Фізико хімічні процеси в чорній металургії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ
КАФЕДРА ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ
Контрольна робота з дисципліни:
"Фізико-хімічні процеси виробництва чорних металів"
Варіант № ___
№ залікової книжки
Дата здачі
Виконала студентка гр. МЧ-08 мз
Згоняйко В.В.
Прийняв Кириченко А.Г.
Запоріжжя
2009

ЗМІСТ
Введення .. 3
Обробка металу твердими шлаковими сумішами. 4
Методи продувки. 10
Аргонокіслородная продування. 15
Вплив продувки металу на фізичні властивості розплаву. 18
Література .. 23

Введення

Частіше за інших використовують два технологічних прийому:
· Подачу на струмінь металу порошку, що складається з вапна, плавикового шпату та алюмінію;
· Присадку десульфурірующей суміші, що складається з вапна і плавикового шпату, на дно ковша перед випуском металу; при цьому одночасно на дно ковша присаживают все необхідне для розкислення кількість феросиліцію. Температура металу при використанні для десульфурації синтетичних сумішей у твердому вигляді повинна бути вищою за звичайну на 10-15 ° С.
Так, наприклад, тверді шлакові суміші (скорочено ТШС) використовували в конвертерному цеху комбінату "Азовсталь" при виробництві труб великого діаметра для магістральних трубопроводів (сталь повинна була містити не більше 0,010% S). Використовували ТШС наступного складу,%: вапно 60; плавиковий шпат 20; магнезитовий порошок 10; відходи, що містять алюміній, 10. При цьому введення до складу ТШС магнезитового порошку (використовуваного для торкретування конвертерів або заправки мартенівських печей) обумовлений тим, що MgO при вмісті його в шлаку до 10-12% знижує температуру ліквідусу системи CaO-SiO2-Al2O3-MgO і в'язкість таких шлаків, підвищуючи коефіцієнт активності СаО і коефіцієнт розподілу сірки.
Відходи алюмінію і алюмінієвих сплавів (алюмошлак) являють собою механічну суміш, що складається з 85% металевої частини (корольки, сплески, нерасплавівшаяся частина алюмінієвого брухту) і 15% шлакової частини (що складається в основному з A12O3). У складі металевої частини міститься до 75% А. Металевий алюміній в складі алюмошлака виконує двояку роль: по-перше, забезпечує додаткове розкислення металу, по-друге, що утворюється після окислення алюмінію А12О3, залишається в шлаку і є додатковим розріджувачі шлакової суміші, що знаходиться в сталеразливочном ковші.
Обробку стали ТШС проводили в ковші під час випуску металу з конвертера. Порядок присадки суміші був наступний. Вапно і плавиковий шпат, попередньо змішані, подавали в ківш ємністю 350 т по тракту сипучих. Магнезитовий порошок і алюмошлак без попереднього змішування сідають в ківш з робочого майданчика конвертерного відділення з переносного бункера одночасно з вапна і плавикового шпату. Черговість подачі в ківш матеріалів під час випуску відповідала існуючій: 1-а порція чушкового алюмінію, ТШС, наутлерожіватель і феросплав; 2-а порція чушкового алюмінію, алюмінієвий злиток. В результаті отримували сталь, що містить 0,009% S.

Обробка металу твердими шлаковими сумішами.

У тих випадках, коли за умовами виробництва (наприклад, цех старої споруди з відсутністю вільних площ) немає можливості розмістити, обладнання для розплавлення синтетичного шлаку, використовують метод обробки металу на випуску твердими синтетичними шлаками. Зазвичай до складу таких сумішей вводять СаО і CaF2. Витрата таких сумішей коливається від 3 до 10 кг / т (іноді і більше). І в цьому випадку найкращі результати з десульфурації та отримання сталі з мінімальним змістом неметалічних включень, отримують при одночасному впливі на метал з десульфурірующей синтетичної суміші і розкислювачів. Частіше за інших використовують три технологічних прийому:
1. Подача на струмінь металу порошку, що складається з вапна, плавикового шпату та алюмінію.
