МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

 

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РОЗРАХУНКОВА  РОБОТА

 

"ТЕОРІЯ  РОЗЛИВАННЯ ТА КРИСТАЛІЗАЦІЇ  СТАЛІ" 
 
 
 
 
 
 
 

Виконала                                                                      студентка гр. МЧМ-08прис

    Кожухова Е.П. 
 
 
 
 

Перевірив                                              Штепан Е.В. 
 
 
 
 
 
 

Донецьк – 2010

 

ЗМІСТ

ЗАВДАННЯ

 

      Для умов обґрунтувати температуру металу перед випуском плавки із плавильного  агрегату в ківш. Передбачити відливання зливків зверху під захисним шаром  шлаку з швидкістю до 2,5 м/хв.

     Сталь марки 19Г виплавлена в мартені і випущена в 300 т ківш з розмірами порожнини Н=4046мм, D=3678 мм.  Тривалість випуску плавки τ_в=14 хв., а продувки аргоном τ_n=5 хв. Сталь розлита в 11 т. зливки а х в х h_з = 850 х 800 х 2950 мм з швидкістю 2 м/хв. Вміст єлементів 0,16 - 0,22 % С; 0,70 - 1,00 % Mn; 0,20 - 0,40 % Si; до 0,04 % S; до 0,04 % Р  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Визначення  температури ліквідус для заданої марки  сталі

      Температура ліквідус для заданого хімічного  складу сталі обчислюється за формулою:

t_лік = 1534 – Σⁿ₁Δt_е                                            (1)

де Σⁿ₁Δt_е – зниження температури ліквідус сталі окремими елементами, які входять до ії складу, ^оС .

Таблиця 1 – Зниження температури ліквідус сталі за  рахунок    вмісту в ній 1%

                    елементу 

 

      За  вихідними даними для середнього вмісту в ній елементів рахуємо  температуру ліквідус 

t_лік = 1534 – 0,19 ·70-0,85 · 4 - 0,30 · 12 – 0,04 · 30 – 0,03 · 30 =

= 1534 –  22 =1512  ^оС . 

Визначення  втрат температури  металу під час  випуску плавки 

      Під час випуску сталі метал охолоджується  через втрати тепла випромінюванням  Q_в, та конвекцією Q_к · Ці втрати тепла обчислюються за формулами:  

     Q_в = 20,5 F_в · e ·t_в · К_д [(T_м /100)⁴ – ( T_п /100 )⁴]                         (2) 

     Q_к = 9,2 F_к  · t_к  (T_м – T_п )^1,25                               (4)

де F_в=F_к – поверхня струменю та дзеркала метала в ковші, м²; e =0,6 ступінь чорноти металу; ·t_в = t_к=14/60=0,2333 – тривалість теплопередачі, години;  К_д=0,7 – коефіцієнт, що враховує діафрагмування, опромінювання та утворення шлаку в ковші; T_м ,  T_п  - температура металу та повітря, К. Поверхню струменю обчислюємо з урахуванням того, що його діаметр збільшується в два рази проти діаметру сталевипускного отвору.

      Для мартенівської печі діаметр сталевипускного отвору оцінюється за формулою, м:

d_от.м = 0,1 + 0,0003 (М – 100)                                    (5)

d_от.м = 0,1 + 0,0003 (300– 100) = 0,16

В жолобі мартенівської печі поверхня теплопередачі  опромінюванням та конвекцією оцінюється за формулою:

F_ж =  L_ж · b_ж                                                      (6)

      В залежності від місткості мартенівської  печі довжина жолоба  L_ж =1,8-2,5 м, а ширина b_ж =0,4-0,6 м.

F_ж = 2,15·0,5 = 1,075

      Довжина вільно падаючого струменю металу припускається  рівною:

 

L_с = 0,5 · Н + l                                                   (7)

де Н  – висота порожнини ковша, м; l – довжина вільно падаючого струменю від конвертора (жолоба мартенівської печі) до борту ковша, яка в залежності від місткості агрегату вибирається в межах 0,8-1,5 м.

L_с = 0,5 · 4,046 + 1,2 = 3,223 м

      Поверхня  теплопередачі від струменя обчислюється за формулою:

F_в.с.=  F_к.с. = 2 L_с ·p · d_от                                        (8)

                                         F_в.с.=  F_к.с. =  2 · 3,223· 3,14 · 0,16 + 1,075 = 4,314м²

      Під час випуску металу з мартенівської  печі тепло втрачається ще і на прогрівання футеровки жолоба. При  цьому площа футерівки жолоба на границі з металом обчислюється з урахуванням заповнення його металом  на висоту в межах h=0,1-0,2 м в залежності від місткості печі:

                                                  F_{ф. ж.} = L_ж (b_ж+2h_ж)                                         (9)

      F_{ф. ж.} = 2,15·(0,5+2·0,15) = 1,6

      Поверхня  теплопередачі від дзеркала металу в ковші обраховується за формулою, м²:

F_в.дз.=  F_к.дз. = pD²/4                                             (10) 

де D – діаметр порожнини ковша, м

F_в.дз.=  F_к.дз. = 3,14 · 3,678²/4 = 10,619 м²

      Температуру поверхні струменю металу, враховуючи незначний термін випуску металу, припускаємо рівній температурі  випуску металу. Спочатку її вибираємо  в залежності від вмісту вуглецю  в сталі і способу розливання. Для сталі з вмістом вуглецю 0,19% при розливанні зверху вона складає 1590^оС, або 1863 К.

 Q_{в. с.}= 20,5 · 4,314 · 0,6   · 0,2333 · 0,7 [(1863/100)⁴ –(303/100⁴ ] = 1043147 кДж  

 Q_{к. с.}= 9,2 · 4,314 · 0,2333 (1863 –303)^1,25 = 90779,6кДж    
 

      Зниження  температури струменю металупід час випуску плавки складає:

          Dt_{с. в.} = (Q_{в. с}  + Q_{к. с}) /(С_м · М)                                  (11)

Dt_{с. в.} = (1043147+ 90779,6)/(0,836 · 300000) » 5,9^оС

      Втрати  тепла випромінюванням та конвекцією з дзеркала металу в ковші складають (допускаємо Т_м = 1863 – 5 = 1858 К):

Q_в.дз.= 20,5 · 10,619 · 0,6   · 0,2333 · 0,7 [(1858/100)⁴ –(303/100⁴ ] = 2540254 кДж  

 Q_к.дз.= 9,2 · 10,619 · 0,2333 (1858 –303)^1,25 = 222561,1 кДж  

      Для оцінки втрат тепла на прогрівання  футерівки ковша під час випуску  плавки припускаємо початкову її температуру рівною  t_о = 600 ^оС, тоді ці втрати обчислюються за формулою:

                                 

         (12)

      Поверхня  футерівки днища ковша, як і дзеркала метала за формулою (10)                                                                                                                                                                                                                                          = 10,619 м, а поверхня футерівки стін ковша:

      F_ф.с. = p · D · H = 3,14 · 3,678 · 4,046 = 46,727 м²   

      t_кп – температура поверхні футерівки після контакту з металом обраховується за формулою, ^оС:

                                      (13)

де (з  урахуванням температурного інтервалу) l_ф=4,6 кДж (м · год. К) – теплопровідність шамотної цегли; g_ф = 2600 кг/м³ – щільність шамотної цегли; С_ф= 1,3 кДж/(кг.К) – теплоємність шамотної цегли; l_м=84 кДж/(м. год. К) – теплопровідність рідкої сталі; g_м =7000 кг/м³ – щільність рідкої сталі;

 С_м=  0,836 кДж/(кг.К) – теплоємність рідкої сталі; t - термін контакту металу з футерівкою, години.

Втрати  тепла на прогрівання футерівки  стін ковша під час випуску  плавки складаються (з урахуванням  терміну контакту t=0,5 · t_в): 

      Втрати  тепла на прогрівання футерівки  днища ковша під час випуску  плавки складають: