.3 Тепловой режим кристаллизатора
Основные требования к тепловому режиму кристаллизатора сводятся к следующему:
расход охлаждающей воды в кристаллизаторе должен исключать ее перегрев, вызывающий отложение солей и ухудшение теплоотвода от слитка;
интенсивность охлаждения должна быть такой, чтобы при выходе слитка из кристаллизатора толщина твердой оболочки была достаточной для исключения прорыва металла из середины слитка;
распределение интенсивности теплоотвода по длине и периметру слитка должно обеспечивать отсутствие больших градиентов температур и недопустимых термических напряжений, вызывающих образование трещин в оболочке слитка.
На теплообмен между слитком и кристаллизатором и, следовательно, на формирование оболочки слитка влияют очень многие факторы: марка стали, температура металла, скорость разливки, конструктивные параметры кристаллизатора и др.
Наибольшее значение имеют конструктивные особенности кристаллизатора: размеры граней, конусность стенок, толщина и материал стенок, режим охлаждения. Для большинства конструкций кристаллизаторов из всех перечисленных параметров переменным является только режим охлаждения (температура и расход охлаждающей воды), служащий управляющим воздействием на режим кристаллизации слитка.
В кристаллизаторе имеется два характерных режима теплоотдачи: при плотном контакте слитка со стенками кристаллизатора (плотность теплового потока 1,8-2,3 МВт/м2) и при газовом зазоре между слитком и стенками кристаллизатора (плотность теплового потока 0,7-0,9 МВт/м2). В начале (вверху кристаллизатора) слиток непосредственно контактирует с кристаллизатором, затем слиток в связи с охлаждением и усадкой несколько отходит от стенок кристаллизатора и появляется газовый зазор. При отходе слитка от стенок и уменьшении теплоотдачи происходит некоторый разогрев оболочки, которая вновь прижимается к стенкам, и тепловой поток на короткое время возрастает. Окончательный отход оболочки слитка от стенок кристаллизатора происходит на расстоянии 600-700 мм от уровня жидкого металла, и плотность теплового потока внизу кристаллизатора снижается до 0,25-0,5 МВт/м2.
Изменение плотности теплового потока от слитка к стенкам кристаллизатора по ходу затвердевания слитка может определяться на основании эмпирических зависимостей. Например, при отливке слябов средняя плотность теплового потока (полусумма значений в углах и середине граней) для широких граней подчиняется по зависимости (Мвт/м2)
(1.1)
где - время движения рассматриваемого сечения слитка от уровня жидкого металла, мин.
Изменение теплового потока в определенной степени соответствует изменению температуры поверхности слитка, которая быстро падает до 800 - 900 °С в начальный момент охлаждения и затем несколько возрастает после образования зазора между слитком и стенками кристаллизатора и далее остается примерно постоянной.
Толщина оболочки слитка довольно точно может быть определена по закону квадратного корня:
(1.2)
где - коэффициент затвердевания, равный для разных граней слитка 20 - 25 мм мин -0.5; - время, мин.
Основной целью управления первой стадией кристаллизации слитка является получение достаточно толстой и прочной оболочки слитка на выходе из кристаллизатора. Для реализации этой цели необходимо отобрать от слитка вполне определенное количество тепла, зависящее от марки стали, начальной температуры металла и сечения заготовки
(1.3)
где - время пребывания металла на активной длине кристаллизатора. [4]
2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
.1 Конструктивные и технологические особенностивыплавки стали в кислородном конвертере
Конвертерный цех состоит из следующих отделений и участков:
)главное здание:
- конвертерное отделение;- миксерное отделение;- крановая эстакада для перестановки шлаковых чаш;- отделение подготовки сталеразливочных и промежуточных ковшей;
2)отделение шихтовых сыпучих материалов;
3)скрапное отделение;
)отделение скачивания шлака;
)отделение внепечной обработки стали;
)отделение непрерывной разливки стали;
)транспортно-отделочное отделение;
)отделение внепечной десульфурации чугуна;
)стрипперное отделение;
10)отделение помола силикокальция;
11)энергоблок; административно-бытовые корпуса (АБК); экспресс-лаборатория, ремонтная; мастерская; зарядная станция.
Конвертерное отделение состоит из загрузочного и энергетического пролётов, участка подготовки ферросплавов, участка расплавления синтетического шлака. Тут установлены два конвертера (см. табл. 1), ёмкостью 350т, со вставными днищами и навесным многодвигательным приводом поворота мощностью 720 кВт.
Таблица 2.1
Техническая характеристика конвертера
НаименованиеВеличина12Вместимость конвертера, т350Рабочий объём, м3317,7Удельный объём, м3/т0,91Площадь поверхности ванны, м234,6Удельная поверхность ванны, м2/т0,1Глубина ванны, мм1800Внутренний диаметр, мм6950 / 6650Отношение диаметра к глубине ванны5,83 / 3,69Высота рабочего объёма, мм10075Диаметр горловины, мм4000Общий вес футеровки, т753Мощность электропривода, кВт720Давление кислорода перед фурмой, атм.15Расход кислорода, м3/мин (н.у.) 1350Продолжительность продувки, мин16
Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой заключается в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым к металлу сверху через сопла водоохлаждаемой фурмы. При этом выгорают примеси чугуна - углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и т.д. Кислород подается в конвертер под давлением 1-1.5 МПа по водоохлаждаемой фурме. Вода под давлением 0.6-1 МПа подается в пространство между внутренней и средней трубами фурмы и удаляется из пространства между внешней и средней трубой, обеспечивая охлаждение фурмы.
Завалка и заливка. В конвертер загружают стальной лом и часть извести (в течение 2 минут). Затем заливают чугун. При этом происходит плавление лома находящегося в конвертере. Масса металлошихты должна обеспечивать массу жидкой стали не более 350 тонн. Массовый расход чугуна и металлолома для плавки определяют по рекомендациям АСУТП. Массовый расход чугуна и лома должны обеспечить после окончания продувки заданные значения содержания углерода в металле, FeO В шлаке и температуры. При отклонении этих параметров от заданных значений, в том числе по температуре металла более чем на 20оС, производят перешихтовку плавки.
Продувка. Продувку плавок производят по режимам с частичным или с полным дожиганием окиси углерода. Положение кислородной фурмы относительно уровня металла в ванне, при расходе кислорода 1100-1300 м3/мин устанавливают исходя из нормативов, определяемых содержанием углерода в ванне, а также заданным количеством углерода в стали. Продувка начинается, когда фурма находится на максимальном расстоянии от спокойной ванны (~ 4,5 м). Для продувки используют кислород чистотой не ниже 99.5% с содержанием азота не более 0.15%. Давление кислорода в цеховой магистрали перед фурмой должно быть не менее:
2.2 МПа - при расходе кислорода 1100 ¸ 1300 м3/мин;
2.3 МПа - при расходе кислорода 600 ¸ 800 м3/мин.
После окончания продувки производят замер температуры и отбор проб металла и шлака с обязательным спуском шлака. В пробах шлака определяют содержание CaO, MgO, SiO, Al2O3, PbO3, Cr2O3,S, FeO и основность. В пробах металла определяют содержание С, Mn, S, F, Cu, Ni, Cr, N. Температура металла перед выпуском плавки должна быть в следующих пределах: 1580°С-1600°С - при разливке стали в слябы толщиной 250 мм; 1575°С-1595°С - при разливке стали в слябы толщиной 300 мм. Выпуск плавки производят после получения анализа металла на содержание C, S, P и температуры заданного значения. Продолжительность выпуска плавки должна составлять не менее 6 мин.
Повалка. Установление заданной концентрации С в стали достигается с помощью промежуточной плавки. При этом фурму поднимают, выключают дутье, переводят конвертер в горизонтальное положение, отбирают пробы металла и шлака и замеряют температуру ванны с помощью термопары погружения. Ожидая результаты анализа, немного поворачивают конвертер.
Додувка. Когда после продувки содержание S и P в стали, или его температура не соответствуют заданным значениям параметров, производят додувки плавок. Додувки металла на серу и фосфор рекомендуется осуществлять по следующему режиму:
положение фурмы выше базового положения на 300-1500 мм;
интенсивность продувки в пределах от 1000 до 1300 м/мин;
расход извести из расчета от 3 до 5 т. на каждую минуту додувки;
Додувки металла на температуру производят по следующему режиму:
положение фурмы обычное, либо повышенное на 300-1500 мм,
продолжительность додувки определяют по технологическому расчету;
при содержании С в металле равном не менее 0.085 производят присадку О2 и термоантрацита из расчета 300 кг на одну минуту додувки.
Выпуск. При выпуске стали конвертер наклоняют. Сталь сливают через выпускное отверстие в сталеразливочный ковш, шлак - в чашу.
Доводка. Сталь в ковше
