Реферат: Разработка технологии плавки стали в электродуговой печи ДСП-80 и расчет ее механизма

Министерство образования Российской Федерации

Волгоградский  государственный технический университет

Кафедра '' Машины итехнология литейного производства''

Курсовая работа

Тема: Разработка технологии плавки стали вэлектродуговой

печи ДСП-80 и расчет ее механизма.

Выполнил:

Студент Гр. ЛМ-532

Синявин Д.А.

Проверил:

Горелов В.Г.

Волгоград 2001г.


Содержание

Стр. Обоснование выбора плавильного агрегата 3 Аналитический расчет шихты 5 Технология плавки 8 Расчет механизма подъема свода печи 13 Технико-экономические показатели 17 Список использованной литературы 19

Обоснование выбора плавильного агрегата

Существенным отличием получения стали в дуговыхпечах является возможность получения в плавильном пространствевосстановительной или нейтральной атмосферы и различного давления.

Восстановительная атмосфера в электродуговых печахпозволяет получить шлак, содержащий в конце плавки не более 1% FeO, что примерно в 10 раз меньше, чем в обычном шлаке мартеновскойпечи.

Другим отличием является отсутствие в атмосферепечи кислорода. Поэтому ведение окислительных процессов возможно только за счетвнешнего кислорода, источниками которого могут быть железная руда игазообразный кислород, вдуваемый в ванну.

По этой же причине имеют место меньшие потериметалла на угар.

Возможность ведения плавки на шлаке с более высокойтемпературой плавления и перегрева в условиях основного процесса облегчаетосуществление десульфурации. При основном процессе плавки обеспечиваются всеусловия, необходимые для получения стали с минимальным содержанием серы.

В тоже время процесс дефосфорации в электродуговыхпечах хуже.

В электродуговых печах имеются благоприятныеусловия для переплава высоколегированных отходов. Здесь потери дефицитныхлегирующих элементов минимальны.

Особенностью выплавки стали в электродуговых печахявляется возможность работы с одним шлаком, без специального восстановительногопериода. Это значительно сокращает продолжительность плавки, расходэлектроэнергии и улучшает все технико-экономические показатели процесса.

В процессе электроплавки конечный результатпредопределяется в основном взаимодействии двух фаз – металлической и шлаковой.В остальных процессах тремя металлической, газовой и шлаковой

Поэтому с точки зрения возможности использованиявлияния физико-химических факторов на конечные результаты электроплавкаявляется более совершенной. Практически значительное количество дефектов вотливках и слитках из легированных сталей получается из-за плохого качества металлаили вызываются и усугубляются четырьмя вредными примесями: кислородом, серой,водородом и фосфором. Электроплавка является наиболее гибким процессом дляборьбы с тремя примесями: кислородом, серой и водородом.

Основное преимущество дуговой печи заключается ввозможности раскисления и обессеривания металла и легкости его перегрева,поэтому в целях удешевления процесса иногда применяют так называемый«дуплекс-процесс», при котором расплавление скрапа и окисление ведут в болеедешевом плавильном аппарате-мартеновской печи, а затем жидкий металл переливаютв дуговую печь для рафинирования и доводки до нужного состава. Реже применяютдуплекс-процесс «конвертор-электропечь».

При дуплекс-процессах мощность печи может быть меньше,чем при работе на твердой завалке, так как расплавление скрапа в этом случаеотсутствует. Проводящиеся время от времени плавки на твердой завалке выполняютпри уменьшенном весе шихты; они из-за меньшей мощности более длительны, но таккак проводятся не часто (главным образом после ремонта футеровки), то ихудлинение не является существенным. Электрический режим печей, работающих нажидкой завалке, также значительно спокойнее. При наличии жидкого металла,покрытого слоем шлака, дуга горит более стабильный и отсутствуют короткие замыканияиз-за обвалов шихты.

Электродуговая печьможет быть остановлена или пущена в эксплуатацию в любое время, удобное дляпроизводства, и при любом режиме работы.

Капитальные затраты наустановку электродуговых печей в среднем на 40% меньше, чем на установку мартеновскихпечей аналогичной производительности.

Технология плавки

Плавка в дуговойпечи начинается с заправки печи. Жидкоподвижныенагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке.Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, тоона может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производятремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остаткишлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подиныв стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае большихповреждений – порошок с добавкой пека или смолы.Заправкупроизводят заправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатоговоздуха заправочные материалы, или, разбрасывающейматериалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается воткрытую печь сверху.Для наиболееполного использования рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе кэлектродам загружают крупные куски (40 %), ближе коткосам средний лом (45%), на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%).Мелкие куски должны заполнять промежутки между крупными кусками.

