Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Десульфурация металла в открытом процессе

Десульфурация металла в открытом процессе

1) Постановка задачи

Обосновать расчетом влияние интенсивности продувки инертным газом на динамику десульфурации металла шлаком в ковше при атмосферном давлении.

2) Исходные данные

Химический состав шлака, мас%
CaO	MgO	MnO	FeO	SiO2	Al2O3	сумма
62	4	0,5	0,5	16	17	100

Кратность шлака - 0,015

Химический состав металла перед обработкой, мас,%
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
0,1	0,25	0,5	0,1	0,1	0,05
V	Ti	Al	P	S	Cu
0,02	0	0,03	0,01	0,025	0,1

Температура, ^оС - 1600

Масса металла в ковше, т - 100

Глубина металла в ковше, м - 3

Расходы инертного газа, л/мин - 100; 300; 600

3) Расчет

3.1) Расчет ионной доли анионов кислорода в шлаке

Содержание SiO₂ в шлаке больше 10%, поэтому расчет ионной доли О^2- в шлаке проводим, исходя из полимерной теории строения жидких шлаков.

Расчет мольных долей компонентов шлака

Результаты представим в виде таблицы.

Компонент	CaO	MgO	MnO	FeO	SiO2	Al2O3	сумма
мас,%	62	4	0,5	0,5	16	17	100
М, г/моль	56	40	71	72	60	102
n, моль	1,107	0,100	0,007	0,007	0,267	0,167	1,654
X, доли	0,669	0,060	0,004	0,004	0,161	0,101	1

Расчет констант полимеризации компонентов бинарных расплавов

Расчет проводим с использованием справочных данных по изменению энтальпии и энтропии для соответствующих реакций полимеризации.

Oxid	DHп	DS_SiO2	DS_Al2O3
CaO	76200	-12,8	0,6
MgO	76200	10,0	16,6
MnO	13200	-6,8	-3,0
FeO	13200	7,0	7,0

Расчет изменений энергии Гиббса для соответствующих реакций полимеризации компонентов бинарных расплавов

ΔG_i _{- q} = ΔH_{i - q} – T · ΔS_{i -
q}

Oxid	SiO₂	Al₂O₃
CaO	100254,3	74997,3
MgO	57446,4	45167,9
MnO	25862,4	18749,3
FeO	0,0	0,0

Расчет натуральных логарифмов констант полимеризации компонентов бинарных расплавов

Ln Kп_{i
–q} = - ΔG_i _{–
q} / (RT)

Oxid	SiO₂	Al₂O₃
CaO	-6,438	-4,816
MgO	-3,689	-2,901
MnO	-1,661	-1,204
FeO	0,000	0,000

Расчет логарифма константы полимеризации многокомпонентного расплава

Исходя из соотношения (31)

После подстановки получаем

Ln (Kпm) = -5,557.

Расчет константы полимеризации многокомпонентного расплава

Kпm = 0,0039.

Расчет обобщенной степени полимеризации

Исходя из соотношений (30) и (32)

где

После подстановки получаем

α = 0,0046.

Расчет ионной доли анионов кислорода

Исходя из соотношения (29)

После подстановки получаем

X _(O2-) = 0,4539.

3.2) Расчет сульфидной емкости шлака

Расчет константы равновесия реакции десульфурации

½{S₂} + (O^2-) = (S^2-) + ½{O₂}

Исходя из соотношения (27)

Соответственно, К _(S) = 0,0048.

Расчет сульфидной емкости шлака

Согласно соотношениям (25) и (28)

3.3) Расчет окислительного потенциала системы

Расчет окисленности металла

Металл раскислен алюминием. Процесс открытый. В связи с этим окисленность металла определяем исходя из равновесия с алюминием.

Расчет логарифма константы равновесия обратной реакции

В соответствии с соотношение (39)

Оценка активности продукта раскисления

Расчет активности Al₂O₃ проводим, исходя из представлений о полимерной теории строения жидких шлаков, по соотношению (40).

Ионная доля согласно соотношению (41) равна

Для расчета ионной доли AlO⁺ определяем число грамм-ионов катионов.

Катион	Ca²⁺	Mg²⁺	Mn²⁺	Fe²⁺	AlO⁺	сумма
n, грамм-ион	1,107	0,100	0,007	0,007	0,167	1,388

Тогда ионная доля AlO⁺ равна

В соответствии с выражением (40) активность Al₂O₃ равна

Расчет окисленности металла

Согласно соотношению (38)

Соответственно, [O] = 3,3·10^-5 %.

Расчет окислительного потенциала системы

Исходя из соотношения (36)

атм.

3.4) Расчет коэффициента активности серы в металле

Для расчета необходимы справочные данные по параметрам взаимодействия

Параметры взаимодействия первого порядка e_sⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
11	6,3	-2,6	-1,1	0	0,27
V	Ti	Al	P	S	Cu
-1,6	-7,2	3,5	29	-2,8	-0,84

Используя соотношение (24), получаем

lg ɣ_s = 0,0149;

ɣ_s = 1,0348.