2. Присадка десульфурірующей суміші, що складається з вапна і плавикового плата, на дно ковша перед випуском металу; при цьому одночасно на дно ковша сідає все необхідне для розкислення кількість феросиліцію.
Температура металу при використанні для десульфурації синтетичних сумішей у твердому вигляді повинна бути вищою за звичайну на 10-15 ° С. У деяких випадках для полегшення умов швидкого утворення активного шлаку ківш вчасно похитують або переміщують вперед і назад. Обробка таким методом сталі з підвищеним вмістом вуглецю дозволяє знизити вміст сірки (у порівнянні з останньою пробою з конвертера) майже вдвічі; при обробці менш вуглецевого металу (ванна більш безкисневі) ступінь десульфурації зменшується.
3. Подача порошкоподібної суміші вапна, плавикового шпату та кальцинованої соди за допомогою бункера-дозатора на поверхню струменя металу, що стікає по випускному) жолобу в ківш. При падінні струменя і ударі її об дно ківш або про вже накопичився в ньому шар рідкого металу проходить перемішування обох фаз і швидка десульфурация металу. Витрата суміші становить 1,2-1,6%.
У СРСР в останні роки проведено ряд досліджень мають на меті визначити раціональні і економічні обгрунтовані шляхи використання твердих шлакоутворюючих сумішей (ТШС).
З метою вибору більш ефективних схем позапічного рафінування ЦНІІЧМ спільно з металургійним комбінатом "Азовсталь" виконано техніко-економічний аналіз витрат на виробництво трубних сталей при частковій або повній заміні синтетичного шлаку ТШС, яка містила вапно і плавиковий шпат фракції 50-20 мкм у співвідношенні 4: 1. Технологічну присадку цієї суміші здійснювали з використанням засобів механізованої подачі в сталерозливний ківш, на початку випуску плавки з конвертера безпосередньо на струмінь зливається металу. Питома витрата ТШС становив 5-6 кг / т сталі в разі часткової заміни синтетичного шлаку. При повній заміні синтетичного шлаку ТШС питома витрата збільшувався, до 12-14 кг / т сталі. Аналізу піддавали техніко-економічні показники трьох варіантів позапічного рафінування трубних сталей групи ГФБ (09Г2ФБ, 10Г2ФБУ, 10Г2ФБ). У першому варіанті (табл.4.1) десульфурация металу проводилася вапняно-глиноземистий шлаком у 350-т сталеразливочном ковші з кислою набивної або шамотної цегляної футеровкою. У другому варіанті її здійснювали в 350-т сталеразливочном ковші з кислою набиванням або шамотної цегляної футеровкой зі зменшеним (на 15-20%) питомою витратою вапняно-глиноземистого шлаку і добавками ТШС.
Завдяки виробництву трубного металу в конвертерному цеху з використанням ТШС і ковшів з футерівкою з основного вогнетривкого матеріалу нижня межа за вмістом сірки в трубної сталі додатково зменшився до 0,004%, підвищилася засвоюваність алюмінію, марганцю і кремнію, в рідкій сталі в процесі коригування її хімічного складу, а стійкість футеровки ковшів збільшилася більш ніж в 2,8 рази. Поряд із зазначеними перевагами необхідно звернути увагу на рівень зміни теплових втрат і способи їх компенсації.
Зменшення кількості синтетичного шлаку на плавку і обвалку в ківш ТШС (другий варіант) збільшують втрати 1епла на нагрів і розплавлення ТШС. Відзначено також знижено-11116 температури металу в ковші з 10 (у першому і другому) *) 5 ° С (у третьому варіанті).
В умовах киснево-конвертерного цеху комбінату підвищені втрати тепла компенсуються шляхом підігріву вогнетривкої футеровки сталеразливочного ковша до 800 ° С. Для цього стенди в ковшовим прольоті були обладнані високотемпературними пальниками, а сталерозливні ковші забезпечені спеціальними кришками для утеплення. Використання зазначених заходів знижує до мінімуму втрати тепла по третьому варіанту і підвищує ефективність позапічного рафінування сталі.
