Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Определение технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ

Министерство образование и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра металлургии черных металлов

Курсовая работа

на тему:

«Определение технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ»

Выполнил: ст. гр. МCЭ - 08 Дмитриева Е.В. Принял: к.т.н, профессор Селиванов В. Н

Магнитогорск

2012

Аннотация

В данной работе выполнен расчет основных технологических параметров непрерывной разливки стали. Приведена общая компоновка пятиручьевой МНЛЗ и рассмотрена технология разливки стали марки 5, на заготовке сечением 140´140мм из сталеразливочного ковша вместимостью 160 т при продолжительности разливки 50 минут.

Содержание

Введение

Количество стали, разливаемой на машинах непрерывного литья сортовых заготовок, составляет примерно половину от общего количества стали, разливаемой непрерывным способом. Отличительной особенностью этих машин является наличие большего количества ручьев – до восьми, вследствие относительно небольших размеров поперечного сечения отливаемых заготовок.

На сортовых машинах используются два различных способа подачи металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы: открытой или закрытой струей. При отливке заготовок с небольшими размерами поперечного сечения подача металла производится открытой струей из за невозможности введения удлиненных погружных стаканов в малые полости кристаллизаторов. Стопора при этом не ставятся и регулирование подачи металла из ковша в кристаллизатор осуществляется путем изменения диаметра нижних разливочных стаканов с калиброванными отверстиями.

Преимуществами разливки металла открытой струей является:

простота способа разливки;
меньшие затраты на разливку и снижение себестоимости заготовки, так как нет необходимости в оборудование промежуточного ковша стопорами и погружными стаканами;
большее количество металла, разливаемого методом «плавку на плавку», а значит и более высокая производительность МНЛЗ, засчет отсутствия стопора, лимитирующие длительность серии при разливке стали закрытой струей.

Однако разливка металла открытой струей имеет и недостатки:

разливается сталь достаточно простого сортамента – в основном углеродистая сталь обыкновенного качества;
снижается качество сортовой заготовки вследствие вторичного окисления струи и поверхности жидкого металла в кристаллизаторе, эжектирования струей воздуха, возможности образования «веерообразной» струи, нестабильного положения уровня металла, а значит и скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, локального затягивания шлака с зеркала жидкого металла в зазор между затвердевшей оболочкой заготовки и гильзой кристаллизатора.

Поэтому сталь ответственного назначения на заготовки с относительно большими размерами поперечного сечения на сортовых МНЛЗ разливаются только закрытой струей с использованием погружных стаканов и стопоров для регулирования скорости подачи металла в кристаллизаторы.

В данной работе определяются основные технологические параметры непрерывной разливки стали на сортовых МНЛЗ:

параметры жидкого металла: допустимое содержание вредных примесей и растворенного алюминия, температуру металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах;
продолжительность затвердевания сортовой заготовки;
скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов;
скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора;
расход материалов для смазки в кристаллизаторе;
параметры кристаллизатора и направляющих элементов ЗВО;
режим первичного охлаждения заготовки;
режим вторичного охлаждения заготовки.

1 Описание машины непрерывного литья сортовых заготовок

Для расчета была дана пятиручьевая МНЛЗ радиального типа. Схематическое изображение технологической оси такой машины по одному из ручьев представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема радиальной машины непрерывного литья заготовок

Количество ручьев – 5. Металлургическая длина МНЛЗ – 16 м . Вместимость сталеразливочного ковша – 160 т. Способ подачи металла из промежуточного ковша – открытой струей. Количество участков зоны вторичного охлаждения - 4 . Вид охладителя – вода и воздух.

2 Расчет основных технологических параметров разливки

2.1 Параметры жидкого металла

Для расчета используется сталь марки Ст 5, химический состав которой представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав стали марки Ст 5

Марка стали	Массовая доля элементов, %
Марка стали	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	As	N
Ст 5	0,28-0,37	0,15-0,3	0,5-0,8	<0,05	<0,04	<0,3	<0,3	<0,3	<0,08	<0,01

Температура разливаемой стали оказывает существенное влияние, как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Температура стали в промежуточном ковше МНЛЗ определяется по формуле

, (1)

где - температура стали в промежуточном ковше, ° С;

- температура начала затвердевания стали (температура ликвидус), ° С;

- величина перегрева стали над температурой ликвидус, ° С.

