Десульфурация металла в открытом процессе

 

Содержание  серы в металле, %
0,025	0,01	0,005	0,003	0,001

 

     Начальное содержание азота в металле, ppm         -        100

     Остаточное  давление в вакуумной камере, атм     -        0,001

     Доля  азота в удаляемых газах       -        0,5

     Доля  СО в удаляемых газах        -        0,3

     Температура, ^оС     -     1600

     Масса металла в ковше, т         -     100

     Глубина металла в ковше, м     -     3

     Расход  инертного газа, л/мин   -    500 

3) Расчет

3.1) Расчет равновесной концентрации азота

     Расчет  константы растворимости  Сивертса

      Согласно  соотношению (14)

 

     Соответственно  K_N = 0,0434.

     Расчет  коэффициента активности азота в металле

     Для расчета необходимы справочные данные по параметрам взаимодействия

Параметры взаимодействия первого порядка e_Nⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
13	4,7	-2	-4,7	1	-1,1
V	Ti	Al	P	S	Cu
-9,3	-53	-2,8	4,5	0,7	0,9

 

     Результаты  расчета по соотношению (15) для различных  концентраций серы представлены в таблице

[S], %	0,025	0,01	0,005	0,003	0,001
lg ɣN	0,0093	0,0092	0,0092	0,0092	0,0092
ɣN	1,0217	1,0215	1,0214	1,0213	1,0213

 

     Расчет  равновесной концентрации азота

     Исходя  из соотношения (12) для содержания серы 0,005%

       

      Для других концентраций серы результаты расчетов представлены в таблице

[S], %	0,025	0,01	0,005	0,003	0,001
[N]равн	0,00095	0,00095	0,00095	0,00095	0,00095

 

3.2) Расчет доли свободной поверхности

     Расчет  равновесной концентрации кислорода в металле

 При достаточно глубокой степени разряжения окисленность металла определяется равновесием с углеродом. Соответственно, равновесную концентрацию кислорода  определяем по соотношению (43). 

Соответственно, [O] = 6,9·10^-6 %.

     Расчет  активностей кислорода  и серы в металле

      Для расчета коэффициентов активности серы и кислорода необходимы справочные данные о параметрах взаимодействия

Параметры взаимодействия первого порядка e_sⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
11	6,3	-2,6	-1,1	0	0,27
V	Ti	Al	P	S	Cu
-1,6	-7,2	3,5	29	-2,8	-0,84

 

Параметры взаимодействия первого порядка e_Oⁱ * 10²

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
-45	-13,1	-2,1	-4	0,6	0,35
V	Ti	Al	P	S	Cu
-30	-60	-390	7	-13,3	-1,3

 

     Расчет  производим с использованием известных физико-химических соотношений типа (24). Результаты расчета в систематизированном виде для различных концентраций серы представлены в таблице

[S], %	0,025	0,01	0,005	0,003	0,001
lg ɣS	0,0149	0,0153	0,0154	0,0155	0,0155
ɣS	1,0348	1,0358	1,0362	1,0363	1,0364
lg ɣO	-0,215	-0,215	-0,215	-0,215	-0,215
ɣO	0,6094	0,6094	0,6094	0,6094	0,6094
aS	0,0259	0,0104	0,0052	0,0031	0,001
aO	4,2·10-6	4,2·10-6	4,2·10-6	4,2·10-6	4,2·10-6

 

     Расчет  доли свободной поверхности

     Расчет  проводим, используя соотношение (17). Результаты представлены в таблице

[S], %	0,025	0,01	0,005	0,003	0,001
(1-Ɵ)	0,059	0,135	0,237	0,341	0,608
3.3) Расчет удельной мощности перемешивания

     Расчет  удельной интенсивности  продувки

     Используя соотношение (11), получаем

     

           м³/(кг·с) 

     Расчет  удельной мощности перемешивания

     Согласно  соотношению (10)

     

                 Вт/кг 

3.4) Расчет коэффициента объемного массопереноса

      В результате расчета по соотношению (9) получаем

      1/с

3.5) Расчет динамики удаления азота

     Расчет  производится по соотношению (7). Пример расчета текущего содержания серы через 20 минут обработки при содержании серы 0,005% приведен ниже (время подставляется в секундах)

В систематизированном  виде результаты расчетов представлены в таблице

Время,  мин	[N], %
	для содержания серы, %
	0,025	0,01	0,005	0,003	0,001
0	0,0100	0,0100	0,0100	0,0100	0,0100
5	0,0097	0,0092	0,0087	0,0082	0,0070
10	0,0093	0,0085	0,0076	0,0067	0,0050
15	0,0090	0,0079	0,0066	0,0056	0,0037
20	0,0087	0,0073	0,0058	0,0047	0,0028
25	0,0084	0,0068	0,0051	0,0039	0,0022
30	0,0081	0,0063	0,0045	0,0033	0,0018
35	0,0079	0,0058	0,0040	0,0029	0,0015
40	0,0076	0,0054	0,0036	0,0025	0,0013
45	0,0074	0,0051	0,0032	0,0022	0,0012
50	0,0071	0,0047	0,0029	0,0019	0,0011
55	0,0069	0,0044	0,0026	0,0017	0,0011
60	0,0067	0,0041	0,0024	0,0016	0,0010

      На основании расчета строим зависимость  текущего содержания азота в металле от времени обработки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Полученные  результаты расчета можно представить  иначе: в виде зависимости глубины  удаления азота от содержания серы при фиксированном времени вакуумной обработки