Реферат: Производство стали

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

<span Arial",«sans-serif»; mso-no-proof:yes">1.

<span Arial",«sans-serif»">Сущность процесса

Сталь отличается от чугуна меньшим содержаниемуглерода, кремния, марганца, примесей серы и фосфора. Исходные материалы дляполучения стали— передельныйчугун и стальной лом (скрап). Следовательно, сущностью передела чугуна в стальявляется уменьшение содержания углерода и других элементов и перевода их в шлакили газы.

В настоящее время сталь получают в кислородныхконвертерах, мартеновских и электрических печах.

<span Arial",«sans-serif»">Производствостали в кислородных конвертерах

  Кислородно-конвертерныйпроцесс заключается в продувке  жидкогочугуна кислородом.

1.1 Кислородный конвертер (рис.1) представляет собой сосуд1  грушевидной формы из стального листа,футерованный внутри  основным кирпичом2. Рабочее положение конвертера вертикальное.  Кислород подается в него под давлением0,8...1 МПа с помощью  водоохлаждаемойфурмы3, вводимой в конвертерчерез горловину4 и располагаемойнад уровнем жидкого металла на расстоянии  0,3...0,8 м.

Конвертеры изготовляют емкостью 100...350 т жидкого чугуна. Общий расход техническогокислорода на получение1 т стали,составляет50...60 м3.

Материалами для получения стали в кислородном конвертереслужат жидкий передельный чугун и стальной лом. Длянаводки шлака в конвертер добавляют железную руду и известь, а для егоразжижения— боксит и плавиковый шпат.

Передначалом работы конвертер поворачивают на цапфах5 вокруг горизонтальной оси и с помощью завалочной машины загружают до30 % металлолома, затем заливают жидкийчугун при температуре1250...1400 °С,возвращают конвертер в исходное вертикальное положение, вводят кислороднуюфурму, подают кислород и добавляют шлакообразующие материалы.

Изменение металла по ходу плавки показано на рис.2. При продувке происходит окисление углеродаи других примесей как непосредственно кислородом дутья, так и оксидом железа FeO.Одновременно образуется активный шлак с необходимым содержанием СаО, благодаря чему происходит удаление серы и фосфора собразованием устойчивых соединенийP2O5 — ЗСаОи CaSв шлаке.

В момент, когда содержание углерода достигает заданногодля выплавляемой марки стали, подачу кислорода прекращают, конвертерповорачивают и выливают вначале сталь, а затем—шлак.

Для уменьшения содержания кислорода сталь при выпуске изконвертера раскисляют, т. е. вводят в нееэлементыс большим, чем у железа, сродством к. кислороду(Si,Mn,A1).Взаимодействуя с оксидом железаFeO,они образуют нерастворимыеоксиды МпО, SiO2, А1203, переходящиев шлак.

Производительность кислородного конвертера емкостью300 т достигает 400...500 т/ч, в то время как производительность мартеновских иэлектропечей не превышает80 т/ч.Благодаря высокой  производительности ималой металлоемкости кислородно-конвертерный способ становится основнымспособом производства стали.

<img src="/cache/referats/12672/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1030"><img src="/cache/referats/12672/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">  рис.1                                         рис.2                                         

<img src="/cache/referats/12672/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

<span Arial",«sans-serif»; mso-no-proof:yes">2.

<span Arial",«sans-serif»">Производство стали в мартеновских печах

2.1  Мартеновская печь (рис.3) представляет собой регенеративную пламеннуюпечь, высокая температура в которой(1750…1800 °С) достигается за счет сгорания газа в плавильном пространстве.Газ и воздух подогреваются в регенераторах. Слева от плавильного пространства7 находятся каналы для газа3 и воздуха4, соединенные с регенераторами 1 и2. Такие же каналы для газа9и воздуха8 имеютсясправа от плавильного пространства7; онисоответственно соединены с регенераторами10и11. Каждый из регенераторовимеет насадку из выложенного в клетку огнеупорного кирпича. Шихта загружаетсячерез окна5.

