WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ. МЕТОДИКА ВЫПЛАВКИ Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) В.П. Расщупкин, М.С. Корытов ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ. ...»

В.П. Расщупкин, М.С. Корытов

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ.

МЕТОДИКА ВЫПЛАВКИ

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

В.П. Расщупкин, М.С. Корытов

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ.

МЕТОДИКА ВЫПЛАВКИ

Учебное пособие

Омск

Издательство СибАДИ

УДК 669.1

ББК 34.327

Р 24

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. В.И. Гурдин, канд. техн. наук, доц. В.И. Лиошенко Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия по дисциплине «Технология конструкционных материалов» для студентов механических специальностей вузов.

Расщупкин В.П., Корытов М.С. Производство стали. Методика выплавки:

Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. – 39 с.

Изложены сведения о физико-химических основах производства стали, рассматриваются основные способы выплавки стали в современной металлургии: в кислородных конвертерах, в мартеновских печах, в электропечах, а также пути повышения качества стали.

Табл. 2. Ил. 8. Библиогр.: 3 назв.

В.П. Расщупкин, М.С. Корытов, 2007 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение

1. Производство стали……………………………………………..

1.1. Шлаки сталеплавильных процессов……………………. 5

1.2. Основные реакции сталеплавильных процессов……… 6 1.2.1. Окисление углерода……………………………… 6 1.2.2. Окисление и восстановление марганца………… 6 1.2.3. Окисление и восстановление кремния…………. 7 1.2.4. Окисление и восстановление фосфора…………. 7 1.2.5. Десульфация стали……………………………….. 7 1.2.6. Газы в стали………………………………………. 8 1.2.7. Раскисление стали………………………………… 9

2. Производство стали в конвертерах…………………………..

2.1. Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой…………………………………………. 10

2.2. Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой………………………………………….. 14

2.3. Конвертерный процесс с комбинированн

–  –  –

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли конструкционного материала.

Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром, к цветным – почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.

Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.

Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.

Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.

Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основные способы выплавки стали – кислородноконвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы.





Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется [1, 2, 3].

Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примесей чугуна – углерода, кремния, марганца и фосфора.

Отличительная особенность сталеплавильных процессов заключается в наличии окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.

1. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

–  –  –

Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата.

Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2, Р2O5, TiO2 и др.), основные (СаО, МgО, FeО, МnО и др.) и амфотерные (Аl2O3, Fe2O3, Сr2O3, V2O3 и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiО2 и СаО.

Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

1. Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей.

2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу.

3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу.

4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.

Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

Для того чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина, обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих – известняка, извести, плавикового шпата, боксита и др.

1.2. Основные реакции сталеплавильных процессов

Сталь получают из чугуна и лома методом окислительного рафинирования (т. е. очищения). Кислород для окисления содержащихся в них примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора и др.) поступает либо из атмосферы, либо из железной руды или других окислителей, либо при продувке ванны газообразным углеродом.

–  –  –

1.2.2. Окисление и восстановление марганца

Марганец как элемент, обладающий высоким сродством к кислороду, легко окисляется как при кислом, так и при основном процессах. Реакции окисления и восстановления марганца можно представить следующим образом:

[Мn] + [O] (МnO); [Мn] + (FeО) (МnО) + [Fе].

Как показывают расчетные и экспериментальные данные, с повышением температуры и основности шлака концентрация марганца в металле увеличивается. Это указывает на то, что реакция окисления марганца достигает равновесия и окислительный процесс сменяется восстановительным. Поскольку почти все стали содержат марганец, то его восстановление в процессах плавки – явление желательное.

1.2.3. Окисление и восстановление кремния Кремний обладает еще большим сродством к кислороду, чем марганец, и практически полностью окисляется уже в период плавления. Окисление кремния происходит по реакциям:

[Si] + 2[О]= (SiO2); [Si] + 2(FеО) = (SiO2) + 2[Fе].

При плавке под основным шлаком SiО2 связывается в прочный силикат кальция (СаО)2SiO2, что обеспечивает почти полное окисление кремния, содержащегося в шихте. При кислом процессе поведение кремния иное: при горячем ходе кислого процесса имеет место интенсивное восстановление кремния.

1.2.4. Окисление и восстановление фосфора

–  –  –

Газы (кислород, водород и азот) содержатся в любой стали. Газы даже при содержании их в сотых и тысячных долях процента оказывают отрицательное влияние на свойства металла.

Растворимость кислорода в стали характеризуется реакцией /2O2 = [O].

В готовом металле содержание кислорода должно быть минимальным. Растворимость водорода и азота в металле подчиняется закону Стивенса:

[Н] = КH pH ; [N]=K pN, где pH и pN – парциальные давления газов; КH и KN – растворимость водорода и азота при парциальном давлении соответствующего газа, равном 0,1 МПа.

Уменьшение растворимости при переходе из жидкого в твердое состояние при кристаллизации стали вызывает выделение газов из металла, что является причиной образования ряда дефектов, например, флокенов (мельчайших трещин, образующихся в результате выделения водорода в виде газа), пористости в слитках готовой стали и т.п.

В присутствии некоторых элементов в металле могут образовываться их соединения с азотом – нитриды. Наличие нитридов в кристаллической структуре многих сталей отрицательно влияет на свойства металла.

Азот и водород успешно удаляются из жидкой стали в результате реакции окисления углерода. Образующийся по этой реакции СО собирается в пузырьки, которые вырываются на поверхность металла, пробивают находящийся под металлом слой жидкого шлака и выходят в атмосферу. В результате этого создается впечатление кипения жидкой ванны.

Всплывающие пузырьки СО захватывают по пути вверх некоторое количество других газов – Н2 и N2.

Чем энергичнее протекает кипение металла, тем меньше содержание газов и тем лучше качество металла. Для удаления Н2 и N2 применяют также вакуумную обработку, продувку ванны нейтральным газом (аргоном) и др.

1.2.7. Раскисление стали

Для снижения содержания кислорода в стали проводят ее раскисление. Это, как правило, последняя и ответственная операция в процессе выплавки стали. Раскисление –процесс удаления кислорода, растворенного в стали, путем связывания его в оксиды различных металлов, имеющих большее сродство к кислороду, чем железо.

Наиболее распространенными раскислителями являются марганец и кремний, используемые в виде ферросплавов, и алюминий.

Реакции раскисления можно представить следующим образом:

[О] + [Мn]= (МnО);

2[О] + [Si] = (SiО2);

3[О] + 2[А1] = (Аl2O3).

В зависимости от условий ввода раскислителей в металл различают два метода раскисления: глубинное (или осаждающее) и диффузионное.

При глубинном раскислении раскислители вводят в глубину металла. В этом случае требуется определенное время для того, чтобы продукты раскисления – оксиды кремния, марганца, алюминия – всплыли в шлак. При диффузном раскислении раскислители в тонко измельченном виде попадают в шлак, покрывающий металл. Сначала в этом случае происходит раскисление шлака, а снижение содержания кислорода в металле осуществляется за счет его перехода из металла в шлак, т. е. [О] = (О). При диффузионном раскислении не происходит загрязнение металла неметаллическими включениями – продуктами раскисления.

Для более глубокого раскисления применяют обработку жидкого металла в вакууме или синтетическими шлаками.

В зависимости от степени раскисления различают спокойную, кипящую и полуспокойную сталь.

Спокойная сталь – это сталь, полностью раскисленная, т. е. благодаря вводу большого количества раскислителей весь кислород в стали находится в связанном с элементом-раскислителем состоянии.

При разливке такой стали газы не выделяются, и она застывает спокойно.

Кипящая сталь – это сталь, частично раскисленная марганцем.

При разливке в слитки она бурлит (кипит) благодаря выделению пузырьков оксида углерода, образующихся по реакции: [С]+[О]={СО}.

Полуспокойная сталь – это сталь, по степени раскисленности занимающая промежуточное место между кипящей и спокойной.

Полуспокойную сталь раскисляют частично в печи (марганцем) и затем в ковше (кремнием, алюминием).

2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КОНВЕРТЕРАХ

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху.

Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1952–1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране – кислородноконвертерного).

В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т, продолжительность плавки в которых составляет 30…50 мин.

Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородноконвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использовании металлолома от 10 до 30 %, возможности выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительности, малых затратах на строительство, большой гибкости и качестве продукции.

2.1. Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной (рис. 1). Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтально оси на 360° со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для большегрузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу.

А А–А

–  –  –

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали.

Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде (рис. 2).

Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов: загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода О2 с чистотой не менее 99,5 %. Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40…60 % от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5…7 мин после начала продувки.

–  –  –

Рис. 2. Технологические операции кислородно-конвертерной плавки:

а – завалка лома; б – заливка чугуна; в – загрузка извести; г – продувка кислородом; д – выпуск стали; е – слив шлака На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы (расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0…3,0 м, давление кислорода 0,9…1,4 МПа.

Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком. Последнее, в свою очередь, способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне С, Si, Мn, Р.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование, которое в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т.

д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14…24 мин). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2 500 °С. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO2 в руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5…8 % от массы плавки, расход боксита 0,5…2,0 %, плавикового штампа 0,15…1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. Наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется высоким сродством данных элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1 450…1 500 °С и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.

Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации – удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуре металла, высоком содержании в шлаке FеО. Основность шлака и его количество быстро увеличиваются. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить содержание фосфора Р в готовой стали менее 0,02 %.

Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том, что шлак содержит значительное количество FеО и высокая основность шлака (свыше 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30…50 %, и содержание серы в готовой стали составляет 0,02…0,04 %.

По достижении заданного содержания углерода дутье отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие добавки.

Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером.

Течение кислородно-конвертерного процесса обуславливается температурным режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей – металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из конвертера – около 1600 °С.

Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и отчистки их от пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизатор и установка для очистки газов.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных мощных компьютеров, в которые вводится информация об исходных материалах (состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

2.2. Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой

В середине 60-х гг. опытами по вдуванию струи кислорода, окруженной слоем углеводородов, была показана возможность дутья через днище без разрушения огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конвертерной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.

Основное отличие конвертеров с донной продувкой от конвертеров с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем, приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21 фурм в зависимости от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может быть различным.

Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертера в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.

В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания ванны, увеличивается поверхность зарождения металла и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не представляет затруднений.

Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при верхней. Это также связано с меньшей окисленностью шлака и увеличением поверхности контакта «газ-металл». Последнее обстоятельство способствует удалению части серы в газовую фазу в виде SO2.

Преимущества процесса с донной продувкой состоят в повышении выхода годного металла на 1…2 %, сокращении длительности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов.

2.3. Конвертерный процесс с комбинированной продувкой

Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу – кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов, уменьшить расход кислорода, повысить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

3. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ

–  –  –

Воздух Рис. 3. Схема мартеновской печи: 1 – рабочее пространство; 2 – головки печи; 3 – регенераторы; 4 – загрузочные окна; 5 – передняя стенка; 6 – шихта; 7 – факел; 8 – дымовая труба; 9 – сталевыпускное отверстие; 10 – задняя стенка; 11 – свод печи; 12 – под печи Для обеспечения максимального использования подаваемого в печь топлива необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое, что создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода.

Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха, идущего на горение, может заменяться кислородом.

Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образуются при этом оксиды металлов FеО, Fe2О3, МnО, СаО, Р2O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, они образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применяться в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий.

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делится на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25…45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.

4. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Электросталеплавильное производство – это получение качественных и высококачественных сталей в электрических печах, обладающих существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами.

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате преобразования электроэнергии в тепловую при горении электрической дуги, либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов.

–  –  –

В отличие от конвертерного и мартеновского процессов выделение тепла в электропечах не связано с потреблением окислителя.

Поэтому электроплавку можно вести в любой среде – окислительной, восстановительной, нейтральной, и в широком диапазоне давлений – в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления. Электросталь, предназначенную для дальнейшего передела, выплавляют главным образом в дуговых печах (рис. 4) с основной футеровкой и в индукционных печах (рис. 5).

Дуговые печи бывают различной емкости (до 250 т) и с трансформаторами мощностью до 125 тыс. кВт.

Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, возникающая между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам электрического тока необходимой силы. Дуга представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Температура электрической дуги превышает 3 000 °С.

–  –  –

Дуга, как известно, может гореть при постоянном и переменном токах. Дуговые печи работают на переменном токе. При горении дуги между электродом и металлической шихтой в первую часть периода, когда катодом является электрод, дуга горит, т. к. пространство между электродом и шихтой ионизируется за счет испускания электронов с нагретого конца электрода. При перемене полярности, когда катодом становится шихта (металл), дуга гаснет, т. к. в начале плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. При последующей перемене полярности дуга вновь возникает, поэтому в начальный период плавки дуга горит прерывисто, неспокойно.

После расплавления шихты, когда ванна покрывается ровным слоем шлака, дуга стабилизируется и горит ровно.

4.1. Выплавка стали в кислых электродуговых печах

Электродуговые печи с кислой футеровкой обычно используются при выплавке стали для фасонного литья. Емкость их составляет от 0,5 до 6…10 т. Кислая футеровка более термостойкая и позволяет эксплуатировать печь с учетом условий прерывной работы многих литейных цехов машиностроительных заводов. Основным недостатком печей с кислой футеровкой является то, что во время плавки из металла не удаляются сера и фосфор. Отсюда вытекают очень высокие требования к качеству применяемой шихты по содержанию этих примесей.

Плавление в кислой печи длится примерно так же, как в основной печи (50…70 мин). В окислительный период удаляется меньшее количество углерода (0,1…0,2 %) и из-за повышенного содержания FеО в шлаке металл кипит без присадок железной руды. Содержание SiO2 в шлаке к концу окислительного периода повышается до 55…65 %.

Когда металл нагрет, начинается восстановление кремния по реакции:

(SiO2) + 2[С]= [Si] + 2СОгаз.

К концу окислительного процесса содержание Si в металле увеличивается до 0,2…0,4 %. Раскисление стали перед выпуском может проводиться как в печи, так и в ковше.

4.2. Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах. Одношлаковый процесс Технология выплавки стали под одним шлаком без восстановительного периода применяется для выплавки мартеновского сортамента сталей. После окончания проведения окислительного периода присаживают силикомарганец и феррохром в необходимом количестве для получения требуемого химического состава данной марки стали, улучшают шлак добавлением извести, флюсов. Затем сталь выпускают в ковш, где проводят окончательное раскисление и легирование.

4.3. Плавка стали с рафинированием в ковше печным шлаком

Применяется на печах емкостью 100…200 т. После окончания окислительного периода и раскисления металла наводят новый шлак с высоким содержанием СаО. В течение 40…60 мин шлак раскисляют молотым коксом и ферросилицием. Перед выпуском в шлак подают СаF2. Высокое (10…20 %) содержание СаF2 обеспечивает высокую рафинирующую способность шлака. При выпуске из печи вначале выпускают в ковш жидкий шлак и затем мощной струей металл. Перемешивание металла со шлаком обеспечивает высокую степень рафинирования от примесей (от серы) и неметаллических включений.

Одной из форм рафинирования стали в ковше можно считать технологию синтетических шлаков на основе СаО и Аl2O3. В этом случае требуются дополнительные затраты для плавления шлака.

4.4. Плавка стали в индукционной печи

В индукционных печах для выплавки металла используется тепло, которое выделяется в металле за счет возбуждения в нем электрического тока переменным магнитным полем. Источником магнитного поля в индукционной печи служит индуктор. Проводящая электрический ток шихта, помещенная в тигель печи, подвергается воздействию переменного магнитного поля, возникающего от индуктора, нагревается вследствие теплового воздействия вихревых токов.

По сравнению с дуговыми электропечами индукционные печи имеют ряд преимуществ: отсутствие электродов и электрических дуг позволяет получать стали и сплавы с низким содержанием углерода и газов; плавка характеризуется низким угаром легирующих элементов, высоким техническим КПД и возможностью точного регулирования температуры металла.

Индукционная печь (см. рис. 5) состоит из огнеупорного тигля, помещенного в индуктор. Индуктор представляет собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки. Ток к индуктору подается гибкими кабелями. Воду для охлаждения подводят резиновыми шлангами. Вся печь заключена в металлический кожух. Сверху тигель закрывается сводом. Для слива металла печь может наклоняться в сторону сливного носка.

Тигель печи изготавливается набивкой или выкладывается кирпичом. Для набивки используют молотые огнеупорные материалы – основные (магнезит) или кислые (кварцит).

Поскольку плавка в индукционной печи происходит очень быстро, шихта для нее используется, как правило, из высококачественного металлолома известного состава. Перед плавкой происходит точный расчет шихты по содержанию углерода, серы и фосфора, а также легирующих элементов. Шихту загружают в тигель таким образом, чтобы она плотно заполняла весь объем тигля. После загрузки шихты включают ток на полную мощность. По мере проплавления шихты загружают оставшуюся часть. Затем на поверхность металла загружают шлакообразующую смесь, состоящую из извести, магнезитового порошка и плавикового шпата. В процессе плавки шлак раскисляют добавками порошка кокса и молотого раскислителя. По ходу плавки добавляют легирующие материалы. Металл раскисляют кусковыми ферросплавами и в конце плавки алюминием.

В индукционных печах выплавляют, как правило, стали и сплавы сложного химического состава.

5. РАЗЛИВКА СТАЛИ

–  –  –

Из сталеплавильного агрегата сталь выпускается в сталеразливочный ковш, предназначенный для кратковременного хранения и разливки стали. Сталеразливочный ковш имеет форму усеченного конуса с большим основанием вверху. Ковш имеет сварной кожух, изнутри футеруется огнеупорным шамотным кирпичом. Перемещают ковш с помощью мостового крана или на специальной железнодорожной тележке.

–  –  –

Сталь из ковша разливают через один или два стакана, расположенные в днище ковша. Отверстие закрывают или открывают изнутри огнеупорной пробкой при помощи стопора.

Емкость сталеразливочных ковшей достигает 480 т.

