ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВАКУУМАТОРА С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМ-КАМЕРЫ
|
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Обзор литературных источников 10
1.1 Водород в жидкой и твердой стали 10
1.2 Влияние водорода на свойства стали 17
1.2 Дефекты, вызванные повышенным содержанием водорода в стали 21
1.3.1 Флокены в изломе 21
1.3.2 Пузыри (вздутия) 24
1.4 Способы и пути снижения содержания водорода в стали 25
1.4.1 Удаление водорода в процессе плавки 25
1.4.2 Предотвращение насыщения стали водородом 25
1.4.3 Продувка металла нейтральным газом 27
1.4.4 Вакуумная дегазация стали 29
1.4.4.1 Вакуумирование в ковше. УО-вакууматоры 32
1.4.4.2 Вакуумирование в струе 33
1.4.4.3 Порционное вакуумирование 34
1.4.4.4 Циркуляционное вакуумирование. РН-вакууматоры 35
1.5 Цели и задачи исследования 37
2 Исследование процесса циркуляционного вакуумирования стали 39
2.1 Проведение экспериментов 40
2.2 Выводы по разделу 51
3 Промышленные испытания 53
3.1 Проведение опытной работы 53
3.2 Выводы по разделу 57
4. Экономическое обоснование 58
4.1. Определение фактического рабочего времени 58
4.2. Расчет производственной программы 59
4.3. Численность трудящихся и расчет заработной платы 59
4.4. Расчет фонда заработной платы 60
4.5 Расчёт экономического эффекта от уменьшения внутреннего диаметра
всасывающего патрубка вакуум-камеры 65
4.6 Расчет текущих затрат на производство и реализацию продукции 66
4.7. Технико-экономические показатели от изменения конструкции подъемного патрубка циркуляционного вакууматора №2 на АО «ЕВРАЗ НТМК» представлены в табл. 4.14 72
4.8 Выводы по разделу 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Обзор литературных источников 10
1.1 Водород в жидкой и твердой стали 10
1.2 Влияние водорода на свойства стали 17
1.2 Дефекты, вызванные повышенным содержанием водорода в стали 21
1.3.1 Флокены в изломе 21
1.3.2 Пузыри (вздутия) 24
1.4 Способы и пути снижения содержания водорода в стали 25
1.4.1 Удаление водорода в процессе плавки 25
1.4.2 Предотвращение насыщения стали водородом 25
1.4.3 Продувка металла нейтральным газом 27
1.4.4 Вакуумная дегазация стали 29
1.4.4.1 Вакуумирование в ковше. УО-вакууматоры 32
1.4.4.2 Вакуумирование в струе 33
1.4.4.3 Порционное вакуумирование 34
1.4.4.4 Циркуляционное вакуумирование. РН-вакууматоры 35
1.5 Цели и задачи исследования 37
2 Исследование процесса циркуляционного вакуумирования стали 39
2.1 Проведение экспериментов 40
2.2 Выводы по разделу 51
3 Промышленные испытания 53
3.1 Проведение опытной работы 53
3.2 Выводы по разделу 57
4. Экономическое обоснование 58
4.1. Определение фактического рабочего времени 58
4.2. Расчет производственной программы 59
4.3. Численность трудящихся и расчет заработной платы 59
4.4. Расчет фонда заработной платы 60
4.5 Расчёт экономического эффекта от уменьшения внутреннего диаметра
всасывающего патрубка вакуум-камеры 65
4.6 Расчет текущих затрат на производство и реализацию продукции 66
4.7. Технико-экономические показатели от изменения конструкции подъемного патрубка циркуляционного вакууматора №2 на АО «ЕВРАЗ НТМК» представлены в табл. 4.14 72
4.8 Выводы по разделу 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Технический процесс сопровождается резким ускорением рабочих процессов, увеличением напряженности конструкций, значительным расширением эксплуатационного интервала температур, широким использованием активных средств при одновременном повышении прочности, надежности и ресурса создаваемых машин, механизмов и сооружений.