Подаваемые в печь газ и воздух проходят черезпредварительно нагретые до температуры1200…1250 °С регенераторы10 и11, нагреваются в них и поступают вплавильное пространство печи. Здесь газ и воздух смешиваются и сгорают, образуяпламя высокой температуры. Продукты сгорания по каналам3 и4поступают в регенераторы1 и2, нагревают их, охлаждаясь до 500...600 °С, и уходят в дымовую трубу13. По мере охлаждения регенераторов10 и11направление газа и воздуха в печи меняют на обратное переключением клапанов12 и14.Тогда газ и воздух поступают в плавильное пространство по каналам3 и4,пройдя нагретые регенераторы1 и2, а продукты сгорания выходятпо каналам8 и9, нагревают насадку регенераторов10 и11и уходят в трубу13. Такимобразом, газ и воздух при работе печи проходят через попеременно нагреваемые толевые, то правые регенераторы.

Мартеновские печи, работающие на мазуте, имеют с каждойстороны по одному регенератору для нагрева только воздуха.

В нашей стране эксплуатируются мартеновские печи емкостьюот20 до900 т жидкой стали. Важной характеристикой этих печей является такжеплощадь пода6. Для печи емкостью900 т она составляет около120 м2.

2.2  Мартеновский процесс. Материалами длявыплавки стали в мартеновской печи могут быть: стальной лом (скрап), жидкий ятвердый чугуны, железная руда. В зависимости от их соотношения в шихтеразличают:

1) скрап-рудныйпроцесс на шихте из жидкого чугуна с добавкой25...39 % стального скрапа и железной руды;

2) скрап-процесс нашихте из стального лома и25...45 %чушкового передельного чугуна.

Флюсом в обоих процессах обычно служит известнякСаСО3(8...12%от массы металла).

Более широкое применение в металлургии получил скрап-рудныйпроцесс выплавки стали в основной мартеновской печи. Вначале в печь загружают ипрогревают железную руду и известняк, затем добавляют стальной скрап и заливаютжидкий чугун. В процессе плавки примеси в чугуне окисляются за счет оксидажелеза руды и скрапа:

3Si+ 2Fе2Оз== 3SiO2+4Fe; ЗМп+Fe20з== ЗМпО+ 2Fe;

6Р+5Fе2Оз= ЗРзО5+ lOFe;ЗС+Ре20з= ЗСО+ 2Fe.

Сера удаляется в результате взаимодействия сернистогожелеза с известью:

<st1:place w:st=«on»>FeS</st1:place>+ СаО== FeO + CaS.

ОксидыSiO2, MnO, P2O5, CaO, а также сульфидCaS образуют шлак, периодически выпускаемый изпечи в шлаковые чаши.

Для интенсификации процесса плавления и окисления примесейванну продувают кислородом, подаваемым через водоохлаждаемыефурмы. Продувка кислородом позволяет в 2...3 раза сократить длительностьпроцесса, уменьшить расход топлива и железной руды.

После плавления шихты начинается период кипения ванны. Вэто время интенсивно окисляется углерод в металле. В момент, когда содержаниеего достигает заданного, а количество серы и фосфора уменьшается до минимума,кипение прекращают и начинают раскисление стали вванне печи ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. Окончательно стальраскисляют алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше при выпуске сталииз печи.

Скрап-процесс применяют на машиностроительныхзаводах, не располагающих жидким чугуном. От скрап-рудного процесса оннесколько отличается завалкой и плавлением шихты.

Основной скрап-процесс применяется для выплавкиуглеродистых и легированных сталей.

Показатели работы мартеновских печей: съем стали с1 м2 пода печи в сутки и расходтоплива на тонну выплавленной стали. На отечественных заводах съем сталисоставляет около10 т/м2 всутки, а расход топлива при скрап-рудном процессе— 120...180 и при скрап-процессе—170...250 кг/т.

Интенсификациямартеновского производства достигается использованием печей большей емкости,хорошей подготовки шихтовых материалов, автоматизации процесса плавки.Повышению производительности печей и экономии топлива способствует применениекислородного дутья. я твердый чугуны, железная руда. В зависимости от ихсоотношения в шихте различают:

1) скрап-рудныйпроцесс на шихте из жидкого чугуна с добавкой25...39 % стального скрапа и железной руды;

2) скрап-процесс нашихте из стального лома и25...45 %чушкового передельного чугуна.