В сталеплавильных цехах сталь из ковша разливают либо в изложницы, либо на машинах непрерывной разливки (рис. 6).

6. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СТАЛИ

Непрерывное развитие техники представляет все более высокие требования к качеству стали.

Многочисленные способы получения металлов высокого качества могут быть условно разделены на три группы:

• Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата.

• Выплавка стала в вакууме.

• Специальные способы электроплавки металлов.

6.1. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата

При внепечной обработке металл, выплавленный в обычном сталеплавильном агрегате (мартеновской печи, конвертере или электропечи), подвергается внешнему воздействию в сталеразливочном ковше. Основной целью внепечной обработки жидкой стали в ковше является снижение содержания растворенных в металле газов, неметаллических включений и серы.

В настоящее время нет такого способа обработки жидкой стали в ковше, который позволил бы одновременно значительно снизить в металле содержание неметаллических включений, серы и газов. Поэтому в зависимости от поставленной задачи применяется тот или иной способ внепечной обработки металлов.

Обработка металлов в ковше синтетическим шлаком приводит к снижению в стали серы, неметаллических включений и кислорода.

Сущность метода заключается в том, что металл выпускают из печи в ковш, частично заполненный жидким шлаком (4…5 % от массы металла), который предварительно выплавляют в специальном агрегате.

Жидкий шлак и металл интенсивно перемешиваются. Сера, кислород и неметаллические включения переходят из металла в шлак. При обработке металла синтетическим шлаком важную роль играет его состав и физико-химические свойства. Шлак должен иметь низкие температуру плавления и вязкость, а также обладать высокой основностью и низкой окисленностью. Этим требованиям отвечают известково-глиноземистые шлаки, содержащие 50…55 % СаО, 38…42 % Аl2O3, 1,5…4 % SiО2,0,15…0,5 % FеО. Шлаки такого состава обладают высокой рафинирующей способностью.

Повышение качества стали, обработанной синтетическим шлаком, компенсирует затраты, связанные с выплавкой такого шлака.

Продувка металла в ковше порошкообразными материалами является одним из современных способов повышения качества стали и производительности сталеплавильных агрегатов.

В жидкий металл в потоке инертного газа (аргона) через фурму вводят измельченные десульфураторы и раскислители. В результате такой обработки можно получить металл с содержанием серы и кислорода менее 0,005 % каждого.

Обработка жидкой стали аргоном в ковше является наиболее простым способом повышения качества металла. Аргон вдувают в жидкую сталь через пористые и огнеупорные пробки, которые устанавливают в днище ковша. Аргон не растворяется в жидкой стали, поэтому при продувке металла аргоном в объеме жидкой стали образуется большое количество пузырей, которые интенсивно перемешивают металл и выносят на его поверхность неметаллические включения. Кроме того, водород и азот, растворенные в стали, переходят в пузыри аргона и вместе с ним покидают жидкий металл, т. е. происходит дегазация стали.

Внепечная обработка жидкой стали вакуумом в промышленных масштабах стала применяться с начала 50-х годов.

Существует большое количество методов вакуумной обработки стали. Наиболее простым способом является вакуумирование стали в ковше. В этом случае ковш с жидким металлом помещают в герметичную камеру, из которой откачивают воздух. При снижении давления в камере металл закипает вследствие бурного выделения газов.

После дегазации металла камеру разгерметизируют, а ковш с вакуумированной сталью отправляют на разливку.

Ковшевое вакуумирование неэффективно при обработке полностью раскисленной стали и больших масс металла. В этом случае вследствие слабого развитии реакции С + О = СО металл кипит вяло.

Для улучшения дегазации стали вакуумную обработку металлов в ковше совмещают с продувкой его аргоном и электромагнитным перемешиванием.

Обычно дегазацию металла в ковше проводят в течение 10…15 мин. Более длительная обработка приводит к значительному снижению температуры металла.

Парционное и циркуляционное вакуумирование стали применяют при дегазации больших масс металла.

При парционном вакуумировании футерованная вакуумная камера небольшого объема помещается над ковшом с жидким металлом. Патрубок камеры, футерованный изнутри и снаружи, погружен в жидкий металл. Под действием атмосферного давления порция металла (10…15 % от общей массы) поднимается в камеру и дегазируется. При движении ковша вниз или камеры вверх металл вытекает, а при обратном движении вновь поднимается в камеру, для полной дегазации стали необходимо провести от 30 до 60 циклов вакуумной обработки.

При циркуляционном способе вакуумирования стали применяют вакуумную камеру с двумя патрубками. Жидкий металл из ковша поднимается в камеру по одному патрубку, дегазируется и вытекает обратно в ковш по второму патрубку. Происходит непрерывная циркуляция металла через вакуумную камеру. Подъем жидкой стали в камеру происходит за счет эжектирующего действия аргона, который подают во входной патрубок.

Струйное вакуумирование металла применяется в основном при отливке крупных слитков. Этот способ является более совершенным, т. к. устраняется вторичное окисление при разливке вакуумированного металла из ковша в изложницы.

При отливке слитков в вакууме струя металла, переливаемого из ковша в изложницу, установленную в вакуумной камере, разрывается выделяющимися газами на множество мелких капель металла. Поверхность металла резко возрастает, что приводит к глубокой дегазации стали. Кроме того, сталь также дегазируется в изложнице.

Последнее время для получения стали с очень низким содержанием углерода обработку металла в вакууме совмещают с продувкой его кислородом или смесью аргона и кислорода.

6.2. Производство стали в вакуумных печах

Применение вакуума при выплавке стали позволяет получать металл практически любого химического состава с низким содержанием газов, неметаллических включений, примесей цветных металлов.

Как уже отмечалось, реакции дегазации и раскисления металла углеродом в вакууме протекают более полно. Кроме того, при плавке металла в глубоком вакууме (1…2 Па) из металла удаляются некоторые неметаллические включения.

6.3. Производство стали в индукционных печах

В настоящее время вакуумные индукционные печи делятся на периодические и полунепрерывные. В печах периодического действия после каждой плавки печь открывают для извлечения слитка и загрузки шихты. В печах полунепрерывного действия загрузка шихты, смена изложниц и извлечение слитка проводятся без нарушения вакуума в плавильной камере.

