Влияние водорода на свойства стали

Наиболее простым и сравнительно легко организуемым способом в условиях сложившейся технологии в существующих цехах является использование кусковых твердых шлакообразующих смесей (ТШС) /12/.

Расчет десульфурации стали с использованием ТШС проводится на 100 кг. стали. Для начала необходимо оценить массу и состав сформировавшегося в ковше шлака.

Масса стали в ковше 250 т.

Далее оцениваются составляющие, вносимые ТШС. Расход ТШС принимается 15 кг/т или 1,5 кг/100 кг. стали; состав - 75% извести; 25% плавикового шпата.

Следовательно, ТШС внесет извести: 1,5 · 0,75 = 1,125 кг.

Состав извести принимается следующий, масс. доли %: СаО - 85; MgO - 8; SiO2 - 2; п.п.п - 5.

Следовательно, известь внесет в шлак, кг:

- СаО………………………. 1,125 · 0,85 = 095;

- MgO ……………………... 1,125 · 0,08 = 0,09;

- SiO2 ……………………… 1,125 · 0,02 = 0,022.

Далее оцениваются составляющие, вносимые печным шлаком. Принимается, что в ковш попадает печной шлак в количестве 6 кг/т стали или 0,6 кг/100 кг. металла.

Состав печного шлака в печи на выпуске, массов. доли, %.

СаО - 47,9; SiO2 - 18,57; FeO - 12,9; MnO - 1,7; MgO - 8,5; P2O5 - 0,88; Al2O3 - 2,44.

Следовательно, печной шлак внесет, масс. доли, кг.

CaO - 0,28; SiO2 - 0,11; FeO - 0,07; MnO - 0,02; MgO - 0,05; P2O5 - 0,005; Al2O3 - 0,01.

Количество и состав шлака представлены в таблице 14.

Таблица 14 - Количество и состав шлака, кг.

Коэффициент распределения серы определяется по уравнению (17):

, (17)

где а0 - активность кислорода в стали можно определить из следующего уравнения

lgfs = 0,11 · 0,04 + 0,063 · 0,36 + 0,29 · 0,014 - 0,026 · 0,58 - 0,028 · 0,032 = 0,055

(18)

где аAl - активность алюминия в стали

аAl2O3 - активность глинозема в образующейся шлаковой фазе

КAl · aAl2O3 = K'Al (19)

Константа K'Al приближенно определена и равна:

- для шамотной футеровки K'Al = 10-12;

- для высокоглиноземистой футеровки K'Al = 10-13

Допуская, что аAl ? [Al] = 0,025, получим выражение для определения аО

(20)

Принимая футеровку ковша высокоглиноземистую (К'Al = 10-13)

Ls = 57

Содержание серы в ковше определяется по уравнению:

(21)

где л - кратность шлака, л = 0,029

Степень десульфурации определяется по уравнению:

(22)

2.2.7 Раскисление и легирование стали

Предварительное раскисление металла производят в ковше, непосредственно при выпуске, присадкой алюминия для снятия переокисленности металла и производят науглероживание вдуванием коксовой мелочи под струю. Выпуск металла производится при достижении температуры не ниже 1630єС. При выпуске металла из печи производится отсечка шлака с помощью скриммерного желоба.

Присадка ферросплавов в ковш во время продувки позволяет достичь большей их экономии за счет более высокой степени усвоения легирующих элементов, достигающей для большинства элементов по многочисленным литературным данным величины более 90%.

При выпуске металла из печи содержание углерода в стали равно 0,04. По содержанию углерода по эмпирической формуле легко найти массовую долю растворенного кислорода в стали [О].

аО = \0,00252 + 0,0032/[С] (23)

где [С] - содержание углерода в металле перед выпуском из печи,

массов. доли, %

аО = [О] (24)

[О] = 0,00252 + 0,0032/0,4 = 0,011%

Раскисление стали алюминием проходит по реакции:

2[Al] + 3[O] = (Al2O3) (25)

K = a2Al · a3 o/aA1203 (26)

a2Al · a3o = K · aA1203 ? K'

где aAl и ao - активности алюминия и кислорода в металле;

К - константа равновесия реакции;

aA1203 - активность глинозема в шлаковой фазе.

При преобразовании чистого Al2O3 можно принять aA1203 = 1

Для связывания 0,011% кислорода потребуется алюминия 0,012%.

В процессе выпуска металла основная задача сводится к тому, чтобы раскислить сталь. Поэтому на выпуске вводим чушкового алюминия, с учетом угара 30% в количестве 0,017 кг/100 кг стали или 42,5 кг/плавку.

Для науглероживания будем применять коксик следующего состава:

S - 0,05%, C - 82%

Коксик = 1000 · (0,36 - 0,04)/82 · 0,5 = 7,8 кг/т.

На всю выплавку необходимо 1950 кг. Внесет S = 0,00039%

В процессе внепечной обработки легируем ферромарганцем ФМи75, ферросилицием ФС85, феррохром ФХ800 (химический состав ферросалавов приведен в таблице 15). Ферросилиций, феррохром и ферромарганец присаживаются в ковш во время продувки.

Таблица 15 - Химический состав ферросплавов

Содержание остаточной массовой доли легирующих и примесей в стали перед легированием составляет марганца - 0,088%, кремния - следы, углерода - 0,36%, серы - 0,012%, фосфора - 0,011%, хрома - 0,3%.

Требуемое количество массовых долей элементов в готовой стали: марганца -0,6%, кремния - 0,28%, углерода - 0,36%, серы - 0,015%, фосфора - 0,015%, хром - 0,9%.

Необходимое количество ферросплавов для легирования стали определяем по формуле:

ФСпл = М · ? [Эл] / з · с (27)

где ФСпл - количество вводимого ферросплава, кг/т стали;

М - масса металла, кг;

? [Эл] - массовая доля элемента, которую необходимо внести, %;

з - степень усвоения ферросплава;

с - содержание элемента в ферросплаве, масс. доли, %

Требуется внести с ферромарганцем 0,592% марганца. Степень усвоения ферромарганца в ковше составляет 95%. Необходимое количество ферромарганца

ФМн 75 = 1000 · 0,592/0,95 · 76 = 8,0 кг/т стали;

ФМн 75 = 8,0 кг/т жидкой стали или 2000 кг. на плавку.

Требуется внести с ферросилицием 0,28% кремния. Степень усвоения ферросилиция в ковше при пульсирующей продувке составляет 92%. Необходимое количество ферросилиция

ФС75 = 1000 · 0,28/0,92 · 80 = 3,9 кг/т стали;

ФС75 = 4,05 кг/т жидкой стали или 1012,5 кг. на плавку.

Требуется внести с феррохромом 0,6% хрома. Степень усвоения феррохрома в ковше при продувке составляет 98%. Необходимое количество феррохрома

ФХ800 = 1000 · 0,6/0,98 · 65 = 9,41 кг/т стали

ФХ800 = 9,41 кг/т жидкой стали или 2352 кг. на плавку.

Количество внесенных элементов с ферросплавами показаны в таблице 16.

Таблица 16 - Количество внесенных элементов с ферросплавами

После легирования сталь будет иметь химический состав, который показан в таблице 17.

Таблица 17 - Химический состав стали после легирования и науглероживания

2.2.8 Изменение температуры в процессе внепечной обработки металла

В процессе производства стали без дополнительного подогрева на технологических стадиях между выпуском металла и разливки на МНЛЗ, температура металла все время уменьшается.

Температуру металла в печи перед выпуском можно найти из соотношения

Твып = ?Т1 + ?Т2 + ?Т3 + ?Т4 + ?Т5 (28)

где ?Т1 - падение температуры стали при выпуске из печи, єС;

?Т2 - падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда

продувки, єС;

?Т3 - падение температуры стали при продувке в ковше, єС;

?Т4 - падение температуры стали при транспортировке стальковша от стенда до

МНЛЗ, єС;

?Т5 - заданная температура в промковше, єС.

Падение температуры при выпуске стали из печи за счет излучения струи металла в атмосферу цеха и нагрев футеровки ковша и ввода ТШС составляет 60єС.

Падение температуры стали при транспортировке стальковша до стенда и от стенда до МНЛЗ можно принять равным 20єС.

При продувке и с учетом ввода ферросплавов температура металла падает на 20єС.

Необходимая температура металла в стальковше перед разливкой

Тс.к = Тлик + Тп.к. + Ткр + 20 (29)

где Тлик - температура ликвидус стали, єС;

Тп.к - температура стали в промковше, єС;

Ткр - температура в кристаллизаторе, єС.

Тлик = 1539 - 79[С] - 12[Si] - 5[Mn] - 25[S] - 30[P] + 2,7[Al] (30)

Тлик = 1539 - 79,0 · 0,17 - 12 · 0,5 - 5 · 1,38 - 25 · 0,04 - 30 · 0,035 + 2,7 · 0,03 =

= 1501єС

Тс.к = 1501 + 10 + 20 + 20 = 1551єС

Теперь легко подсчитать, что без принятия мер по дополнительному подогреву, температура стали на выпуске из ДПСА должна составлять

Твып = 60 + 20 + 20 + 1551 = 1650єС

При необходимости сталь подогревают перед разливкой на МНРС химическим подогревом. Химический нагрев - это нагрев металла тепловым эффектом экзотермических реакций окисления элементов, растворенных в расплаве. Основными такими элементами являются алюминий и кремний. При окислении алюминия температура расплава может повышаться с максимальной скоростью 2-4єС мин. Недостатками этого метода является значительное загрязнение стали неметаллическими включениями и невысоким коэффициентом полезного действия.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11