Выбор технологии выплавки стали 51ХФА

Введение.

ЭКОНОМИКА И ТЕХНОЛОГИЯ КОВШЕВОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА И СТАЛИ

Технологические и организационные причины предопределяются необходимостью специальной разработки  составов синтетических шлакообразующих смесей, способов их приготовления и  применения с учетом выплавки конкретных марок сплавов и условий производства. Зачастую технологические причины предопределяют усложнение процесса, изменение удельных стоимостных затрат на исходные материалы, использование дополнительного подогрева металла в ковше (например в ковше-печи) и встречают определенное сопротивление технологических служб по освоению новых процессов. При этом административные меры воздействия на технологические службы не всегда обеспечивают достижение  желаемых результатов.

В связи с этим предлагаемые новые технологии должны опираться на тщательный анализ всех выше указанных аспектов.  Особенно это касается экономических аспектов, так как зачастую экономические показатели являются главными в принятии решения о внедрении новых технологий.

Рассмотрим  пример учета результатов экономического анализа при внедрении новой технологии десульфурации и дефосфорации  стали при доводке расплава в ковше. Предлагается, например  десульфурацию стали проводить непосредственно в ковше сразу после выпуска ее из печи (ковшевой процесс десульфурации) с использованием кусковых легкоплавких десульфураторов без дополнительного внешнего подогрева металла. Особенность новой технологии состоит в том, что взамен синтетических шлакообразующих смесей для удаления серы или фосфора из стали предложено применять комплексные кусковые легкоплавкие высокоактивные реагенты десульфураторы или дефосфораторы, которые поставляются потребителям в готовом кондиционном виде.

При использовании в технологиях плавки сталей новых комплексных материалов реагентов экономические показатели можно учесть по следующим направлениям

Во-первых, предприятие-потребитель освобождается от необходимости   организовывать у себя  приготовление синтетических шлакообразующих смесей, которое обычно связано с значительными экономическими затратами и  неблагоприятным воздействием на экологию окружающей среды из-за интенсивного пылевыделения.

Во-вторых, применение технологии удаления из стали  вредных примесей  кусковыми материалами взамен известных порошкообразных материалов обеспечивает значительное (до 30%) сокращение их удельного расхода, как за счет повышения эффективности высокоактивных реагентов, так и за счет снижения непроизводительных потерь, имеющих место при использовании порошковых материалов.

В-третьих, предлагаемые комплексные материалы реагенты характеризуются высокой  реакционной способностью и легкоплавкостью, что позволяет проводить операции десульфурации или дефосфорации  в ковше без дополнительного подогрева за короткий период времени и снизить в связи с этим тепловые потери на этих операциях.

Вместе с этим, как показал опыт работы на ряде заводов, применение кусковых легкоплавких материалов реагентов для удаления из стали серы или фосфора в ковше позволяет исключить многократные операции наведения и скачивания шлака в печи, что обеспечивает существенное сокращение удельных энергозатрат.

ЗАО Урал ВИМ производит и поставляет комплексные кусковые легкоплавкие материалы реагенты для проведения десульфурации или дефосфорации стали непосредственно в разливочном ковше. В составе материалов – реагентов  содержатся до 5-ти компонентов, каждый из которых предназначается для выполнения определенной функции. Исходные компоненты в виде порошков предварительно тщательно смешиваются и окусковываются  при высоких давлениях. Поэтому кусковые материалы имеют высокую исходную прочность,  которая позволяет исключить их дробление при транспортировке или производственных пересыпах.

Как показал опыт работы на ряде заводов, наиболее привлекательным для литейщиков  являются десульфураторы с экзотермической или  углеродосодержащей добавкой, которые наиболее эффективны при выплавке в основной электропечи легированных марок стали ответственного назначения.  Опыт показал, что ознакомление потребителя с результатами экономического анализа их производства обычно завершается внедрением новых материалов для глубокого удаления серы и фосфора из стали непосредственно в разливочном ковше.

 Новая технология легирования - искусство взять азот.

Ижевские ученые готовы предложить технологии получения высокоазотистой стали в промышленном масштабе: они позволят заменить дорогостоящий никель в нержавеющих сплавах. Вопрос, как всегда, в инвестициях: наука ждет их от государства и бизнеса Взрывной рост цен искажает структуру себестоимости нержавеющей стали, при изготовлении которой никель применяется как легирующая добавка.

Российских производителей спецсталей подобная ситуация не устраивает. Никель - не главный элемент для производства нержавеющей стали. Если цены на продукт поднимаются на неприемлемо высокий уровень, его меняют на более дешевый. Производители вынуждены инвестировать в науку, в поиск альтернативных решений, направленных на замену никеля в сплавах.

Между тем готовые технологии есть. Исследованиями в области получения высокоазотистых сталей занимается ижевский Научно-исследовательский институт металлургической технологии (НИИМТ).

В качестве легирующего элемента удмуртские ученые применяют азот. Он повышает прочность стали, увеличивает ее эластичность, коррозионную и жаростойкость в агрессивных средах.

Эта технология позволяет получить материалы с новыми свойствами, и значительно дешевле. Азот - вокруг нас, его в окружающем воздухе более 70%. Искусство взять азот из воздуха и закачать в сталь - и есть высочайшая технология. Она поможет создать материалы нового поколения.

Применение высокоазотистой стали широко: в авиации - для производства облегченных трубопроводов гидросистем летальных аппаратов; в судостроении - при создании высокопрочных немагнитных материалов. Простой пример. В морском хозяйстве и океанографических исследованиях нужны канаты из таких материалов с длительным сроком службы, но существующие стали, как отечественные, так и зарубежные, производство сверхпрочной и сверхтонкой проволоки для них не обеспечивают. Металл с высоким содержанием азота необходим нефтяникам для создания оборудования, работающего под землей, и для подводной добычи нефти в агрессивных средах. Для энергетиков мы можем разработать технологию производства сталеалюминевых проводов с немагнитными сердечником и оболочкой и грозозащитные немагнитные тросы. Уникальность технологии в том, что такая продукция способна снизить потери при передаче электроэнергии до 40%. Огромные потери из-за высокого содержания углерода в металле несет ОАО "Российские железные дороги". У вагонного колеса, выполненного из высокоазотистой стали, коэффициент трения меньше, а износостойкость выше в разы. Специальные низкоуглеродистые нержавеющие стали найдут применение в пищевой, медицинской, химической промышленности.

Перед машиностроителями не стоят пока глобальные задачи: в их распоряжении огромный запас металлозаготовок, произведенных в качестве мобилизационных ресурсов еще в советское время. Сейчас этот металл и используется российскими производителями, продается в Китай, Европу. Но качество его уже не отвечает требованиям сегодняшнего дня.

Новые технологии НИИМТа могли бы основательно продвинуть производство оборудования, например, для бумагоделательных машин. Сегодня его выпускают только три страны: Япония, США и Россия в Ижевске. Первые две начали выпускать сталь нового класса с пониженным содержанием углерода (0,05%). В результате выросли скорости вращения валов, а самое главное - намного повысилась их коррозионная стойкость. В итоге завод "Буммаш" делал до 200 каландровых валов, а сегодня - две-три штуки: их перестали брать, наши заводы производители бумаги стали закупать валы на Западе. А проблема решаема: внедрить в промышленных масштабах технологию производства высокоазотистой стали.

Нефтяники, например, поняли, что вместо того, чтобы закупать трубы для глубинного и горизонтального бурения в Дании, Германии или Японии, их можно изготовить в России, что обойдется им в два-три раза дешевле при сохранении всех необходимых свойств металла.

Проблема в том, что отечественные металлургические предприятия не готовы работать по новым технологиям: требуется серьезная реконструкция, которая повлечет за собой огромные затраты. Например, для реконструкции только двух предприятий на Урале, где можно было бы начать выпуск металла с новыми свойствами, необходимо 200 - 300 млн. рублей. Зарегистрированы технические условия проекта, разработанного специально для КамАЗа, чтобы получать металл для штампов горячего деформирования. Материал, поступающий на кузнечное производство КамАЗа, сейчас соответствует ГОСТу, но этот стандарт уже отстал от современных требований. По новым техническим условиям, разработанным в НИИМТе совместно с АвтоВАЗом, мы будем создавать для КамАЗа металл нового класса с высоким содержанием азота. Что даст эта сталь? Снижение себестоимости передней балки автомобиля, коленчатого вала, поворотного кулака. В итоге предприятие сможет не поднимать цену на свой автомобиль. Сейчас комплект штампов на переднюю балку весит 12 тонн, а стоимость одной тонны - около 100 тыс. рублей. На оснастку необходимо и того больше, а снимут с этой оснастки тысячу изделий. Разработана технология получения металла, стойкость которого в полтора-два раза выше, а значит, дорогостоящей штамповой оснастки потребуется настолько же меньше. На контрольных испытаниях штампа передней балки достигнута стойкость 7500 изделий. Отсюда и появляется возможность не повышать цену на автомобиль. Производить металл планируется в цехах ОАО "Буммаш".

Но преимущества высокоазотистых сталей известны давно.

Для получения высокоазотистой стали используются несколько способов переплава (очистки): электрошлаковый, вакуумнодуговой, электронно-лучевой. В 1963 году создана технология нового процесса - плазменно-дуговой переплав металлов и сплавов. Он позволяет получать стали и сплавы с заданными свойствами.

Первый слиток выплавлен в лабораторной плазменно-дуговой печи Института электросварки имени Е.О. Патона. В 1976 году на Ижевском металлургическом заводе смонтирована плазменно-дуговая печь для выплавки слитков стали массой до 5 тонн. Учеными НИИМТа разработана промышленная технология получения высокоазотистой стали в этой печи.

Практически все зарубежные запатентованные изобретения этой тематики - повторение российских или советских изобретений.

Технологии их получения методом плазменно-дугового переплава разработаны в НИИМТе еще в 80-х годах. Производство было организовано на "Ижстали": фактическое содержание азота достигало 0,85%. Учёные предложили технологию легирования стали азотом до 1%, разработали пять марок нового класса нержавеющих аустенитных сталей с содержанием азота от 0,2 до 0,9%. Сегодня таких технологий нет больше ни у кого.

В 2002 году сталь с содержанием азота 0,25 -- 0,45% получили в московском Институте металлургии и материаловедения РАН совместно с ЦНИИ конструкционных материалов "Прометей" из Санкт-Петербурга. В 2005 году в прессе сообщалось: ученые "Прометея" получили сталь принципиально нового типа - азотистую, с уменьшенным содержанием дорогостоящих и дефицитных легирующих металлов. Но и в том, и в другом случае это технологии для производства сталей в небольших количествах.

Мы можем производить этот металл на своих мощностях, но в ограниченном объеме. Например, сейчас учёные НИИМИТа готовятся к опытной работе (по заказу Росавиакосмоса) совместно с Верхнесалдинским металлургическим производственным объединением "Корпорация ВСМПОАвисма": оборудование корпорации, металл - НИИМТа.

У них есть опытнопромышленные технологии, защищенные патентами. Сегодняшняя задача - отшлифовать эти технологии и создать оборудование для получения высокоазотистых сталей в промышленном масштабе. А для этого нужны средства. Если не платить своим, придется платить чужим.

1.Технологическая часть.

1.1. Определение химического состава стали 51 ХФА.

1.2. Назначение стали 51ХФА, её физические и механические характеристики.

Назначение - в улучшенном состоянии – шлицевые валы, траверсы, штоки, установочные винты, валы экскаваторов, и другие детали, работающие при температуре до 40?С, после закалки и низкого отпуска – червячные валы и

другие детали повышенной износостойкости.

Температура критических точек материала 51 ХФА.

Ac₁ = 752 ,      Ac₃(Ac_m) = 788 ,       Ar₃(Arc_m) = 746 ,       Ar₁ = 688 ,       Mn = 300

Механические свойства при Т=20?С

Физические свойства материала 51 ХФА.

Технологические свойства материала 51ХФА.

Обозначения:

1.3 Производство стали в электрических печах.

В электропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше.

В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.

Мощные электропечи успешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо вводить в сталь для легирования и раскисления.

Устройство дуговых электропечей.

Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.

Механическое оборудование дуговой печи.

Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из листового железа толщиной 16–50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожуха определяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. Наиболее распространенным в настоящее время является кожух конической формы. Нижняя часть кожуха имеет форму цилиндра, верхняя часть — конусообразная с расширением кверху. Такая форма кожуха облегчает заправку печи огнеупорным материалом, наклонные стены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше расположена от электрических дуг. Используют также кожухи цилиндрической формы с водоохлаждаемыми панелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жесткости. Днище кожуха обычно выполняется сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и минимальную массу кладки. Днище выполняют из немагнитной стали для установки под печью электромагнитного перемешивающего устройства.