           Выплавка сталей включает следующие операции: расплавление металла, удалениесодержащихся в нем вредных примесей и газов, раскисление металла, и выливаниеего из печи в ковш для разливки по изложницам или формам. Значение этихопераций и требования, которые они предъявляют к дуговой печи, могут бытьвесьма различными.

/>Расплавление скрапа необходимо вести по возможностискорее и с минимальным расходом энергии. Зачастую длительность его превосходитполовину продолжительности всей плавки и при этом расходуется 60-80% всейэлектроэнергии. Характерной особенностью периода является неспокойныйэлектрический режим печи. Горящая между концом электрода и холодным металлом дуганестабильна, ее длина невелика и сравнительно небольшие изменения в положенииэлектрода или металла (обвал, сдвиг подплавленного куска скрапа) вызывают либообрыв дуги, либо, наоборот, короткое замыкание. Ход плавления шихты в дуговой печииллюстрируется рис.1. Дуга загорается сначала между концом электрода и поверхностьюшихты (рис.1, а), причем для повышения ее устойчивости в первые минуты подэлектроды обычно подкладывают куски кокса или электродного боя. После сгоранияпоследних начинает подплавляться металл я каплями стекать на />подину. В шихте образуются колодцы, в которыеуглубляются опускающиеся электроды (рис.16) до тех пор, пока они не достигнутподины, на которой во избежание перегрева ее к этому моменту должна бытьобразована лужа расплавленного металла (рис.1в). Это самый беспокойный,неустойчивый период горения дуги; подплавляемые куски шихты падают на электрод,закорачивая дугу опускании куска шихты под торцом электрода может, наоборот,наступить обрыв тока. Горящая между электродом и расплавленным металлом дугаперегревает металл: начинается размыв и расплавление шихты, окружающей колодцы.Колодцы расширяются, уровень жидкого металла в ванне начинает повышаться, аэлектроды-подниматься (рис.1в). В конце этого периода почти весь металлоказывается расплавленным; остаются лишь отдельные куски шихты на откосах(«настыли», рис.1г), расплавляющиеся последними. Чтобы не затягивать периодрасплавления, обычно эти «настыли» сбрасывают ломом в глубь ванны.Период расплавления считают законченным, когда весь металл в печи перешел вжидкое состояние. К этому моменту режим горения дуги становится болееспокойным, так как температура в печи выше, поверхность металла покрыта слоемшлака, образованным заброшенными в печь в период расплавления кусками извести ивсплывающими окислами; длина дуги по сравнению с началом расплавленияувеличивается в несколько раз дуга горит устойчивее, количество толчков тока иобрывов уменьшается.

Окислительный период.

 Послеокончания периода расплавления начинается окислительный период, задачи которогозаключаются в следующем: окисление избыточного углерода, окисление и удалениефосфора; дегазация металла; удаление неметаллических включений, нагревстали.Окислительный период плавки начинают присадкой железной руды, которуюдают в печь порциями. В результате присадки руды происходит насыщение шлака FeO иокисление металла по реакции: (FeO)=/>Fe+[O]. Растворенный кислород взаимодействует с раствореннымв ванне углеродом по реакции [C] +[O]=CO. Происходитбурное выделение пузырей CO, которые вспенивают поверхность ванны, покрытойшлаком. Поскольку в окислительный период на металле наводят известковый шлак схорошей жидкоподвижностью, то шлак вспениваетсявыделяющимися пузырями газа. Уровень шлака становится выше порога рабочего окнаи шлак вытекает из печи. Выход шлака усиливают, наклоняя печь в сторонурабочего окна на небольшой угол. Шлак стекает в шлаковик,стоящий под рабочей площадкой цеха. За время окислительного периода окисляют0,3—0,6 % C со средней скоростью 0,3—0,5 % С/ч. Для обновлениясостава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь и небольшие количестваплавикового шпата для обеспечения жидкоподвижностишлака. Непрерывное окисление ванны и скачиваниеокислительного известкового шлака являются непременными условиями удаления изстали фосфора.

 Для протекания реакцииокисления фосфора 2[P]+5[O]=(P2O5);  (Р2O5)+4(СаО)=(СаО)4*P2O5необходимы высокое содержание кислорода в металле и шлаке, повышенноесодержание CaO в шлаке и пониженная температура.

В электропечипервые два условия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечиваютнаводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный (СаО)4*P2O5 скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходитдегазация стали—удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыриСО, проходящие через металл.Выделениепузырьков СО сопровождается также и удалением из металла неметаллических включений,которые выносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместес пузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла,выравнивание температуры и состава.Общая продолжительностьокислительного периода составляет от 1 до 1,5 ч. Для интенсификацииокислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержаниемуглерода металл продувают кислородом. При продувке кислородом окислительныепроцессы резко ускоряются, а температура металла повышается со скоростьюпримерно 8— 10 С/мин. Чтобы металл не перегрелся, вводят охлаждающие добавки ввиде стальных отходов. Применение кислородаявляется единственным способом получения низкоуглеродистой нержавеющей сталибез значительных потерь ценного легирующего хрома при переплаве.Окислительныйпериод заканчивается, когда содержание углерода становится ниже заданного предела,содержание фосфора 0,010%, температура металла несколько выше температурывыпуска стали из печи. В конце окислительного периода шлак стараются полностью убирать из печи, скачивая его с поверхности металла.Восстановительный периодплавки. После скачивания окислительного шлака начинаетсявосстановительный период плавки. Задачами восстановительного периода плавкиявляются: раскисление металла, удаление серы, корректирование химического состава стали,регулирование температуры ванны, подготовка жидкоподвижногохорошо раскисленного шлака для обработки металла вовремя выпуска из печи в ковш. Раскисление ванны, т. е.удаление растворенного в ней кислорода, осуществляют присадкой раскислителей в металл и на шлак. В началевосстановительного периода металл покрывается слоем шлака. Для этого в печьприсаживают шлакообразующие смеси на основе известис добавками плавикового шпата, шамотного боя, кварцита. В качествераскислителей обычно используют ферромарганец, ферросилиций,алюминий. При введении раскислителей происходят следующие реакции:[Mn]+[O]=(MnO);       [Si]+2 [О] =(SiO2);       2[Al]+ 3[O]=(Al2O3).В результатепроцессов раскисления большая часть растворенногокислорода связывается в оксиды и удаляется из ванны в виде нерастворимых вметалле неметаллических включений. Процесс этот протекает достаточно быстро ипродолжительность восстановительного периода в основном определяется временем,необходимым для образования подвижного шлака. В малых и средних печах привыплавке ответственных марок сталей продолжают применять метод диффузионногораскисления стали через шлак, когда раскислители ввиде молотого электродногобоя, порошка ферросилиция присаживают на шлак. Содержание кислорода в шлакепонижается и в соответствии с законом распределения кислород из металлапереходит в шлак. Метод этот, хотя и не оставляет в металле оксидных неметаллических включений, требуетзначительно большей затраты времени. В восстановительный период плавки, а такжепри выпуске стали под слоем шлака, когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком, активно происходит десульфурация металла по уравнению FeS + CaO=FeO+ CaS.Этому способствует хорошее раскисление стали ишлака, высокое содержание извести в шлаке и высокая температура. В ходе восстановительного периода вводят легирующие– ферротитан,феррохром и др., а некоторые, например никель, присаживают вместе с шихтой.Никель не окисляется и не теряется при плавке. Добавки тугоплавкихферровольфрама, феррониобия производят в началерафинирования, так как нужно значительное время для их расплавления. В настоящеевремя большинство операций восстановительного периода переносят из печи в ковш.Присаживают по ходу выпуска раскислители. Цельювосстановительного периода является обеспечение нагрева стали до заданнойтемпературы и создание шлака, десульфурирующаяспособность которого используется при совместном выпуске из печи вместе состалью.

Порядок легирования.

При выплавке легированныхсталей в электродуговых печах порядок легирования зависит от сродствалегирующих элементов к кислороду. Элементы обладающие меньшим сродством ккислороду, чем железо (никель, молибден) во время плавки не окисляются и ихвводят в начальные периоды плавки- никель в завалку, а молибден в концеплавления или в начале окислительного периода.

Хром и марганец обладают большим сродством к кислородучем железо. Поэтому металл легируют хромом и марганцем после сливаокислительного шлака в начале восстановительного периода.

Вольфрам обладает большим сродством к кислороду, чемжелезо и его обычно вводят в начале восстановительного периода. Он оченьтугоплавкий и поэтому ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чемза 30 мин. до выпуска.

 

Одношлаковый процесс.В связи синтенсификацией процесса электроплавки в последние годы получил большое распространениеметод плавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность этого метода заключаетсяв следующем: дефосфорация металла совмещается спериодом расплавления. Во время расплавления из печи скачивают шлак ипроизводят добавки извести. В окислительный период выжигают углерод. Подостижении в металле Р<< 0,035 % производятраскисление стали без скачивания шлакаферросилицием и ферромарганцем. Затем присаживают феррохром и проводятсокращенный (50—70 мин) восстановительный период с раскислениемшлака порошками ферросилиция и кокса и раскисле-ниемметалла кусковыми раскислителями. Окончательноераскисление производят в ковше ферросилицием и алюминием. В некоторых случаяхвообще не проводят раскисления шлака в печипорошкообразными раскислителями.

Применение синтетического шлака.

Этот метод предусматривает перенесениерафинирования металла из электропечи в разливочный ковш. Для рафинированияметалла выплавляют синтетический шлак на основе извести (52–55%) и глинозема(40%) в специальной электродуговой печи с угольнойфутеровкой. Порцию, жидкого, горячего, активного шлака (4–5 % от массы стали,выплавленной в электропечи) наливают в основной сталеразливочныйковш. Ковш подают к печи и в него выпускают сталь. Струя стали, падая с большойвысоты, ударяется о поверхность жидкого шлака, разбивается на мелкие капли ивспенивает шлак. Происходит перемешивание стали со шлаком. Это способствуетактивному протеканию обменных процессов между металлом и синтетическим шлаком.В первую очередь протекают процессы удаления серы благодаря низкому содержанию FeO вшлаке и кислорода в металле; повышенной концентрации извести в шлаке, высокойтемпературе и перемешиванию стали со шлаком. Концентрация серы может бытьснижена до 0,001 %. При этом происходитзначительное удаление оксидных неметаллическихвключений из стали благодаря ассимиляции, поглощению этих включенийсинтетическим шлаком и перераспределению кислорода между металлом и шлаком.

Обработка металла аргоном.

После выпуска стали из печи через объем металла вковше продувают аргон, который подают либо через пористые пробки, зафутерованные в днище, либо через швы кладки подиныковша. Продувка стали в ковше аргоном позволяет выровнять температуру ихимический состав стали, понизить содержание водорода, удалить неметаллическиевключения, что в конечном итоге позволяет повысить механические и эксплуатационныесвойства стали.

Применение порошкообразных материалов.

 Продувкастали в дуговой электропечи порошкообразными материалами в токе газаносителя(аргона или кислорода) позволяет ускорить важнейшие процессы рафинированиястали: обезуглероживание, дефосфорацию, десульфурацию, раскислениеметалла.

В струе аргона или кислорода в ванну вдуваютсяпорошки на основе извести, плавикового шпата. Для раскисленияметалла используют порошкообразный ферросилиций. Для окисления ванны и дляускорения удаления углерода и фосфора добавляют оксиды железа. Мелко распыленные твердые материалы, попадая в ваннуметалла, имеют большую поверхность контакта с металлом, во много разпревышающую площадь контакта ванны со шлаковым слоем. При этом происходитинтенсивное перемешивание металла с твердыми частицами. Все это способствуетускорению реакций рафинирования стали. Кроме того, порошкообразные флюсы могутиспользоваться для более быстрого наведения шлака.

Аналитическийрасчетшихтовых материаловАналитический расчет шихтовых материалов для выплавки стали 15Х18Н22В6М2Л

Сталь 15Х18Н22В6М2Л ГОСТ 977-85 

Химический состав стали:

С= 0,1…0,2%; Mn= 0,3…0,6%; Si=0,2…0,6%; P< 0,03%; S< 0,035%;Ni= 20…24%; Cr= 16…18%; Mo= 2…3%; W= 5…7%

Принимаем усредненный состав:

С=0,15%; Mn=0,45%; Si=0,4%; P<0,03%;S<0,035%;Ni=22%; Cr=17%; Mo=2,5%; W= 6%

Угар элементовсоставляет: С= -10%, Mn= — 15%, Cr = -15%

Определяем количествовозврата собственного производства( ВСП) в металлозавалке:

/>кг

Определяем количествостального лома в металлозавалке:

/>кг

Определяем необходимоеколичество марганца в стале:

/>кг

Марганца не хватает 360-207=153 кг />/>

/>кг

Определяем необходимоеколичество кремния в стале:

/>кг

Кремния не хватает 320-227=93 кг

/>кг

Определяем необходимоеколичество хрома в стале:

/>кг

Марганца не хватает 13600-390=13210 кг />/>

/>кг

Определяем необходимое количество никеля в стале:

/>кг

Кремния не хватает 18400-621=17779 кг

/>кг

Для того чтобы получить плотные, без дефектов литыеизделия необходимо провести окончательное раскисление в ковшах вторичнымалюминием из расчета 1,2кг/т, всего 96кг

еще рефераты
Еще работы по металлургии