Технологические расчеты параметров непрерывной разливки стали на слябовых МНЛЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Липецкий государственный технический университет”

Кафедра металлургической технологии

Курсовая работа

по дисциплине: «Междисциплинарный проект»

На тему: Технологические расчеты параметров непрерывной разливки стали на слябовых МНЛЗ

Студент: Конюхов Д.С.

Группа: З-ЧМ-17

Доцент: Шипельников А.А.

Липецк 2022



Задание на курсовую работу

Произвести расчёт параметров непрерывной разливки стали на слябовых МНЛЗ.

Вариант № 4

Номер варианта	Марка стали	Ёмкость стальковша, т	Производительность, млн. т/год	Номинальное сечение слябов, мм
4	Ст3пс	200	0,3	150х1900



Содержание

непрерывный разливка сталь слябовый

Введение

Краткое описание МНЛЗ

Расчёт основных параметров

1. Выбор вида и типоразмера МНЛЗ

2. Продолжительность разливки плавки и производительность МНЛЗ

3. Расчёт параметров жидкой стали

4. Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки

5. Скорость вытягивания заготовки

6. Параметры качания кристаллизатора

7. Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов

Заключение

Список литературы



Введение

Целью данной курсовой работы является освоение современной методики технологических расчётов параметров непрерывной разливки стали на слябовых МНЛЗ, которые влияют на качество слябов и металлопроката, с учётом химического состава, ёмкости стальковшей, производительности МНЛЗ. Далее представлены расчёты технологических параметров непрерывной разливки.



Краткое описание МНЛЗ

Для производства непрерывных заготовок используются МНЛЗ, построенные по разным принципиальным схемам. Промышленное применение получили МНЛЗ: вертикальные, вертикальные с изгибом полностью затвердевшей заготовки, радиальные, криволинейные, криволинейные с прямым кристаллизатором, горизонтальные, наклоннокриволинейные. К опытнопромышленным и опытным установкам следует отнести: двухвалковые с заливкой металла в зазор между валками, одновалковые с подачей металла на один валок большего диаметра, ленточные, роторные, конвейерные. Принципиальные схемы промышленных МНЛЗ приведены на рис. 5.20, а опытнопромышленных и опытных -- на рис. 5.21.

Первоначально на практике применялись только вертикальные МНЛЗ. Чтобы обеспечить полное затвердевание жидкой фазы в формирующемся слитке в процессе его вертикального перемещения, необходимо иметь достаточную высоту всей конструкции в целом. При отливке слитков крупных сечений с большой протяжённостью жидкой фазы, а также с увеличением длины заготовки весьма возрастает высота вертикальных МНЛЗ. Характерные особенности вертикальных МНЛЗ: значительную высоту и заглубление изза фундамента под установку в виде опускного колодца глубиной до 30 м -- можно считать большим недостатком.

Другой недостаток вертикальных МНЛЗ -- отсутствие резерва увеличения скорости разливки и ограничения возможности получения мерных заготовок большой длины. Исключается переход к перспективному технологическому процессу: совмещению непрерывной разливки стали с прокаткой. Вертикальные МНЛЗ целесообразны преимущественно при отливке слитков крупного сечения, сплошных трубных заготовок большого диаметра, полых трубных заготовок, при разливке сталей, склонных к образованию трещин при деформации в горячем

Вертикальные установки с изгибом полностью затвердевшего слитка были созданы с целью уменьшения высоты МНЛЗ и заглубления фундаментов. Непрерывный слиток разрезают на мерные длины в горизонтальном положении после плавки. По мере увеличения сечения слитка разность в высоте по сравнению с вертикальной исчезает, что делает нецелесообразным строительство установок подобного типа при отливке сечений толщиной свыше 200 мм. Единственным их преимуществом остаётся возможность получения заготовок практически любой длины. Поэтому вертикальные МНЛЗ с изгибом заготовки имели весьма ограниченное применение. В связи с внедрением технологии производства тонких слябов вертикальные МНЛЗ с изгибом заготовки снова начинают применяться. Они используются фирмой «SchlomannSiemag» (Германия) при объединении МНЛЗ с полосовым прокатным станом и при создании так называемого литейнопрокатного агрегата.