Сверху печь закрыта сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводовом кольце, которое выдерживает распирающие усилия арочного сферического свода. В нижней части кольца имеется выступ – нож, который входит в песчаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия для электродов. Диаметр отверстий больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносят тепло из печи. Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электродных отверстий и для охлаждения кладки свода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы.

Для загрузки шихты в печи небольшой емкости и подгрузки легирующих и флюсов в крупные, печи скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой рамой. К раме крепятся направляющие, по которым скользит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпичом. Для подъема заслонки используют пневматический, гидравлический или электромеханический привод.

С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали может быть круглым диаметром 120—150 мм или квадратным 150 на 250 мм. Сливной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри желоб футеруют шамотным кирпичом, длина его составляет 1—2 м.

Электрододержатели служат для подвода тока к электродам и для зажима электродов. Головки электрододержателей делают из бронзы или стали и охлаждают водой, так как они сильно нагреваются как теплом из печи, так и контактными токами. Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время является пружинно-пневматический электрододержатель. Зажим электрода осуществляется при помощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электроду пружиной. Отжатие плиты от электрода и сжатие пружины происходят при помощи сжатого воздуха. Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – консоли, который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну жесткую конструкцию. Стойка может перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки. Три неподвижные стойки жестко связаны в одну общую конструкцию, которая покоится на платформе опорной люльки печи. Перемещение подвижных телескопических стоек происходит или с помощью системы тросов и противовесов, приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлических устройств. Механизмы перемещения электродов должны обеспечить быстрый подъем электродов в случае обвала шихты в процессе плавления, а также плавное опускание электродов во избежание их погружения в металл или ударов о нерасплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0 м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин.

Механизм наклона печи должен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° для выпуска стали и на угол 10—15 градусов в сторону рабочего окна для спуска шлака. Станина печи, или люлька, на которой установлен корпус, опирается на два – четыре опорных сектора, которые перекатываются по горизонтальным направляющим. В секторах имеются отверстия, а в направляющих – зубцы, при помощи которых предотвращается проскальзывание секторов при наклоне печи. Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубчатого механизма или гидравлическим приводом. Два цилиндра укреплены на неподвижных опорах фундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люльки печи.

Система загрузки печи бывает двух видов: через завалочное окно мульдозавалочной машиной и через верх при помощи бадьи. Загрузку через окно применяют только на небольших печах.

При загрузке печи сверху в один-два приема в течение 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокращается время плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объем печи. Для загрузки печи свод приподнимают на 150—200 мм над кожухом печи и поворачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочее пространство печи для введения бадьи с шихтой. Свод печи подвешен к раме. Она соединена с неподвижными стойками электрододержателей в одну жесткую конструкцию, покоящуюся на поворотной консоли, которая укреплена на опорном подшипнике. Крупные печи имеют поворотную башню, в которой сосредоточены все механизмы отворота свода. Башня вращается вокруг шарнира на катках по дугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметр которого меньше диаметра рабочего пространства печи. Снизу цилиндра имеются подвижные гибкие сектора, концы которых стягиваются через кольца тросом. Взвешивание и загрузка шихты производятся на шихтовом дворе электросталеплавильного цеха. Бадья на тележке подается в цех, поднимается краном и опускается в печь. При помощи вспомогательного подъема крана трос выдергивают из проушин секторов и при подъеме бадьи сектора раскрываются и шихта вываливается в печь в том порядке, в каком она была уложена в бадье.

При использовании в качестве шихты металлизованных окатышей загрузка может производиться непрерывно по трубопроводу, который проходит в отверстие в своде печи.

Во время плавления электроды прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкий металл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°. При этом электроды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для поворота корпуса приподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпус при помощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики

Футеровка печей.