3.5) Расчет константы равновесия реакции ½{S₂} = [S]

Согласно соотношению (23)

Тогда K_[S] = 350,49.

3.6) Расчет коэффициента распределения серы

В соответствии с соотношением (21)

3.7) Расчет равновесной концентрации серы

Согласно соотношению (19)

3.8) Расчет удельной мощности перемешивания

Расчет удельной интенсивности продувки

Результаты расчета с использованием соотношения (11) представлены в таблице

Q, л/мин	100	300	600
G, м³/(кг·с)	1,67·10^-8	5,00·10^-8	1,00·10^-7

Расчет удельной мощности перемешивания

Результаты расчета по соотношению (10) для различных расходов инертного газа представлены в таблице

Q, л/мин	100	300	600
ɛ, Вт/кг	0,024	0,071	0,141

3.9) Расчет коэффициента объемного массопереноса

Результаты расчета по соотношению (9) для различных расходов инертного газа представлены в таблице

Q, л/мин	100	300	600
k_v, 1/c	5,85·10^-4	1,43·10^-3	2,53·10^-3

3.10) Расчет динамики десульфурации

Расчет производится по соотношению (6). Пример расчета текущего содержания серы через 10 минут обработки для расхода аргона 300 л/мин приведен ниже (время подставляется в секундах)

В систематизированном виде результаты расчетов представлены в таблице

Время, мин	[S], %
	для расхода газа, л/мин
	100	300	600
0	0.0250	0.0250	0.0250
5	0.0214	0.0173	0.0133
10	0.0185	0.0122	0.0077
15	0.0160	0.0090	0.0052
20	0.0139	0.0068	0.0040
25	0.0121	0.0055	0.0034
30	0.0106	0.0046	0.0031
35	0.0094	0.0040	0.0030
40	0.0083	0.0036	0.0029
45	0.0075	0.0034	0.0029
50	0.0067	0.0032	0.0029
55	0.0061	0.0031	0.0029
60	0.0056	0.0030	0.0029

На основании расчета строим зависимость текущего содержания серы в металле от времени обработки

Удаление водорода при ковшевом вакуумировании

1) Постановка задачи

Рассчитать время вакуумирования металла в ковше, необходимое для снижения содержания водорода до заданного уровня, в случае различной газонасыщенности стали.

2) Исходные данные

Химический состав металла перед обработкой, мас,%
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
0,1	0,25	0,5	0,1	0,1	0,05
V	Ti	Al	P	S	Cu
0,02	0	0,03	0,01	0,025	0,1

Начальное содержание водорода в металле, ppm
4	5	6	7	8	9	10

Требуемая концентрация водорода, ppm - 2

Остаточное давление в вакуумной камере, атм - 0,001

Доля водорода в удаляемых газах - 0,3

Температура, ^оС - 1600

Масса металла в ковше, т - 100

Глубина металла в ковше, м - 3

Расход инертного газа, л/мин - 600

3) Расчет

3.1) Расчет равновесной концентрации водорода

Расчет константы растворимости Сивертса

Согласно соотношению (13)

Соответственно K_H = 0,0025.

Расчет коэффициента активности водорода в металле

Для расчета необходимы справочные данные по параметрам взаимодействия

Параметры взаимодействия первого порядка e_Hⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
6	2,7	-0,14	-0,22	0	0,22
V	Ti	Al	P	S	Cu
-0,74	-1,9	1,3	1,1	0,8	0,05

Используя соотношение (15), получаем

lg ɣ_H = 0,0125;

ɣ_{H
=}1,0293.

Расчет равновесной концентрации водорода

Исходя из соотношения (12)

3.2) Расчет удельной мощности перемешивания

Расчет удельной интенсивности продувки

Используя соотношение (11), получаем

м³/(кг·с)

Расчет удельной мощности перемешивания

Согласно соотношению (10)

Вт/кг

3.3) Расчет коэффициента объемного массопереноса

В результате расчета по соотношению (9) получаем

1/с

3.4) Расчет времени вакуумирования металла в ковше, необходимого для снижения содержания водорода до заданного уровня.

Для начального содержания водорода в металле 6 ppm пример расчета по соотношению (8) приведен ниже

мин.

В систематизированном виде результаты расчета представлены в таблице

[H], ppm	4	5	6	7	8	9	10
Время, мин	5.40	7.02	8.32	9.41	10.34	11.16	11.89

На основании результатов расчета строим зависимость требуемого времени вакуумной обработки от начального содержания водорода

Удаление азота при ковшевом вакуумировании

1) Постановка задачи

Обосновать расчетом влияние содержания серы в металле на динамику удаления азота при вакуумировании в ковше.

2) Исходные данные

Химический состав металла перед обработкой, мас,%
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
0,1	0,25	0,5	0,1	0,1	0,05
V	Ti	Al	P	Cu
0,02	0	0,03	0,01	0,1

Десульфурация металла в открытом процессе 📙 Курсовая → 🆔 70682