У мартенівському цеху МК "Азовсталь" вдосконалили технологію виробництва рейкової сталі шляхом обробки її в ковші шлаком ЕШП з добавкою доломітізірованний вапна при одночасній продувці металу аргоном. Така позапічна обробка дозволила знизити середній вміст сірки з 0,036 до 0,026%, стабілізувати температуру металу, підвищити чистоту металу за неметалевим включень і збільшити вихід рейок I сорту.
На РусМЗ проведені плавки трубної сталі з десульфурації металу в сталеразливочном ковші на випуску сумішшю вапна та відходів виробництва вторинного алюмінію, що містять 65-70%. А12О3; 2-4% SiO2; 2,8-3,2% СаО. Суміші у ківш подавали одночасно з раскислителями при заповненні його металом на 1 / 8 висоти протягом 2-3 хв. Застосування твердої шлакообразующих суміші значно збільшує ступінь десульфурації металу, при цьому знижується чад кремнію і марганцю в ковші відповідно на 9,9 і 4,7%, витрата алюмінію в злитках зменшується. Нова технологія дозволила збільшити вихід труб першого сорту
У СРСР над проблемою розробки ефективної технологи "обробки сталі ТШС, тривалий час працює донецький інститут. Розробляючи технологію застосування умов мартенівського цеху металургійного комбінату ім. Дзержинського встановили, що умови десульфурації змінюються в залежності від тривалості (інтенсивності) випуску плавки. Для поліпшення умов шлакоутворення і фізико-хімічних властивостей рафінувальні шлаку до складу звичайної суміші (60-65% вапна і 35-40% плавикового шпату) ввели відсіви алюмінієвої стружки (відвальний продукт), що містить 15-20% А12О3; 0,5-2,0% СаО; 10-12% SiO2; Добавка 10% відсівів алюмінієвої стружки сприяє зниженню в'язкості шлаку в інтервалі 1550-1600 ° С на 25%, а також плавкості суміші на 60 ° С, що свідчить про поліпшення теплових умов формування шлаку.
Провели оцінку тривалості прогріву шматочків суміші до температури металу з урахуванням плавлення легкоплавких (Составляющіх. Розрахунки показали, що при гідродинамічних умовах наповнення ковша до 1 / 3 його висоти період повного прогріву тугоплавких шматочків суміші розміром до 20 мм не перевищує 50 С, що становить не більше 5-10% загальної тривалості випуску металу з 240-т мартенівської печі. У зв'язку з високими значеннями коефіцієнтів турбулентного масообміну в цей період наповнення ковша існує можливість отримання рідкої шлакової фази при наявності тугоплавких шматочків вапна розміром до 20 мм.
Вибір оптимальних значень гідродинамічних параметрів витрати металу в струмені при його злив у ківш і режиму присадки суміші в рафініруемий розплав проводили за Результатам промислових експериментів і теоретичних Розрахунків. Момент введення суміші в ківш був визначений однозначно, тому що через необхідність проведення в ковші остаточного розкислення сталі подача суміші може бути почата через 2-2,5 хв після початку випуску. Швидкість подачі суміші на струмінь металу була задана з розрахунку забезпечення рівномірного прогріву шматочків суміші до температури розплаву за період часу, обмежений наповненням ковша від 1 / 4 до 1 / 3 його висоти. Результати тепло-Вь1х розрахунків показали, що цього часу достатньо для одного прогріву шматочків суміші розміром до 20 мм.
У результаті обробки масиву плавок, на яких суміш сідав розосереджено на струмінь металу за розробленим режиму, визначили оптимальний витрата металу в струмені, при якому досягаються найбільш високі значення ступеня десульфурації стали в 240-т ковші
Іншим варіантом обробки металу в ковші шлаковими сумішами є технологія використання екзотермічних самоплавкіх шлакоутворюючих сумішей (СШС), які містять шлакоутворювальні (вапно, А12О3, плавиковий шпат), окислювач (натрієву селітру) і "паливо" (алюмінієвий порошок). Роботи, показали, що під час горіння і плавлення екзотермічної суміші ківш необхідно накривати парасолькою з відведенням диму, уловлювання пилу і отруйних оксидів азоту. В даний час металургійний комбінат ім. Ілліча (МКІ) і розробили та впровадили в дослідно-промисловому режимі технологію рафінування конвертерної сталі 09Г2С рідкими синтетичними шлаками, які отримуються з СШС. Установка для отримання шлаку малогабаритна і займає невелику площу в розливному прольоті, а газоочистка винесена на територію цеху.