Флюсом в обоих процессах обычно служит известняк СаСО3 (8...12%от массы металла).

Более широкое применение в металлургии получил скрап-рудныйпроцесс выплавки стали в основной мартеновской печи. Вначале в печь загружают ипрогревают железную руду и известняк, затем добавляют стальной скрап и заливаютжидкий чугун. В процессе плавки примеси в чугуне окисляются за счет оксидажелеза руды и скрапа:

3Si+ 2Fе2Оз== 3SiO2+4Fe; ЗМп+Fе20з== ЗМпО+ 2Fe;

6Р+ 5Fе2Оз=ЗРзО5+ lOFe; ЗС+ Fе20з= ЗСО+ 2Fe.

Сера удаляется в результате взаимодействия сернистогожелеза с известью:

<st1:place w:st=«on»>FeS</st1:place>+ СаО== FeO + CaS. Оксиды SiO2, MnO, P2O5,CaO,а также сульфидCaS образуют шлак,периодически выпускаемый из печи в шлаковые чаши.

Для интенсификации процесса плавления и окисления примесейванну продувают кислородом, подаваемым через водоохлаждаемыефурмы. Продувка кислородом позволяет в 2...3 раза сократить длительностьпроцесса, уменьшить расход топлива и железной руды.

После плавления шихты начинается период кипения ванны. Вэто время интенсивно окисляется углерод в металле. В момент, когда содержаниеего достигает заданного, а количество серы и фосфора уменьшается до минимума,кипение прекращают и начинают раскисление стали вванне печи ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. Окончательно стальраскисляют алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше при выпуске сталииз печи.

Скрап-процесс применяют на машиностроительныхзаводах, не располагающих жидким чугуном. От скрап-рудного процесса оннесколько отличается завалкой и плавлением шихты.

Основной скрап-процесс применяется для выплавкиуглеродистых и легированных сталей.

Показатели работы мартеновских печей: съем стали с1 м2 пода печи в сутки и расходтоплива на тонну выплавленной стали. На отечественных заводах съем сталисоставляет около10 т/м2 всутки, а расход топлива при скрап-рудном процессе— 120...180 и при скрап-процессе—170...250 кг/т.

Интенсификация мартеновского производства достигаетсяиспользованием печей большей емкости, хорошей подготовки шихтовых материалов,автоматизации процесса плавки. Повышению производительности печей и экономиитоплива способствует применение кислородного дутья.

<span Arial",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">3.

<span Arial",«sans-serif»"> Разливка стали

Выплавленную в плавильной печи сталь выпускают в сталеразливочныйковш (рис.4) и мостовым краномпереносят к месту разливки в слитки. Емкость ковша обычно определяется емкостьюплавильной печи и составляет 5...250 т. Для крупных плавильных печей применяютковши емкостью до450 т (диаметром ивысотой до6 м).

Сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы установокдля непрерывной разливки.

3.1 Изложницыпредставляют собой чугунные формы для получения слитков различного сечения.Масса слитков для прокатки обычно составляет10...12 т (реже—до25 т), а для поковок достигает 250...300 т. Легированные стали иногда разливают вслитки массой в несколько сотен килограммов.

Применяют два способа разливки стали в изложницы: сверху исифоном.

При разливке сверху (рис.5,а) сталь заливают из ковша2 вкаждую изложницу1 отдельно. Притакой разливке поверхность

<img src="/cache/referats/12672/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

слитковвследствие попадания брызг жидкого металла на стенки изложницы может быть загрязненнойпленками оксидов.

При сифонной разливке (рис.5, Б) сталью заполняют одновременно от2 до60 установленных наподдоне5 изложниц через центровойлитник3 и каналы в поддоне. Вэтом случае сталь поступает в изложницы снизу, что обеспечивает плавное, безразбрызгивания их заполнение, поверхность слитка получается чистой, сокращаетсявремя разливки. Сталь в надставке4сохраняется в жидком

<img src="/cache/referats/12672/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1027">

рис. 5                                                                                                                    рис.6

состоянии,благодаря чему уменьшаются раковина и отходы слитка при обрезке.

Разливку сверху обычно применяют для углеродистых, аразливку сифоном— для легированныхсталей.