В промышленности применяют печи полунепрерывного действия (рис. 7). Печи периодического действия используют в основном в лабораториях и для фасонного литья. Емкость существующих вакуумных индукционных печей достигает 60 т.

Рис. 7. Схема вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия На рис. 7 показана схема вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия. Печи этого типа имеют три камеры: плавильную, загрузочную и камеру изложниц. В плавильной камере установлен водоохлаждаемый индикатор с огнеупорным тиглем, в котором проводится плавление шихты. Каркас тигля, выполненный из уголков нержавеющей стали, опирается на цапфы. При сливе металла и чистке тигля последний наклоняется с помощью механического или гидравлического привода. Камера изложниц и загрузочная камера сообщаются с плавильной камерой через вакуумные затворы, которые позволяют загружать шихту в печь и выгружать слиток без нарушения вакуума в плавильной камере. Присадка легирующих и раскислителей осуществляется через дозатор, установленный на крышке печи.

Для контроля процесса плавки печь снабжена гляделкой и термопарой.

Технология выплавки металла в вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия определяется маркой выплавляемой стали и качеством шихтовых материалов. Для плавки применяют шихтовые материалы, очищенные от масла и влаги. Для легирования используют ферросплавы и чистые металлы. Перед загрузкой шихту предварительно прокаливают. После загрузки печи включают ток и расплавление шихты ведут на максимальной мощности. При появлении первых порций жидкого металла и при наличии в шихте углерода в печь напускают аргон до давления 1,3 Па для предотвращения выплесков жидкого металла вследствие бурного протекания реакции [С] + [О] = СО. После полного расплавления шихты металл рафинируют при давлении 1,3…0,13 Па от водорода, азота, кислорода и примесей цветных металлов. Раскисление стали происходит в основном по реакции [С] + [О] = СОгаз, равновесие которой при низких давлениях сдвигается вправо. В период рафинировки осуществляют также легирование металла. В первую очередь присаживают хром и ванадий, потом титан. Перед разливкой в металл вводят алюминий, редкоземельные металлы, кальций и магний. Для получения плотного слитка разливку проводят обычно в атмосфере аргона.

Основным недостатком вакуумных индукционных печей является контакт жидкого металла с огнеупорной футеровкой тигля, что может приводить к загрязнению металла материалом тигля.

6.4. Производство стали в вакуумных дуговых печах

Вакуумные дуговые печи (ВДП) подразделяют на печи с нерасходуемым и расходуемым электродом.

Нерасходуемый электрод изготавливают из вольфрама или графита. При плавке с нерасходуемым электродом измельченная шихта загружается в водоохлаждаемый медный тигель и под действием электрической дуги расплавляется, рафинируется от вредных примесей и затем кристаллизуется в виде слитка.

Эти печи промышленного применения не нашли, так как в них невозможно получать слитки большой массы. В настоящее время распространение получили вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом.

На рис. 8 представлена схема ВДП с расходуемым электродом.

Печь состоит из рабочей камеры, медного водоохлаждаемого кристаллизатора, электрододержателя, механизма подачи электродов и системы вакуумных насосов. Расходуемый электрод крепится к электродержателю, который через вакуумное уплотнение проходит сквозь верхний торец рабочей камеры.

Электрододержатель служит для подвода тока к электроду и фиксации его в камере печи.

3 Электрододежатель с помощью гибкой подвески связан с механизмом подачи электрода. Расходуемый электрод представляет собой подлежащий пеК вакуумреплаву исходный металл. Он может быть круглого насосу или квадратного сечения. Как правило, расходуемые электроды содержат все необходимые легирующие элементы. Диаметр электрода выбирается таким, чтобы зазор между электродом и стенкой кристаллизатора был больше длины дуги, горящей между электродом и ванной жидкого металла. В противном случае возможен переброс электрической дуги на стенку кристаллизатора.

Кристаллизатор представляет собой медную Рис. 8. Схема ваку- водоохлаждаемую трубку со стенкой толщиной от умной электродуго- 8 до 30 мм.

Кристаллизаторы бывают двух типов:

вой печи: 1 – криглухие и сквозные. При плавке металла в сквозном сталлизатор; 2 – расходуемый электрод; кристаллизаторе можно вытягивать слиток вниз по 3 – патрубок к ваку- ходу плавки. Сквозные кристаллизаторы применяумным насосам; ют при плавке тугоплавких металлов и сплавов.

4 – вакуумная камеПри плавке стали используют глуходонные крира; 5 – шток сталлизаторы. Сверху кристаллизатор имеет фланец. Через кристаллизатор к слитку подводится ток.

Вакуумные дуговые печи работают как на постоянном, так и на переменном токах. При переплаве стальных электродов применяют постоянный ток. «Плюс» подается на электрод, «минус» – на слиток.

После установки расходуемого электрода в камере печи и откачки ее до необходимого давления (около 1…2 Па) зажигают электрическую дугу между электродом и металлической затравкой, лежащей на дне кристаллизатора. Под действием тепла электрической дуги нижний торец электрода оплавляется и капли металла стекают в кристаллизатор, образуя жидкую металлическую ванну. По мере оплавления электрод с помощью механизма подается вниз для поддержания расстояния между электродом и металлом.

Рафинирование металла от вредных примесей происходит во время прохождения жидких капель металла через электрическую дугу и с поверхности расплава в кристаллизаторе.

Одним из преимуществ вакуумного дугового переплава является отсутствие контакта жидкого металла с керамическими материалами. Основной недостаток – ограниченное время пребывания металла в жидком состоянии, что существенно снижает рафинирующие возможности вакуума.

6.5. Плазменно-дуговая плавка

Плазменная плавка специальных сталей и сплавов является одним из важных способов получения металла высокого качества. В плазменных печах источником энергии является низкотемпературная плазма (Т = 105 К). Плазмой называется ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны.

Степень ионизации низкотемпературной плазмы близка к 1 %. Низкотемпературная плазма получается при введении в дуговой электрический разряд газообразного вещества. В этом случае газ ионизируется и образуется плазма. В металлургии в качестве плазмообразующего газа чаще всего применяют аргон.

Для плавки стали используют два типа агрегатов: печи с огнеупорной футеровкой и с медным водоохлаждаемым кристаллизатором.

Плазменные печи с огнеупорной футеровкой во многом похожи на дуговые сталеплавильные печи. В отличие от дуговых сталеплавильных печей в плазменной печи вместо графитовых электродов устанавливают один или три плазматрона, что зависит от размеров печи. В печах постоянного тока анодом служит ванна жидкого металла, ток к которой подводится через подовой электрод.

Металлургические возможности плазменных печей с нейтральной атмосферой очень широки: металл можно раскислять, десульфурировать, рафинировать от газов и неметаллических включений, легировать азотом.

Переплавляемая заготовка с помощью механизма подачи через уплотнение подается в герметичную камеру. Оплавление заготовки осуществляется двумя плазмотронами. Формирование слитка происходит в кристаллизаторе. По мере наплавления слиток вытягивается из кристаллизатора.

Слитки, полученные этим способом, имеют высококачественную поверхность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью учебного пособия является ознакомление студентов с основами технологии производства стали.

Рассмотренные способы выплавки стали в конверторах, мартеновских печах и электропечах позволяют получить информацию о многообразии технологических процессов в металлургии.

В приложении представлена методика на основании рабочей инструкции сталелитейного цеха завода «Трансмаш», которая дает представление о всех стадиях производства жидкой стали в реальных условиях.

В разделе 6 пособия предложены пути повышения качества стали.

Библиографический список

1. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. – М.:

Металлургия, 1967. – 792 с.

2. Кудрин В.А. Металлургия стали. – М.: Металлургия, 1981. – 488 с.

3. Хан Б.З., Ищук Н.Я. Раскисление, дегазация, легирование стали. – М.: Металлургия, 1965. – 254 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

–  –  –

Настоящая методика устанавливает технологию выплавки стали марок, предусмотренных ГОСТ 1050-74, ГОСТ 1435-74, ГОСТ 4543ГОСТ 5950-73.

1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.

1.1. Химический состав сталей должен соответствовать табл. 1.

2. МАТЕРИАЛЫ И ТОПЛИВО.

2.1. Применяемые при выплавке стали материалы должны соответствовать следующим стандартам и техническим условиям:

чугун передельный марок М-1, М-2, ГОСТ 805-69;

чугун передельный марок ПВК-1, ПВК-2, ГОСТ 805-69;

лом и отходы ГОСТ 2787-63;

железорудные скатыши ТУ 14-9-33-72;

боксит ГОСТ 972-74 с содержанием влаги не более 3 %;

известняк СТУ-62-276-64;

свежееобожженная известь (недовал);

марганцевая руда;

ферросилиций ФС-45, ФС-75, ГОСТ 1415-70;

ферромарганец Мп5, Мп6, ГОСТ 6165-49, фМп 75АС6 ГОСТ 4755-80;

силикомарганец СМп17, ГОСТ 4756-70;

феррохром ФХ100, ФХ200, ГОСТ 4757-67;

ферросиликохром ФСХ-18, ГОСТ 11861-66;

ферромолибден ФМ1, ФМ2, ГОСТ 4758-69;

молибден кальция МдК1, МдК2, ГОСТ 48-16-72;

феррованадий, ГОСТ 4760-49;

никель H1, Н2, НЗ, Н4, ГОСТ 849-70;

ферровольфрам, ГОСТ 17293-71;

ферротитан, ГОСТ 4761-67;

мазут мартеновский, ГОСТ 14298-69, с содержанием влаги не более 6 % и серы не более 0,5 %.

2.2. Распыление мазута производится сжатым воздухом.

2.3. Все шлакообразующие материалы и все ферросплавы, вводимые в ванну по ходу плавки, должны быть сухими (определяется визуально).

Т а б л и ц а 1. Химический состав сталей

–  –  –

20 ГОСТ 1050-74 0,17...0,24 0,35...0,65 0,17...0,37 0,25 0,30 - 0,035 0,040 0,30 45 ГОСТ 1050-74 0,42...0,50 0,50...0,80 0,17...0,37 0,25 0,30 - 0,035 0,040 0,30 У7 ГОСТ 1435-47 0,65...0,74 0,20...0,40 0,15...0,35 0,20 0,25 - 0,035 0,030 0,25 У7А ГОСТ 1435-74 0,65...0,74 0,15...0,30 0,15...0,30 0,15 0,20 - 0,030 0,020 0,20 У8 ГОСТ 1435-74 0,75...0,84 0,25...0,40 0,15...0,35 0,20 0,25 - 0,035 0,030 0,25 У8А ГОСТ 1435-74 0,75...0,84 0,15...0,30 0,15...0,35 0,15 0,20 - 0,030 0,020 0,20 У10 ГОСТ 1435-74 0,95...1,04 0,15...0,35 0,15...0,35 0,20 0,25 - 0,035 0,030 0,25 У10А ГОСТ 1435-74 0,95...1,04 0,15...0,30 0,15...0,35 0,15 0,20 - 0,030 0,020 0,20 40Х ГОСТ 4543-71 0,36...0,44 0,50...0,80 0,17...0,37 0,8...1,10 0,30 0,15 0,035 0,035 0,30 5ХНМ ГОСТ 5950-73 0,50...0,60 0,50...0,80 0,15...0,35 0,50...0,80 1,40...1,80 0,15...0,30 0,030 0,030 0,30

3. ЗАВАЛКА.

3.1. После выпуска предыдущей плавки откосы и подина печи должны быть осмотрены сталеваром и мастером и заправлены доломитом или магнезитом. При наличии на подине или откосах ям или застоев металла производится горячий ремонт по инструкции АГП 45-70. Выплавка стали марок, предусмотренных ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 5950-73, после горячего ремонта не допускается. Отверстие закрыть магнезитовым порошком или хромистой рудой и подбить его со стороны желоба.

