Металургія сталі і сплавів і нові процеси

Московський інститут сталі і сплавів.

кафедра металургії сталі

Курсова робота

з дисципліни

"Металургія сталі і сплавів і нові процеси"

Група МЕ-91-1

Студент Анікушин С. С.

Викладач Клюєв М. П.

Введення.

Після розпаду СРСР у Росії залишилося близько 60% підприємств чорної металургії. Проблеми, що виникли після розпаду СРСР, в основному хвилювали галузь у 1991 році. Протягом 1992 року господарські зв'язки були у цілому відновлені. Обсяги виробництва та споживання чорних металів у Росії стабілізувалися до середини 1993 року [2].

Потенціал чорної металургії Росії визначається виробничими потужностями, що дозволяють виробляти (млн. т. рік) [3]:

готовий прокат 67

сталь 94

чавун 61

кокс 34

товарна залізна руда 103

За прогнозом Комітету РФ по металургії, в 1993 році буде вироблено 42,8 млн. т готового прокату. Але сьогодні 50% прокату і 60% сталі виробляється в Росії на застарілому обладнанні. У 1992 році 51,5% стали виготовлялося мартенівським способом, 34,5% конвертерним, 14% електросталеплавильним. За прогнозами Комітету з металургії, в 1993 році ці показники майже не зміняться. До того ж понад 76% сталі розливається в зливки, що веде до перевитрати енергоресурсов на суму $ 210 млн. на рік [2].

У цілому наша чорна металургія характеризується наступними особливостями [3]:

підвищена матеріало-і енергоємність виробництва;

значний знос основних виробничих фондів, що перевищує в цілому по галузі 50%, а по ряду підприємств 70%, невисокий технічний рівень виробництва та пов'язані з цим якість та конкурентоспроможність продукції;

незбалансованість підгалузей та окремих переділів, особливо з-за розриву зв'язків по міжгалузевої та внутрішньогалузевої кооперації сировини і напівфабрикатів;

вкрай незадовільна екологічна обстановка в регіонах з металургійною промисловістю.

Основна маса металургійної продукції в Росії виробляється за несучасною технології на морально і фізично застарілому обладнанні, технічний рівень якої відповідає шестидесятих років [3]. Внаслідок цього продукція має підвищену матеріало-і енергоємність.

Розпад єдиного металургійного комплексу особливо гостро позначився на мінерально-сировинної бази. У Росії відсутні родовища і підприємства з видобутку марганцевих і хромових руд, основні запаси яких знаходяться на Україні і в Казахстані. Недостатня сировинна база вогнетривкої промисловості [3].

З-за великої кількості застарілих основних фондів металургія завдає значної шкоди навколишньому середовищу - 400-450 млрд. руб (ціни 1992 р.) [3].

Через високі митні збори, протекціоністських заходів і високої конкуренції практично не піддаються розширенню ринки збуту в Західній Європі, Північній і Центральній Америці. Високкая ресурсомісткість виробництва при недостатньо високому рівні якості обумовлюють низьку конкурентоспроможність більшості видів готової продукції і на світовому ринку може конкурувати тільки 10-15% готової металопродукції: електротехнічна сталь (частково), арматурна сталь, легований сортопрокат, рейки, суднова листова сталь і деякі інші, а також напівфабрикати (чавун, заготовка для переділу, гарячекатані рулони) [3].

Можна виділити наступні основні технологічні напрямки робіт з модернізації виробництва [1,3]:

комплексне використання сировини;

більш глибоке збагачення руд, максимально можлива переробка накопиченого і утворюється металевого брухту з метою зниження енергетичних витрат;

вдосконалення структури сталеплавильного виробництва шляхом заміни мартенівських печей на сучасні сталеплавильні агрегати з розливанням сталі на МБЛЗ;

мінімізація витрат виробництва, включаючи транспортні витрати на перевезення сировини і готової продукції;

організація виробництва окремих видів металопродукції, що знижують уделбную металоємність національного доходу, включаючи холоднокатаний лист, корозійно-захищені металеві вироби, холодногнуті профілі та ін;

підвищення якості сталевої заготовки (вміст хімічних елементів у вузьких межах, бездефектная поверхню, якісна макро-і мікропродукція.

У відносно короткостроковій (10-20 років) перспективі найбільш переважними будуть конвертерний і електросталеплавильний процеси [1].