Стремление увеличить производительность, уменьшить заглубление фундаментов и высоту установки при сохранении высокого качества слитка привело к созданию радиальных, криволинейных и криволинейных с прямым кристаллизатором МНЛЗ. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Отличительной особенностью радиальной МНЛЗ является то, что формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса до момента её полного затвердевания. Увеличение сечения ведёт к увеличению радиуса МНЛЗ, её высоты и уменьшению преимуществ по сравнению с МНЛЗ вертикального типа. Поэтому радиальные МНЛЗ целесообразно применять при отливке заготовок мелкой сортовой (сечением от 70x70 до 200x200 мм) и более крупных сечений из сталей, не допускающих деформации в двухфазном состоянии.

На МНЛЗ криволинейного типа начальное формирование заготовки осуществляется по дуге постоянного радиуса, а полное затвердевание -- по дуге переменного радиуса и на горизонтальном участке.

Разновидностью криволинейной является МНЛЗ с прямым кристаллизатором. В ней начальное формирование отливаемого слитка осуществляется на прямом вертикальном участке 2--3 м. Затем происходит изгиб слитка в нескольких точках, перевод его на дугу постоянного радиуса, выпрямление слитка в нескольких точках. Окончание затвердевания слитка осуществляется на горизонтальном участке. Преимущества криволинейной МНЛЗ с прямым кристаллизатором заключаются в использовании более простого в обслуживании и изготовлении прямого кристаллизатора и возможного улучшения качества слитка за счёт всплывания неметаллических включений на прямом участке, недостатки -- несколько большая высота (1--3 м в зависимости от толщины отливаемого слитка). Технологическая (металлургическая) протяжённость этих МНЛЗ может достигать 45--47 м и обеспечивать разливку стали с большой скоростью.

МНЛЗ криволинейного и криволинейного с вертикальным кристаллизатором типов применяются в высокопроизводительных цехах, в которых выплавляют углеродистые и низколегированные стали. Криволинейные МНЛЗ с прямым кристаллизатором используют также при отливке слитков более сложного марочного сортамента.

Наклоннокриволинейная МНЛЗ отличается от криволинейной тем, что радиальный кристаллизатор установлен под углом 50--55° к горизонтальной плоскости. Слиток на такой МНЛЗ формируется вначале на дуге постоянного радиуса, а полностью затвердевает в криволинейном и горизонтальном участках. У этих МНЛЗ малая конструктивная высота (не превышает 6 м) для отливки заготовок максимального сечения 320х х320 мм. Они могут устанавливаться в мартеновских и других цехах с небольшой высотой подкрановых путей, используются в основном для отливки сортовых заготовок. Обязательное условие применения такой МНЛЗ -- оснащение системой электромагнитного перемешивания жидкой фазы слитка в процессе разливки («Danieli», Италия). Широкого применения такие МНЛЗ пока не получили, вероятно изза сложности подвода металла в кристаллизатор и эксплуатационных затрат при использовании электромагнитного перемешивания.

Горизонтальные МНЛЗ находятся в стадии промышленного внедрения и отработки конструкции отдельных узлов. Они могут применяться в цехах с печами небольшой ёмкости для разливки легированных и коррозионностойких сталей.

Близкие к конечным размерам непрерывнолитые заготовки дает разливка тонких слябов для производства горячекатаной полосы и толстого листа (технологии и оборудование фирм «SchlomannSiemag», «Mannesmann Demag», Германия; «Voest Alpine», Австрия; «Danieli», Италия). Они имеют различия в технологии. «SchlomannSiemag» для отливки заготовок толщиной 50 мм использует специальный стакан для подачи металла из промковша в кристаллизатор и воронкообразный кристаллизатор. «Mannesmann Demag» разливает тонкие слябы с использованием плоского разливочного стакана и кристаллизатора с плоскими параллельными стенками, обеспечивающими формирование слитка толщиной 60--70 мм. Затем уменьшение толщины слитка осуществляется в направляющих зоны вторичного охлаждения до толщины порядка 40 мм.

