Зразок роботи
2 Теоретические и экспериментальные исследования по влиянию титана и ванадия на качество стали
2.1 Термодинамический анализ раскислительной способности титана и ванадия
На характер формирования структуры литой и деформированной стали, а также на ее служебные свойства оказывают влияние многие факторы, к которым относятся процессы выплавки, раскисления и разливки. Решающая роль в обеспечении требуемых свойств стали принадлежит раскислению, основной задачей которого является понижение активности растворенного в металле кислорода и очищение металла от продуктов раскисления – оксидных и других неметаллических включений [42,38,44]. Процессы раскисления стали проводятся таким образом, чтобы количество включений было минимальным, а их форма наиболее благоприятно влияла на механические свойства готового металла.
Процесс раскисления стали после ввода раскислителей осуществляется по следующим этапам : растворение раскислителя, его распределение в объеме металла, взаимодействия раскислителя с кислородом, зарождение частиц продуктов реакций реакции раскисления и их постепенное всплывание, взаимодействие остающихся в стали продуктов реакции раскисления с компонентами кристаллизующего металла. Реакция раскисления в общем виде описывается стехиометрическим уравнением :
m[R] + n[O] ⇄ ( RmOn ) (2.1)
где R – элемент-раскислитель,
m и n – стехиометрические коэфициенты.
Константа равновесия Кр этой реакции, абсолютная величина которой может характеризовать раскислительную способность элемента-раскислителя R, определяется из уравнения :
Kp=((a_RmОn))/([a_R ]^m [a_o ]^n )=((a_RmOn))/([R]^m γ_R^(m ) [O]^n γ_o^n ) , (2.2)
где аR и аО – активности раскислителя и кислорода;
γR и γО – коэффициенты активности раскислителя и кислорода;
аRmOn - активность окисла, продукта окисления.
Пользуясь точными методами расчета равновесия реакций[45], определим константы равновесия и измерения свободной энергии реакций раскислений низкоуглеродистой стали титаном и ванадием при температурах 1823 – 1948К через каждые 25К и при содержании кислорода в расплав 0, 03% с помощью следующих формул :
lgkp=∆ƒ(∆H_298^o )/T+∆ƒ(∆S_298^o )+∆C_o M_o+∆C_2 M_2+∆C_(-2) M_(-2), (2.3)
∆G_t^o=-19.155TlgК_Р (2.4)
где Кр - константа равновесия реакции;
∆ƒ – условное обозначение суммы;
∆H_298^o и ∆S_298^o – разность стандартных значений энтальпий и энтропий продуктов реакции и исходных веществ;
С_o, ∆C_2, ∆C_(-2) – коэффициенты, учитывающие зависимость теплоемкости Ср от температуры;
МО, М1, М2, М-2 – коэффициенты, зависящие от температуры;
∆G_t^o-изменение свободной энергии;
Т- температура, К.
Результаты расчетов представлены в таблице 2.1. Данные, необходимые для расчета lgК_Р по формуле (2.3) реакция раскисления стали титаном и ванадием, взято из работ [45,44,46].
Из таблицы 2.1 следует:
Раскислительная способность у титана более высокая, чем у ванадия.
С понижением температуры от 1948 до 1823К в наибольшей степени увеличивается убыль свободной энергии при взаимодействии кислорода с ванадием (на 17,17%), чем с титаном (2,58%).
Поскольку исследуемые стали представляют собой многокомпонентные растворы, то активность каждого элемента зависит не только от его концентрации, но и от концентрации и свойств всех других растворенных в стали элементов. Для учета взаимного влияния компонентов раствора на их термодинамические характеристики удобно пользоваться методом Вагнера, позволяющим определять коэффициент активности одного из них с помощью параметров взаимодействия последующему уравнению:
lgx_a (%A,%B,%C…)=e_a^a (%A)+e_a^b (%B)+e_a^c (%C) (2.5)
где e_a^a, e_a^b и т.д.- параметры взаимодействия, показывающие влияние концентрации элемента на коэффициент активности.