3.2. Завалка материалов производится в следующем порядке:

стружка или легковесный лом – до 10 % от мегаллозавалки;

известняк – 8…10 % или известь – 6…8 %;

боксит – 2…4 %;

стальной лом – 40…60 %;

чугун передельный – из расчёта получения в первой пробе по расплавлению содержания углерода на 0,7…1,1 % выше среднего заданного маркой для плавки до 30 т и на 0,5…1,0% для плавки 40…50 т.

При выплавке легированных марок в завалку максимально используется легированный возврат. Недостающее количество никеля и молибдена вводится металлическим никелем и ферромолибденом или молибдатом кальция.

4. ПЛАВЛЕНИЕ И ДЕФОСФОРАЦИЯ.

4.1. Продолжительность завалки и плавления не должна быть:

более 5 ч – для плавки до 30 т;

более 6 ч 30 мин – для плавки 40…50 т;

4.2. За 20…30 мин до полного расплавления производится скачивание шлака и обновление его присадкой двух мульд извести с добавкой боксита.

4.3. После полного расплавления ванна перемешивается, замеряется температура металла и берется первая проба металла для определения содержания С, Mn, Р, S, Сr, Ni.

4.4. В печь даются железорудные окатыши, количество которых определяется мастером в зависимости от содержания углерода в первой пробе.

4.5. Через 5…10 мин закрывается подача в печь мазута и воздуха. Вспенившийся шлак сходит самотеком через средний порог, затем шлак скачивается гребками до практически полного удаления. Скачивание шлака должно быть закончено не позднее чем через 40 мин после взятия первой пробы. Разрешается производить скачивание шлака гребками без отключения мазута и воздуха.

4.6. Берется вторая проба на определение содержания С, Мn, P.

4.7. Новый шлак наводится присадкой в печь трех мульд извести с бокситом и, при достаточном содержании углерода, с железорудными окатышами.

4.8. На легированную сталь, по расчету мастера, присаживаются никель и ферромолибден.

4.9. В случае повышенного содержания Р во второй пробе следует произвести повторное скачивание и обновление шлака.

5. КИПЕНИЕ.

5.1. После наведения нового шлака ванна должна равномерно закипеть. В начале кипения берется третья проба металла на определение С, Мn. Время от второй до третьей пробы должно быть не более:

30 мин для 30-тонной плавки;

50 мин для 40…50-тонной плавки;

5.2. В первые 15 мин кипения разрешается присадка в печь железорудных окатышей, железной или марганцевой руды. В случае густого шлака допускается разжижение его боем шамотного кирпича или бокситом.

5.3. Продолжительность кипения, от начала до предварительного раскисления, должна быть:

для легированных марок стали – 50…90 мин;

для углеродистых марок стали – 40…80 мин.

5.4. Средняя скорость выгорания углерода за период кипа должна быть:

для плавок тоннажем до 30 т – 0,30…0,70 % углерода в час;

для плавок тоннажем до 40…50 т – не менее 0,25 % углерода в час.

5.5. Через 30…50 мин берется четвертая проба металла на определение С, Мn, Р, Сr. Дальнейший отбор проб производится по указанию мастера из расчета получения содержания углерода, необходимого перед раскислением.

5.6. К концу кипения, с целью снижения скорости выгорания углерода, рекомендуется обработка шлака смесью, состоящей из извести и молотого кокса или угля.

5.7. Температура металла, замеряемая термопарой погружения, должна соответствовать табл. 2.

Т а б л и ц а 2. Температура металла перед раскислением Температура, °С Содержание Марки по рас- перед выС в готовой в середине стали плавлению, пуском, не в конце стали, % кипения не менее более Легированные - 1540 1660…1690 1660 1560…1690 Углеродистые 0,5 - 1650…1680 1650 1550…1580 Углеродистые 0,5 1540 1640…1670 1650 1540…1570

5.8. На легированных марках стали перед раскислением берется проба шлака на определение FeO, MnO, CaO, SiO2. Содержание закиси железа должно быть не более 12 %, основность шлака 2,4…3,6.

6. РАСКИСЛЕНИЕ В ПЕЧИ.

6.1. При достижении количества углерода, обеспечивающего содержание, заданное маркой, в ванну присаживается:

для легированных марок стали – силикомарганец (ферромарганец) и ферросилиций ФС-45 из расчета введения кремния на 0,20…0,25 % и марганца на среднее содержание в марке;

для углеродистых спокойных марок стали – ферросилиций или силикомарганец из того же расчета по кремнию и при необходимости ферромарганец.

6.2. Перед подачей в печь раскислители должны быть прокалены.

6.3. Для хромистых марок стали через 7…10 мин после введения силикомарганца вводится феррохром в прокаленном виде. Металл с феррохромом выдерживается не менее 15 мин.

6.4. В сталь, легированную вольфрамом, ферровольфрамом, последний, прокаленный до красного цвета, вводится через 2…3 мин после раскисления. Размер кусков ферровольфрама должен быть не менее 15 мм в поперечнике.

6.5. Не позже чем за 5 мин до выпуска производится замер температуры металла и при необходимости корректировка анализа присадками чугуна и ферромарганца.

6.6. Продолжительность периода раскисления должна быть:

для легированных сталей не более 50 мин;

для углеродистых сталей не более 30 мин.

6.7. Подкипание ванны не допускается. На шлак вводится кокс по 2…5 лопат в каждое окно. В случае задержки выпуска производится дополнительное раскисление ферросилицием ФС-45 с последующей корректировкой анализа.

7. ВЫПУСК СТАЛИ.

7.1. К выпуску стали желоба должны быть очищены от шлака и металла, отремонтированы и просушены. Проверку готового желоба производит мастер.

7.2. В случае выпуска плавки в два ковша особое внимание уделять кладке и обмазке «Разбойника», а также установке перекрытий.

Для правильного деления металла перекрытия должны входить в желоба с минимальным зазором.

7.3. Выпускное отверстие должно быть разделено так, чтобы сход плавки был не более 8 мин.

7.4. В случае выпуска стали в один ковш один из рукавов желоба заделывается наглухо с обеспечением плавного поворота струи металла в другой рукав желоба.

7.5. После заполнения ковшей на процент высоты в них добавляется ферросилиций, силикомарганец, ферромарганец в количествах, обеспечивающих среднее содержание кремния, марганца и углерода в готовой стали, а также феррованадий, ферроштап на марки, легированные этими элементами. Затем дается алюминий в количестве 0,5…0,7 кг на тонну жидкой стали.