Расчёт основных параметров разливки

Примем, что исходными данными для расчета являются: марка стали Ст3пс, масса плавки или вместимость сталеразливочного ковша 200 т, сечение слябовой заготовки 150x1900 мм, годовой объем производства 0,3 млн.т.

Принимаем сталь марки Ст3пс, состав которой приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав стали марки Ст3пс

Элемент	C	Si	Mn	N	S	P	Cr	Cu
Интервалы	0,14-0,22	0,05-0,15	0,4-0,65	?0,010	?0,05	?0,04	?0,30	?0,30
Принято	0,20	0,11	0,55	0,02	0,04	0,03	0,28	0,26

1. Выбор вида и типоразмера МНЛЗ

В соответствии с исходными данными принимаем для расчета МНЛЗ криволинейного типа, имеющую компоновочные и конструктивные характеристики, обеспечивающую формирование заготовки сечением 150x1900 мм ПАО «НМЛК»-КЦ-2.



2. Продолжительность разливки плавки и производительность МНЛЗ

Определяем машинное время разливки при рабочей скорости вытягивания (2,158 м/мин) и массе плавки 200 т по общеизвестному уравнению (1):

Для определения годовой производительности МНЛЗ предварительно принимаем значения следующих величин:

1) Доля плавок, разливаемых сериями методом «плавки на плавку» Z = 85%

2) Выход годных для слябовых заготовок

3) Продолжительность паузы между сериями для слябовых машин

4) Продолжительность паузы между разливкой двух одиночных плавок

5) Среднее количество плавок в одной серии для слябовых МНЛЗ: S = 8 шт.

6) Фактическое время разливки или число рабочих суток МНЛЗ в году, для слябовой МНЛЗ составляет: D = 291 суток

По уравнению (2) годовая производительность двухречьевой слябовой МНЛЗ составит:

(2)

Принимаем фактическое время разливки, которое должно удовлетворять неравенству

3. Расчет параметров жидкой стали

Определим температуру металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах по уравнениям (4) исходя из температуры ликвидус и уровня перегрева стали:

Для расчёта (4), определим температуру ликвидуса из выражения (5):

Принимаем перегрев металла над температурой ликвидуса равным .

Принимаем оптимальный перегрев металла в сталеразливочном ковше над температурой в промковше равным . Тогда оптимальные температуры металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах составят:

4. Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки

Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) определяется размерами её поперечного сечения и условия затвердевания по уравнению (5):

Принимаем , т.к. .

Величину коэффициента затвердевания k принимаем

Следовательно продолжительность затвердевания НЛЗ составит:

5. Скорость вытягивания заготовки

Рассчитаем рабочую скорость вытягивания по формуле:

Принимаем коэффициент скорости вытягивания , т.к. сталь Ст3пс является конструкционной углеродистой обыкновенной.

Далее найдём диапазон допустимых скоростей вытягивания заготовки:



Рассчитаем толщину затвердевшей корочки металла на выходе из кристаллизатора из выражения (8):

Для этого определим продолжительность пребывания НЛЗ в кристаллизаторе по уравнению (9). Принимаем величину недолива :

Толщина затвердевшей корочки составит:

Полученная толщина корочки находится в допустимых пределах, что подтверждает правильность выбора максимальной скорости вытягивания заготовки.

Рассчитаем глубину «лунки жидкого металла» по формуле (10):

Далее рассчитаем протяженность жидкой фазы в кристаллизующейся НЛЗ по уточненной формуле (11):

Принимаем коэффициент К для расчета: и составляет К = 314. Тогда при максимальной скорости вытягивания и тогда:

Проверим соблюдение условия (12):

Условия соблюдены.

