125453 (593112), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Переход к рыночным отношениям, неплатежеспособность потребителя, падение спроса на металлургическую продукцию в стране и усиление конкуренции ставят перед металлургами задачу по повышению качества стали, удовлетворяющего требованиям потребителей внутри Росси и зарубежных заказчиков.

Предъявляемые к трубам большого диаметра для транспортировки нефти и газа требования неуклонно возрастают в связи с увеличением транспортируемых объёмов при одновременном обеспечении высокого уровня безопасности. Эксплуатационная надёжность трубопроводов оценивается в первую очередь, исходя из расчётов их прочностных характеристик, к которым относятся: предел текучести, предел прочности, относительное удлинение при рабочих температурах и давлениях, достаточная вязкость и стойкость к хрупкому разрушению, а также свариваемость в полевых условиях.

В настоящее время для производства газопроводных труб диаметром (1020–1420) мм. используется ряд низколегированных сталей (10ГСБ, 09Г2С, 17Г1С, 10Г2СБ) класса прочности К 70 (согласно международному стандарту).

Анализ показывает, что указанные свойства стали определяются прежде всего химическим составом и степенью чистоты, которые должны быть отрегулированы в ходе ведения сталеплавильных процессов, а также достижения микроструктуры, зависящей от технологии прокатки и термообработки.

Проведено большое количество исследований по выявлению влияния примесных элементов – серы, фосфора, азота и водорода на прочностные характеристики трубных сталей и определены пределы их допустимого содержания, исходя из требований в отношении указанных свойств.

Наиболее радикальными путями повышения ударной вязкости и снижения анизотропии вязких свойств в низколегированных сталях, особенно подвергаемых прокатке по контролируемым режимам является снижение содержания серы и модифицирование сульфидных включений. Для получения удовлетворительных показателей вязкости и пластичности трубной стали содержание серы в ней должно составлять 0,003–0,006% /6,7/. Для сталей эксплуатируемых в условиях севера, а также сталей с повышенным сопротивлением растрескиванию в серосодержащей среде и повышенной стойкостью к водородному растрескиванию, предъявляются требования весьма низкого содержания серы: 0,001% и ниже /8,9/.

В настоящее время трубная сталь, производимая на отечественных предприятиях, содержит 0,006–0,012% серы.

Фосфор также отрицательно влияет на хладостойкость стали. Охрупчивающее влияние фосфора проявляется в ослаблении межкристаллических связей в результате обогащения границ зёрен элементарным фосфором и образованием неметаллических включений фосфидной эвтектики.

Проведённые исследования показали, что для сталей класса прочности К60-К 70 содержание фосфора должно составлять 0,010%, для сталей категорий прочности К 80-К 100 нужно иметь более низкое содержание фосфора /10,11/. Снижения отрицательного влияния фосфора можно достигнуть связыванием его в интерметаллидные соединения.

Избыточное содержание азота в стали приводит к понижению предела текучести и временного сопротивления, к тому же он является основной причиной старения малоуглеродистых сталей. В стали производимой в электропечах содержится 0,008–0,012% азота. Поскольку азот является трудноудалимой примесью, его отрицательное влияние можно нейтрализовать путём введения микродобавок титана или другого нитридообразующего элемента для получения высокопрочных нитридов. При этом достигается в первую очередь повышение вязких свойств сталей. Но для сведения вредного влияния азота к минимуму желательно получать сталь с содержанием этого элемента 0,004% /11,12/.

Водород слабо влияет на ударную вязкость и хладноломкость. Из низколегированных сталей он относительно легко удаляется благодаря повышенной диффузии. Однако при повышенном содержании водорода в стали наблюдается так называемое водородное растрескивание. Для предотвращения этого явления (особенно в трубах с большой толщиной стенки) желательно, чтобы содержание водорода в стали не превышало 0,00015%. Стали не обладающие повышенной стойкостью к водородному растрескиванию содержат 0,0003–0,0004% водорода /6,11/.

