Расчёт МНЛЗ. Расчет непрерывной разливки стали МНЛЗ. 2 Расчёт основных параметров разливки Исходные данные для расчёта являются
 Скачать 47.15 Kb.
|
|
2 Расчёт основных параметров разливки Исходные данные для расчёта являются: Марка стали 30ХГСА; Масса плавки или вместимость сталеплавильного ковша 300 т; Номинальное сечение слябов 250х700; Годовой объём производства 1,1 млн.т. Состав марки стали 30ХГСА приведен в таблице 1. Таблица 1 Химический состав стали марки 30ХГСА
2.1 Выбор вида и типоразмера МНЛЗ. В соответствии с исходными данными принимаем для расчёта МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком, имеющую компоновочные и конструктивные характеристики, аналогичные МНЛЗ ПАО «НЛМК»-КЦ-2, обеспечивающую формирование заготовки сечением 250х700 мм (приложение). 2.2 Продолжительность разливки плавки и производительность МНЛЗ Определяем машинное время разливки при рабочей скорости вытягивания (1,085 м/мин) и массе плавки 300 т по уравнению (1):  =  ; (1) =  = 101 мин.где – машинное время разливки (время разливки без учёта ввода затравки, от начала заполнения кристаллизатора до окончания опорожнения ковша), мин, М – масса стали в сталеразливочном ковше, т, N – количество ручьёв, F – площадь поперечного сечения получаемой литой заготовки, м2, плотность стали 30ХГСА принимаем  =7,85 т/ .Для определения годовой производительности МНЛЗ предварительно принимаем значения следующих величин: доля плавок, разливаемых сериями методом «плавка на плавку» Z= 80%; выход для слябовых заготовок gг = 95%; продолжительность паузы между сериями для слябовых машин  = 160 мин;продолжительность паузы между разливкой двух одиночных плавок  = 55 мин.;среднее количество плавок в одной серии для слябовой МНЛЗ: S = 8 шт.; фактическое время разливки или число рабочих суток МНЛЗ в году, для слябовой МНЛЗ составляет D = 291 суток. Тогда, по уравнению (2) годовая производительность двухручьевой слябовой МНЛЗ составит: П = М  gг == 300  95 == 811320,7 т/год (2) где П – годовая производительность МНЛЗ, год; 1440 – количество минут в сутках, Z – доля плавок, разливаемых сериями методом «плавка на плавку», %, – длительность паузы между сериями, мин, S – среднее количество плавок в одной серии, шт., – длительность паузы между разливкой двух одиночных плавок, мин, 1,15 – коэффициент, учитывающий потерю времени из-за несогласованной работы плавильных агрегатов и МНЛЗ, gг – выход годных заготовок, %, D – число рабочих суток в году, сут.Основным видом непрерывной разливки в современных конвертерных цехах является метод «плавка на плавку», которая осуществляется только при строгой синхронизации продолжительности периодов выплавки, внепечной обработки и разливки стали. К моменту окончания разливки одного ковша к разливке должен быть готов следующий. Поэтому независимо от расчётного значения машинного времени разливки её фактическая длительность принимается кратной длительности цикла одной, полутора, двух и т.д. плавок. В этом случае принимаемое фактическое время разливки (  ) должно удовлетворять неравенству (3): , (3)где  – допустимая (максимально возможная) продолжительность разливки, мин; – машинное (расчётное) время разливки, мин.С целью выполнения неравенства (3) при допустимой продолжительности разливки плавки массой 300 т – = 110 минут и расчетной продолжительности разливки = 101 мин, принимаем фактическую длительность разливки , равную 105 минут. В этом случае неравенство (3) выполняется: ; ; .Принятое фактическое время разливки удовлетворяет требованиям по допустимой продолжительности разливки плавки, поэтому выбор двухручьевой МНЛЗ для разливки заготовки сечением 250х700 осуществлён правильно. 