За последние полвека скорость движения и мощность двигателей автомашин, тепловозов повысились во много раз. Скорость полета самолетов возросла со 100 до 3500 километров в час, а мощность их двигателей в сотни раз. То же самое наблюдается и в энергетическом машиностроении, станкостроении и других отраслях. Так, скорость вращения шпинделей современных внутришлифовальных станков увеличилась более чем в 50 раз и достигает 120 тысяч оборотов в минуту. Скорости исполнительных органов, а также мощность машин будут расти и впредь. Отсюда - важная и сложная проблема повышения надежности и долговечности современных скоростных и высокомощных машин и механизмов.
Качество продукции - понятие сложное и выражается оно в комбинации специфических признаков технического, экономического и эстетического характера. Однако применительно к металлургическому производству это понятие включает в себя прежде всего соответствие произведенной и отгруженной продукции требованиям госстандартов и технических условий.
Развитие специальных отраслей машиностроения и приборостроения предъявляет жесткие требования к качеству металла: прочности, пластичности, газосодержапию, анизотропии механических свойств, которые не удается достигнуть в обычных плавильных агрегатах. Улучшить эти показатели можно уменьшением содержания неметаллических включений, газов, вредных примесей. Для этого разработаны технологические процессы: обработка металла синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумирование металла, плавка в вакуумных печах, вакуумно¬дуговой переплав (ВДП), вакуумно-индукционный переплав (ВИП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах.
Удаление газа, пара или парогазовой среды из сосудов или аппаратов с целью получения в них давления ниже атмосферного - вакуумирование, занимает значительное место.
Современные методы вакуумирования стали позволяют решать многообразные задачи по повышению качества различных марок стали, применяя соответствующие варианты оборудования и технологии. В конкретных условиях при выборе варианта руководствуются анализом достигаемых результатов и окупаемостью дополнительных затрат.
Внепечное вакуумирование жидкой стали является эффективным способом снижения содержания газов и неметаллических включений, а также эффективным способом улучшения механических свойств сталей.
Задачи процесса:
Такая обработка, применявшаяся вначале главным образом для снижения поражения, стали флокеночувствительных марок флокенами вследствие удаления водорода, а в последнее время в связи с усовершенствованием конструкций установок, методов вакуумирования и технологии плавки, получила распространение, так как позволила уменьшать содержание в металле и других газов (кислорода и отчасти азота).
При обработке металла вакуумом есть ряд весомых плюсов:
1. уменьшается содержание растворенных в металле водорода и азота;
2. снижается содержание растворенного в металле кислорода;
3. уменьшается содержание в металле неметаллических включений;
4. в результате выделения большого количества газовых пузырей металл перемешивается, становится более однородным, выравнивается его состав и температура;
создается возможность получения стали с очень низким содержанием углерода;
6. в результате рафинирования металла вакуумная обработка существенно улучшает литейно-технологические свойства стали.
За последние полвека скорость движения и мощность двигателей автомашин, тепловозов повысились во много раз. Скорость полета самолетов возросла со 100 до 3500 километров в час, а мощность их двигателей в сотни раз. То же самое наблюдается и в энергетическом машиностроении, станкостроении и других отраслях. Так, скорость вращения шпинделей современных внутришлифовальных станков увеличилась более чем в 50 раз и достигает 120 тысяч оборотов в минуту. Скорости исполнительных органов, а также мощность машин будут расти и впредь. Отсюда - важная и сложная проблема повышения надежности и долговечности современных скоростных и высокомощных машин и механизмов.
Качество продукции - понятие сложное и выражается оно в комбинации специфических признаков технического, экономического и эстетического характера. Однако применительно к металлургическому производству это понятие включает в себя прежде всего соответствие произведенной и отгруженной продукции требованиям госстандартов и технических условий.
