Теорiя розливання та кристалiзацii сталi

      Зниження  температури металу в ковші під  час випуску плавки складає: 

                 Dt_в.к.. = (Q_в.дз.  + Q_к.дз.+ Q_ф.с.в.+ Q_ф.д.в. ) /(С_м · М)                         (14)

 

Dt_в.к.. = (2540254 + 222561,1 + 1637696 + 526224,4)/(0,836 · 300000) = 19,6^оС

      Загальне  зниження температури металу під час випуску плавки складає:

Dt_вип. = Dt_с.в.. +Dt_вк.. = 5,9 + 19,6 = 25,6 ^оС 

Визначення  зміни температури  металу при розкисленні

  та легуванні сталі в ковші

      При розкисленні сталі та легуванні  в ковші температура сталі  може знижуватись, або підвищуватись  в залежності від теплових ефектів  взаємодії феросплавів з металом. Для розрахунків рекомендується використовувати дані, наведені в  табл.2.

      Таблиця 2 – Зміна температури рідкої сталі в ковші при введенні

                                в неї 1% феросплаву від маси  металу

 

      Відсоткові  витрати феросплавів обчислюються за формулою:

q = 100 · а/(b · с)                                                 (15)

де а – необхідне підвищення даного елементу в сталі за рахунок введення розкислювачів або легуючих в ківш, %; b – вміст легуючого елемента в феросплаві, %; с – ступінь засвоєння елемента феросплаву металом, яку для кремнію із FeSi припускаємо 0,6, а для марганцю із феромарганцю – 0,7. При обчисленні величини а слід враховувати, що в залежності від вмісту марганцю в чавуні при випуску сталі із мартенівської печі метал вміщує 0,08 – 0,15% Mn. Пов'язано це з тим, що в мартенівській плавці частина марганцю тратиться з шлаком під час його видалення в періоди плавлення та доводки. Звичайно рахують, що кремній в металі під час випуску плавки відсутній.

      Витрати алюмінію для спокійних марок  сталі становлять в межах 500-1500 г/т  сталі.

      Загальна  зміна температури металу за рахунок  розкислення та легування обчислюється за формулою:

Dt_роз. = S(q_i × Dt_м )                                                 (16)

      Потрібні  витрати феросплавів для сталі  марки 19Г складають:

q_FeSi = 100 × 0,27/(50 × 0,6) = 0,90 %

q_FeMn = 100(0,65-0,15)/(72 × 0,7) = 0,99 %

де 0,15% - "свій" марганець.

Dt_роз. = 0,90×9,1 – 0,99 × 12,1 + 0,05 × 68 = - 0,39^оС

      З урахуванням розкислення сталі  загальне зниження температури металу під час випуску плавки складає ×26 ^оС. 

Розрахунок  зміни температури  метала під час  продувки аргоном

      Під час продувки металу в ковші аргоном  протягом t_п зниження температури металу обчислюється за формулою:

Dt_п.о.. = (V_a × C_a × Dt_a) / C_м  +  Dt_п  ×   t_п                               (17)

де V_a » 0,0002 м³/кг – питомі витрати аргону; С_a = 0,932 кДж/(м³К) – теплоємність аргону; Dt_a = t_м – t_оa – підвищення температури аргону при взаємодії з металом, ^оС ;  Dt_п = 1,0-3,5 ^оС /хв. – додаткове зниження температури металу під час продувки аргоном за рахунок підвищення теплопередачі при перемішуванні металу.

Dt_п.о.. =  0,0002 × 0,932 × 1535/0,836 + 2 × 5 = 10,3 ^оС 

Розрахунок  зниження температури  метала в ковші

  під час витримки  і розливки

      Під час витримки металу в ковші і  розливання продовжується акумуляція тепла футерівкою, а також мають  місце витрати тепла через  захисний шар шлаку від дзеркала металу. Для обчислення втрат тепла  під час витримки металу в ковші  і розливання на подальше прогрівання  футерівки спочатку рахують загальні втрати тепла протягом випуску, витримки і розливання, а потім за різницею одержують необхідний результат. Використовується формула (12) з відповідним терміном контакту металу з футерівкою.