Большое влияние на качество металла оказывает количество и морфология неметаллических включений (НВ). Отмечается отрицательное влияние НВ на хладостойкость, вязкость разрушения при отрицательной температуре и усталостные свойства. Наиболее неблагоприятными являются сульфиды и оксиды, особенно если они вытянутой формы. Наличие в стали силикатов и алюминатов также снижает вязкость, а такие включения как высокопрочные нитриды на вышеуказанные свойства практически не влияют /13/.

Средний объёмный процент включений в трубных сталях составляет 0,036–0,065%. Примерно 60–70% из них составляют сульфиды, 10% алюминаты, 10–15% сложные оксиды и около 5–7% сульфоалюминаты /7,14/.

Количество крупных включений (диаметром от 40 мкм и более) составляет примерно 3 шт./см², из них 98% сульфиды и только 2% оксиды /9/.

Основная масса включений, образующихся в жидкой стали имеет размер 1–15 мкм. Часть включений образуется уже в твёрдой стали, их диаметр, как правило, не превышает 1 мкм. Включения размером более 100 мкм являются экзогенными /15/.

Проведённые исследования по влиянию количества и формы сульфидов на величину ударной вязкости для стали 09Г2ФБ показали, что в сочетании с глубокой десульфурацией эффект обработки стали модифицирующими элементами может быть очень высоким. Модифицирование приводит к сфероидизации сульфидных включений. В стали не обработанной модификаторами включения имеют форму строчек протяжённостью 100–300 мкм, а в обработанной стали их диаметр не превышает 10 мкм. Основная доля НВ в стали модифицированной РЗМ имеет размер 3–4 мкм, а в стали обработанной кальцием – 5–6 мкм /7/.

Радикальным способом удаления из стали мелких 3–10 мкм включений является фильтрация керамическими фильтрами. Степень рафинирования при такой технологии составляет 40–50% /16/.

Затруднительным является удаление включений размером 2 мкм, хотя скопления именно таких включений часто обнаруживаются в местах хрупкого разрушения образцов /14/.

В настоящее время штрипс, производимый в странах СНГ, содержит суммарное количество вредных примесей (серы, фосфора, азота, водорода) на уровне 0,03–0,04%, что в значительной степени влияет на выход годного металла труб, снижение их служебных характеристик и конкурентоспособности на мировом рынке. Для удовлетворения современных требований необходимо разработать новые технологии внепечной обработки стали, при которых количество вредных примесей в готовом металле не будет превышать величины 0,0045–0,010% /17/.

Проведённый анализ литературных данных позволяет заключить, что разрабатываемая в дипломе комплексная технология рафинирования металла должна позволять получать в готовом металле содержание вредных примесей на уровне ([0] 20 ppm.; [N] 50 ppm; [H.B] < 20 ppm; [P] 70 ppm; [S] 20 ppm). Это обеспечит достижение необходимого уровня эксплуатационных и служебных характеристик, гарантирующих высокое качество металла и его свойств.

2. Техника производства

2.1 Разработка конструкции агрегата АКОС

2.1.1 Расчёт технических характеристик агрегата «ковш-печь» с вакууматором

Для откачки газов из агрегата «ковш – печь», а также для создания необходимого разряжения применяется энжекторный насос.

1. Водород уменьшается с 5 см³/100 г. до 2 см.³/100 г. Следовательно выделяется

V_Н2 = 3 м.³ водорода.

2. Содержание азота сокращается на 15%. [N₂]_н = 0,08%

V_N2 = 9,6 м.³

где М – масса плавки, т.;

М_N2 – молярная масса азота, г./моль;

[N]_н – начальная концентрация азота, %.

3. Содержание углерода уменьшается на [C] = 0,05%

V_CO = 93,3 м.³

где М_СО – молярная масса угарного газа, г./моль;

М_С – молярная масса углерода, г./моль.

4. Продувку аргоном ведём в течении 20 мин. с интенсивностью 0,05 м.³/(мин. т.)

V_Ar = =100 м.³

5. Объём отходящих газов составляет

,

где V – суммарный объём отходящих газов, м.³;

V = 3 + 9,6 + 93,3 + 100 = 205,9 м.³

Рабочий насос обеспечивает вакуумное давление р_техн = 10 мм. рт. ст. (0,013 атм.)

1. Скорость откачки газов:

,

где Q – общее количество газов в единицу времени, м.³/мин.;

S₀ – скорость откачки объекта, м³/(атм.мин.).

Преобразуя предыдущую формулу получим:

м.³/(атм.мин.)

Начальное давление насоса p_h = 1 атм.

Коэффициент примем 2,5

,

где Q_max – максимальная массовая производительность насоса, м.³/мин.

м.³/мин.

2. Пропускная способность системы от входа в насос до вакуумной камеры определяется по формуле:

,

где U – пропускная способность системы.

3. Выбрав по паспорту насос и его характеристики следует провести проверочный расчёт: проверить какое остаточное давление газов (р_ост) обеспечивает этот насос и сравнить его с заданным значением р_техн.

Объём ковша, занимаемый металлом:

,

где V_K – объём ковша, занимаемый металлом, м.³;

H – высота металла в ковше, м.;

D_ср – средний по высоте диаметр металла, м.

По практическим соображениям принимаем H/D_ср = 0,9.

Для 100 т металла объём ковша:

,

где m – масса металла, т;

d – плотность жидкого металла, т/м.³.

м.

H=0,92,8=2,5 м.

В выбранной технологии необходимо подогревать в АКОС металл с 1863 К до 1953 К. До той же температуры будет нагреваться шлаковая смесь CaO (40%) – Al₂O₃ (40%) – TiO₂ (20%) массой 1,5 т и аргон, удельный расход которого составит 175 м³/т. Также следует учесть тепловой эффект реакции с алюминием, расход которого составляет 120 кг на всю плавку.

Номинальная мощность трансформатора находится:

,

где S – полная мощность трансформатора, МВА;

P – мощность, поступающая из сети, МВт;

– коэффициент мощности. По данным завода = 0,8

Мощность поступающая из сети находится:

,

где Р_ДУГ – мощность дуг, МВт;

_Э – электрический к.п.д.

В расчёте примем _Э=0,8 /20/.

Мощность дуг находится по формуле:

,

где Р_ПОЛ – полезная мощность, МВт;

Р_ТП – мощность тепловых потерь, МВт.

По данным /20/ для 150 т ковша Р_ТП = 4,5 МВт. Произведя пересчёт для 100 т ковша, получим:

,

Полезная мощность находится по формуле:

,

где W_ПОЛ – полезная энергия, МДж;

– время обработки, с.

Время обработки выбирается из расчёта времени нагрева 2 -3 К/мин.

Примем = 35 мин.

Полезную энергию находим из формулы:

,

где М_i – масса i – го компонента, т;

С_i – теплоёмкость i – го компонента, МДж/тК;

Т_i – температура, на которую нагреваем, К;

H_i – тепловой эффект раскисления металла алюминием, МДж/т.

Данные по С_i и H_i приняты по данным /21/.

W_ПОЛ = 1000,6590 + 1,5(0,7640,4 + 0,7750,4 + 0,6190,2)1660 + 1751,7810³0,521660 –

– 11,3710³0,12 = 6585 МДж

МВт

МВт

Из проведённого расчёта видно, что существующий на агрегате «печь ковш»

АО «НОСТА» трансформатор с S_Н = 16 МВА вполне удовлетворяет выбранной технологии.

2.2 Разработка конструкции промковша МНЛЗ

2.2.1 Рафинирование металла в ковше

Характеристики

Список файлов ВКР