Температура ликвидус стали вычисляется по формуле

(2)

где 1539 - температура затвердевания чистого железа, ° С;

73; 12; 3; 30; 28; 1; 3,5; 7; 3; 2; 18; 3; 1,8; и 1 - величины снижения температуры

затвердевания железа при введении в него 1 %, соответственно, углерода,

кремния, марганца, серы, фосфора, хрома, никеля, меди, алюминия,

ванадия, титана, молибдена, кобальта и вольфрама, ° С/%;

[C], [Si], [Mn], [S], [P], [Cr], [Ni], [Cu], [Al], [V], [Ti], [Mo], [Co], [W] -

содержание в стали, соответственно, углерода, кремния, марганца, серы,

фосфора, хрома, никеля, меди, алюминия, ванадия, титана, молибдена,

кобальта и вольфрама, %.

Рассчитаем температуру ликвидус по формуле (2)и используя таблицу 1:

Величина перегрева стали над температурой ликвидус (°С) принимается в соответствии с заданной величиной продолжительности разливки металла из одного сталеразливочного ковша и способом подачи металла в кристаллизатор:

Продолжительность

разливки металла, мин <= 60 > 60

Открытая струя 20...30 30...40

Закрытая струя 15...25 25...35

Принимаем равной 25.

Тогда температура стали в промежуточном ковше по формуле (1) составляет

2.2 Продолжительность затвердевания сортовой непрерывнолитой заготовки

Главным фактором, влияющим на продолжительность затвердевания непрерывнолитых заготовок, являются размеры поперечного сечения: толщина и ширина. Продолжительность затвердевания непрерывнолитых заготовок определяется по формуле:

, (3)

где - продолжительность затвердевания заготовки, мин;

- коэффициент формы поперечного сечения заготовки;

- толщина заготовки, мм;

- коэффициент затвердевания стали, мм/мин^0,5.

В формуле (3) величина коэффициента формы поперечного сечения заготовки вычисляется следующим образом:

, (4)

где - ширина заготовки, мм.

Величина коэффициента затвердевания стали зависит от величины перегрева и в данном случае будет равна 27 мм/мин^0,5.

Тогда, продолжительность затвердевания заготовки будет равна:

мин.

2.3 Скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов

Весовая скорость разливки металла из сталеразливочного ковша определяется по формуле:

, (5)

где –весовая скорост разливки металла из сталеразливочного ковша, т/мин;

- масса металла в сталеразливочном ковше, т;

- продолжительность разливки металла одной плавки, мин.

Тогда, она будет равна:

т/мин.

Диаметр канал стакана сталеразливочного ковша вычисляется по формуле:

, (6)

где - диаметр канала стакана сталеразливочного ковша, мм;

- коэффициент весовой скорости разливки металла из сталеразливочного ковша,

т/(мин*мм²*м^0,5);

- высота слоя жидкого металла в сталеразливочном ковше, м.

При расчете принимаем следующие значения параметров:

= 1,4*10^-3 т/(мин*мм²*м^0,5); = 0,9 м.

Рассчитаем диаметр канала:

мм.

Таким образом, диаметр канала сталеразливочного ковша равен 50 мм.

Диаметр канала стаканов промежуточного ковша определяется по формуле:

, (7)

где - диаметр канала промежуточного ковша, мм;

- количество ручьев МНЛЗ, шт;

- коэффициент весовой скорости разливки металла из промежуточного ковша,

т/(мин*мм²*м^0,5);

- высота слоя жидкого металла в промежуточном ковше, м.

Принимаем следующие значения параметров:

= 1,35*10-3 т/(мин*мм²*м^0,5); =0,75 м.

Рассчитаем этот диаметр:

мм.

Таким образом, диаметр стаканов промежуточного ковша равен 24 мм.

2.4 Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора

При установившемся режиме непрерывной разливки стали уровень жидкого металла в кристаллизаторе должен быть постоянным. Для соблюдения этого условия между весовой скоростью разливки металла в каждом ручье и скоростью вытягивания заготовки из кристаллизатора существует следующая зависимость:

, (8)

где – плотность затвердевшей стали на выходе из зоны вторичного охлаждения, т/м3

(исходя из методических указаний принимаем равной 7,6 т/м3 );

– толщина заготовки, м;

– ширина заготовки, м;

– скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин.