Развитие специальных отраслей машиностроения и приборостроения предъявляет жесткие требования к качеству металла: прочности, пластичности, газосодержапию, анизотропии механических свойств, которые не удается достигнуть в обычных плавильных агрегатах. Улучшить эти показатели можно уменьшением содержания неметаллических включений, газов, вредных примесей. Для этого разработаны технологические процессы: обработка металла синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумирование металла, плавка в вакуумных печах, вакуумно¬дуговой переплав (ВДП), вакуумно-индукционный переплав (ВИП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах.
Удаление газа, пара или парогазовой среды из сосудов или аппаратов с целью получения в них давления ниже атмосферного - вакуумирование, занимает значительное место.
Современные методы вакуумирования стали позволяют решать многообразные задачи по повышению качества различных марок стали, применяя соответствующие варианты оборудования и технологии. В конкретных условиях при выборе варианта руководствуются анализом достигаемых результатов и окупаемостью дополнительных затрат.
Внепечное вакуумирование жидкой стали является эффективным способом снижения содержания газов и неметаллических включений, а также эффективным способом улучшения механических свойств сталей.
Задачи процесса:
Такая обработка, применявшаяся вначале главным образом для снижения поражения, стали флокеночувствительных марок флокенами вследствие удаления водорода, а в последнее время в связи с усовершенствованием конструкций установок, методов вакуумирования и технологии плавки, получила распространение, так как позволила уменьшать содержание в металле и других газов (кислорода и отчасти азота).
При обработке металла вакуумом есть ряд весомых плюсов:
1. уменьшается содержание растворенных в металле водорода и азота;
2. снижается содержание растворенного в металле кислорода;
3. уменьшается содержание в металле неметаллических включений;
4. в результате выделения большого количества газовых пузырей металл перемешивается, становится более однородным, выравнивается его состав и температура;
создается возможность получения стали с очень низким содержанием углерода;
6. в результате рафинирования металла вакуумная обработка существенно улучшает литейно-технологические свойства стали.
В ходе выполнения научно исследовательской работы было выполнено следующее:
- проведен аналитический обзор современного состояния, изучения проблемы содержания водорода в стали;
- проведено исследование процесса циркуляционного вакуумирования стали на физической модели циркуляционного вакууматора;
- проведены производственные испытания;
- выполнен расчет экономической эффективности от внедрения измененной конструкции всасывающего патрубка вакуум-камеры циркуляционного вакууматора № 2.
Написана и опубликована статья: Метелкин А.А., Ковязин И.В. «Исследование технологических параметров циркуляционного вакууматора с целью совершенствования процессов дегазации стали».
В ходе исследования были сделаны следующие выводы:
1. Анализ экспериментальных данных показал, что при уменьшении диаметра подъемного патрубка снижается скорость циркуляции расплава, однако при повышении расхода транспортирующего газа скорость циркуляции расплава возрастает.
2. Моделирование расплава в системе «циркуляционный вакууматор - сталеразливочный ковш» показало, что при расходе аргона менее 800-1000 л/мин в верхней части сталеразливочного ковша возможно появление зон застоя, или зон слабого перемешиванием металла на глубину заглубления патрубков.
3. Анализ опытных данных показал, что дальнейшее проведение испытаний возможно только с внутренним диаметром всасывающего патрубка в пределах от 450 до 500 мм.
4. Для оценки эффективности дегазации стали и исключения каких - либо рисков, связанных с изменением конструкции футеровки всасывающего патрубка, предложено проведение испытаний на промышленной установке циркуляционного вакуумирования с внутренним диаметром подъемного патрубка 500 мм.
5. В конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ НТМК» на участке внепечной обработки стали, были проведены испытания с измененной футеровкой патрубков вакуум-камеры установки RH №2.
6. Обработка стали на опытных вакуум-камерах проводилась в соответствии с действующей технологической инструкцией.
7. Расход торкрет-массы на опытных камерах и количество горячих ремонтов, сопоставимы с расходом и количеством торкретирований патрубков вакуум-камер, внутренний диаметр всасывающего патрубка которых составляет 550 мм.
8. Остаточная толщина футеровки опытных всасывающих патрубков составляет по 50 мм каждая, что соответствует среднему значению минимальной толщины футеровки.
9. Фактическая средняя стойкость вакуум-камер с диаметром
подъемного патрубка 500 мм на 30 плавок выше нормативной.
10. Приведенные расчеты гарантируют улучшение экономических показателей стойкости вакуум-камеры, а именно: увеличение прибыли на 3,624 млн. руб/год, снижение себестоимости 1 т сиали на 22,0 руб, увеличение стойкости вакуум-камеры на 30 плавок.
11. Учитывая показатели стойкости вакууматора № 2 с использованием всасывающего патрубка диаметром 500 мм, его применение является целесообразным и предпочтительным.
Результат исследовательской работы считается положительным, так- как достигнута поставленная цель.
- проведен аналитический обзор современного состояния, изучения проблемы содержания водорода в стали;
- проведено исследование процесса циркуляционного вакуумирования стали на физической модели циркуляционного вакууматора;
- проведены производственные испытания;
- выполнен расчет экономической эффективности от внедрения измененной конструкции всасывающего патрубка вакуум-камеры циркуляционного вакууматора № 2.
Написана и опубликована статья: Метелкин А.А., Ковязин И.В. «Исследование технологических параметров циркуляционного вакууматора с целью совершенствования процессов дегазации стали».
В ходе исследования были сделаны следующие выводы:
1. Анализ экспериментальных данных показал, что при уменьшении диаметра подъемного патрубка снижается скорость циркуляции расплава, однако при повышении расхода транспортирующего газа скорость циркуляции расплава возрастает.
2. Моделирование расплава в системе «циркуляционный вакууматор - сталеразливочный ковш» показало, что при расходе аргона менее 800-1000 л/мин в верхней части сталеразливочного ковша возможно появление зон застоя, или зон слабого перемешиванием металла на глубину заглубления патрубков.
3. Анализ опытных данных показал, что дальнейшее проведение испытаний возможно только с внутренним диаметром всасывающего патрубка в пределах от 450 до 500 мм.
4. Для оценки эффективности дегазации стали и исключения каких - либо рисков, связанных с изменением конструкции футеровки всасывающего патрубка, предложено проведение испытаний на промышленной установке циркуляционного вакуумирования с внутренним диаметром подъемного патрубка 500 мм.
5. В конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ НТМК» на участке внепечной обработки стали, были проведены испытания с измененной футеровкой патрубков вакуум-камеры установки RH №2.
6. Обработка стали на опытных вакуум-камерах проводилась в соответствии с действующей технологической инструкцией.
7. Расход торкрет-массы на опытных камерах и количество горячих ремонтов, сопоставимы с расходом и количеством торкретирований патрубков вакуум-камер, внутренний диаметр всасывающего патрубка которых составляет 550 мм.
8. Остаточная толщина футеровки опытных всасывающих патрубков составляет по 50 мм каждая, что соответствует среднему значению минимальной толщины футеровки.
9. Фактическая средняя стойкость вакуум-камер с диаметром
подъемного патрубка 500 мм на 30 плавок выше нормативной.
10. Приведенные расчеты гарантируют улучшение экономических показателей стойкости вакуум-камеры, а именно: увеличение прибыли на 3,624 млн. руб/год, снижение себестоимости 1 т сиали на 22,0 руб, увеличение стойкости вакуум-камеры на 30 плавок.
11. Учитывая показатели стойкости вакууматора № 2 с использованием всасывающего патрубка диаметром 500 мм, его применение является целесообразным и предпочтительным.
Результат исследовательской работы считается положительным, так- как достигнута поставленная цель.