Практическая работа № 3. Расчёт удаления газов из стали при продувке инертным газом в ковше

Расчёт удаления газов из стали при продувке инертным газом в ковше

Исходные данные:

В ходе работы необходимо:

1. Определить снижение содержания водорода при заданном расходе аргона. Построить график зависимости [%H] от V_Ar.

2. Определить падение температуры стали в ковше при про­дувке инертным газом.

3. Определить расход аргона, необходимый для снижения содержания водорода в стали с исходного значения до заданного.

4. Определить размеры всплывающих пузырьков аргона при заданных условиях продувки и расходе инертного газа.

Введение

Продувка жидкой стали в ковше инертным газом сопровождается удалением из металла растворённых в нём водорода и азота. В пузырьке чистого газа используемого для продувки (аргон) парциальное давление других газов, таких как водород и азот равно нулю и поэтому эти газы стремятся выделятся из металла в пузырёк аргона. Этот процесс продолжается до тех пор, пока в пузырьке инертного газа парциальное давление удаляемых газов не достигнет давления насыщения.

Процессу дегазации способствует малое расстояние между отдельными пузырьками газа и длительное время пребывания, высокая скорость диффузии, большой градиент концентрации между пузырьком и газом.

При постоянном расходе продуваемого газа диффузионный путь растворённых газов тем меньше, чем больше число пузырьков. Мелкие пузырьки всплывают медленней и более длительное время находятся в расплаве.

Методика расчёта

Необходимый расход газа для удаления водорода и азота соответственно

отсюда конечное содержание газов в стали после продувки

где K_H2, K_N2 – константа равновесия рассчитываемая по формулам

Р = 1 атм;

L – эмпирический коэффициент, L =1;

Охлаждение стали при продувке аргоном рассчитывается из выражения

где С_Ar, С_ст – теплоёмкости аргона и стали соответственно (0,932 кДж/м³·°С и 0,836 кДж/кг·°С);

ΔT_Ar = Т_ст – 20.

Расчёт

1) lg KH₂ = – 1900/T – 1,577 = – 1900/1913 – 1,577 = -2,570; KH₂ = 10^-2,570 = 0,00269

ρ = M_H2/22,4 = 2/22,4 = 0,0893; [%H]_нач = 8·0,0893/1000=7,14 ·10^-4

[%H]_кон1 = (1·1/112·0,00269²·1+1/7,14 ·10^-4)^-1=3,80·10^-4

[%H] _кон2 = (1,1·1/112·0,00269²·1+1/7,14 ·10^-4)^-1=3,63·10^-4

[%H] _кон3 = (1,2·1/112·0,00269²·1+1/7,14 ·10^-4)^-1=3,47·10^-4

[%H] _кон4 = (1,3·1/112·0,00269²·1+1/7,14 ·10^-4)^-1=3,33·10^-4

[%H] _кон5 = (1,4·1/112·0,00269²·1+1/7,14 ·10^-4)^-1=3,20·10^-4

График зависимости содержания водорода в металле после продувки в зависимости от её интенсивности

2) Снижение температуры стали

; ΔT_Ar = Т_ст – 20 = 1640 – 20 = 1620°С.

ΔT _ст = 1,2·0,932·1620/1000·0,836 = 2,17°С.

3) Расход аргона

[%H]_кон = 6·0,0893/1000=5,36 ·10^-4

V_Ar = 112·0,00269²·1/1·(1/5,36 ·10^-4+1/7,14 ·10^-4) = 0,38 м³/т

4) Размеры всплывающих пузырьков аргона

√3/(4·3,14)·0,976·(0,38^6,5/0,38^3,5) = 0,11 см

Вывод. В ходе практической работы провели расчёт процесса удаления водорода из стали. Исходя из расчёта и построенного по его результатам графика видно, что с увеличением расхода Ar дегазация стали улучшается.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: