Автоматизация агрегата доводки стали

Для устранения явления  старения в сталь вводят элементы, имеющие высокое сродство к азоту, а потому способные резко снижать растворимость азота в жидком железе (аналогично раскислителям, снижающим содержание растворенного в металле кислорода). К таким элементам относятся Si, Al, V, Ti, Zrи др. При их введении в металл основное количество азота выпадает из раствора в виде первичных и вторичных нитридов, а остаточное содержание его в растворе не превышает растворимости в твердом железе при обычной температуре и не может вызвать старения [1].

 

2.2 Способы удаления водорода

 

Наиболее эффективными способами снижения отрицательного влияния водорода на качество стали является вакуумирование или обработка нейтральным газом. При этом достигается удаление водорода до 60-80 % и более, тогда как азот удаляется на 10-20 %. Такая высокая степень удаления водорода объясняется малыми размерами его частиц в жидком металле и высоким значением коэффициента диффузии D[H]=2,5 10-² см²/с. Высокая эффективность удаления водорода при продувке металла нейтральным газом наблюдается только в том случае, если над металлом нет печного шлака, который имеет высокое содержание водорода и снижает эффективность продувки.

Степень удаления водорода из металла во время продувки нейтральным  газом зависит от начальной концентрации его и расхода газа. Эта зависимость математически приближенно может быть описана формулой (2.1)

      

Ун.г = 5,5[1/[Н]к - 1/[Н]н],                                           (2.1)

где Ун.г- расход нейтрального газа, м³/т;

      [Н]н и[Н]к- начальное и конечное содержание водорода в металле,

       мл/100 г.

 

Зависимость (2.1) графически представлена на рисунке 2.1, из которого видно, что при обычных начальных содержаниях водорода (4-6 мл/100 кг) достижение флокенобезопасных концентраций (менее 2 мл/100 г) возможно при относительно невысоких расходах аргона 2 м³/т).

Формула (2.1) и данные рисунка 2.1 относятся к случаю продувки металла  в открытом ковше, когда внешнее  давление составляет 0,1 МПа. В случае продувки при разрежении, например, в ковше, помещенном в вакуумной камере, расход нейтрального газа может быть существенно уменьшен, так как он прямо пропорционален внешнему давлению и может быть рассчитан по формуле (2.2)

 

                                                                                         (2.2)

где - расход нейтрального газа при продувке металла в условиях

      вакуума, м³/т;

- расход нейтрального  газа при продувке в открытом  ковше (р=0.1 МПа), м³/т;

       р - остаточное давление в вакуумной камере, Па.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 – Зависимость расхода V_Ar от начального [Н]_н и конечного [Н]_к содержания водорода в металле.

 

При продувке металла нейтральным  газом невозможно создать в вакуумной  камере очень низкое остаточное давление. Однако если даже поддерживается р = 0,4 - 0,5 Па, то этого достаточно для уменьшения расхода нейтрального газа примерно в два раза. Следовательно, эффективность дегазации металла может быть повышена при комбинированном применении продувки аргоном и вакуумирования. В некоторых случаях, когда содержание азота не оказывает заметного отрицательного действия на свойства стали, в качестве нейтрального газа используют азот. Этим достигается существенное снижение стоимости обработки металла нейтральным газом. В современной практике перед непрерывной разливкой сталь в ковше подвергается доводке по химсоставу и температуре на специальных установках. Важным элементом технологии такой доводки является продувкаметалла аргоном, чтобы вызвать перемешивание, необходимоедля достижения однородности (гомогенизации) металла по химсоставу и температуре. Во время продувки происходит удаление водорода, т.е. обеспечивается снижение отрицательного влияния водорода на свойства стали [1].

В настоящее время фирма  Multi-Labразработала HydrisSystem- анализатор водорода в жидких металлах, предназначенный для прямого измерения содержания водорода в стали.

 

2.3 Анализатор водорода в жидком металле multi-lab hydris system

 

Система Hydris для прямого (зондового) измерения содержания водорода в стали состоит из следующих основных компонентов представленных на рисунке 2.2:

• процессорного блока, управляющего работой всех пневматических компонентов системы, производящего необходимые расчёты и выводящего на экран информацию об измерении;
• пневматического блока, обеспечивающего циркуляцию несущего газа-азота через расплав и определяющего содержание водорода в нём;
• кабеля интерфейса, соединяющего процессорный и пневматический блоки;
• пневматического кабеля, соединяющего пневматический блок и погружной жезл;
• погружного жезла для ввода зонда Hydrisв жидкую сталь;
• зонда Hydris(для ковша и изложницы длиной 900 мм и для промежуточного ковша длиной 900 и 550 мм).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 - Основные компоненты, входящие в состав системы Hydris

 Измерение водорода  системой Hydrisосновано на циркуляции несущего газа-азота через анализируемый расплав, во время которой он адсорбирует водород, содержащийся в металле.

Циркуляция несущего газа продолжается до тех пор, пока он не насытится водородом, то есть до достижения равновесия по водороду между ним  и расплавом.

Общая схема измерения содержания водорода системой Hydris представлена на рисунке 2.3 и на графическом документе Д.АВ.210200.18.ДП.06.В0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 – Общая схема  измерения содержания водорода системой Hуdris

Устройство зонда Hydris.Внешний вид погружаемого в жидкую сталь наконечника зонда Hydris приведён на рисунке 2.4:

• барботажная трубка - предназначена для ввода несущего газа-азота в расплав;
• кварцевая труба - содержит фильтрующий материал для улавливания летучих соединений и защиты газовых магистралей от механических примесей;
• пористый наконечник - служит для улавливания прошедшего через жидкий металл несущего газа;
• газовый разъём - обеспечивает газоплотное соединение газовых магистралей зонда Hydrisс газовыми магистралями погружного жезла;
• защитные колпачки - предотвращают блокировку пористого наконечника жидким шлаком при вводе зонда в расплав. Имеются бумажный и стальной колпачки (для изложницы - бумажный и алюминиевый колпачки);
• огнеупорная защита - препятствует контакту жидкого металла с картонным корпусом зонда Hydris. Выполнена из волокнистого (для промежуточного ковша) или из прессованного (для ковша) огнеупоров.

Стадии измерительного цикла. Измерительный цикл содержания водорода системой Hydrisсостоит из следующих стадий.

Стадия 1: Продувочный период А: Несущий газ азот вдувается в жидкую сталь (как с нагнетающей, так и со всасывающей стороны) для удаления загрязнений и остаточной влаги из зонда.

Стадия 2: Продувочный период В: Прошедший через жидкую сталь азот улавливается во всасывающий газопровод, затем, не поступая в циркуляционный контур он выбрасывается в атмосферу. За счёт этого происходит дополнительная очистка контура циркуляции газа.

Стадия 3: Измерение: Азот продувается через жидкую сталь, улавливается пористым наконечником и затем вновь подаётся в ванну (т.е. замыкает циркуляционный контур). Содержание водорода в нем непрерывно измеряется детектором по теплопроводности (ДТП). Как только между расплавом и несущим газом достигается равновесие по водороду (т.е. содержание водорода в несущем газе перестаёт изменяться) измерение заканчивается, рисунок 2.4.

Рисунок 2.4 – Наконечник зонда Hydris

 

Характерная кривая измерения  приведена на рисунке 2.5.

 

Рисунок 2.5 Характерная кривая измерения содержания водорода системой Hydris

 

2.3.1 Включение системы Нydris

 

• убедиться, что все подключения выполнены;
• включить питание;
• прибор начнёт выполнять процедуру инициализации по её окончании перейдёт в режим ожидания измерения;
• проверить фильтр;
• провести моделирование измерения на воздухе;
• проверить систему на герметичность;
• система Hydris готова к измерению.

Если температура окружающей среды ниже 5 °С следует подождать не менее получаса перед выполнением измерения, чтобы дать оборудованию прогреться.

 

2.3.2 Методика проведения измерения

 

Измерение системой Hydris.В таблице 2.1 приведена последовательность загорания сигнальных ламп на передней панели пневматического блока, необходимые при них действия оператора и процессы, протекающие в системе Hydris.

Правильное погружение зондаHydrisв ванну. Зонд Hydrisсодержит компоненты, изготовленные из кварцевого стекла. Поэтому для получения надёжногорезультата измерения с ним следует обращаться более аккуратно, чем, например, с обычными зондами для измерения температуры.

При погружении зонда в  ванну необходимо придерживаться рекомендаций: надевать зонд на наконечник погружного жезла плавно без ударов, в противном случае его можно разбить; погружать зонд только через жидкий шлак (при невыполнении этого условия можно разбить зонд или сломать наконечник изогнутого погружного жезла);

• погружать зонд на глубину 1/3 - 2/3 длины его защитного покрытия (если это не выполнить, то можно сжечь наконечник жезла);
• погружать зонд на удалении от зоны барботажа пузырьков аргона (измерение вблизи зоны продувки аргоном может привести к неверному результату измерения, так как аргон может подсасываться в циркулирующий через расплав несущий газ);
• погружать зонд в положении максимально приближенном к вертикальному (максимальный угол отклонения от вертикали не должен превышать 30 градусов);
• погружение зонда с большим отклонением от вертикальной оси может привести к неверному результату измерения.

 

Таблица 2.1 – Последовательность загорания  сигнальных ламп на передней

панели пневматического блока, необходимые при них действия оператора и 

процессы протекающие в систем Hydris

Сигнализация	Действия оператора	Процессы в системе
Красный	Для начала измерения  Нажать  стартовую кнопку на пневматическом блоке	-
Желтый + Красный	Надеть зонд на жезл	Система определяет надет ли зонд на погружной жезл
зеленый – желтый	Ожидание	Система Hydrisпроизводит установку нуля и очистку газопроводов с целью устранения влияния остаточных газов на измерение
Зелёный	Погрузить зонд в ванну	Система готова к измерению
Жёлтый	Держать зонд погруженный                в ванну	Система определяет содержание водорода в металле
Красный	Вынуть зонд из расплава и сразу же снять его с погружного жезла	Измерение закончилось Происходит продувка газопроводов и система переходит в режим ожидания измерения

 

2.3.3 Процессы, протекающие в системе hydrisпри измерении

 

В этом пункте описываются процессы, которые происходят в пневматическом блоке в процессе измерения.

Протекание измерения. После того, как нажата стартовая кнопка или клавиша F2 на экране появляются следующие сообщения о стадиях измерительного цикла:

- перед погружением зонда в ванну:

а)   «Наденьте зонд на жезл»;

б)   «Давление газа слишком низкое»;

в)   «Установка нуля»;

д)   «Готов к измерению»;

- после погружения:

а)   «Продувочный период А»;

б)   «Продувочный период В»;

в)   «Измерение»;

д)   «Конец измерения».

Понимание процессов, протекающих в системе, поможет пользователю не только быстро обнаруживать и решать возникшие проблемы, а зачастую даже их избегать

 

 

 

2.3.4 Экран процессорного блока hydris

 

Пояснения к выводимой на экран  информации. Вид изображения, выводимого на экран процессорного блока Hydris, значительно точнопоказан на           рисунке 2.6.

 

Рисунок 2.6 -Вид изображения, выводимого на экран процессорного блока Hydris

 

Пояснения к выводимой на экране информации приведены в таблицах 2.2, 2.3 и 2.4 

Таблица 2.2 – Пояснение к рисунку 2.6 ( поле «Результаты измерения»)

1	2	3
Параметр	Значение	Пояснение
PH2	46,5 ГПа	Парциальное давление водорода, измеренное Прибором
Продолжение таблицы 2.2
1	2	3
Var	0,12 см3/100 г	Изменение содержания водорода в см3/100 г за последние 10 с (стандартная длина окна)
РЫ	1678 ГПа	Давление в нагнетающем контуре, измеренное датчиком давления пневматического блока
Psu	736 ГПа	Давление во всасывающем контуре, измеренное датчиком давления пневматического  блока
K/f	0.75	Это не измеренная величина! Она рассчитывается на основании закона Сивертса