3.2 Непрерывнаяразливка стали производится на специальных установках— УНРС (рис.6).Жидкую сталь из ковша6 черезпромежуточное устройство5 непрерывнозаливают сверху в водоохлаждаемую изложницу без дна— кристаллизатор4, а из нижней его части вытягивают со скоростью 1...2,5 м/минс помощью валков 3 затвердевающийслиток. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой, окончательнозатвердевает и попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком2 на слитки определенной длины.Полученные слитки с помощью кантователя/ опускаются на роликовый конвейер и подаютсяна прокатные станы.

На УНРС получают слитки прямоугольного сечения размерамиот150 Х500 до300 Х200 мм, квадратного со стороной от150 до 400мм, а также круглые в виде толстостенных труб.

Благодаря непрерывному питанию и направленномузатвердеванию в слитках., полученных на УНРС, отсутствуют усадочные раковины.Поэтому выход годных заготовок может достигать96… 98 % массы разливаемой стали, поверхность получаемых слитковотличается хорошим качеством, а металл слитка—плотным и однородным строением.

<span Arial",«sans-serif»; mso-no-proof:yes">4.

<span Arial",«sans-serif»">Затвердевание и строение стальных слитков

Процесс затвердевания стального слитка и образованиекристаллической структуры в нем был рассмотрен выше. Необходимо добавить, чтостроение слитка определяется не только условиями охлаждения, но и степенью раскисления. По этому признаку стали делятся на кипящие,спокойные и полуспокойные.

4.1 Кипящейназывают сталь, не полностью раскисленную в печи. Ее раскисление продолжается в изложнице за счет взаимодействияоксида железа FeO с углеродом. Образующийся при этом оксид углерода СОвыделяется из ста

<img src="/cache/referats/12672/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

держитнеметаллических примесей, обладает высокой пластичностью.

4.2. Спокойнуюсталь получают при полном раскислении металла впечи и ковше (рис.7, Б). Такая стальзатвердевает без выделения газов, в слитке образуется плотная структура, аусадочная раковина концентрируется в верхней части, что значительно уменьшаетвыход годного металла.

4.3.Полуспокойная сталь получается при раскисленииферромарганцем и недостаточным количеством ферросилиция или алюминия. В этомслучае слиток не имеет концентрированной усадочной раковины, в нижней части онобычно имеет строение спокойной, а в верхней—кипящей стали (рис. 7, в). Такая сталь по качеству и стоимости являетсяпромежуточной между кипящей и спокойной.

5 Способы повышения качества стали

Выплавленные в кислородных конвертерах, мартеновскихи электрических печах стали не всегда удовлетворяют по своим свойствамтребованиям современной техники. Для повышения их качества разработаны специальныетехнологические процессы внепечного рафинирования и рафинирующих переплавов.

Из методов внепечного рафинирования стали наиболее широкоеприменение получила обработка в вакууме и жидкими синтетическими шлаками.

1. Вакуумнуюобработку применяют для уменьшения содержания в стали растворенных газов инеметаллических включений. С этой целью выплавленную в мартеновских илиэлектрических печах сталь выдерживают в течение10..,15 мин в специальных камерах с остаточным давлением265...665 Па в ковше или при заливке визложницу. При понижении давления растворимость газов в стали (азота, водорода)уменьшается и они в виде пузырьков всплывают на поверхность, захватывая с собойи неметаллические включения.

Вакуумная обработка позволяет уменьшить в 3...5 раз содержаниегазов и в 2...3 раза неметаллических включений в стали, что способствуетповышению ее прочности и пластичности.

5.2. Обработка сталисинтетическим шлаком заключается в следующем. В разливочныйковш перед выпуском стали из плавильного агрегата наливают3...5 % по отношению к массе стали жидкогошлака, содержащего55 % СаО,42 % Al2O3, до3 % SiO2 и1 % FeO.Затем в ковш по возможности с большей высоты мощной струёй выпускаютвыплавленную сталь. В результате интенсивного перемешивания стали и шлака поверхностьих взаимодействия увеличивается в сотни раз по сравнению с той, которая имеетсяв печи. Поэтому процессы рафинирования резко ускоряются и для их протеканиятребуется уже не1,5...2 ч, как обычно впечи, а примерно столько, сколько уходит на выпуск плавки.

