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, %
	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