7.6. Подготовка ковшей ведется в соответствии с инструкцией АГП-40/70. Под легированные марки стали не допускаются ковши с вновь выложенной футеровкой. Как исключение допускается ковш с новым дном, тщательно просушенный и прогретый.

8. РАЗЛИВКА СТАЛИ.

8.1. Разливка стали производится в соответствии с инструкцией «на подборку канавы, сифонную разливку и обработку слитков».

8.2. Выдержку металла в ковше устанавливает мастер плавки, но она не должна быть менее 15 мин.

9. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

9.1. При выполнении работ обслуживающему персоналу необходимо знать и выполнять правила техники безопасности для своей профессии по инструкциям 503/67, 500/67, 394/67, 119/67, 463/67, 460/67, 297/67, 604/67, 464/67, 42/81,81 /67, 606/67.

10. КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ДОПУСК СЛИТКОВ В ПРОИЗВОДСТВО.

10.1. Ведение плавки в соответствии с настоящей инструкцией осуществляет плавильный мастер цеха 102. Им же производится заполнение паспорта углеродистых плавок.

10.2. БТК цеха 102 осуществляет:

ведение паспорта и контроль выплавки углеродистых марок стали;

выборочный контроль выплавки углеродистых марок стали;

контроль отбора и клеймения ковшевых проб на хим. анализ и, если требуется, на механические свойства;

допуск в производство при соответствии плавок положениям настоящей инструкции и техническим условиям на слитках;

направление паспортов плавок, имеющих отклонения от настоящей инструкции на решение начальника цеха 102 и в случаях отклонений от хим. анализа дополнительно на решение главного металлурга;

допуск или забракование плавок в соответствии с решением начальника цеха или главного металлурга, а также отдельных слитков при несоответствии их техническим условиям.

Учебное издание Валерий Павлович Расщупкин, Михаил Сергеевич Корытов

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ. МЕТОДИКА ВЫПЛАВКИ






Похожие работы:

«Методические рекомендации для студентов к практическим занятиям по патологической анатомии на кафедре патологической анатомии с секционным курсом и курсом патологии III курс стоматологический факультет Тема: "Некроз. Апоптоз. Инфаркт".1. Цель занятия. Изучить вопросы этиологии, патогенеза, морфологии, осложнений и исходов необратимого повр...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины" Г. Г. Гончаренко ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ Методическое пособие Гомель Гончаренко Г. Г. Основы генетической и...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Улан-Удэнский колледж железнодорожного транспорта Улан-Удэнского института железнодорожного транспорта филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (УУ...»

«Ф ЕД ЕРА Л ЬН А Я С Л У Ж БА ЗЕ М Е Л Ь Н О Г О КАДАСТРА РО СС И И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА ПРИ ОБРАЗОВАНИИ НОВЫХ И УПОРЯДОЧЕНИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА ЕСДЗем. 16-05-...»

«ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОМИОСТИМУЛЯЦИИ Методические указания к портативному носимому прибору для контроля инъекций, проведения сеансов БОС-тренинга и физиотерапевтической нейромиостимуляции "МИСТ" СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1.НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММ 2.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕДУР 3.ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ЭМС 3.1 При инсульте и черепно-мозговых травма...»

«Администрация городского округа Самара Муниципальное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарская академия государственного и муниципального управления" Кафедра "Менеджмент" Методические рекомендации к тестовым заданиям по дисциплине "Маркетинг" для студентов, обучающихся по...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН ГАОУ ДПО "ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН" МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ РАБОЧИХ ПРОГРАММ (РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ПРЕДМЕТУ "РУССКИЙ ЯЗЫК") Казань ББК 74.268.1 Рус М 54 Руководитель проекта Р. Г. Хамитов, ректор ГАОУ ДПО И...»

«Издание ЦНСИ, зарегистрированного консультанта Лесного попечительского совета в России Тысячнюк М.С., Конюшатов О.А., Кулясова А.А., Кулясов И.П., Тесля И.В. Рекомендации по социальным аспектам сертификации по схеме Лесного попечительского совета FSC М...»

«Учреждение образования "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра физического воспитания и спорта ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ЗАНЯТИЙ СТУДЕНТОВ Учебно-методическое пособие для студентов всех специальностей Минск 2013 УДК 796(075.8) ББК 75.я73 О-75 Рассмотрено и ре...»

«Е.В. Исупова, О.В. Кононова Плавание: основы техники и методика обучения способу баттерфляй Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУВПО "Удмуртский государственный университет" Кафедра физического воспитания Е.В.Исупова, О.В. Кононова Плавание: основы техники и методика обучения...»

«Санкт-Петербургский академический университет Иванова Н. С. Сервисная деятельность: сервис и гостиничное хозяйство п о с о б и Учебное САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Н. С. Иванова СЕРВИСНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ: СЕРВИС И ГОСТИНИЧ...»

«Методические рекомендации по разработке оптимальных режимов тренировки и сроков пребывания в среднегорье в лыжных видах спорта на годичном и многолетнем этапе подготовки Оглавление Введение 1. Тренировка в среднегорье в годичном и многолетнем цикле подготовки спортсменов 1.1.Тренировка в среднегорье в переход...»

«Методические рекомендации по составу квалифицированного сертификата ключа проверки электронной подписи Версия 1.9 1 Оглавление 2 Список изменений 3 Введение 3.1 Назначение документа 3.2 Цели и требования 3.3 Термины и опред...»

«1 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРИМЕРНОЙ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ДОШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ДОШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ № Стр. ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«2159450o1.fm Page 3 Friday, September 6, 2013 1:09 PM МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛИНИИ УЧЕБНИКОВ "АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК. 5—9 КЛАССЫ" (RAINBOW ENGLISH) АВТОРОВ О. В. АФАНАСЬЕВОЙ, И. В. МИХЕЕВОЙ, К. М. БАРАНОВОЙ Происходящая в настоящий момент реформа общего образования Российской Федерации...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.