Виробництво екзотермічної СШС організовано в спеціалізованому відділенні, характеризується високим ступенем механізації. Умови роботи відповідають вимогам техніки безпеки. При виготовленні суміші використовують відходи виробництва (відсівання алюмінієвої стружки, некондиційну вапно). Для транспортування вихідних матеріалів і готової суміші служить автотранспорт зі спеціалізованими саморозвантажувальні контейнерами. Передбачена також можливість отримання рафінувальні шлаку безпосередньо в сталеразливочном ковші, що значно економічніше.
У звичайних умовах у виробленій на МКИ сталі 09Г2С міститься в середньому 0,027% S. Після обробки СШС вміст сірки в готової стали становить 0,023% при витраті СШС 18; 4кг / 1 сталі і 0,013% при витраті СШС 32,5 кг / т сталі.
Обробка металу в ковші (ТШС) має два основних недоліки: мала (за сучасними вимогами до якості металу) ступінь десульфурації і нестабільність одержуваних при обробці результатів (у разі, якщо використовують тільки один цей метод). Значним перевагою методу є його простота і доступність, а також можливість ефективно використовувати відходи різних виробництв. Так, інститутом УНИИМ спільно з КМК розроблена і впроваджена технологія обробки рейкової мартенівської сталі ТШС, що складається з вапна і відходів виробництва алюмінію, що містять до 70% глинозему і деяку кількість плавнів (К2О + Na2O). Після сушіння і просіювання (комірки 50x50 мм) ТШС завантажують у контейнери і присаживают в ківш відразу після введення розкислювачів. У результаті в ковші формується досить рухливий шлак, що володіє високою десульфурірующей здатністю і адгезійної здатністю по відношенню до включень. У результаті середній вміст сірки в готовому металі знизилося з 0,026 до 0,021%, збільшився вихід 25-м рейок 1-го сор-та, зменшився переклад рейок в II сорт за неметалевим включень і т.д.
У міру розвитку таких способів позапічної обробки сталі, що нагрівання металу в процесі його позапічної обробки на установці ківш - піч при одночасній продувці інертними газами ситуація змінюється. Метод розплавлювання в окремому агрегаті синтетичного шлаку для подальшого зливу цього шлаку в сталерозливний ківш поступово поступається місцем методу наведення шлаку необхідного складу в агрегаті позапічної обробки при одночасному перемішуванні і металу і шлаку (інертними газами, у вакуумній камері, електромагнітним тощо), при цих умовах метод використання ТШС отримує самий широкий розвиток.
Найбільш ефективний сучасний метод прискорення процесу вигоряння вуглецю. Його переваги в порівнянні з присадками руди.

Методи продувки

Для продувки металу інертними газами використовують в основному опускаються зверху футеровані фурми і пористі плавки. Огляд сучасного досвіду опублікований в роботі при виборі методу обробки враховують, що при продувці через пористі вогнетриви забезпечується максимальна поверхню контакту метал - інертний газ. Простим і надійним способом подачі газу є використання так званого помилкового стопора. Продувні пристрої типу помилкового стопора безпечні в експлуатації, так як в схему футеровки ковша не потрібно вносити ніяких змін, але їх істотним недоліком є ​​мала стійкість. У результаті інтенсивного руху вздовж стопора метало-газової суміші складові його вогнетриви швидко розмиваються (при використанні високоякісних високоглиноземисті - до десяти плавок).
