Расчет скорости всплывания неметаллических включений

 

Скорость всплывания НВ определяется по формуле Стокса:

 

                                (29)

 

Пример расчета всплывания НВ в виде SiO₂.

Исходные данные:

; ; ; .

.

Размеры НВ: 10, 20, 50 мкм.

Скорость подъема частицы глинозема размером 10 мкм

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

70

ДП-150101-61313111-51

Таким же образом рассчитываем скорость всплывания частиц размером 20 и 50 мкм. Они равны 46,2·10^-5 и 288,9·10^-5 м/с.

Рассчитаем скорость всплывания силикатных включений размером 10 мкм:

 

Размером 20 мкм:

 

Размером 50 мкм:

 

Вывод: скорость подъема НВ зависит от размера частицы, т.е. при увеличении размера повышается скорость поднятия на поверхность. В условиях перемешивания металла, всплывание НВ на поверхность осуществляется главным образом конвективными потерями.

 

Расчет процесса десульфурации стали

 

Для расчета коэффициента распределения серы L_S в зависимости от температуры, основности шлака и активности кислорода в металле используем следующее уравнение:

 

     (30)

 

где Т – температура металла, К;

CaO, Al₂O₃, SiO_2, MgO – концентрация оксидов в шлаке, % масс;

a₀ – активность кислорода, растворенного в металле, % масс;

f_S – коэффициент активности серы, растворенной в металле.

Значение lgf_S можно определить по уравнению:

 

                                                                                         (31)

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

71

ДП-150101-61313111-51

Рассмотрим влияние температуры на L_S при заданном составе шлака, %:

CaO-55, Al₂O₃-35, SiO₂, MgO-5. Принимаем f_S=1,3 и lgf_S=0,12. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше основной футеровкой, , содержание алюминия 0,009% и равновесная активность кислорода равна 0,0007%.

Температуру металла принимаем Т₁=1600⁰С (1873 К) и Т₂=1650⁰С (1923 К).

Рассчитываем значения  и :

 

 

 

 

Обработка стали синтетическим шлаком и ТШС:

В сталеплавильных агрегатах степень десульфурации обычно небольшая (15…20%) и поэтому процесс десульфурации проводят по ходу внепечной обработки стали, создавая специальные условия, а именно обрабатывая металл шлаками с высокой активностью СаО и низким содержанием FeO.

Основным направлением борьбы с серой в сталеплавильных процессах остается перевод ее из металла в шлак в соответствие с реакцией:

 

                              (32)

 

Синтетический шлак имеет строго определенный химический состав: 55% СаО, 48% Al₂O₃, не выше 6% SiO₂ и 1,5 FeO, температура плавления

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

72

ДП-150101-61313111-51

шлака Т_пл=1410…1450⁰С. При обработке стали шлак находится в жидком состоянии, расход его составляет около 30…40 кг/т стали, твердо шлаковые смеси (ТШС) присаживают на струю стали в твердом состоянии в количестве 10…15 кг/т, добиваясь расплавления их непосредственно в процессе обработки расплава.

Рассчитаем значения L_S и η_S при обработке стали в сталеразливочном ковше синтетическим шлаком состава, %: CaO-55,Al₂O₃-35, SiO₂-5, MgO-5, FeO-1. Расход синтетического шлака 40 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а₀=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al₂O₃-5, SiO₂-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=1600⁰С.

 

Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 20.

 

 

Таблица 20 - Состав рафинировочного шлака                                 

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%)	40 5,0 2,0	22,0 2,25 -	14,0 0,25 0,60	2,00 0,75 1,00	2,00 - -	- 1,25 -
Итого	47,0	24,25	14,85	3,75	2,0	1,25
Состав конечного рафинировочного шлака, %	100	52	32	8	5	3

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

73

ДП-150101-61313111-51

             (33)

 

Значение  можно определить по уравнению:

 

                                                                                       (34)

 

Кратность шлака равна:

 

λ=m_шл:m_Me,                          (35)

 

Степень десульфурации

 

η_S=λL_S:(1+λL_S)                                  (36)

 

λ =47:1000=0,047

[S]_K1=[S]_H:(1+λL_S)=0,03:(1+0,047·110,9)=0,005%

Рассчитаем значения L_S и η_S при обработке стали в сталеразливочном ковше трехшлаковой смесью состава, %: CaО-50, Al₂O₃-36, SiO₂-10, MgO-3. Расход ТШС=10 кг/т стали. Содержание алюминия в стали 0,009%. Обработка металла производится в сталеразливочном ковше высокоглиноземистой футеровкой, , а₀=0,00107%. Состав печного шлака, %: CaO-45, Al₂O₃-5, SiO₂-15, MgO-25. Принимаем, что в ковш попадает 5 кг/т шлака. Т=1600⁰С.

 

Изменение состава рафинировочного шлака в ковше к моменту окончания процесса обработки представлено в таблице 21.

Таблица 21

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

74

ДП-150101-61313111-51

 - Состав рафинировочного шлака                                          

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Синтетический шлак Печной шлак Футеровка ковша (SiO2=50%, Al2O3=30%)	10 5,0 2,0	5,0 2,25 -	3,6 0,25 0,60	1,0 0,75 1,00	0,3 - -	- 1,25 -

Продолжение таблицы 21

Материал	Количество, кг	Состав шлака, кг
		CaO	Al2O3	SiO2	MgO	MnO
Итого	17,0	7,25	4,45	2,75	0,3	1,25
Состав конечного рафинировочного шлака, %	100	44	27	18	3	8

 

Значение  можно определить по уравнению (34).

Кратность шлака определяем по уравнению (35), а степень десульфурации по уравнению (36):

λ =17:1000=0,017

 

[S]_K2=[S]_H:(1+λL_S)=0,03:(1+0,017·31,9)=0,019%

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

75

ДП-150101-61313111-51

6.6 Расчет десульфурации стали при использовании карбида кальция

 

Содержание серы в металле перед выпуском составляет 0,02%. Степень десульфурации зависит от окисленности шлака. Присадка карбида кальция в ковш на выпуске позволяет увеличить степень десульфурации

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

76

ДП-150101-61313111-51

стали за время выпуска и внепечной обработки. При этом основная десульфурация происходит при обработке на установке печь-ковш.

Расчет термодинамики процесса десульфурации проводили согласно реакции:

 

,                                  (37)

 

Константа равновесия этой реакции:

 

,                (38)

 

или  

                                    (39)

 

Откуда находим равновесное (конечное) содержание серы в металле:

 

                                   (40)

 

Расход кальция рассчитываем из соотношения по реакции:

 

,                               (41)

 

      (42)

 

где ;

- молекулярная масса карбида кальция;

- расход карбида кальция на 1 тонну стали.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

77

ДП-150101-61313111-51

Определим равновесное содержание серы в металле после обработки

 

Степень десульфурации металла после внепечной обработки:

 

,                        (43)

 

 

Из приведенных данных следует, что осуществлять присадку карбида кальция целесообразно в ковш, перед выпуском плавки в количестве 0,23 кг на тонну стали. При этом существенно снижается окисленность шлака, а содержание серы в металле уменьшается до 12,5 ppm при степени десульфурации стали 94%. При этом наблюдается снижение угара алюминия.

 

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1079; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!