Согласно имеющимся литературным данным о параметрах взаимодействия, вычислим коэффициенты активности кислорода при его концентрации 0,03 % в стали типа Ст3сп, содержащей 0,15% углерода, 0,30% кремния, 0,80% марганца, по 0,040% серы и фосфора, 0,01% азота и по 0,10% хрома, никеля и меди, а также по 0,01% титана и ванадия.
3 Технология внепечной обработки качественных сталей порошковыми проволоками для условий кислородно-конвертерного цеха Мариупольского металлургического комбината им. Ильича
3.1 Технология внепечной обработки стали, содержащей титан
По результатам анализа литературных источников, экспериментальных данных и проведенных теоретических исследований разработаны следующие рекомендации по обработке сталей, содержащих титан и ванадий. Выплавлять качественные стали марок 09ГБТ и 09Г2ФБ в кислородно-конвертерном цехе Мариупольского металлургического комбината им. Ильича в 160-ти тонных конвертерах.
Сталь марки 09Г2БТ, содержащей титан, выплавляют 160-ти тонных конвертерах. Технология выплавки осуществляется в соответствии с действующей технологической инструкцией до получения полупродукта с температурой 1530-1550°С. После этого сталь выпускается в сталеразливочный ковш и подается на УКП для раскисления, легирования, модифицирования и обеспечения необходимой температуры для разливки стали на слябовой МНЛЗ.
Для раскисления, модифицирования и легирования стали применяют алюминий, ферромарганец, 65%-ный ферросилиций, ферротитан. Алюминий вводится в расплав алюмокальциевой проволокой, содержащей 40% Са и 60% Al. Это позволит нейтрализовать охрупчивающее действие титана и ниобия, нитриды которых могут образовываться по границам зерен. Для ввода в металл ферротитана с помощью трайб-аппарата используют ПП диаметром 13 мм, содержащую в качестве порошкового наполнителя феррониобий (65%) и ферротитан (50%). Наполнитель содержит 640 и 390 г/м феррониобия и ферротитана соответственно. Скорость ввода в металл в ковше печи должна составлять 2,5-3,0 и 3,0-3,5 м/с соответственно при температуре ме-
талла 1600 и 1650°С.
Режим ввода ПП должен обеспечивать попадание примерно одинакового количества материалов в каждую зону ковша и равномерное распределение элементов в жидком металле по высоте ковша. Скорость ввода проволоки и длительность ее ввода в ковш должна выполняться в соответствии с режимом обработки, приведенном на рисунке 3.1
3.2 Технология внепечной обработки стали, содержащей ванадий
Сталь марки 09Г2ФБ, содержащей ванадий, выплавляют 160-ти тонных конвертерах. Все технологические операции должны быть аналогичными как и при выплавке, внепечной обработке и разливке стали 09Г2БТ. Ввод феррованадия в ковш-печь также должен осуществляться с помощью ПП диаметром 13 мм, содержащей 50% ванадия с заполнением ее в количестве 520 г/м. При средней степени усвоения ванадия в стали, близкой к 100%, можно обеспечить стабильное содержание ванадия в металле и в металле непрерывнолитых слябов МНЛЗ.
Предлагаемая технология ввода ферротитана и феррованадия для получения сталей марок 09Г2БТ и 09Г2ФБ при вводе в металл порошковой проволоки с ферротитаном и феррованадием вместо присадки их с помощью кусковых материалов, позволяет обеспечить стабильность дозировки ферросплавов, точное получение заданного количества элементов, уменьшает перерасход ферросплавов и др.
4 Экономическое обоснование целесообразности введения порошковой проволоки
Определим годовой объем производства:
Qгод = Qплав. • Nплав. = 160 • 6205 = 992 800 т, (4.1)
где Qплав – объем плавки;
Nплав – количество плавок.
Заработная плата за одну тонну стали:
ЗП1т = (Nчел•12•ЗПср)/Qгод= (15•4•12•8000)/992800=5руб., (4.2)
где Nчел – количество работников, обслуживающих агрегат;
ЗПср = средняя заработная плата работника.