6. Параметры качания кристаллизатора

Определим частоту качания кристаллизатора определим по формуле (13):

Для расчёта принимаем синусоидальный закон качания кристаллизатора, для которого критерий оптимального опережения .

Время опережения принимаем 0,2 с, тогда частота качания кристаллизатора составляет:

Определим амплитуду качания по формуле (14):

Принимаем амплитуду качания .

Далее определим частоту качания кристаллизатора по уравнению (15)

Для этого принимаем коэффициент частоты :

Следовательно, принимаем среднюю частоту качания кристаллизатора равную:

7. Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов

Найдём зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья) по формуле (16):

Принимаем плотность стали Ст3пс при равной , коэффициент линейного расширения твердой стали , температуру затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения .

Определим плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения по формуле (17):

Тогда, для заготовки сечением 150х1900 мм, скорость разливки металла на двухручьевой МНЛЗ составит:

· При рабочей скорости вытягивания 2,158 : 2,158 =

= 4,628 ;

· При минимальной скорости вытягивания 1,078 :

· При максимальной скорости вытягивания 3,237

Используем и выведем для вычисления диаметра каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах из формулы (18):

Для расчёта диаметра канала для сталеразливочного ковша принимаем:

Для расчёта диаметра канала промежуточного ковша принимаем:

Тогда диаметр стакана в сталеразливочном ковше, при максимальной скорости разливки на МНЛЗ 6,94 , составит:

Соответственно диаметр стакана в промежуточном ковше, при максимальной скорости разливки через один ручей, равной , составит:



Заключение

В работе для разливки стали Ст3пс на заготовку сечением 150х1900 мм была выбрана двухручьевая сортовая МНЛЗ с конструктивными параметрами приведенными в таблице 1, а также определены наиболее важные технологические параметры, характеризующие процесс непрерывной разливки стали:

1) Рабочая скорость вытягивания заготовки и диапазон скоростей вытягивания заготовки: и Частота качания кристаллизатора - 150 , шаг - 9,5 мм;

3) Металлургическая длина машины - 25 м для заготовки 150х1900 мм;

4) Температура стали марки Ст3пс в стальковше - 1573 , в промежуточном ковше МНЛЗ - 1529 ;

5) Средняя продолжительность разливки плавки массой 200 т - 89 мин;

6) Годовая производительность МНЛЗ на одном ручье - 1,5 млн.т.



Список литературы

1. Расчет параметров непрерывной разливки стали: методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Разливка стали и специальная металлургия» для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 150400 «Металлургия», профиль «Металлургия черных металлов», всех форм обучения [Текст] / сост. А.Н. Шаповалов. Новотроицк, НФ НИТУ «МИСиС», 2013. 56 с.

2. Расчет и обоснование параметров стального слитка: методические указания № 83 к практическим работам по дисциплинам «Разливка стали и кристаллизация слитка», «Разливка стали» [Текст] / сост. А.А. Шипельников, А.Н. Роготовский, Т.В. Кравченко. Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2013. 18 с.

3. Проектирование конструкции и моделирование затвердевания стального слитка: методические указания No264 к практическим работам по дисциплинам «Компьютерное обеспечение моделирования и проектирования» [Текст] / сост. А.А. Шипельников. Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2018. 24 с.

4. Колпаков, С.Ф. Технология производства стали в современных конвертерных цехах [Текст] / С.Ф. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктии?, и [др.] - Москва: Металлургия, 1991. 464 с.

5. Емельянов, В.А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок [Текст] / В.А. Емельянов - Москва: Металлургия, 1988. 143 с.

6. Григорьев, В.П. Конструкция и проектирование агрегатов сталеплавильного производства [Текст] / В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров, Л.Е. Никольский. Москва: МИСиС, 1995. 512с.

7. Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали [Текст] / В.А. Кудрин. Москва: Мир, 2003. 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...