регистрация /  вход

Строение, свойства, производство стали (стр. 1 из 3)

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Строение и свойства стали

2. Производство стали

2.1. Производство стали в конвертерах

2.2. Производство стали в мартеновских печах

2.3. Производство стали в дуговых электропечах

2.4. Выплавка стали в индукционных печах

2.5. Внепечное рафинирование стали

2.6. Разливка стали

2.7. Специальные виды электрометаллургии стали

Список литературы

1. Строение и свойства стали.

Сталь—сплав железа с углеродом (до 2%) и сопутствующими примесями в виде марганца, кремния, серы, фосфора и др. Стали, при­меняемые в машиностроении, обычно содержат от 0,05 до 1,5% С.

Железо в твердом состоянии может находиться в двух модифика­циях:

Углерод является вторым основным компонентом, определяющим структуру, механические и технологические свойства стали.

Примеси, присутствующие в стали делят на четыре группы:

постоянные, или обычные (табл. 1)—марганец, кремний, фосфор и сера, если их содержание находится в пределах: до 0,8% Mn; до 0,4% Si; до 0,05% Р и до 0,05% S;

скрытые — азот, кислород, водород, присутствующие в любой стали, в очень малых количествах (тысячные доли процента);

случайные — например, мышьяк, свинец, медь и др., попадающие в сталь из-за того, что они содержатся в рудах или шихтовых материа­лах данного географического района или связаны с определенным технологическим процессом производства стали;

специальные (легирующие элементы) — их вводят в состав стали для получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. В этом случае сталь называют легированной. Сталь также будет легиро­ванной, если содержание кремния 0,5%, а марганца %.[1]

2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

В качестве исходных материалов при производстве стали ис­пользуются жидкий или твердый чугун, металлолом, а также раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы. В зависимости от наличия в данном регионе или на данном за­воде тех или иных шихтовых материалов (в первую очередь жидкого чугуна) сталь производят в конвертерах, мартеновских или электродуговых печах: при наличии жидкого чугуна— в конвертерах или мартеновских печах, при его отсутствии - в мартеновских или электродуговых печах.

При переделе чугуна и металлолома в сталь решаются не­сколько основных задач: плавление и нагрев шихты до температуры, обеспечивающей проведение последующих операций (обычно 1600.. 1650 °C, рафинирование стали от вредных при­месей (обычно к ним относят серу, фосфор, водород и азот), легирование и, наконец, получение из жидкой стали стального слитка или непрерывнолитой заготовки. Нагрев до заданной температуры и частично рафинирование и легирование производятся в сталеплавильных агрегатах, окончательное рафинирова­ние и легирование—в сталеразливочных ковшах после выпуска плавки из агрегата с помощью специализированных установок и разливка—в изложницы или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

В своей основе производство стали—процесс окислительный, так как в его ходе требуется прежде всего окислить избыток углерода (содержание последнего в стали значительно ниже, чем в чугуне} и примеси.

2.1. Производство стали в конвертерах

Сталеплавильные агрегаты для производства стали различаются между собой по источнику энергии, необходимой для нагрева металла до требуемой температуры. В конвертерах нагрев про­исходит за счет тепла, выделяющегося при окислении железа, углерода и других примесей, в мартеновских печах—за счет тепла горения жидкого (мазут) или газообразного (природный газ) топлива, в электродуговых печах — за счет подводимой электроэнергии.

Сущность производства стали в конвертерах заключается в том, что при вдувании газообразного кислорода в металл про­исходит окисление железа, углерода, кремния и марганца.

В результате протекания этих реакций выделяется тепло, обеспечивающее не только нагрев металла, но и возможность перерабатывать до 30 % металлолома. Продукты реакции окис­ления железа, марганца и кремния образуют первичный шлак, который может интенсивно растворять футеровку. Для предот­вращения разрушения футеровки в конвертер добавляют известь. Шлак с высоким содержанием СаО слабо взаимодейст­вует с футеровкой. Кроме того, такой шлак обеспечивает рафи­нирование стали от фосфора и частично от серы.

-

Рис. 1. Общий вид конвертера с верхней продувкой:

1 — опорный подшипник; 2 цапфа; 3 кожух; 4 опорное кольцо, 5-футеровка, 6 опорная станина

Устройство кислородного конвертера. В настоящее время при производстве стали применяется два типа конвертеров: с продувкой кислородом сверху и с комбинированной продув­кой. На рис.1 приведена схема конвертера с верхней про­дувкой. Собственно конвертер представляет собой металличе­ский сварной кожух, футерованный внутри. В качестве огне­упорного материала используется обычно смолодоломитовый кирпич. Футеровка конвертера работает в тяжелых условиях. На нее воздействуют высокие температуры и ее колебания, она испытывает механические удары кусков твердых загружаемых материалов. Особо тяжелые условия работы футеровки—в зоне шлакового пояса. Стойкость футеровки достигает 1000 и более плавок.

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.

Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!