Рафинированная синтетическим шлаком сталь отличается низкимсодержанием кислорода, серы и неметаллических включений, что обеспечивает ейвысокую пластичность и ударную вязкость.

<img src="/cache/referats/12672/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">

<img src="/cache/referats/12672/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">

К числу рафинирующих переплавов относятся:электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой, электронно-лучевой и др.

5.3.Электрошлаковый переплав (ЭШП) заключается в следующем. Переплавляемаясталь подается в установку в виде расходуемого (переплавляемого) электрода1 (рис.8).Расплавленный шлак2 (смесь60...65 % CaF2,25...30 % Al2O3,CaOи другие добавки) обладает большим электросопротивлениеми при прохождении электрического тока в нем генерируется тепло, достаточное длярасплавления электрода. Капли металла проходят слой шлака, собираются в ванне3 и затвердевают в водоохлажденнойизложнице 4, образуя слиток5. При этом кристаллизация металлапроисходит последовательно и направлена снизу вверх, что способствует удалениюнеметаллических включений и пузырьков газа и тем самым образованию плотной иоднородной структуры слитка. В конце переплава поддон6 опускают и затвердевший слиток извлекают из изложницы.

Современные установки ЭШП позволяют получать слиткиразличного сечения массой до40 т.

5.4.Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) осуществляется в вакуумных дуговых печах срасходуемым электродом2 (рис.9), при этом слиток4 образуется, как и при ЭШП, в водоохлаждаемойизложнице3. В корпусе1 печи поддерживается вакуум около 1,5 Па, что способствует хорошей очисткеметалла от газов, а направленная кристаллизация обеспечивает удалениенеметаллических включений, получение плотной структуры и исключает образованиеусадочной раковины. Емкость печей для ВДП достигает 50 т.

5.5.Плазменно-дуговой переплав (ПДП) применяется для получения стали и сплавовособо высокой чистоты. Источником тепла в установке служит плазменная дуга стемпературой10 000… 15 000 °С (рис.10). Исходным материалом для получения слитковслужит стружка или другие дробленные отходы металлообрабатывающейпромышленности. Металл плавится и затвердевает в  водоохлаждаемомкристаллизаторе, а образующийся слиток вытягивается вниз. Благодаря высокойтемпературе из металла интенсивно

<img src="/cache/referats/12672/image018.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">

<img src="/cache/referats/12672/image020.jpg" v:shapes="_x0000_i1033">

испаряютсясера и фосфор, а также удаляются неметаллические включения.

5.6.Электронно-лучевой переплав (ЭЛП) осуществляется за счет тепла,образующегося в результате облучения переплавляемого металла потокомэлектронов. Переплав ведется в вакуумных установках при остаточном давлении0,001 Па, а затвердевание слитка—в водоохлаждаемомкристаллизаторе (рис.11). Глубокийвакуум и благоприятные условия затвердевания обеспечивают получение особочистого металла. Поэтому ЭЛП применяют для получения сталей особо высокойчистоты, сплавов со специальными свойствами, а также чистых тугоплавкихметаллов (W, Mo, Nbидр.).

СОДЕРЖАНИЕ

1.Сущность процесса

1.1<span Times New Roman"">  

Кислородный конвертер

2.Производство стали в мартеновских печах

       2.1 Мартеновская печь

2.2<span Times New Roman"">  

Мартеновский процесс.

3.Разливка стали

       3.1Изложницы

       3.2Непрерывная разливка стали

4.Затвердевание и строение стальных слитков

       4.1Кипящей

       4.2 Спокойную сталь

       4.3Полуспокойная сталь

5Способы повышения качества стали

       5.2Обработка стали

       5.3Электрошлаковый переплав

       5.4Вакуумно-дуговой переплав

       5.5Плазменно-дуговой переплав

       5.6Электронно-лучевой переплав

МИНИСТЕРТСВО  ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КГТУ

Кафедра ТКМ

РЕФЕРАТ

Производствастали

Выполнил:

Ст. гр. МТ 11-1

ГохбергА. В.

Г.Красноярск2002

еще рефераты
Еще работы по технологии