2.3 Расчёт параметров жидкой стали Основными параметрами жидкой стали являются: допустимое содержание вредных примесей, температура стали в сталеразливочном и промежуточном ковшах. Вредные примеси, такие как сера и фосфор, снижая качественные свойства стали, существенно осложняют технологию непрерывной разливки из-за увеличения опасности аварийных прорывов жидкого металла под кристаллизатором и внеплановых остановок разливки. Поэтому обычно верхний предел содержания серы и фосфора в стали, разливаемой на МНЛЗ, устанавливается не более 0,025% каждого элемента. Принимаем содержание серы и фосфора в жидкой стали на уровне 0,015% каждого элемента. Температура разливаемого металла оказывает существенное влияние, как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Температуру металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах определяем по уравнениям (4) исходя из температуры ликвидус и уровня перегрева стали:  ; где  – температура металла в промежуточном ковше, ,  – температура металла в сталеразливочном ковше, ,  – температура ликвидус, ,  – перегрев металла в промежуточном ковше над , ,  – перегрев металла в сталеразливочном ковше над , .Температура ликвидус определяется из выражения (5) в зависимости от химического состава стали: = 1539 –  = 1539 – 73·0,31 – 12·1 – 3·0,9 – 30·0,015 –– 28·0,015 – 1·0,9 = 1500 .где 1539 – температура затвердевания чистого железа, ,  – среднее содержание растворённого элемента в стали, %,  – величина снижения температуры затвердевания железа при введении в него 1% соответствующего элемента, .Данные о влиянии некоторых легирующих на температуру плавления стали (tEi) представлены в таблице 2. Таблица 2 Снижение температуры ликвидус (tEi) при введении в сталь 1% элементов
Оптимальный перегрев металла над температурой ликвидус в промежуточном ковше составляет 15–30 . Принимаем 25 . Оптимальный перегрев металла в сталеразливочном ковше над температурой в промковше составляет 40–50 . Принимаем перегрев равным 45 . Тогда оптимальные температуры металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах составят: = 1500 + 25 = 1525 ; = 1525 + 45 = 1570 .2.4 Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки определяется размерами её поперечного сечения и условиями затвердевания по уравнению (5):  =  , (5)где a – толщина заготовки, мм, – продолжительность затвердевания, мин,  – коэффициент формы поперечного сечения заготовки,  – коэффициент затвердевания, мм/ .Т.к. отношение, a = 250 мм и b = 700 мм, b/a = 2,8 более 2, то значение коэффициента формы составляет = 1. Величину коэффициента затвердевания k выбираем для разливки спокойной стали из диапазона 24-28 мм/ . С учетом выбранной температуры перегрева стали в промежуточном ковше (25 ), принимаем коэффициент затвердевания k = 25 мм/ . Тогда продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки составит: =  = 25 мин.2.5 Скорость вытягивания заготовки Т.к. температура разливаемого металла и содержание вредных примесей в нём соответствуют требованиям раздела 2.3, то рабочая скорость вытягивания может быть рассчитана по формуле (6):  =  (6)где – рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин,  – коэффициент скорости вытягивания, м2/мин, a,b – толщина и ширина заготовки, м.Т.к. размер одной из сторон более 0,6 мм, а соотношение ширины к толщине (b/a) сторон заготовки более 2 мм, то выбираем значение коэффициента скорости вытягивания для слябовых заготовок (сталь легированная конструкционная) =  = 1,085 м/мин.По уравнению (7) находим диапазон допустимых скоростей вытягивания заготовки:  = 0,5 · 1,085 = 0,54 м/мин; (7) = 1,5 · 1,085 = 1,63 м/мин.Максимально допустимая скорость вытягивания заготовки (  ) должна обеспечивать формирование минимально допустимой толщины корочки металла на выходе из кристаллизатора  , которая составляет 0,01 – 0,02 м. Для этого рассчитаем толщину затвердевшей корочки металла на выходе из кристаллизатора по формуле (8): = k ·  , (8)где – толщина корочки металла на выходе из кристаллизатора, мм,  – продолжительность затвердевания заготовки в кристаллизаторе, мин,  – коэффициент формы поперечного сечения заготовки, k– коэффициент затвердевания, который для спокойной стали в зависимости от её состава и условий затвердевания изменяется в пределах 24-28 мм/мин0,5.Продолжительность пребывания НЛЗ в кристаллизаторе ( ) определяем по уравнению (9).Для принятого в расчёте кристаллизатора длинной 900 мм, принимая величину недолива hнедолив = 0,1 м, продолжительность пребывания НЛЗ в кристаллизаторе составит:  =  = 0,49 мин, (9)Тогда, толщина затвердевшей корочки металла на выходе из кристаллизатора составит: = k · = 0,25 ·  = 17,5 мм,Полученная толщина корочки находится в допустимых пределах, что подтверждает правильность выбора максимальной скорости вытягивания заготовки. Находим рабочую скорость вытягивания НЛЗ, которая должна совпадать с металлургической длиной машины, по формуле (10):  = 25 1,085 = 27,125 м. (10)Основываясь на максимальной скорости вытягивания, рассчитаем протяженность жидкой фазы в кристаллизаторе НЛЗ по уточненной формуле (11):  , (11)где K – коэффициент, зависящий от отношения ширины заготовки к толщине, а – толщина наиболее толстой заготовки, отливаемой на машине, м. Для слябовой заготовки сечением 250х700 мм, коэффициент К для расчёта протяженности жидкой фазы при отношении b/a = 700/250 = 2,8 и составляет К = 314. Тогда при максимальной скорости вытягивания 1,63 м/мин, протяженность жидкой фазы расчитываемой НЛЗ составит: = 314 ·  · 1,63 = 31,99 м.Для получения плотной осевой зоны НЛЗ является соблюдение соотношения (12):  , (12)где  – металлургическая длина МНЛЗ: расстояние по оси заготовки от уровня жидкого металла в кристаллизаторе до крайней точки, где ещё сохраняется жидкая фаза или расстояние до последнего поддерживающего ролика, м. =  = 1,06 0,9,Т.к. условие не выполняется, то требуется корректировка максимальной скорости вытягивания. Принимаем максимальную скорость вытягивания 1,4 м/мин, тогда: = 314 · · 1,4 = 27,48 м. =  = 0,9, условие выполняется.2.6 Параметры качания кристаллизатора К параметрам возвратно-поступательного движения (ВПД) или качания кристаллизатора относятся амплитуда и частота качания, а также закон качания (синусоидальный и не синусоидальный). Необходимость качания кристаллизатора вызвана тем, что в процессе непрерывной разливки корочка затвердевающего в кристаллизаторе слитка, по мере его движения вниз, претерпевает усадку и отходит от стенок. Зона плотного контакта корочки со стенками очень мала и находится в верхней части кристаллизатора, вблизи мениска жидкого металла. При определенных условиях в этой зоне происходит прилипание тонкой корочки к стенкам кристаллизатора. Это может привести к разрыву корочки в местах ее отхода от стенок. Если кристаллизатор неподвижен, а слиток вытягивается с постоянной скоростью, то прилипшая часть корки остается на месте (зависает), а нижняя часть будет двигаться вниз. В результате происходит прорыв – выход жидкого металла из сердцевины слитка. Для предотвращения прорывов необходимо сообщать кристаллизатору ВПД. Причем скорость опускания кристаллизатора задается несколько большей, чем скорость движения слитка. Допустимое время опережения (  ), необходимое для сваривания (залечивания) разрывов корочки слитка, должно составлять 0,1–0,3 с. Перемещение кристаллизатора осуществляется в направлении его оси. Необходимое время опережения, при разных скоростях вытягивания, достигается изменением частоты ( ) и амплитуды (δ) качания кристаллизатора путём синхронизации со скоростью вытягивания слитка. Произведением оптимальной частоты качания на время опережения называется критерием оптимального опережения ( ). Для синусоидального закона качания = 0,274, а при трапецеидальном законе с циклом 3:1 – = 0,71-0,75.Определим частоту качания кристаллизатора по формуле (13):  , (13)где  – частота качания кристаллизатора, мин-1, – допустимое время опережения, с.Принимаем синусоидальный закон качания кристаллизатора, для которого критерий оптимального опережения = 0,274. Тогда при времени опережения  с, частота качания кристаллизатора составляет: =  = 82,2 мин-1.Оптимальную амплитуду качания выбираем только для максимальной скорости вытягивания слитка с учётом и принимаем её постоянной для всех скоростей вытягивания, меньших максимальной по формуле (14): = 14,8·· 1,4 · 0,2 = 4,14 мм (14)где – максимальная скорость вытягивания заготовки, м/мин, – допустимое время опережения, с.Определим необходимую частоту качания кристаллизатора исходя из рабочей скорости вытягивания и амплитуды качания по уравнению (15):  =  = 131 мин-1, (15)где – частота качания кристаллизатора,  – рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин, – коэффициент частоты (принимаем равным 0,5),  – амплитуда качания кристаллизатора, мм.Принимаем среднюю частоту качания кристаллизатора равную:  .2.7 Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов. Определение рабочей скорости вытягивания заготовки и диапазон допустимых значений позволяет рассчитать рабочую скорость разливки и возможный диапазон её изменения. Зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья) находим по формуле (16):  , (16)где q – скорость разливки, т/мин,  – плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения, т/м3, – скорость вытягивания заготовки, м/мин.Приняв плотность стали 30ХГСА при 0 равной 7,85 т/м3, коэффициент линейного расширения твердой стали  = 1,45·10-5 1/град и температуру затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения  = 950 , определим плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения по формуле (17): =  = 7,54 т/м3. (17)По некоторым данным  зона красноломкости для различных марок сталей находится в интервале 816–900 и, следовательно, уровень температуры поверхности непрерывно-литого сляба при разгибании должен быть не менее 900ºС.Приняв температуру поверхности заготовки в конце зоны вторичного охлаждения ( ) определяем рабочую массовую скорость разливки  и её предельные значения  и  по формуле (17) при постановке в которую соответствующих значений скорости вытягивания заготовки ,  и .Тогда для заготовки сечением 250х700 мм скорость разливки металла на двухручьевой МНЛЗ составит: – при рабочей скорости вытягивания 1,085 м/мин: = 7,54 · 0,25 · 0,7 · 1,085 · 2 = 2,86 т/мин;– при минимальной скорости вытягивания 0,54 м/мин: = 7,54 · 0,25 · 0,7 · 0,54 · 2 = 1,42 т/мин;– при максимальной скорости вытягивания 1,4 м/мин: = 7,54 · 0,25 · 0,7 · 1,4 · 2 = 3,7 т/мин.Диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах вычисляем по формуле (18):  (18)где  – коэффициент скорости разливки, т/(мин·мм2·м0,5),  – диаметр канала стакана, мм, h – высота слоя жидкого металла в ковше, м.Расчёт диаметров каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах ведется на максимальную скорость разливки ( ), причем при расчёте диаметра канала стакана сталеразливочного ковша необходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в несколько кристаллизаторов (количество ручьев МНЛЗ).При расчёте диаметра канала для сталеразливочного ковша рекомендуется принимать = 1,2·10-3 т/(мин·мм2·м0,5) и h = 0,5-1,0 м, а для промежуточного ковша = 1,1·10-3 т/(мин·мм2·м0,5) и h = 0,6-0,8 м. Диаметры каналов стаканов сталеразливочного и промежуточного ковшей принимаются путем округления в большую сторону до целого значения, кратного 2 или 5, высчитанного по формуле (18). Расчёт диаметров каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах ведем на максимальную скорость разливки с учетом количества ручьёв МНЛЗ – один ручей. При расчёте диаметра канала для сталеразливочного ковша принимаем = 1,2·10-3 т/(мин·мм2·м0,5) и h = 0,7 м.Тогда диаметр стакана в сталеразливочном ковше, при максимальной скорости разливки на МНЛЗ 3,7 т/мин, составит:  = 60,7 мм.Принимаем диаметр стакана стальковша в большую сторону (кратно 2 мм) – 62 мм. Диаметр канала стакана промежуточного ковша при максимальной скорости разливки через один ручей, равной 3,7/2 = 1,85 т/мин, составит:  = 44,8 мм.Принимаем диаметр стакана промежуточного ковша в большую сторону (кратно 2 мм) – 46 мм. 3 Заключение В данной работе для разливки стали 30ХГСА на заготовку сечением 250х700 мм была выбрана двухручьевая сортовая МНЛЗ с ПриложениеКраткая характеристика МНЛЗ некоторых металлургических предприятий
Список литературы Масальский С.С., Дертунов Д.А. Расчет затвердевания металла в кристаллизаторе МНЛЗ // Теплотехника и теплоэнергетика в металлургии: Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов. Магнитогорск: Изд. МГТУ, 2000.- С. 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||