ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

    

В начальном периоде выпуска стали из кислородного конвертера в ковш попадает первичный шлак, который может содержать до 20 – 30% FeO. Его попадание приводит к повышенному угару раскислителей и легирующих добавок, рефосфорации металла, снижает эффективность внепечной обработки стали и выход годного. Исследование динамики поведения стали и шлака в дальнейшем позволит повысить эффективность использования одноразового саморазрушающегося «тампона», который устанавливается внутри летки до наклона конвертера. Для исследования взаимного движения металла и шлака при наклоне конвертера было выполнено моделирование этого процесса. 

1. Актуальность темы

Актуальность темы данного исследования заключается в изучении и усовершенствовании технологических особенностей эксплуатации саморазрушающихся «тампонов» для повышения качества их использования. Целесообразно исследовать технологические особенности закупоривающего устройства и временные интервалы разрушения «тампона» при наклоне кислородного конвертера в момент выпуска стали, определить временные параметры натекания металла и шлака на сталевыпускное отверстие.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследований является определение технологических особенностей использования «тампонов», установление того, как влияет вязкозть, слой шлака и другие факторы на эффективность отсечки затягиваемого первичного шлака на начальном этапе выпуска стали из кислородного конвертера. Разработать рекомендации по повышению степени отсечки первичного шлака.

Основные задачи исследования:

1.     Проектирование и изготовление физической модели кислородного конвертера для исследования первичной отсечки шлака.

2.     Определение гидродинамики обтекания закупоренного выпускного отверстия жидкостью в ванне конвертера.

3.     Изучение особенностей образования воронки.

4.     Выявление особенностей взаимодействия различных материалов, из которых изготовлен тампон .

5.     Обоснование наиболее эффективной конфигурации тампона.

3. Обзор исследований и разработок

3.1 Проектирование и изготовление физичиской модели кислородного конвертера

Изучение в промышленных условиях поведения металла и шлака в рабочем пространстве конвертера имеет ряд ограничений. Лабораторное моделирование этого процесса позволяет проводить исследования по подбору нужного количества моделирующих веществ, позволяет определить скорость наклона конвертера, а также дает возможность узнать как будет влиять слой шлака на функцию угла наклона конвертера для более эффективной отсечки первичного шлака, увидеть образование воронок во время выпуска продуктов плавки и систематизировать полученные данные. Физическая модель кислородного конвертера выполнена в масштабе 1:6 к промышленному 160 т кислородному конвертеру ОАО «Енакиевский металлургический завод» с соблюдением геометрического подобия рабочего пространства агрегата.

    Константа геометрического подобия была выбрана исходя из условий удобства изготовления модели, трудоемкости проведения экспериментов и удобства наблюдения за исследуемым процессом. Установка выполнена из  прозрачного оргстекла. Это позволяет визуально наблюдать движение моделирующей жидкости в рабочем пространстве конвертера. Фрагмент корпуса конвертера 1 состоит из цилиндрической и верхней конической частей. Перекладины 4 предотвращают деформацию корпуса. Цапфы 3 удерживаются опорной осью 5, которая установлена на вертикальные опоры 6. Днище 7 ограничивает объем ванны. Размеры корпуса соответствуют внутреннему размеру  конвертера по футеровке. На конической части установлена лётка 2, внутренний диаметр которой составляет 32мм, что соответствует размыву летки на 45%. В установку заливаются машинное масло  и вода, моделирующие соответственно жидкий шлак и жидкую сталь. В момент наклона конвертера саморазрушающийся «тампон» закупоривают в лётку, что препятствует попаданию первичного шлака в сталевыпускное отверстие.

 

 1 – корпус модели; 2 – лётка; 3 – цапфы; 4 – перекладины; 5 – опорная ось; 6 – вертикальные опоры; 7 – днище;


Рисунок 1 – Фрагмент корпуса конвертера для изготовления физической модели

 

Установка имеет механизм наклона, что обеспечивает повалку конвертера на угол до 30° относительно горизонтальной плоскости. Дополнительно предусмотрена возможность изменения скорости наклона.

3.2 Строение саморазрушающегося тампона

«Тампон» 1 имеет цилиндрическую форму и выполнен из специального пластического огнеупорного материала, который завернут в полиэтиленовую пленку 7 с целью предотвращения самозатвердевания до начала эксплуатации. В нем расположена торцевая пластина 2, соединенная внутренней полостью 5 с торцовой пластиной 4. Через внутреннюю полость 5 проходит механический захват 6, имеющий выдвигающиеся цанговые выступы. Функция захвата 6 заключается в фиксировании «тампона» 8 в требуемом положении, которое соосно с отверстием конвертера 10. «Тампон» устанавливается вблизи задней стенки отверстия 9. Далее с помощью системы рычагов механический захват прижимает торцовые пластины 2 и 4 и материал «тампона» деформируется, занимая весь объем выпускного отверстия 10.

«Тампон» устанавливается перед завалкой лома. Благодаря высоким температурам в процессе плавки пластина 2 расплавляется и спекается с огнеупорным материалом, образуя прочную герметичную «крышку», которая может противостоять давлению газа, вибрациям и толчкам в процессе плавки. При этом образовавшаяся «крышка» оказывается настолько прочной, что выдерживает ферростатическое давление в первый момент после опрокидывания конвертера и предотвращает истечение первичного шлака.



а

                                                                                  

б

                         

Рис.2.3. Общий вид внутренней полости сливного отверстия с установленным «тампоном»: а - до момента его фиксации; б – после фиксации.

Для эффективной работы одноразовых заглушек рекомендуется использовать специальный огнеупорный материал, в который добавляются легкорастворимые и легкоплавкие полистирольные добавки в виде гранул (до 33%). Оптимальный размер гранул – 1-2 мм. Кроме того, такой материал должен содержать вязкий силикат, нестойкий вязкий целлюлозный материал, полиэлектролитичный спирт, пластификаторы, разбавленные жирные кислоты и пр. Это обеспечивает выпаривание части материала из установленного «тампона» непосредственно в процессе эксплуатации, а остальная его часть обеспечивает надежное перекрытие сливного отверстия без спекания материала со стенкой выпускного отверстия. В этом случае получается пластичный материал, который представляет собой пленкообразующую субстанцию.

Процесс разрушения «тампона» происходит при повороте конвертера в горизонтальное положение за счет быстрого плавления и испарения гранул полистирола. Последующий унос керамических остатков «тампона» происходит с первыми порциями стали. На практике установлено, что «тампон» разрушается и удаляется из сливного отверстия в течение 20-25 секунд с момента поворота конвертера, что обеспечивает выпуск стали без вовлечения в нее шлака.

В целом рассмотренная система весьма эффективна. Как показали проведенные эксперименты, при установке «тампона» в ковш попадает не более 100-130 кг шлака (при повороте конвертера). Это обеспечило возможность проведения операции глубокой десульфурации стали в ковш-печи (до 0,002-0,003%). В соответствии с данными, обобщенным по 30 плавкам, в условиях конвертерного цеха достигнуто снижение угара алюминия на 0,24 кг/т, а также снижение расхода ферросилиция и ферромарганца на 3,5-4,0%.

3.3 Исследование взаимного движения металла и шлака в районе летки в начальный этап выпуска

В начальном периоде выпуска стали из кислородного конвертера в ковш попадает первичный шлак, который может содержать до 20 – 30% FeO. Его попадание приводит к повышенному угару раскислителей и легирующих добавок, рефосфорации металла, снижает эффективность внепечной обработки стали и выход годного. Исследование динамики поведения стали и шлака в дальнейшем позволит повысить эффективность использования одноразового саморазрушающегося «тампона», который устанавливается внутри летки до наклона конвертера. Для исследования взаимного движения металла и шлака при наклоне конвертера было выполнено моделирование этого процесса.

Исследование проводили на физической модели кислородного конвертера. В качестве моделирующих сред использовали воду, как жидкий металл. Трансформаторное  масло моделировало шлак. Исследование выполняли при условии  45%-го износа летки.

На начальном этапе (рис. 4а) хорошо видна граница раздела сред: 1 – «шлак», 2 – «сталь». Во время наклона конвертера первые порции «шлака» попадают в сталевыпускное отверстие (рис. 4б).

 

 

 

                                                                                               а                                                 б

 

Рисунок 4 – Начальный этап выпуска из кислородного конвертера

 

По мере набегания моделирующих жидкостей над лёткой образуется воронка, которая способствует попаданию шлака в сталеразливочный ковш. Если скорость наклона конвертера низкая, то на протяжении всего времени наклона наблюдается процесс затягивания шлака. Оно происходит в результате образования воронки из-за чего шлак попадает в лёточный канал только со стороны горловины, это хорошо видно на рисунках 5а и 5б.

В случае большей скорости наклона конвертера (72 град./мин.) шлак успевает пройти над сталевыпускным отверстием. Это препятствует затягиванию шлака (рис. 5в).

 

 

а

              

 

                                                                                     б                                                           в

 

Рисунок 5 – Характер движения жидкостей в конвертере

 

Из этого следует, что регулируя скорость наклона конвертера можно влиять на степень попадания первичного конвертерного шлака в ковш. Экстраполируя полученные данные на малошлаковую технологию можно предположить что,  уменьшение слоя шлака будет способствовать раннему образованию воронки и потребует уточнение параметров саморазрушающегося «тампона».

Заключение

    

В начальном периоде выпуска стали из кислородного конвертера в ковш попадает первичный шлак, который может содержать до 20 – 30% FeO. Его попадание приводит к повышенному угару раскислителей и легирующих добавок, рефосфорации металла, снижает эффективность внепечной обработки стали и выход годного. Исследование динамики поведения стали и шлака в дальнейшем позволит повысить эффективность использования одноразового саморазрушающегося «тампона», который устанавливается внутри летки до наклона конвертера. Для исследования взаимного движения металла и шлака при наклоне конвертера было выполнено моделирование этого процесса.
    Моделирование показало, что регулируя скорость наклона конвертера можно влиять на степень попадания первичного конвертерного шлака в ковш. Экстраполируя полученные данные на малошлаковую технологию можно предположить что,  уменьшение слоя шлака будет способствовать раннему образованию воронки и потребует уточнение параметров саморазрушающегося «тампона».
    Система саморазрушающегося тампона  весьма эффективна. Как показали проведенные эксперименты, при установке «тампона» в ковш попадает не более 100-130 кг шлака (при повороте конвертера). Это обеспечило возможность проведения операции глубокой десульфурации стали в ковш-печи (до 0,002-0,003%). В соответствии с данными, обобщенным по 30 плавкам, в условиях конвертерного цеха достигнуто снижение угара алюминия на 0,24 кг/т, а также снижение расхода ферросилиция и ферромарганца на 3,5-4,0%.

Список источников

  1. Бойченко Б.М. Конвертерное производство стали / Б.М. Бойченко, В.Б. Охотский, П.С. Харлашин. – Днепропетровск: РИА «Дніпро-ВАЛ», 2006. – 454 с.
  2. Еронько С.П. Новое оборудование для отсечки шлака при выпуске стали из плавильных агрегатов / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, Д.П. Кукуй и др. // Металл и литье Украины.– 2002.– № 11-12.– С. 35-38.
  3. Бондаренко А.Т. Совершенствования способа отсечки конвертерного шлака с помощью плавающих шаровых стопоров / А.Т. Бондаренко, Ю.И. Черевик, Н.А. Маслов и др. // Мталлургическая и горнорудная промышленность.– 1992.– №2.– С.8-9.
  4. Еронько С.П. Разработка эффективных схем отсечки шлака при сливе металла из конвертера / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, Д.П. Кукуй // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2003.- №8.- С. 33 – 37.
  5. Бедарев С.А. Обоснование параметров и усовершенствование системы отсечки конвертерного шлака элементами поплавкового типа при выпуске стали: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.05.08 / Бедарев Сергей Александрович; Государственное высшее учебное заведение "Донецкий национальный технический университет"
  6. Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента / Б.В. Линчевский. Изд. 2-е. М., «Металлургия», 1979. 256с.
  7. Еронько С.П., Физическое моделирование процессов внепечной обработки и разливки стали / С.П. Еронько, С.В. Быковских. – К.: Техника, 1998. – 136с.