У перехідний період частина сталі буде виплавлятися в мартенівських печах. Тут можливі два паралельно йдуть процесу: реконструкція мартенівських печей в прямоточні агрегати і повернення до класичного мартенівському процесу без використання кисню або з дуже обмеженим його застосуванням. При цьому тривалої перспективи ці процеси не мають. Йдуть спроби пошуку рішень вписати в існуючі будівлі мартенівських цехів конвертери і електропечі при їх відповідності найсучаснішим вимогам, а також розробити новий конкурентоспроможний сталеплавильний агрегат (наприклад вже функціонує в США технологічна схема типу: плавильний агрегат - установка позапічної обробки - установка отримання заготовки малого перерізу - прокатний стан) [1].

Комітет з металургії підготував проект "Національної програми технічного переозброєння та розвитку металургії Росії". Протягом 1993-2000 рр.. проектом передбачена ліквідація мартенівського виробництва з заміною його конвертерним і електросталеплавильному на заводах в Челябінську, Магнітогорську, Новокузнецьку і в Нижньому Тагілі. На інших підприємствах буде відбуватися часткова заміна обладнання, що має збільшити частку виробництва конвертерної сталі до 2000 року до 52% [2].

Всі сталеплавильне устаткування, включаючи конвертери, електросталеплавильні печі, установки позапічної обробки сталі і машини непріривного лиття заготовок, намічається виготовити на вітчизняних машинобудівних підприємствах і заводах ВПК. По імпорту передбачається придбати лише електронну та гідравлічну апаратуру для автоматизованих систем [2].

Ввиполненіе національної програми полегшить створення галузевого банку, який вже отримав ліцензію і приступає до роботи. Однак не вирішені ще багато фінансові проблеми галузі. Підприємства вимагають індексувати обігові кошти і просять змінити встановлений Мінфіном порядок виділення бюджетних коштів за фактичним освоєння капітальних вкладень, який суперечить існуючим порядком передоплати рахунків за матеріали, ресурси і послуги [2].

Серйозною проблемою залишаються недоліки служби сертифікації і стандартизації, а також неефективне функціонування митного контролю та портових господарств (наприкінці 1992 року більше мільйона тонн металопродукції накопичилося в портах або кинуто на підходах до них) [2].

За перше півріччя 1993 року інвестиції в галузь склали 242 млрд. рублів, очікується, що до кінця року вони зростуть до 510 млрд. рублів. У 1992 році вони склали 61,7 млрд. рублів [2].

Підприємства вже не чекають допомоги з держбюджету, а забезпечують себе самі, використовуючи прибуток, комерційні та пільгові кредити. Однак потужності з виробництва прокату і труб у 1992 році були завантажені всього на 72 відсотки. Тому велику роль для галузі відіграють інвестиції в машинобудівний, нафто-газовий і військово-промисловий комплекси, оскільки це забезпечує попит на продукцію [2].

Істотним є той факт, що 75% коштів на виконання національної програми у виробників є (69,9% - свої кошти, 5,1% - іносранние інвестиції та комерційні кредити). Єдиною проханням до держави залишається прохання про відстрочку по платежах митних зборів. Це пов'язано зі специфікою пуску нового обладнання, для підготовки якого потрібно близько року. За рахунок такої відстрочки галузь буде мати відсутні 25% коштів на виконання національної програми [2].

Але всі ці плани і очікування можуть бути перекреслені при введенні вільних цін на енергоносії. Як показують розрахунки Комітету РФ по металургії, підвищення цін на вугілля та енергоносії більш ніж у три рази призведе до серйозної кризи не тільки в чорній металургії, а й у мгногіх галузях [2].

У 1992 році приватизацією було охоплено большінствао підприємств галузі (171 відзвітувалися з 221). Близько 70% підприємств (92 з 221) вибрали другий її варіант (51% акцій належить персоналу). Залишається поки не досягнутою головна мета приватизації: вона не сприяє стабілізації виробництва і не забезпечує зростання проізводітелбності праці. У Комітеті РФ по металургії вважають, що існуюче законодавство не дає можливості органам федеральної виконавчої влади впливати на процеси акціонування підвідомчих підприємств. Основним засобом державного впливу комітет бачить збереження у федеральній власності на 3 роки контрольного пакету акцій і випуск при емісії акцій цих підприємств "Золотої акції". При цьому комітет має намір представляти інтереси держави по акціях, закріпленим в федеральної власності [2].