Фурми в більшості випадків являють собою футеровані вогнетривкими котушками сталеві труби зовнішнім діаметром 43-57мм і стінкою товщиною 10-12мм. В останні роки одержали широке поширення фурми, у яких нижня вогнетривка котушка спирається на гурток, приварений до торця труби. Діаметр циліндричного каналу в гуртку для виходу газу становить від 8 до 32-35 мм. Канали можуть виконуватися також щілинними і конічними. У цьому випадку відзначена інтенсифікація процесів перемішування. Використовують фурми з Г - і Т-образними соплами, а також многосопловие. З метою диспергування газу та інтенсифікації продувки фурми можуть оснащуватися пористими дутьевих блоками, хоча широкого розповсюдження в цих дуттьових пристроях вони не отримали, головним чином, у зв'язку з неможливістю подачі порошків. Пористі блоки можна розглядати як різновид многосопловой фурми, у ряді випадків їх застосування забезпечує підвищення ефективності продувки. Перспективним є використання пористих вуглецевих дуттьових блоків-фурм, характеризуються невисокою вартістю і простотою виготовлення.
Поширений і інший спосіб продувки - через встановлюються в днищі ковша пористі вогнетривкі пробки або вставки; в тих випадках, коли продування проводиться одночасно через кілька пробок, ефективність впливу інертного газу на метал суттєво збільшує пористі вогнетривкі пробки витримують кілька продувок. Пористі пробки поряд з високою газопроніцаемость10 повинні мати вогнетривкість, достатню для надійної Роботи в інтервалі 1550-1650 ° С, мати високу терм0 'стійкістю і хімічну стійкість до металу і шлаку.
Набувають поширення й інші способи. Найчастіше використовують спосіб продувки через кілька (зазвичай 3-4) пористих пробок, розташованих приблизно на серединах радіусів днища ковша, що забезпечує задовільний перемішування об'єму металу в ковші.
Основною характеристикою дуттєвого пристрої (пористої пробки) є газопроникність вогнетривкого металу. З одного боку, вона повинна забезпечувати високу інтенсивність подачі газу, з іншого, навіть за відсутності тиску його, виключити проникнення сталі або шлаку в пори вставки. Досвід експлуатації пористих пробок показав, що обидва умови реалізуються одночасно при діаметрі пір від 0,6 до 1 мм. Ці значення визначаються ферростатіческім тиском стовпа металу в ковші, температурою металу і кутом змочування між металом і вогнетривом.
Установка для продувки монтується в днищі ковша, і включає два основних елементи: продувну пористу вставку і гніздовий цегла. Вставка має листову металеву оболонку. Підведення інертного газу здійснюють по патрубку. Гніздовий цегла і вставка виступають над рівнем днища ковша, що запобігає утворенню охолодей на поверхні вставки після розливання. Весь пристрій кріпиться до зовнішньої частини днища ковша. У днищі можуть встановлюватися одна або кілька продувних систем. Операції із заміни вогнетривких і інших деталей здійснюють зовні ковша за допомогою спеціального гідравлічного механізму, що дозволяє отримати з ковша всі дутьевой пристрій. Як правило, пробка має конусоподібну форму, яка значною мірою зумовлена ​​кращим її закріпленням в гніздовому цеглі. Пробки переважно розміщують в зоні, яка відступає від стінки ковша на 1/3-1/2 його радіуса зі зміщенням на 90 ° щодо каналу для випуску сталі. Відомі приклади розміщення пористої вставки в стінці ковша на рівні третього від днища ряду цегли. Сусідні з вставкою цеглу без сталевої оболонки в цьому випадку виготовляють з того ж матеріалу, що і вставку. При цьому відзначається зменшення зносу вогнетривкої кладки в зоні вставки.
Як правило, продувні вставки виготовляють з якісних високоглиноземисті та основних вогнетривів. З кожного окремо або в різних поєднаннях, зокрема, відомо застосування вставок, в яких зона контакту з металом складалася з магнезиту, а нижня частина - з глинозему. Крім складу вогнетривкого матеріалу, велике значення для експлуатаційних характеристик вставки має вигляд її пористості. Технологія Виготовлення вставок дозволяє виготовляти цеглу з неориентированной і орієнтованою (спрямованої) пористістю, причому спрямована пористість може створюватися особливим способом лиття з вібрацією. Для технології виготовлення цегли з неориентированной пористістю характерні застосування грубозернистого матеріалу, порівняно низький тиск пресування, додавання породоутворюючих матеріалів.
