити 5 %, або 25т чавуну зі вмістом вуглецю 3,8%, то це складе (25*3,8): 525 = 0,18 %, що задовільно для виправлення ситуації. Якщо максимального перевантаження печі недостатньо для потрібного вмісту вуглецю у цій сталі, то треба вирішувати питання іншими технологічними рішеннями: нагріванням металу феромарганцем, феросиліцієм, що є грубим порушенням технології, але інколи використовується, або переведенням на виплавку низьковуглецевої сталі.

2. Приступаємо до технологічних рішень:

2.1. Поставити на піч заливний жолоб,

Засипати у піч подрібнений феросиліцій для розкислення “заспокоєння” ванни, біля 1 тони на 500т. піч.

Засипати у піч вапно 1,5 тони для збереження основності шлаку близько 3,0.

Заливати чавун у піч порціями по 2…3 тони з кипячінням металу, після повного зливу чавуну дати металу добре прокипіти.

Відбирати постійно проби для заміру вмісту елементів, заміряти температуру для випуску металу згідно параметрів для цієї марки сталі.

Після випуску металу із печі виконати розкислення металу у ковші з коректуванням його остаточного хімічного складу розкислювачами.

Перед усім треба виконати заходи з охорони праці при виправленні непередбаченої виробничої ситуації.

Доповісти начальнику зміни про ситуацію і заходи, що Вами передбачені.

Пояснити причини виникнення ситуації при обговоренні у керівництва цеху.

3. Виконуємо розрахунок

Рахуємо: бракує вуглецю, посередньо повинен бути: (0,72 + 0,88): 2 = 0,80%.

бракує 0,80 - 0,62 = 0,18 %.

Потрібно залити у піч чавун, який містить 3,8 % вуглецю 25т. Тоді вміст вуглецю у металі: (500*0,62 + 25 *3,8): 525 = 0,77, що задовольняє рішення ситуації.

Визначаємо, на скільки збільшиться випуск сталі від завантаженого феросилі-

цію і залитого чавуну.

Для чого приймаємо хімічний склад марки сталі на випуску з печі, %.

С – 0,12 (на нижчому рівні)

Si – 0,00 (сліди)

Mn – 0,160

P – 0,015

S – 0,030

Прорахуємо окислення елементів з феросиліцію і чавуну, кг:

З феросиліцію: З чавуну:

C – 0,10 - 0,12 = -0,020 C – 3,8-0,12 = 3,680

Si – 46,0 - 0,0 = 46,000 Si – 0,8-0 = 0,800

Mn – 1,00 - 0,16 = 0,840 Mn – 0,5-0,16 = 0,340

P – 0,08 - 0,015 = 0,065 P – 0,15-0,015 = 0,135

Fe до FeO = 2,530 Fe до FeO = 2,530

до Fe₂O₃ = 0,470 до Fe₂O₃ = 0,470

Разом: = 49,885 Разом: = 7,955

 

Тоді переходить у метал (100% - % окислення елементів).

З феросиліцію:100-49,885=50,115%,

або з 1,0 т.феросиліцію переходить 0,501 т.

З чавуну: 100- 7,955=92,045%,

або з 25,0 т чавуну 25*92,045= 23,010 т.

Разом: 23,510 т.

 

Визначаємо витрати кисню: приймаємо з практичних даних, що при виконанні технологічних операцій за цих обставин, плавка затримується на 0,2 год., що потребує кисню:

0,2 * 3,5 тис. м³/год.= 0,7 тис. м³.

 

Таким чином, при виправленні плавки за непередбачених обставин одержали доповнений метал, але з дорогого чавуну, феросиліцію, вапна і кисню, що з головних показників підвищує собівартість додаткового металу.

 

Висновки: потрібно більш ретельно здійснювати шихтовку плавки, відхилення від оптимальної технології економічно невигідне.

 

4. Забезпечення вимог охорони праці під час виправлення непередбаченої ситуації, і проведення робіт при поданні мульдового складу і заливу чавуну у мартенівську піч.

Для забезпечення безпеки цих робіт майстер керується “Інструкцією з охорони праці у пічному прольоті мартенівського цеху“

Небезпечні і шкідливі фактори при виконанні цих робіт:

Залізничний транспорт

Робота завантажувальної машини

Можливі викиди металу і шлаку при завантаженні твердих розкислювачів і шлакоутворюючих матеріалів через відкрите вікно печі

Заливка чавуну у рідкий метал печі

Викиди полум’я, шкідливих газів і пилу у відкрите вікно при заливці чавуну

Збільшена небезпека вибуху при пошкодженні системи водяного охолодження печі, тому що у ванні печі знаходиться рідкий метал і механічні роботи виконуються при відкритому вікні.

Заходи майстра

Забезпечити відсутність зайвих людей у небезпечній зоні робочої площадки.

Особисто керувати всіма операціями по виправленню відхилень від технології

плавки.

Особисто перевірити тверді матеріали на відсутність вологи в них, а в разі

потреби, організувати їх сушіння.

Виконання небезпечних операцій доручити найбільш кваліфікованому

працівнику бригади печі,

Проконтролювати чітке виконання всіх вимог техніки безпеки у пічному

прольоті.

Заходи по виправленню ситуації, що склалася, погодити зі старшим майстром

зміни.

Додаток до практичної роботи№9

Варіант	Садка печі, т.	Марка сталі	Вміст вуглецю, %	Витрати кисню на продувку ванни, тис.м^3/год
По розплавленню і згідно з інструкцією	У пробі по розплавленю	У готовій сталі	У чаву-ні, %
1.		15сп	0,72-0,88	0,68	0,12-0,19	4,1	3,4
		10сп	0,52-0,72	0,80	0,07-0,14	3,9	3,5
3.		20сп	0,72-0,90	1,00	0,17-0,24	4,0	3,3
		55сп	0,90-1,10	0,80	0,52-0,60	3,85	3,5
		4сп	0,90-1,10	1,20	0,18-0,27	3,95	3,3
		45сп	0,95-1,15	0,90	0,42-0,50	3,80	3,2
		5сп	0,85 – 1,05	1,15	0,28-0,37	3,9	3,6
			0,95 – 1,15	0,85	0,42-0,50	4,0	3,4
		20Г	0,70 – 0,80	0,90	0,17-0,24	4,1	3,5
		14Г2	0,65 – 0,85	0,55	0,12 –0,18	4,00	3,3
		16ГС	0,70 – 0,90	1,00	0,12 –0,18	3,90	3,4
		09Г2Д	0,60 – 0,80	0,50	н. б. 0,12	4,10	3,5
		2сп	0,60 – 0,80	0,90	0,09 –0,15	3,9	3,1
		10ХНД	0,60 – 0,80	0,50	н. б. 0,12	4,0	3,0
		09Г2С	0,60 - 0,80	1,00	н. б. 0,12	4,2	3,2
		14Г2	0,65 – 0,85	0,60	0,12 – 0,18	4,1	3,1
		12ГС	0,70 – 0,90	1,00	0,09 – 0,15	3,9	3,0
		15сп	0,72 – 0,80	0,70	0,12 – 0,19	4,0	3,2
		45сп	0,95-1,15	0,80	0,42-0,50	3,80	3,0-3,5
		55сп	0,90-1,10	0,60	0,52-0,60	3,85	3,0-3,5
		4сп	0,90-1,10	1,30	0,18-0,27	3,95	3,0-3,5
		20Г	0,70 – 0,80	0,90	0,17-0,24	3,7	3,6
		5сп	0,85 – 1,05	1,10	0,28-0,37	3,8	3,4
			0,95 – 1,15	0,85	0,42-0,50	4,0	3,5
		10ХНД	0,60 – 0,80	0,50	н. б. 0,12	4,2	3,0
		09Г2С	0,60 - 0,80	0,90	н. б. 0,12	3,9	3,1
		2сп	0,60 – 0,80	0,95	0,09 –0,15	4,1	3,2

Практична робота №10