После преобразования формулы (8) вычисляется расчетное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора:

, (9)

Тогда расчетная скорость вытягивания заготовки:

м/мин.

Найденное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора должно обеспечивать получение в заготовке на выходе из кристаллизатора корочки затвердевшего металла достаточной толщины для исключения возникновения аварийных прорывов жидкого металла. Поэтому по известной формуле квадратного корня вычисляется расчетное значение толщины слоя затвердевшего металла в заготовке на выходе из кристаллизатора. Это расчетное значение сравнивается с рекомендуемым значением.

Определяем время которое заготовка находится в кристаллизаторе по формуле (10):

, (10)

где – время которое металл находится в кристаллизаторе, мин;

– высота металла в кристаллизаторе, м;

Принимаем недолив в кристаллизаторе 0,2 м, тогда:

мин.

По формуле квадратного корня определим толщину затвердевшей корочки:

, (11)

где x - толщина слоя затвердевшего металла, мм;

τ – время затвердевания, мин.

Тогда:

Расчетное значение толщины слоя получилось меньше рекомендуемого, таким образом, производим коррекцию скорости вытягивания заготовки в сторону ее снижения, произведя обратный расчет.

м/мин.

Вычислим скорректированное значение продолжительности разливки металла одной плавки с использованием формуле:

, (12)

где – скорректированное значение продолжительности разливки металла одной

плавки, мин

- скорректированное значение скорости вытягивания заготовки, м/мин.

Таким образом, продолжительность разливки:

мин.

В процессе разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы происходит так называемое «затягивание» разливочных стаканов, причиной которого является отложение на стенках канала неметаллических включений. Это вызывает снижение как весовой скорости разливки стали, так и скорости вытягивания заготовок.

При уменьшении скорости разливки продолжительность разливки металла возрастает. Чрезмерное увеличение продолжительности разливки ведет к уменьшению выхода годного металла из-за затвердевания некоторого его количества в сталеразливочном ковше, а также создает трудности с организацией разливки методом «плавка на плавку». Поэтому на практике устанавливается допустимое значение минимальной скорости разливки.

Минимально допустимое значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора обычно составляет 60...70 % от его расчетного значения. Значение минимально допустимой скорости вытягивания заготовки должно быть определено в работе.

При вытягивании заготовки из кристаллизатора он совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз (качается) для облегчения отделения затвердевшей корочки заготовки от стенок кристаллизатора.

Частота качания кристаллизатора находится из выражения:

, (13)

где – частота качания кристаллизатора, 1/мин;

– коэффициент частоты качания;

– амплитуда качания кристаллизатора, мм.

На современных сортовых машинах при отливки заготовки со стороной приведенного квадрата и при стороне менее 150 мм принимаем следующие параметры:

=5,5 мм; =0,33.

Находим частоту качания кристаллизатора:

кач/мин.

Внутри вытягиваемой из кристаллизатора заготовки находится лунка жидкого металла, длина которой определяется по формуле:

, (14)

где – глубина лунки жидкого металла, м.

Находим длину жидкого металла:

м.

Обязательным условием получения плотной структуры в осевой зоне заготовки является соблюдение соотношения:

(15)

где – металлургическая длина МНЛ3 (расстояние по оси заготовки от поверхности

жидкого металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика рольганга перед

газорезкой), м.

2.5 Расход материалов для смазки в кристаллизаторе

При разливке стали открытой струей в качестве смазки в кристаллизаторе используется масло со следующими техническими характеристиками:

Содержание влаги не более 0,2 %

Кислотное число не более 0,6 мг КОН/г

Температура вспышки не менее 230

В качестве смазки стенок кристаллизатора при непрерывной разливке используется как растительное, например, рапсовое, так и синтетическое масло (производители - фирмы «Shell», «Mobil»).

Расход масла в кристаллизаторе должен быть 50...100 г/мин на один ручей. Выбор конкретного значения расхода масла из рекомендованного интервала зависит от размеров поперечного сечения заготовки и скорости вытягивания ее из кристаллизатора. При увеличении значений этих параметров расход масла возрастает.