Большинство дуговых печей имеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химической устойчивостью. Подину сталеплавильной печи набирают в следующем порядке. На стальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест—слой шамотного порошка, два слоя шамотного кирпича и основной слой из магнезитового кирпича. На магнезитовой кирпичной подине набивают рабочий слой из магнезитового порошка со смолой и пеком — продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет 200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 м для крупных печей. Стены печи выкладывают после соответствующей прокладки асбеста и шамотного кирпича из крупноразмерного безобжигового магнезитохромитового кирпича длиной до 430 мм. Кладка стен может выполняться из кирпичей в железных кассетах, которые обеспечивают сваривание кирпичей в один монолитный блок. Стойкость стен достигает 100—150 плавок. Стойкость подины составляет один-два года. В трудных условиях работает футеровка свода печи. Она выдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемого шлаком. Своды крупных печей набирают из магнезитохромитового кирпича. При наборе свода используют нормальный и фасонный кирпич. В поперечном сечении свод имеет форму арки, что обеспечивает плотное сцепление кирпичей между собой. Стойкость свода составляет 50 – 100 плавок. Она зависит от электрического режима плавки, от длительности пребывания в печи жидкого металла, состава выплавляемых стали, шлака. В настоящее время широкое распространение получают водоохлаждаемые своды и стеновые панели. Эти элементы облегчают службу футеровки.

Электрическая дуга—один из видов электрического разряда, при котором ток проходит через ионизированные газы, пары металлов. При кратковременном сближении электродов с шихтой или друг с другом возникает короткое замыкание. Идет ток большой силы. Концы электродов раскаляются добела. В первую половину периода, когда катодом является электрод, дуга горит. При перемене полярности, когда катодом становится шихта — металл, дуга гаснет, так как в начальный период плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. Поэтому в начальный период плавки дуга горит неспокойно, прерывисто. После того как ванна покрывается слоем шлака, дуга стабилизируется и горит более ровно.

1.4.Выбор технологии выплавки стали.

Заправка.

Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошок с добавкой пека или смолы.

Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.

Завалка.

Производится в один приём при помощи корзины, шихту в которой формируют на шихтовом дворе. При завалке корзину подъёмным краном опускают как можно ниже в рабочее пространство, чтобы избежать его повреждения. Шихта укладывается следующим образом: на дно корзины 30% мелкогабаритного лома , 40% - среднегабаритного, наверх 30% крупногабаритного лома. Такое соотношение шихты помогает избежать подвалок.

Плавление.

Начинается с момента загорания дуги. В этот период необходимы следующие операции: при проплавлении колодца (жидкая фаза под электродами) электроды необходимо поднимать, чтобы избежать зажатия электрода обвалившейся в колодец шихтой.

Подрезание шихты газообразным кислородом во избежание её приваривания к футеровке и образования мостов.

Допускается скачивать шлаки и наводить новые, давать присадки, кремний содержащих материалов при бурлении ванны, интенсировать плавку при помощи кислорода или газокислородной смеси.

Если необходима подвалка после расплавления 70% шихты печь отключают, освобождают от свода и электродов, и подваливают оставшуюся шихту при помощи корзины.

Окислительный период.

Основные задачи: окисление избыточного углерода, удаление вредных примесей, снижение газанасыщенности. Делят на окислительный период и чистый кип. Для окисления используют газообразный технический кислород для продувки ванны, а также железную руду.

Чистый кип проводят под шлаками нормальной жидкоподвижности при достаточном их количестве (слой шлака не менее 50 мм.).

Восстановительный период.

При выплавке на жидкой шихте используют обычные ферросплавы раскислители FeSi, FeMn, SiMn, для удаления избыточного углерода и восстановления некоторых элементов, в том числе серы.

При выплавке на легированных отходах вместе с этими раскислителями могут использовать титан, коксовую стружку, в зависимости от марки стали.

Выпуск.

Необходимо обеспечить полный и раздельный от шлака выход металла из печи. Чтобы избежать смывания футеровки ковша, а также её повреждение, ковш наверяют под жёлобом таким образом, чтобы струя металла попадала в центр днища. В ковше проводят окончательное раскисление и корректировку стали по недостающим элементам. Начинают давать присадки ферросплавов при заполнении ковша на две третьи. Перед разливкой производят обязательную выдержку металла в ковше для завершения всех реакций.

Существуют следующие технологии выплавки стали в ДСП:

- без окисления;

- с частичным окислением;

- с полным окислением;

- на свежей шихте;

-на легированных отходах.

Для данной марки стали подойдёт технология выплавки на свежей шихте с полным окислением. В этом случае шихта подбирается только по углероду, содержащемуся в выплавляемой марке.