Крім названих конструкцій широке поширення одержує спосіб введення газу в рідкий метал через розливний канал шиберного затвора. Спосіб має ряд переваг: відсутність необхідності спорудження спеціальних установок та внесення змін у конструкцію кожуха і футеровку ковша, усунення витрати вогнетривких котушок (при виключенні погружний фурми). Спосіб набув поширення на багатьох заводах СРСР. Співробітники Руставського металургійного заводу та Інституту металургії
Т.В. Кашакашвілі, М.Д. Ланчава, А.Г. Габісіані запропонували назву ШОС-процесу (Шиберна обробка сталі). У СРСР застосовують в основному два варіанти конструкції. Особливістю затвора конструкції ДПІ (3.7, а) є наявність кристалізатора, виконаного у вигляді дво-концентрично розташованих і встановлених з зазором металевих елементів. Це дозволяє запобігти виникненню аварійних ситуацій при різкому зниженні тиску в газопроводі і забезпечити продувку з малою витратою газу. Після закінчення обробки металу і закриття затвора кристалізатор витягується з розливного ковша для повторного використання. Основним недоліком затвора є необхідність перекриття каналу перед закінченням продування. Перевагою затвора, яке експлуатується на Руставський металургійному заводі (РМЗ), є простота виготовлення і обслуговування. Проте в його конструкції не передбачено захист від проходу рідко-4 го металу по каналу кисневої трубки, що використовується як инжекционной фурми, при раптовому припиненні подачі газу. Для усунення зазначеного недоліку на ММК
С.П. Еронько з співавторами було запропоновано в каналі фурми розмістити сталевий сердечник, однак це призвело до зниження газопропускной здібності фурми до 60м3 / ч.
Як було зазначено вище, при продувці інертним газом вирівнюється склад і регулюється температура металу, прискорюються процеси розчинення в металі встановлену в бічний стінці ковша; через канал затвора; і донна продувка в поєднанні з іншими способами позапічної обробки сталі введених в ківш феросплавів, полегшується процес спливання неметалевих включень, відбувається дегазація стали. Продування з витратою газу до 0,5 м7т стали вже достатня для усереднення хімічного складу та температури металу; продування з інтенсивністю до 1,0 м3 / т впливає на рафінування металу від неметалевих включень; Для досягнення оптимальних результатів у дегазації необхідний витрата інертного газу не менше 2 -3 М3 / т металу.
Зазвичай продувці інертним газом піддається добре розкислення металу. Продування інертним газом, зменшу парціальний тиск монооксиду вуглецю, зрушує вправо рівновагу реакцій [С] + [Про] = СОГ. У разі продувки не повністю розкисленням металу крім перерахованих процесів, відбувається окислення вуглецю, додаткове перемішування і газовиділення результаті утворення СО. Продування і викликаного цим перемішування металу покращують умови зародження і виділення бульбашок СО. Внаслідок цього при продувці знижується чисельність металу, зменшується вміст оксидних неметалічних включень. В якості прикладу наведемо результати, отримані А.Ф. Саричева зі співавторами на ММК. Досліджували вплив продування металу аргоном через затвор на технологічні фактори при виробництві низьковуглецевої киплячої сталі для тонкого холодно - і гарячекатаного листа. Досвідчені та порівняльні плавки проводили в Двохванний печі з випуском в ківш неокислених металу (0,02-0,19% С). Температура стали перед випуском становила 1585-1610 ° С. Під час випуску на звичайних і досвідчених плавках по наповненні ковша від 1 / 5 до l / З його висоти сідав феромарганець з розрахунку отримання заданого вмісту марганцю у готовій сталі. На дослідних плавках подачу аргону в ківш починали в момент появи металу на жолобі і закінчували при появі окисленого пічного шлаку на сталевипускного жолобі. Вміст кисню в металі на початку випуску на досвідчених і звичайних плавках було приблизно однаковим. У ковші після випуску плавки, а також на розливанні концентрація його у випадку продувки сталі, аргоном зменшувалася. При цьому метал виходив також більш однорідним за змістом марганцю на початку і в кінці розливання.
Таким чином, обрані методи продувки повинні враховувати весь комплекс технологічних проблем, починаючи 01 марки сталі і закінчуючи місткістю КОЕШЕ.

Аргонокіслородная продування

Вплив продувки металу інертним газом на зменшення парціального тиску монооксиду вуглецю, що утворюється при окислюванні вуглецю, використано при розробці такого процесу, як аргонокіслородное обезуглероживание або аргонокіслородное рафінування (АКР). При продуванні металу киснем рівновагу реакції [С] + 1 / 2 О2 (г) = СОГ визначається парціальним тиском кисню і утворюється монооксиду вуглецю. При продуванні металу сумішшю кисню з аргоном відбувається "розведення" бульбашок СО аргоном і відповідний зрушення вправо рівноваги реакції. Окислювальний потенціал газової фази при цьому достатній для проведення реакцій окислення домішок ванни. Метод аргонокіслородной продувки широко використовується при виробництві корозійно-стійких та інших хромсодержашіх сталей. Рівновага реакції (Сг2О3) + 3 [С] = 2 [Сг] + 3 СОГ при зменшенні парціального тиску монооксиду вуглецю РСО зсувається вправо, в результаті забезпечується хороше засвоєння кисню. У процесі продувки складу суміші змінюють, зменшуючи витрати кисню і збільшуючи витрату аргону. Таким чином, забезпечують одержання сплавів з дуже низьким вмістом вуглецю і без помітних втрат хрому. Метод аргонокіслородной продувки рідше використовують для отримання таких особливо низьких концентрацій вуглецю, як при способі вакуум-кисневого зневуглецювання, ступінь використання хрому при аргонокіслородной продувці трохи нижче. Однак спосіб аргоно-кисневої продувки дозволяє на більш простих агрегатах отримував вищу продуктивність.
Співвідношення витрат кисню і аргону змінюють по ходу продувки, домагаючись максимального окислення вуглецю і мінімального окислення хрому. Зазвичай співвідношення витрат кисню і аргону по ходу продувки змінюють від 3: 1 до 1: 3. Для зниження вартості переділу в початковій стадії продувки замість аргону можна вдувати азот. На заключній стадії ванну продувають чистим аргоном для можливо більшого зниження концентрації кисню і сірки (у результаті перемішування металу під високоосновні шлаком), а також для можливо більшого відновлення окисленого в процесі продувки киснем хрому. Існує ряд різновидів процесу, одна з останніх, процес KCB-S (Krupp Combined Blowing - Stainless), - розроблена фірмою Krupp. У цьому процесі продування розплаву в конвертері сумішшю кисню і аргону проводиться зверху і одночасно через чотири фурми, встановлені в нижній частині стінки. Після досягнення ~ 0,15% [С] продування зверху припиняється, продовжується лише нижня продування. Високі температури і зниження тисків РСО дозволяють отримувати високі значення [Сг] / [С] і дуже низькі змісту вуглецю. Порівняльна простота організації аргонокіслородной продувки, висока продуктивність агрегатів і можливість змінювати в широких межах окислювальний потенціал газової фази (відносини Ог: Аг) призводять до безперервного розширення сфери розповсюдження цього методу. Цей метод використовують для виробництва не тільки корозійностійких, але також і електротехнічних, конструкційних та інших сталей. Для виробництва низьковуглецевої хромоникельовой корозійностійкої сталі, високолегованих сплавів і звичайної вуглецевої сталі в 1985 р. використовувалося більше 100 конвертерів аргонокіслородного рафінування місткістю від 1 до 175 т [10]. До початку 1990 р. способом AOD вироблялося близько 75% світового виробництва корозійностійких сталей.