Выбираем для смазки синтетическое масло фирмы «Shell», принимаем расход 75 г/мин для одного ручья. По формуле (16) определим расход масла для разливки одной плавки:

, (16)

где – расход масла на разливку одной плавки, кг;

– расход масла в кристаллизаторе, г/мин.

Таким образом, расход масла составит:

кг.

2.6 Параметры кристаллизатора и направляющих элементов вторичного

охлаждения

В задании на курсовую работу указаны такие размеры поперечного сечения заготовки, которые она должна иметь на выходе из МНЛЗ. Кристаллизирующаяся заготовка имеет несколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере ее охлаждения. Поэтому поддерживающая система машины настраивается таким образом, чтобы расстояние между противоположными стенками кристаллизатора и противоположными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлении вытягивания заготовки. Обычно ширина поперечного сечения заготовки превышает заданные параметры в верхней части кристаллизатора на 3...4 %, а толщина - на 3,5...4,5 %. В нижней части кристаллизатора превышение размеров по ширине и толщине практически одинаковое и составляет 1,9... 2,7%.

Поддерживающая система в зоне вторичного охлаждения заготовки не является сплошной и состоит из нескольких пар направляющих роликов, поддерживающих все грани заготовки .

Количество и расположение роликов относительно технологической оси машины должно быть выбрано в соответствии с известной информацией об устройстве сортовых МНЛЗ.

Расстояние между опорными поверхностями роликов уменьшается линейно по длине зоны вторичного охлаждения. Это расстояние по любой стороне квадратной заготовки или по толщине заготовки прямоугольного сечения может быть рассчитано по формуле:

, (17)

где – расстояние между противоположными роликам для 1-ой пары роликов, мм;

– расстояние между противоположными стенками в нижней части кристаллизатора, мм;

– толщина отливаемой заготовки, мм;

– расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до i - ой пары роликов, м;

– длина зоны вторичного охлаждения МНЛ3, м.

Определим расстояние между стенками кристаллизатора по толщине заготовки вверху и внизу кристаллизатора:

А₀ = 1,045×140 = 146,3 мм;

В₀ = 1,035×140 = 144,9 мм;

А₁ = 1,025×140 = 143,5 мм;

В₁ = 1,025×140 = 143,5 мм.

Расстояние между стенками внизу кристаллизатора и расстояние между противоположными роликами первой пары одинаковое. Поэтому А1 = А2. Остальные зоны рассчитаем по формуле (17):

1ая и 2ая секции:

А2 = А1 = 144 мм ;

3ая секция:

мм;

4я секция:

мм.

2.7 Режим первичного охлаждения заготовки

На МНЛЗ применяются гильзовые кристаллизаторы из цельнотянутых медных труб со стенкой толщиной до 20 мм. Внутренняя поверхность гильзы является рабочей стенкой кристаллизатора. Гильза крепится в стальном корпусе в верхней его части при помощи фланца, а в нижней части - с помощью уплотнения, допускающего свободное термическое удлинение для исключения деформации стенки. Для предотвращения коробления гильзы предусмотрено также наличие рёбер жёсткости. Охлаждающая вода движется по зазору шириной 4... 7 мм между внешней поверхностью гильзы и корпусом в направлении снизу вверх.

Основным показателем, характеризующим режим первичного охлаждения заготовки в кристаллизаторе, является расход охлаждающей воды.

Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение двух условий:

- температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40... 45 °С для предотвращения отложения солей;

- скорость циркуляции воды должна быть не менее 7 м/с для предотвращения образования застойных зон с локальным перегревом.

Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется по формуле:

(18)

где - расход воды на охлаждение кристаллизатора по рассматриваемому

условию, м3/ч;

– средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору,

Вт/м2;

– площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой

поток, м2 ;

– плотность воды, кг/м3;

– удельная теплоемкость воды, кДж/(кг×град);

- перепад температуры воды в кристаллизаторе, ° С.

В формуле (18) средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору вычисляется по формуле:

(19)

где - коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м×град);

Определение технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ 📙 Курсовая → 🆔 150023