ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В условиях все растущих цен на энергоносители и материалы актуальной становится проблема экономии и рационального использования легирующих и вспомогательных материалов в процессе производства стали. Изучение процессов происходящих во время выплавки и обработки стали позволяет находить способы для экономии материалов.

1. Современное состояние проблемы

В процессе нахождения металла и окисленного шлака в контакте (например при попадании печного шлака в ковш на выпуске металла из печи) происходит процесс восстановления марганца и фосфора. Данный процесс объясняется сверхравновесным содержанием кремния в данный период времени, таким образом, пока содержание кремния не снизилось до равновесных значений идет восстановление марганца и фосфора из шлака. После выгорания кремния процесс перехода марганца и фосфора обращается – происходит их снижение до равновесных значений. Так например на заводе ООО «Электросталь» г. Курахово на некоторых плавках были получены коэффициенты усвоения марганца превышающие 100%: 100,6%, 123,6%, 110,3%.

2. Исследование влияния перемешивания фаз в сталеплавильных агрегатах на распределение элементов между металлом и шлаком

Для исследования поведения марганца во время нахождения металла и шлака в контакте на выпуске из печи проведена имитация выплавки стали 10Г2С с помощью системы «Оракул». Для начала получены полупродукт и шлак, химические составы которых приведены в таблице 1 и таблице 2 соответственно.

Таблица 1 – химический состав полупродукта, %
O C Mn Si S P Cr Ni Cu
0.15 0.37 0.23 0.0003 0.23 0.0055 0.16 0.23 0.24
Таблица 2 – химический состав шлака, %
SiO2 FeO Al2O3 CaO MgO MnO P2O5
22.2 25 8 28 6 11.067 0.5

После получения металла и шлака с определенным химическим составом в разделе «Кинетика» проведем графические исследования процессов происходящих после выпуска металла в ковш для двух случаев: с попаданием печного шлака в ковш на выпуске и с отсечкой шлака. Время обработки стали примем 40 минут, массу реакционной зоны металла примем 0,5, а шлака 0,08 тем самым имитируя что металл имеет более высокую скорость перемешивания нежели шлак. Первый случай – для стали 10Г2С, в процессе выпуска печной шлак в большом количестве попадает в ковш с металлом. В таблице 3 приведены материалы, которые используются для достижения заданного химического состава стали.

Таблица 3 – материалы используемые при производстве стали, т
Время Материал Масса, т
0 Металл (распл) 100
1 Al (11) 0,2
1 Кокс 0,1
2 СМн17 1,150
3 ФС65 1,2
5 Шлак (распл) 6
16 Известь 1

На рисунке 1 приведены полученные в ходе имитации зависимости описывающие поведение марганца и других элементов.


pic1

Рисунок 1 – поведение элементов при попадании шлака в ковш

Как видно из графика после того как шлак на 5 минуте попадает в ковш начинается восстановление марганца из шлака и так происходит до тех пор пока содержание кремния не достигнет равновесных значений. Далее рассмотрим процессы происходящие в том случае когда на выпуске происходит предотвращение попадания шлака в ковш. В таблице 3 приведены материалы, которые используются для достижения заданного химического состава стали.

Таблица 4 – материалы используемые при производстве стали, т
Время Материал Масса, т
0 Металл (распл) 100
1 Al (11) 0,2
1 Кокс 0,1
2 СМн17 1,550
3 ФС65 0,75
5 Шлак (распл) 0
16 Известь 0,4

На рисунке 2 приведены полученные в ходе имитации зависимости описывающие поведение марганца и других элементов.

pic2

Рисунок 2 – поведение элементов в случае предотвращения попадания шлака в ковш

Из рисунка 2 видно что в случае, когда контакт металла и шлака отсутствует восстановление марганца не происходит и для достижения нужного содержания элементов в стали необходимо вводит дополнительное количество легирующих материалов.

Выводы

В результате выполненных исследований установлено что технология с попаданием в ковш печного шлака позволяет экономить дорогостоящий силикомарганец, для производства стали 10Г2С экономия составила 400 кг на плавку, однако данная технология требует повышения расхода ферросилиция на 450 кг и извести на 600 кг. С целью показать то, что данная технология оправдана ниже приведен расчет экономического эффекта достигаемого при производстве стали.

pic3

где, Н1, Н2, Н3 – соответственно расход силикомарганца, ферросилиция и извести, тонн

Ц1, Ц2, Ц3 – соответственно цены на силикомарганец, ферросилиций и известь, грн/тонн

pic4

Т.к. имитация производилась для 100 тонн металла то экономический эффект будет равен: Э/100=1,84грн/тонн Также следует отметить, что попадание в ковш печного шлака приводит к восстановлению не только марганца но и фосфора, что приводит к необходимости проведения более глубокой дефосфорации при выплавке стали в печи. Также печной шлак с высоким содержанием FeO мешает нормальному проведению десульфурации металла. Все эти факторы следует учитывать при организации внепечной обработки металла.

Список литературы

1. Термодинамика и кинетика взаимодействия фаз при внепечной обработке. С.А. Храпко. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2002, №10, С. 121—123.

2. Влияние массопереноса на взаимодействие металла и шлака в сталеплавильных агрегатах. С.А. Храпко. Металлургия стали, 2004, №9, С. 12—16.

3. Дымнич А.Х., Троянский А.А. Вопросы тепломассообмена в сталеплавильных процессах - Киев; Донецк: Головное изд-во, 2009

4. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. Теория металлургических процессов - М.:Металлургия. 1989

5. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов: учеб. пособие для вузов. - Киев - Донецк: Вища школа.Головное изд-во, 1979. 280с.