      Спочатку  оцінюємо тривалість витримки в ковші  та розливання сталі. Від кінця випуску  плавки до початку розливання в залежності від організації доводки плавки, в тому числі на УДС, метал перебуває  в ковші від 10 до 30 хв. Для відносно простої сталі марки 19Г t_вит = 20 хв. = 0,3333 годин.

      Тривалість  розливання плавки оцінюємо за формулою:

 t_роз  = t_з  ×  n + t_пер(  n –1)                                           (18)

де t_з   - тривалість наповнення виливниці; n  - кількість зливків від плавки;

     t_пер – тривалість переїзду ковша до наступної виливниці.

n = М/М_з = 300/11 » 28                                       (19)

t_з  = h_з /V_р = 2,95/2,0 = 1,48 хв. = 0,0247 годин                    (20)

t_роз  = (1,48 × 28 + 0,4 × 27)/60 = 0,871 години

      Футерівкою  стін ковша протягом всього часу (t_вит+0,5t_в+0,5t_роз) акумулюється тепла: 

     Футерівкою  днища ковша за час контакту з металлом (t_вит + t_в + t_роз) акумулюється тепла:  

      За  час витримки металу в ковші та розливання футеровкою ковша акумулюється тепла:

Q_в.р.= 406784,2+1306269–1637696–526224,4=-450867 кДж

      Втрати  тепла металом через шлак обчислюють за формулою:

Q_ш   =  l_ш × F_ш  ×  Dt_ш ×(t_вит. + t_роз. )/d_ш                           (21)

де l_ш = 4,2 кДж/(м.год.К) – теплопровідність шлаку; F_ш =F_дз. – поверхня шлаку в ковші, м²; Dt_ш =600 ^оС – середній перепад температур шлаку по товщині його шару;  d_ш = 0,10-0,25 – товщина шару теплоізолюючого шлаку, м.

      Q_ш = 4,2  × 10,619× 600 × 1,204/0,15 = 214792,6 кДж

      Зниження  температури металу в ковші під  час витримки і розливання складає:

Dt_вит.+ Dt_розл. = ( Q_в.р.  + Q_ш)/(С_м × М) =                          (22)

(-450867+214792,6)/ (0,836 × 300000) = 0,9 ^оС

Усереднене  загальне зниження температури металу під час випуску та перебування  його в ковші складає:

 SDt_в.р..= Dt_вип.+ Dt_розк..+ Dt_по. + Dt_вит.+ Dt_розл.                        (23)

SDt_в.р= 25,6 + 0,39 + 10,3 + 0,9 » 37,2^оС 

Розрахунок  зниження температури  метала в ковші 

під час відливання зливка

      Втрати  тепла металом впродовж розливання сталі здійснюються струменем, дзеркалом  металу у виливниці та теплопередачею до виливниці.

      Втрати  тепла струменем при наповненні виливниці обчислюються за формулами  типу (3 та 4). Поверхня струменю обчислюється за формулою:

      F_с.р. =2 × p ×d_к (0,5 × h_з + l_р)                                      (24)

де d_к – діаметр каналу сталерозливного стакану, м;  l_р = 0,10-0,15 довжина струменю до зливка, м.

      Діаметр каналу сталерозливного стакана  оцінюємо за формулою:

                                      (25)

0,1034 м

      Вибираємо ближчій до стандартного 105 мм

      F_с.р. = 2 × 3,14 × 0,105(0,5 × 2,95 + 0,12) = 0,1143 м²

      Середню температуру струменю оцінюємо:

Т_с.р. = Т_м - Dt_в.р – 2 = 1863 – 37,2 –2 = 1823,8 К                        (26)

      Втрати  тепла випромінюванням струменю:

Q_в.р.с. = 20,5 × 0,1143 × 0,6 × 0,0247 × 0,7 (18,238⁴ – 3,03⁴) = 2687,4 кДж

      Втрати  тепла конвекцією від струменю:

      Q_к.р.с. = 9,2 × 0,1143 × 0,0247  × 0,7 (1823,8 – 303)^1,25 = 172,7 кДж

      Зниження  температури струменю металу при  наповненні виливниці складає: