Реферат: Строение, свойства, производство стали

Рис. 2. Схема технологии производства стали в конвертере:

А – завалка скрапа; б – заливка чугуна; в – загрузка шлакообразующих материалов; г – продувка металла кислородом; д – выпуск стали через летку; е – слив шлака через горловину.

Технология плавки стали в конвертерах. Можно выделить три основных периода в конвертерном производстве стали: за­грузку шихтовых материалов, продувку кислородом и выпуск плавки. Загрузку конвертера обычно начинают с завалки метал­лолома из специальных лотков с помощью завалочной машины. Для этого конвертер наклоняют в положение рис. 2а. Затем в конвертер заливается чугун, рис.26. После этого конвертер возвращают н вертикальное положение и начинают добавку шлакообразующих материалов (главным образом, извести) рис. 2в. Одновременно в конвертер опускают кислородную фурму и начинают продувку техническим кислородом, рис. 2 г. По ходу про­дувки продолжают добавку шлакообразующих.

Высокая интенсивность продувки кислородом обеспечивает циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком. Длитель­ность продувки составляет 12…16 мин. Окончание продувки определяется по количеству введенного кислорода с учетом ко­личества и состава шихтовых материалов.

Температура расплава в первые минуты продувки практи­чески не изменяется, так как все тепло, выделяющееся в ре­зультате окислительных реакций, расходуется на плавление ме­таллолома. После окончания его плавления наблюдается непре­рывное повышение температуры расплава. После окончания продувки кислородную фурму поднимают и в металл сверху (параллельно кислородной фурме) вводят зонд для автомати­ческого отбора пробы на экспресс-анализ и измерения темпе­ратуры. Если состав металла и его температура соответствуют требованиям, приступают к выпуску плавки, если нет—произ­водят корректировку состава. В том случае, если анализ пока­зал повышенное (по сравнению с маркой стали) содержание углерода или недостаточную температуру, то производят додувку плавки. Если же содержание углерода ниже требуемого, в ковш вместе с выпускаемым металлом добавляют графит или молотый кокс в необходимых количествах.

Выпуск плавки производят в специальный сталеразливочный ковш через летку, рис. 2. д. В ходе выпуска стремятся полностью исключить попадания в ковш вместе с металлом кон­вертерного шлака. А для предотвращения быстрого охлаждения металла в ковше туда добавляют специальную теплоизолирующую смесь или синтетический шлак. Кроме того, при необходи­мости в ковш по ходу выпуска стали добавляют раскислители ц легирующие. Конвертерный шлак сливают в шлаковую чашу, рис. 2 е.

Конвертеры с комбинированным дутьем. Применение комби­нированной продувки за счет более интенсивного перемешива­ния металла и шлака способствует улучшению рафинирования стали и увеличению выхода годного за счет устранения выбро­сов и снижения окисления железа в шлак.

Технико-экономические показатели работы конвертеров включают производительность, себестоимость и качество. Кислородно-конвертерный процесс является самым производительным из всех процессов производства стали. Современный конвертерный цех с двумя конвертерами (один – в работе, другой – в ремонте) обеспечивает производство до 5 млн. т стали в год.

Себестоимость стали включает стоимость шихтовых материалов, раскислителей и легирующих добавок, кислорода, огнеупоров, амортизационные расходы, зарплату и т.п. Основной статьей себестоимости является стоимость металлической части шихты. Поэтому борьба за уменьшение потерь металла при переделе (за счет выбросов и выносов) является существенным резервом снижения себестоимости стали. В настоящее время себестоимость конвертерной стали достаточна высока.

Качество стали в первую очередь определяется содержанием вредных примесей, таких как фосфор и сера, поступающих вместе с чугуном; водород и азот, попадающих в металл с ломом и из атмосферы. Благоприятные условия рафинирования стали в конвертере и отсутствие в процессе производства контакта с водородом и азотом позволяют производить сталь самого вы­сокого качества.

2.2. Производство стали в мартеновских печах.

Источником тепла для разогрева, плавления и дальнейшего на­грева металла в мартеновской печи является жидкое (мазут) или газообразное (природный и коксовый газ) топливо или их смесь. Для сжигания топлива используется предварительно на­гретый воздух или воздух, обогащенный кислородом до 28... 35%. Образующееся в рабочем пространстве печи пламя излу­чает тепло либо непосредственно на ванну, либо на свод печи, от которого тепло отражается на ванну и нагревает шихтовые материалы. Принцип работы мартеновской печи, отапливаемой газом, заключается в следующем (рис.3): через нагретые регенераторы справа в печь по раздельным каналам поступают газ и воздух. В печи происходит горение топлива. Факел, обра­зующийся в результате горения, должен иметь хорошие настиль­ность (стелиться над поверхностью ванны) и светимость. На­стильность улучшает конвективный нагрев ванны, а светимость обеспечивает передачу тепла излучением непосредственно на ванну или отражением от свода. Продукты горения отводятся в трубу с левой стороны печи через шлаковики для осаждения пыли, далее через регенераторы (для их нагрева) и систему бо­ровов, включающих клапаны и шиберы. Через некоторое время правые регенераторы, отдавая тепло на нагрев газа и воздуха, остывают, а левые - нагреваются отходящими газами. Тогда производят перекидку клапанов, т. е. закрывая одни клапаны и открывая другие, изменяют направление движения газов в печи: топливо и воздух подаются слева, а продукты горения отводятся вправо. Иначе говоря, мартеновская печь работает реверсивно: факел создается то с одной, то с другой стороны. Все элементы мартеновских печей футерованы огнеупорными материалами.

Варианты мартеновского процесса. Различают два варианта мартеновского процесса: скрап-рудный и скрап-процесс. В скрап-рудном процессе основной составляющей металлической части (55...75%) шихты является жидкий чугун, а остальное— металлолом. Поэтому скрап-рудным процессом выплавляют сталь на заводах полного металлургического цикла, там, где есть доменные печи. Повышенный процент чугуна в шихте при скрап-рудном процессе сопровождается повышенным исходным содержанием углерода в расплаве, что требует увеличения рас­хода окислителя для его удаления. С этой целью в завалку до­бавляют железную руду, а по ходу плавки металл продувают кислородом через специальные сводовые фурмы.

Основной составляющей металлической части шихты при скрап-процессе является стальной лом. Содержание чугуна в шихте находится обычно в пределах 25... 40%. Этот процесс применяется обычно на заводах, где нет доменного производ­ства, и поэтому в этом случае используется твердый чугун.

В общем случае можно выделить следующие периоды мартеновской плавки: заправку, завалку, прогрев, заливку чугуна, плавление, кипение, предварительное раскисление, выпуск.

Рис. 3. Схема мартеновской печи, работающей с использованием газообразного топ­лива:

1 — рабочее пространство; 2 — шлаковики; 3 — регенераторы; 4 — воздушные клапаны; 5, 9 — дымовые шиберы: 6 - 8 — газовые клапапы; 10—вентилятор; 11—дымовая труба

Технико-экономические пока­затели работы мартеновских пе­чей. Производительность марте­новских печей оценивается по су­точному производству на 1 м² площади пода. Она зависит от вместимости печи, типа процесса, применяемого топлива, техноло­гии производства и других фак­торов.

В среднем себестоимость мартеновской и конвертерной стали близки между собой. Сравнение с конвертерным производством показывает также, что производительность труда в мартеновских печах заметно ниже, выше расход огнеупоров, значителен расход дефицитного топлива. В настоящее время в нашей стране более половины стали выплавляется в мартеновских печах, но в ближайшем будущем объем этой выплавки будет в дальней­шем сокращаться, мартеновский процесс будет заменен другими, более экономичными.

2.3. Производство стали в дуговых электропечах

Нагрев материалов в электродуговой печи осуществляется за счет тепла, выделяющегося при горении электрической дуги.

Рис. 4. Схема дуговой электропечи:

1 — свод; 2 - стены; 3 — желоб; 4 – сталевыпускное отверстие; 5 – электрическая дуга; 6 – подина; 7 – рабочее окно; 8 - заслонка; 9 – электроды; 10 – шлак; 11 – металл.

Устройство дуговой электропечи. Схема печи представлена на рис. 4. Печь состоит из кожуха, выполненного из 10...40-мм листового железа, свода и меха­низмов их поворота, электрододержателей, электродов и меха­низмов их перемещения, меха­низма для наклона печи и транс­форматора. Кожух состоит из двух половин — сфероидального днища и цилиндрических стен. В кожухе имеются рабочее окно для заправки печи и введения различных добавок и сливной желоб, по которому металл выпускают в ковш. Для этого печь с помощью специального механизма наклоняется на 40... 45°, Этот же механизм обеспечи­вает наклон печи в сторону рабочего окна на 10...15° для об­легчения скачивания шлака.

Загрузка шихтовыми материалами электродуговых печей про­исходит сверху с помощью специальных корзин. С этой целью поднимаются электроды, приподнимается свод и затем либо свод отводится в сторону, либо корпус печи выкатывается из-под свода. После этого в рабочее пространство из корзины (бадьи) загружают металлолом, чугун и другие необходимые для начала плавки материалы.

Электродуговые печи широко распространены не только на металлургических, но и на машиностроительных заводах.

Технико-экономические показатели работы дуговых электро­печей. Основной составляющей себестоимости при производстве легированной стали является стоимость ферросплава. Например, при выплавке нержавеющих или быстрорежущих сталей на све­жей шихте стоимость ферросплавов может составлять 95... 99 % от себестоимости стали. При переплаве легированных отходов себестоимость стали значительно снижается за счет уменьшения расхода ферросплавов. В целом себестоимость электростали од­ной и той же марки незначительно выше, чем конвертерной стали.

2.4. Выплавка стали в индукционных печах

В литейных цехах и на машиностроительных заводах в ряде случаев для выплавки стали применяют индукционные печи. Принцип их работы заключается в том, что переменный ток подводится к индуктору. При этом образуется переменное маг­нитное поле, которое индуктирует (возбуждает) ток во вторич­ном контуре (тигле с загруженным в него металлом). Под действием этого тока металл нагревается и плавится. На огне­упорной кладке помещается тигель с навитым на него индук­тором, изготовленным из медной трубки, внутри которой для охлаждения циркулирует вода. Ток к индуктору подается по гибким шинам. Футеровку индукционных печей изготовляют на­бивной из кислых (кварцит) или основных (магнезит) молотых материалов с добавкой до 3% связки, в качестве которой ис­пользуют обычно борную кислоту. Расход электроэнергии в ин­дукционных печах несколько меньший, чем в электродуговы.х (до 700 кВт-ч/т).

Как правило, индукционные печи применяются для выплавки специальных сталей и сплавов. В печь загружают либо легиро­ванные, либо углеродистые отходы, металл расплавляют и до­бавляют требуемое по марке стали количество ферросплавов.