Исследование и разработка техники и технологии вакуумной обработки стали

• Автор: Себякин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1. АНАЛИЗ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ОСНОВ ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И СПОСОБОВ ИХ

ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

1.1. Теоретические основы кинетики взаимодействия газов с расплавами на основе железа .

1.2. Растворимость газов в расплавах на основе железа.

1.3. Кинетика взаимодействия углерода и кислорода, растворенных в металлическом расплаве

1.4. Химическая кинетика реакций

1.5. Сравнение основных способов промышленной реализации вакуумной

обработки стали.

1.6. Основные конструктивные особеннос ти оборудования циркуляционного вакууматора.

1.7. Анализ существующей технологии обработки расплава с вакуумным обезуглероживанием на агрегате циркуляционного вакуумироваяия Конвертерного цсха1 ОАО НЛМК.
1.8. Краткие выводы и определение направлений дальнейшего исследования
2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ВЕРОЯТНОСТНОЙ КИНЕТИКИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА.
2.1. Основные положения вероятностной кинетики реакций
2.2. Описание условий проведения экспериментов исследования удаления азота из жидкого железа
2.3. Применение методов вероятностной кинетики для описания процессов удаления
азота из жидкого железа.
2.4. Краткие выводы по результатам исследования.
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ И МОНИТОРИНГА ОБОРУДОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВАКУУМАТОРА
3.1. Условия промышленной реализации системы контроля вакуумной обработки и методика проведения экспериментов.
3.1.1. Требования к построению и промышленной реализации алгоритмов системы контроля
3.1.2. Общая характеристика контрольноизмерительного оборудования АЦВ КЦ
ОАО НЛМК
3.1.3. Методика проведения опытнопромышленных экспериментов.
3.2. Разработка математических моделей системы мониторинга оборудования АЦВ и контроля вакуумной обработки стали.
3.2.1. Расчет величины подсосов воздуха в вакуумкамеру и систему газоотводящего тракта.
3.2.2. Расчет изменения температуры расплава
3.2.3. Расчет изменения концентрации углерода и кислорода с учетом данных газового
анализа
3.5. Краткие выводы
4. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ РАСПЛАВА В ПРОЦЕССЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ
4.1. Анализ работы пароэжекторного насоса
4.2. Методика теоретического расчета изменения концентрации углерода и кислорода
4.3. Исследование кинетических закономерностей обезуглероживания расплава на 0тонном циркуляционном вакууматоре
4.4. Оптимизация технологии обезуглероживания расплава.
4.5. Краткие выводы по результатам исследования.
5. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВАКУУМАТОРА.
5.1. Исследование особенностей образования металлических настылей в вакуумкамере
и газоходе
5.2. Изменение конструкции вакуумкамеры циркуляционного вакууматора для снижения интенсивности образования металлических настылей в газоотводящем тракте. 5.
5.3. Повышение стойкости патрубков циркуляционного вакууматора Конвертерного
цеха 1 ОАО НЛМК
5.4. Краткие выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Предложены технические решения повышения стойкости погружных патрубков, обеспечивающие снижение затрат на производство стали и увеличивающие пропускную способность агрегата в результате снижения технологических простоев, связанных с заменой и подготовкой вакуумкамеры к работе. В заключении приведены основные результаты работы. За оказанную помощь в подготовке материалов диссертации выражаю искреннюю благодарность не дожившему до сегодняшнего дня к. Липецкого государственного технического университета Ю. Н. Петрикину, внесшему огромный вклад в теоретическое описание исследуемых процессов специалистам Инженерного центра ОАО НЛМК Е. Н. Тюленеву и И. А. Некрасову, оказавшим помощь при проведении опытнопромышленных плавок ведущему инженерупрограммисту Дирекции по информационным технологиям ОАО НЛМК И. ОАО НЛМК за проведение исследований образцов стали с опытнопромышленных плавок технологическому персоналу агрегата циркуляционного вакуумирования стали Конвертерного цеха 1 ОАО НЛМК, оказавшему помощь при проведении опытнопромышленных плавок. Начиная с первых работ А. Сивертса термодинамический и кинетический анализ взаимодействия газов водорода и азота с металлами вели многие исследователи, из которых отметим работы В. В. Аверина, А. Н. Морозова, А. М. Самарина, В. И. Явойского . Г Рг парциальное давление газа, К константа равновесия реакции растворения газа в металле. Наиболее полно результаты различных исследований кинетики растворения газов в расплавах обобщены в многочисленных работах, например 3, 8. II. III. IV. V. Конвективное распределение растворенного газа в объеме жидкого металла. Находящиеся в адсорбционном слое атомы металла имеют свободные силы, направленные как в сторону газовой фазы, так и в сторону металлического расплава к диффузионному слою. Эти силы могут быть использованы при захвате атомов активных газов, способных растворяться в металле. Места или области поверхности металла, способные воспринять атомы газа вакансии, имеются и в объеме жидкой фазы, хотя их количество значительно меньше, чем в поверхностном слое 6, , , при этом способность металла к захвату атомов газа оценивается плотностью количеством на единицу площади вакансий адсорбционного слоя . ПоверчнСС ГМЫЙ слой Лис4З. I т Яви
шМш I СШ
II Д нж ягътммв
,М,
Рис. При подходе атомов газа на достаточно малое расстояние к поверхности металла между ним и атомами адсорбционного слоя возникают силы взаимного притяжения, подобные Вандерваальсовым физическая адсорбция, или ковалентным хемосорбция. Захваченные атомы газа со временем перемещаются к вакансиям, находящимся на границе с диффузионным слоем, освобождая при этом вакансии на границе с газовой фазой для захвата следующих атомов газа. Вэтом слое движение атомов газа происходит путем молекулярной диффузии к тем областям жидкости, которые способны перемещать их уже путем конвективной диффузии 8. Кинетические характеристики процесса растворения газов, состоящего из ряда. В основном, для описания кинетики изменения концентрации растворенных газов пользуются уравнениями внутридиффузионного скорость всего процесса определяется диффузией газа в расплаве и кинетического режима скорость всего процесса определяется адсорбционнохимическим актом в поверхностном слое. При кинетическом режиме взаимодействие на границе раздела фаз. V объем расплава Гр равновесная с газовой фазой концентрация газа Г,та поверхностная концентрация газа. Интересным является предположение, выдвинутое В. При этом величину критической концентрации предложено определять из условия равенства скоростей диффузионной и десорбционной стадий, описываемых соответственно уравнением 3 и 2. Из диаграммы, представленной на рис. В правой части диаграммы процесс удаления газа лимитируется диффузией частиц газа через пограничный слой металла. Если концентрация азота в металле выше критической, то в начале процесса скорость реакции определяется скоростью диффузионной стадии вблизи Лулу,мт процесс идет в смешанном режиме при дальнейшем снижении концентрации азота в металле кинетика процесса контролируется скоростью химической реакции. Если исходная концентрация газа ниже критической, то в течение всего периода скорость удаления газа определяется скоростью химической реакции 6. I 0, V. Клт
У у м,
о 0,2 0. Рис.