Определим амортизацию оборудования для ввода порошковой проволоки:
Ауд = Соб/Qгод = (10 •〖10〗^6)/(992 800 ) •0,2 = 2руб., (4.3)
где Соб – стоимость оборудования для подачи проволоки (трайб-аппарат).
Единый социальный взнос:
ЕСВ = 0,37 • ЗП1т = 0,37 • 5 = 2руб. (4.4)
Затраты на ремонт и обслуживание оборудования
Зрем. и обсл. = 0,1 Соб/Qгод = (10•〖10〗^6)/992800=1руб. (4.5)
Затраты проволоки на одну тонну
Зпров. = mпров. • Цпров. = 1,5 • 1025 = 1537 руб./т; (4.6)
где mпров. – масса проволоки, которая расходуется на тонну металла;
Цпров. – цена проволоки, которая вводится в расплав.
Затраты электроэнергии, которая расходуется при вводе проволоки в жидкий металл:
Зэл. = Nэл. • Цэл. = 35 • 3,2 = 112 руб./т; (4.7)
где Nэл. – количество электроэнергии, затраченной при вводе проволоки;
Цэл. – цена киловатта электричества.
Общие затраты :
Зобщ = ( Ауд + ЗП1т + ЕСВ + Зрем. и обсл + Зпров. + Зэл.) • 0,15 = ( 2 + 5 + 2 + 1 + 1537 + 112 ) • 0,15 = 248 руб. (4.8)
Стоимость одной тонны стали:
∑С1т = 24000 + Ауд. + ЗП1т + ЕСВ + Зрем. и обсл. + Зобщ. + Зпров. + Зэл. = 24000 + 2 + 5 + 2 + 1 + 248 + 1537 + 112 = 25907 руб. (4.9)
Без обработки ПП
Пбез = Цбез - С1т = 26900 – 25907 = 993 руб./т; (4.10)
где Цбез – цена одной тонны металла без обработки порошковой проволокой;
С1т - стоимость тонны стали.
Побщ. = Qгод. • Пбез = 992800 • 993 = 98 • 107 (4.11)
С обработкой ПП:
Пс пров. = Цс пров. – Сс пров = 27500 – 25907 = 1593 (4.12)
Побщ. = . Qгод. • Пс пров. = 992800 • 1593 = 15 • 108 (4.13)
ΔПобщ. = Побщ. с пров. – Побщ. без = 15 • 108 - 98 • 107 = 52 • 107 (4.14)
5 Экологические особенности ввода порошковой проволоки
Технология внепечной обработки стали порошковыми проволоками является экологически более чистой по сравнению с вдуванием порошкообразных реагентов. Это связано как с более высокой степенью усвоения реагентов, вводимых в составе наполнителя порошковой проволоки, так и особенностями ввода этой проволоки. Особенно эти преимущества проявляются при обработке стали высокоактивными и летучими элементами, например, кальцием.
При вдувании кальция образуется большое количество дыма, состоящего, в основном, из оксидов кальция. Это связано с тем, что кальций в жидкой стали находится в пузырьках газа-носителя. Поэтому на установках вдувания порошкообразных материалов обязательно наличие мощных газоулавливающих установок.
Опыт нашего государства, а также опыт зарубежных фирм показывает, что при оптимальном режиме ввода порошковой проволоки возможно практически полностью исключить бурное газопылевыделение и выбросы металла, которые неизбежны при вдувании порошков.
Использование порошковой проволоки с наполнителем из силикокальция при производстве качественной низколегированной трубной стали позволило в 2-2,5 раза снизить расход порошка силикокальция по сравнению с технологией его ввода в сталь с помощью пневмонасосов и существенно улучшить экологию процесса – количество пыли на ковшом во время обработки снизилось более чем в 16 раз.
Работниками ОАО "Азовсталь", был проведен анализ воздуха рабочей зоны сталевара при внепечной обработке стали(таблица 5.1). Приведенные данные показывают, что на рабочем месте сталевара загрязненность воздуха почти в два раза ниже при вводе порошковой проволоки, чем при инжекции
Магістр