Розробка технологічної схеми виробництва сталі марки 35Г2.

1. Характеристика марки стали 35Г2 [7].

Хімічний склад.

Призначення - вали, півосі, цапфи, важелі зчеплення, вилки, фланці, колінчаті вали, шатуни, болти, кільця, кожухи, шестерні та інші деталі, які використовують в різних галузях машинобудування, до яких пред'являються вимоги підвищеної зносостійкості.

Технологічні властивості:

Температура кування, ° C: початку 1200, кінця 800.

Зварюваність - РДС, необхідний підігрів і подальша термообробка, КТС, потрібно подальша термообробка.

Оброблюваність різанням - при HB 156-207 Ku тв.спл .= 0,85,

Кu б.ст. = 0,65

Флокеночувствітельность - чутлива.

Схильність до відпускної крихкості - схильна.

2. Аналіз складу чавуну, внедоменная обробка чавуну, визначення витрат реагентів на обробку.

Хімічний склад чавуну:

Вміст домішок в цілому відповідає оптимальному, за винятком сірки, вміст якої в чавуні становить 0,08% і є неприпустимим, тому що неможливо тоді одержати сталь із вмістом сірки менше 0,035%. З метою зменшення вмісту сірки в чавуні проводиться внедоменная десульфурация порошкоподібної вапном у потоці природного газу в ковшах міксерного типу.

Десульфурація чавуну вапном.

[S] н = 0,08

[S] до = 0,03

Tч = 1315 ° С

[S] до = 0,005 +4,05 [S] н / 2,2 q +0,23 (S) изв.

[S] изв .= 0,022

q = 4,05 [S] н / {2,2 ([S] до-0 ,005-0, 23 (S) изв.)}

q = 4,05 * 0,08 / 2,2 (0,03-0,005-0,23 * 0,022) = 7,39 кг / т чуг

3. Визначення максимально можливої ​​частки брухту.

Прихід тепла

1) Qчуг.фіз .= 100 [0,745 * 1200 +217 +0,88 (1290-1200)] = 119020 кДж

2) DС = 4,8-0,905 * 0,3 = 4,528

DSi = 0,85

DMn = 0,75-0,905 * 0,1 = 0,66

DP = 0,24-0,905 * 0,02 = 0,222

Qчуг.хім .= 14786 * 4,528 +28160 * 0,85 +7000 * 0,66 +29606 * 0,222 = 102079 кДж

3) Gшл .= 100 [(1 +3) * 2,14 * 0,85 +1,29 * 0,66 +2,29 * 0,222 +1] / (100-10) = 10,71 кДж

Q åFeO = 4225 * 0,01 * 10 * 10,71 = 4525 кДж

4) Q Fe дим = 5100 * 1,5 = 7650 кДж

Qпріх .= 233274 кДж

Витрата тепла

1) Qст.фіз .= 90,3 [0,7 * 1500 +276 +0,84 (1539-80 * 0,3 +100-1500)] = 128400 кДж

2) Qшл.фіз .= 10,17 (1,25 * 1615 +210) = 22666,4 кДж

3) Qгаз.фіз .= 0,9 * 4,528 * 1500 * 1,176 * 28/12 +0,1 * 4,528 * 1500 * 1,892 * 44/12 = 20204 кДж

4) Qдим = (1,23 * 1500 +210) * 2,14 = 4398 кДж

5) Qпот .= (128400 +22666 +20204 +4398) * 3 / 97 = 5433 кДж

Qрасх .= 181101 кДж

DQ = 233274-181101 = 52173 кДж

DQ '=- 1020,79 +1284 +214,521 = 477,7 кДж

Gл = 52173 * [1 +477,7 / (1190,2 +1020,79)] / (1190,2 +1020,79) = 28,69%

Підвищення частки брухту в шихті конвертера досягається шляхом збільшення приходу тепла в робочий простір конвертера. При переході на роботу з комбінованим дуттям дещо знижується кількість що поступає в конвертер тепла в наслідок меншого розвитку окислювальних реакцій у ванні в порівнянні зі звичайною продувкою киснем зверху, а також охолоджуючого дії донного дуття інертним газом.

З метою збільшення приходу тепла в робочий прстранства конвертера використовують комбінацію збільшення ступеня допалювання СО і попередній нагрів брухту.

Для збільшення ступеня допалювання CO використовують двоярусні фурми. При цьому велика частина утворюється CO2 є результатом взаємодії з СО вторинного кисню дуття верхнього ярусу. При цьому обсяг газів, що відходять не збільшується і навантаження на газоочистку не зростає.

Крім того використовують попереднє нагрівання брухту до 600 ° С в порожнині конвертера природним газом.

Qдоп. брухт = (600-20) * 28,69 * 0,7 = 11648 кДж

Dq = 11648 / (1190,2 +1020,79) = 5,27%

Qco = 0,3 * 23583 * 0,3 * 4,528 = 9610,5 кДж

Dq = 9610,5 / (1190 +1020,8) = 4,35%

Gл. max = 28,69 +5,27 +4,35 = 38,31%

4. Продування.

Комбіноване дуття сприяє більш повному рафінування металу від домішок, забезпечує підвищення виходу придатного.

Застосування донної продувки інертним газом сприяє інтенсивному перемішуванню металевої ванни і відповідно наближає до рівноваги реакції між металом і шлаком.

Найбільше поширення з цієї групи процесів отримав LBE-процес (Lance-Bubling-Equilibrum), розроблений фірмою ABBED (Люксембург) та інститутом IRSID (Франція). Процес LBE передбачає вдування в металеву ванну через пористі вогнетривкі блоки в днищі конвертера інертного газу (Ar, N2, CO2) у поєднанні з верхнім кисневим дуттям. Для верхньої продувки використовують спеціальну двоярусну фурму, в якій крім звичайних сопів, призначених для вдування кисню у ванну, є ряд отворів для потоку кисню для допалювання CO до CO2. Продування інертним газом через пористі блоки починають за кілька хвилин до закінчення кисневої продувки зверху і продовжують її протягом 1-2 хв після припинення верхнього дуття. Досвід роботи 310 - та 210-т конвертерів LBE свідчить про підвищення виходу придатного на 0,5-0,6%, зниження витрати алюмінію і кисню на 1,2 м3 / т. Завдяки високим техніко-економічними показниками LBE-процес широко впроваджений у практику киснево-конвертерного виробництва.

Для футеровки використовуються периклазовуглецевих вогнетриви. Вони володіють високою термостійкістю, підвищеною стійкістю до проникнення шлаку; на їх поверхні утворюється міцне шлакове покриття, яке забезпечує високу стійкість футеровки.

З метою підвищення стійкості футеровки застосовується доломітізірованний вапно.

Продування.

Кількість оксидів домішок, кг/100 кг М.Ш.

З: 3,06-0,905 * 0,3 = 2,788

Si: 0,57

Mn: 0,75-0,905 * 0,1 = 0,659

S: 0,033-0,905 * 0,025 = 0,01

P: 0,163-0,905 * 0,02 = 0,145

Витрата кисню на окиснення домішок

C: 0,7 * 2,788 * 16/12 +0,3 * 2,788 * 32/12 = 4,832

Si: 0,57 * 32/28 = 0,65

Mn: 0,659 * 16/55 = 0,192

S: 0,1 * 0,01 * 32/32 = 0,001

P: 0,145 * 5 * 32/4/31 = 0,187

Fe: 1,5 * 3 * 32/4/56 = 0,643

[O]: 0,9 * 0,01 * 16/32 = 0,0045

S = 4,832 +0,65 +0,192 +0,001 +0,187 +0,643-0,0045 = 6,5

Визначення витрати вапна

CaO SiO2

з футеровки 0,02

з бокситу 0,024 0,12

з вапна 0,7 y 0,03 y

з металошихти 1,22

3 = (0,044 +0,7 y) / 1,34 +0,03 y)

y = 6,518

Хімічний склад шлаку

маса шлаку без оксидів Fe = 9,399 кг

SFeO = 10%

Mшл .= 8,319 / 0,9 = 10,44 кг

Маса оксидів Fe = 10,44-9,399 = 0,921 кг

FeO = 0,783 кг

Fe2O3 = 0,261 кг

0,261-0,065-0,108 = 0,088 Fe2O3 надійде з Ме

0,792 Fe йде в шлак

0,2 кисню витрачається на окиснення до FeO і Fe2O3

g = 100-0,792-1-0,5-1,5-4,172 = 92,04

1000 / 0,9204 = 1086,78 кг / т - витрата металошихти

383 / 0,9204 = 416,12 кг / т - витрата брухту

SO2 = 6,5 +0,2 = 6,7 кг

95% O2 засвоїться

Склад технічного кисню: 99,5% O2, 0,5% N2

Витрата технічного кисню: 6,7 * 22,4 / (32 * 0,95 * 0,995) = 4,962 м3

V N2 = 4,962 * 0,005 = 0,0248 м3

M N2 = 0,0248 * 28/22, 4 = 0,031 кг

V O2 неусв .= (4,962-0,031) * 0,05 = 0,246 м3

M O2 неусв .= 0,246 * 32/22, 4 = 0,352 кг

M O2 техн .= 6,7 +0,031 +0,352 = 7,083 кг

q O2 = 49,62 / 0,9204 = 53,91 м3 / т

t = 53,91 / 3,5 = 15,4 хв.

q Ar = 6 * 0,1 = 0,6 м3 / т

Склад і кількість газів, що відходять

Матеріальний баланс

Невязка 0,3 (0,26%)

5. Позапічна обробка. Разливка.

Легування силікомарганець СМн14

р = 1,4 / 0,8 * 0,65 = 2,69 кг/100 кг

[Si] = 2,69 * 0,14 * 0,8 = 0,3 кг

[Mn] = 0,1 +1,4 = 1,5 кг

[C] = 0,3 +2,69 * 0,8 * 0,025 = 0,354 кг

[P] = 0,02 +2,69 * 0,8 * 0,0025 = 0,025 кг

[S] = 0,025 +2,69 * 0,8 * 0,0003 = 0,026 кг

Зважаючи відповідальності виплавленої сталі необхідно провести її позапічної обробки з метою дегазації і усереднення.

Для позапічної обробки використовується установка циркуляційного вакуумування (RH-процес). Для цього процесу характерна висока ступінь видалення водню, велика гнучкість і економічність. Тривалість обробки складає 25 хв.

Разливка виробляється на МБЛЗ. Це дозволяє збільшити вихід придатного прокату на 6-12%. Внаслідок малих поперечних розмірів злитка і високої швидкості кристалізації сталі обмежується розвиток ліквації. Злиток, відлитий на МБЛЗ, твердне у стабільних умовах і має високу структурну і хімічну однорідність. Непріривного литі злитки або заготовки прокочують непоследственно на листових або сортових станах. Застосування непріривного розливання сталі дозволяє виключити з виробничого циклу операції з підготовки розливного складу або канави, прокатці на обтискних станах та інших. Все це призводить до зниження капітальних витрат, усунення ряду трудоемеіх операцій, скорочення тривалості виробничого циклу від випуску сталі до одержання готового прокату.

Використовується криволінійна МБЛЗ, яка має меншу загальну висоту.

6. Річна продуктивність цеху.

Тривалість циклу:

Продуктивність цеху в складі 3-х конвертерів, що працюють без використання резервного часу.

P = 1440 * 300 * 0,97 * 365 * 2 / 54 = 5664800 т / рік

7. Таблиця питомих витрат на 1 тонну придатних заготовок.

8. Висновки.

У резулітате вжитих заходів вдалося збільшити частку брухту в шихті конвертера до 38,3%. Для процесу застосовані сучасні матеріали (такі як переклазоуглеродістая футеровка, доломітізірованний вапно) і сучасна позапічна обробка сталі (RH-процес), що сприяє покращенню техніко-економічних показників і отриманню почав необхідної якості.

Розроблена технологічна схема виробництва сталі марки 32Г2.

Список використаної літератури.

1. В.Г. Антипин, С.З. Афонін, Л.К. Косирев "Про направлення розвитку та структурі сталеплавильного виробництва", "Сталь" № березні 1993

2. Дмитро Леонтьєв "Чорна металургія Росії не чекає допомоги від держави", "Фінансові новини" № 45 1993

3. О.Н. Сосковець "Технічне переозброєння і розвиток металургії в Росії", "Сталь" № червень 1993

4. В.І. Явойскій та інші "Металургія сталі", "Металургія", 1983 р.

5. П.П. Арсентьев та інші "Конвертерний процес з комбінованим дуттям", "Металургія", 1991 р.

6. М.П. Клюєв "Лекції по металургії стали", ã С.С. Анікушин, Москва, 1993 р.

7. Марочник сталей і сплавів, Машинобудування, 1989 р.