После загрузки печи электроды опускают на металлическую шихту, предварительно засыпав её сверху известью в количестве 2-3% массы загруженного в печь металла. Известь способствует ровному горению дуги, предохраняет материалы от поглощения газов и быстрее образует шлак. Плавление ведут на самых высоких ступенях напряжения, чтобы быстрее создать в печи жидкую фазу. Ещё до полного расплавления шихты в печь засыпают известь и железную руду, обычно около 1% массы металла, для получения в первом периоде плавки окислительного шлака. Через 10-15 мин после загрузки руды из печи скачивают 60-70% шлака; с ним удаляется большая часть фосфора, так же как и при плавке в мартеновской печи, преимущественно в виде фосфатов железа.

После скачивания шлака в печь опять засыпают известь (1-1,5% массы металла), полностью расплавляют металл и порциями засыпают известь и железную руду для ускорения окисления углерода, фосфора и кремния. По мере повышения температуры усиливаются окисление углерода и кипение ванны, что, как известно, способствует удалению из металла растворённых в нём газов и неметаллических включений.

В период кипения для полного удаления фосфора из металла сливают шлак, причём в это время при высокой температуре и большом количестве извести фосфор связывается в фосфат извести. Вместо слитого шлака наплавляется новый.

После того как содержание углерода в металле достигает нижнего предела для заданной марки, а содержание фосфора снижается до 0,015%, шлак опять удаляют и дают ванне ”прокипеть” 25мин без присадки руды (т.е. проводят чистое, или безрудное, кипение). После этого начинают второй – восстановительный период плавки, загружают в печь смеси извести, плавикового шпата и мелкого кокса для образования уже восстановительного шлака. Имеющийся в металле ванны кислород при этом начинает переходить в шлак, и образующиеся оксиды железа и марганца восстанавливаются имеющимся в шлаке углеродом кокса. После обеления шлака в него вводят ещё более сильные восстановители – молотый ферросилиций или алюминий.

Отличительной особенностью плавки стали в электропечах является активное раскисление шлака, что приводит к диффузионному раскислению металла, непрерывно отдающему растворённый в нём кислород в восстановительный шлак. Такой метод раскисления предотвращает загрязнение металла неметаллическими включениями, выделяющимися при раскислении.

Высокая температура, низкое содержание в шлаке закиси железа и высокое содержание извести в дуговой электропечи позволяют полнее вывести из металла серу. Продолжительность выплавки стали в дуговой печи составляет 3-6 ч и зависит от её мощности и конструкции, выплавляемой марки стали, а также характера исходного сырья.

1.5. Расчёт шихты ферросплавов в завалку.

Согласно плавильной карте:

1.6. Расчёт ферросплавов для заданной стали.

1.7. Хронометраж ведения плавки по периодам.

1. Химический состав готового металла.

1.9. Характеристика и расчёт основных параметров разливки.

Обычно время выдержки металла в ковше от момента слива металла в ковш до момента открытия стопора при разливке составляет 5-15 мин. Выдержкой преследуется цель создать условия для выделения из жидкой стали неметаллических включений.

Изучение процесса кристаллизации стальных слитков показало прямую зависимость его от температуры разливки. Поэтому выбор правильной температуры разливки является одним из решающих факторов для получения слитка высокого качества.

Следующим фактором, определяющим качество слитка, является скорость разливки. Скорость разливки должна подбираться соответственно температуре металла, весу слитка и химическому составу разливаемой стали. Очень медленная и очень быстрая разливка стали часто обусловливает получение пористых слитков.

Во время подъёма металла в изложнице у стенок её происходит энергичное сгорание смазки. При слишком же быстрой разливке в момент соприкосновения смазки с металлом сгорает лишь небольшая её часть. Остальная часть смазки сгорает, когда она уже покрыта металлом. Получающиеся при этом газообразные продукты горения полностью не успевают выделиться из металла и образуют в подкорковом слое его пузыри.

Очень медленная разливка также даёт поры, так как на поверхности металла, вяло поднимающегося в изложнице, под действием кислорода воздуха образуется плёнка окислов различной толщины. Плёнка окислов при подъёме металла пристаёт к стенкам изложницы, образуя бугры. Часть окислов плёнки, находящаяся под жидким металлом, вступает в реакцию с углеродом и образует газ (CO) или неметаллические включения. В результате этих реакций в подкорковом слое слитка образуются газовые поры, часто сопровождающие включениями. Поверхность очень медленно и холодно отлитых слитков получается слоистой, покрытой рубцами.

