О путях оптимизации процесса обработки стали в вакууматоре циркуляционного типа Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

г.гтт-^г: ^г?гпг,г,ггтгтгг /ом

-3(52). 2009 / V'II

Металлургическое производство

The received in the result of investigations dependences allowed to optimize the technology of steel pumping in circulating vacuumator and to receive essential economy of energy resources.

С. В. ТЕРЛЕЦКИЙ, А. В. ОЛЕНЧЕНКО, РУП «БМЗ», А. Н. ЧИЧКО, А. А. ЧИЧКО, В. Ф. СОБОЛЕВ, БИТУ

УДК 669.

О ПУТЯХ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СТАЛИ В ВАКУУМАТОРЕ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА

Скорость удаления водорода при вакуумирова- где [H]f- конечное содержание водорода после ва-

нии контролируется его массопереносом. Так как куумирования в течение времени мин; [//], - на-

массоперенос водорода является процессом перво- чальное содержание водорода; [Н\е - содержание

го порядка, скорость его может быть описана ки- водорода, равновесное с данным остаточным дав-

нетическим уравнением: лением в системе; кн - константа скорости удаления водорода.

~[Ще _ ^ ^ В случае если процесс удаления водорода рав-

[Н\ — [Н]е Н новесный, его концентрация по ходу вакуумирова-

Рис. 1. Результаты построения экспериментальных данных Рис. 2. Результаты построения экспериментальных данных исследованных плавок углеродистой стали с промежуточ- исследованных плавок углеродистой стали без промежуточным вводом материалов: а - координаты [#]/[Я0]; б - коор- ного ввода материалов: а ~ координаты [#]/[#0]; б - коорди-динаты 1п[#]/[#о]; 1 - плавка № 30943; 2 - плавка № 30944 наты 1п[Я]/[Я0]; 1 - плавка № 31006; 2 - плавка № 31007

Я19/ЛГТТТгГ:IT Г^ШГ^ЛТГГ^

VIШт\ 3(52),2009-

1,0

0,9

о,8 ^

0,7 0,6 -0.5 -0,4 -0.3 0.2

H/Ho

H/Ho

у = -64,363x +0,8929 R2 = 0,8745

t, h:mm:cc

0,1

0:0(1:00 0:02:53 0:05:46 0:08:38 0:11:31 0:14:24 0:17:17 n

0:02:53 0:05:46 0:08:38 0:11:31 0:14:24 0:17:17

t H:MM:CC

у = -127,27x- 0,0668 R2 = 0.9665

-1.6 J

Рис. 3. Результаты построения экспериментальных данных исследованной плавки № 30940 легированной стали с промежуточным вводом материалов: а - координаты [#]/[#0]; б - координаты 1п[#]/[Я0]

Линейный (1)

Рис. 4. Результаты построения экспериментальных данных исследованных плавок углеродистой стали без промежуточного ввода материалов с повышенным давлением обработки: а - координаты [#]/[#0]; б - координаты 1п[Я]/[Я0]; 1 - плавка № 31272; 2 -плавка № 31273

ния будет асимптотически приближаться к равновесной, являющейся пределом для данного состава металла и температуры.

Так как величина [Н]е мала по сравнению с величинами [Я], и [Н]р поэтому первой можно пренебречь и процесс удаления водорода при ваку-умировании может считаться неравновесным. В этом случае он может быть описан упрощенным кинетическим уравнением:

In

[H}f

m

= -kHt.

(2)

Выразив из уравнения (2) конечную концентрацию водорода, можно получить упрощенное уравнение для скорости его удаления:

[Щ/ = [Щ, схр (-kHt).

(3)

На рис. 1-5 приведены результаты построения экспериментальных данных плавок в координатах [Н]/[Н0] и1п[Я]/[Я0].

Из рисунков видно, что при вакуумировании около 10 мин по линейному закону изменяется величина [Щ/[Н0], а при более длительной обработке с введением материалов - 1п[/У]/[//0]. В обоих случаях кривые могут быть использованы для оценки времени, необходимого для требуемого снижения содержания водорода.

При этом коэффициент массопереноса кн по углу наклона кривой составляет -120 —160 сут-1 (если / выражается в сутках).

Из выражения (3) можно рассчитать необходимое время обработки под вакуумом для требуемого снижения водорода:

1пх

(4)

vH

где х - требуемая кратность уменьшения содержания водорода, равная соотношению его начального и конечного содержания ([Я], /[Я]/).

Так как в большинстве случаев достаточно 3-кратного снижения содержания водорода, необходимое время обработки составляет 10—13 мин,

лггтт^гс г^шлтгпу/мо

-3(52).2009/ и «и

а

Рис. 5. Результаты построения экспериментальных данных исследованных плавок кордовой стали: а - координаты [Н]/[Н0],

б - координаты 1п[#]/[#0]; 1 -плавка № 31006; 2 -плавка № 31007

а значения коэффициентов массопереноса - соответственно -160 и -120 сут-1.

Из рисунков видно, что величина к, определяемая углом наклона кинетических кривых, примерно постоянна.

Вывод

Полученные в результате исследований зависимости позволили оптимизировать технологию вакуу-мирования стали в циркуляционном вакууматоре и получить существенную экономию энергоресурсов.