Температуру разливки данной марки стали определяем по диаграмме железо-углерод. Температура составит 1590?С. Разливать сталь 51ХФА лучше сифонным способом. Согласно плавильной карте количество отлитых слитков составит 8 штук, массой 3500 кг.

1.10. Выбор режима охлаждения слитков.

Разливку производят с экзосмесью ТС-4, сверху засыпают песком.

Слитки этой марки стали не переносят резкого охлаждения, и вследствие различных скоростей охлаждения наружных и внутренних слоёв в слитках возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие появление внутренних и наружных трещин. Поэтому слитки охлаждают в неотапливаемых колодцах, прикрываемых крышками. Благодаря большой массе помещённого в колодец горячего металла охлаждение слитков происходит достаточно медленно и равномерно. Время охлаждения слитков составит 8 часов.

1.11 Техника безопасности в сталеплавильном производстве.

Техника безопасности охватывает широкий круг вопросов. Объектами её воздействия являются:

- организация безопасного передвижения людей по территории предприятия, что осуществляется устройством тротуаров, туннелей, пешеходных мостов над железнодорожными путями, барьеров у выходов, ведущих на железнодорожные пути;

- оградительные устройства, для предупреждения прикосновения человека к опасным элементам машин, электросети и др.;

- предохранительные устройства, для предупреждения аварии, поломок частей оборудований и предохранение рабочего от попадания в опасную зону;

- сигнализирующие устройства, для предупреждения рабочих об опасности в виде световой и звуковой сигнализации, указателей уровня жидкости, давления, температуры;

- специальные предохранители. Это – тепловые реле, реле времени, плавкие предохранители;

- знаки безопасности, за которыми закреплены определённые цвета;

- концевые выключатели, размыкающее электрическую цепь, предохраняют механизмы от перегрузок и поломок;

- дистанционное управление- способ вывода работающего за пределы опасной зоны;

- индивидуальные средства защиты, предназначены для предохранения человека от вредного воздействия факторов производственной среды. К ним относятся: спецодежда, спецобувь, диэлектрические перчатки и колоши, очки, респираторы, нарукавники, наколенники, головные уборы и др.

В требованиях к спецодежде для работающих в горячих цехах предусмотрено изготовление костюмов из х/б тканей с огнезащитной пропиткой. А также, из полушерстяных и суконных тканей. Для защиты головы используется теплозащитная маска, для работы у сталеплавильных печей. Применяются каски для проведения ремонтных работ. В качестве спецобуви применяют ботинки с металлическим носком, для предотвращения опасности, ушиба ног падающими предметами. Очки для защиты глаз должны быть прочными и легкими, допускать вентиляцию воздуха, хроршо прилегать к лицу и не раздражать кожу. Для защиты органов слуха используют противошумы ( наушники и вкладыши ).

К работе сталеварами и их подручными допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование и производственное обучение, знающие правила техники безопасности и получившие специальный инструктаж.

Содержание.

Введение 1 стр.

1.Технологическая часть 9 стр.

1.1 Определение химического состава стали 51ХФА 9 стр.

1.2 Назначение стали 51 ХФА, физические и

механические характеристики 9 стр.

1.3 Производство стали в ДСП 12 стр.

1.4 Выбор технологии выплавки стали 19 стр.

1.5 Расчёт шихты ферросплавов в завалку 23 стр.

1.6 Расчёт ферросплавов для заданной марки 24 стр.

1.7 Хронометраж ведения плавки по периодам 24 стр.

1.8 Химический состав готового металла 25 стр.

1.9 Характеристика и расчёт основных параметров разливки 25 стр.

1.10 Выбор режима охлаждения слитков 27 стр.

1.11 Техника безопасности в сталеплавильном производстве 27 стр.

Министерство образования и науки удмуртской республики

Автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Удмуртской Республики

<<Ижевский промышленно-экономический колледж>>

(АОУ <<ИПЭК>>>)

Реферат

Выбор технологии выплавки стали 51ХФА.

ПК.150101(1101)2010.Х32.000Д

Выполнил

Студент группы ЧЗ-06-1

———————————

“——“——————2010

Руководитель

Преподаватель

——————И.А.Крашенинникова

Оценка————————

“——“——————2010