Продування рідкого металу в завершальній стадії процесу чистим аргоном дозволяє знизити газонасиченості металу (контролювати вміст азоту) та стабільно отримувати вміст сірки на рівні 50% при виплавці низьколегованих та вуглецевих сталей. Метод дозволяє одержувати в конвертері високохромистого стали безпосередньо з чавуну з використанням в якості шихтового матеріалу хромистой руди. Рідкий чавун піддають поза-доменної обробці (знекремнювання, дефосфорация), після чого заливають в конвертер. У процесі продувки в конвертері здійснюють обезуглероживание, десульфурацию і легування хромом. Частина хрому вводячи в метал з ферохрому, а частина - з хромової рудою, оксиди якої відновлюються вуглецем чавуну. З використанням AOD-процесу на одному із заводів Японії (компанії РАТС) організували виробництво корозійностійкої сталі з розплаву нікелевих і хромистих руд. Нікелева руда з високим вмістом заліза піддається дробленню, збагачення та попередньому нагріву в суміші з вуглецевої відновником і в нагрітому (~ 1000 ° С) стані завантажується в рудовідновну піч, де отримують Розплав з 13-15% Ni. Хромистую руду також піддають попередній обробці і в нагрітому (~ 500 ° С) стані завантажують у рудовосстановшельную піч, де отримують розплав з 40-43% Сг. Розплави змішують в ковші і заливають у AOD-конвертер, де піддають аргонокіслородной продувці для отримання спеціальних високохромистих никельсодержащих корозійностійких сталей. У порівнянні з відомим способом отримання таких сталей з скрапу за схемою дугова електропіч - конвертер аргонокіслородной продувки витрати енергії в новому процесі нижче, вміст неметалевих включень і азоту менше, оскільки використовується первородна шихта і відсутня освіта атомарного азоту в зоні електричних дуг.
Можливості, які з'являються при використанні методу, аргонокіслородного рафінування великі і в світовій практиці створюються нові варіанти процесу. Зокрема, розробляються варіанти використання методу розплавлення хромо - і нікель металобрухту при вдування в конвертер кам'яновугільної пилу з, подальшої аргонокіслородной продувкою розплаву і отриманням корозійностійкої сталі.

Вплив продувки металу на фізичні властивості розплаву

Позапічна обробка стали підвищує властивості сталі, поліпшуються показники пластичності, зменшується анізотропія фізико-механічних характеристик злитка і прокату, оскільки при (такій обробці в сталі знижується вміст небажаних домішок, газів, неметалевих включень. Однак зазначено досить велике число випадків, коли після позапічної обробки спостерігається поліпшення властивостей твердого металу без помітної зміни його складу, вмісту в ньому газів і неметалічних включень що стало підставою для ряду проведених в останні роки досліджень.
У всіх методах позапічної обробки розплавлений метал піддається інтенсивному і тривалому перемішуванню, як це зазвичай прийнято вважати, призводить до збільшення макрооднородності розплаву по складу і температурі. Однак є припущення, що тривале перемішування має сприяти досягненню також і мікроравновесного стану розплавленої сталі. Не виключено наближення до рівноваги мікроскопічних станів розплаву (це еквівалентно підвищенню однорідності його структури ближнього порядку) викличе зміна фізичних структурно-чутливих властивостей і поліпшить якісні характеристики рафінованого металу. За визначенням фізичних властивостей металевих розплавів до і після позапічної обробки виконано мало досліджень.
Детальні дослідження з даного питання виконані колективом фахівців під керівництвом Б.А. Баума. Високолеговані сталі і сплави виплавляли в електродугових печах і продували в ковші аргоном, що подається через пористі трубки. Спільним для всіх оброблених сталей і сплавів виявилося збільшення кінематичної в'язкості розплаву на 10-20, щільності на 3-5 і поверхневого натягу на 7-10%. Продування сплаву ЕІ602 аргоном призвела до зменшення параметра кристалічної решітки твердого розчину з 0,35664 до 0,35653 нм і зростанням щільності з 8,3469 до 8,3595 г/см3, хоча концентрація газів і неметалічних включень після продувки практично не змінювалася. У всіх випадках після продувки зростає ударна в'язкість та пластичні властивості металу. Спільним для всіх оброблених сталей є не тільки підвищення їх в'язкості, але і збільшення питомої роботи деформації, що характеризує в'язкість матеріалу твердих зразків. Питома робота деформації в області пластичної деформації пов'язана з тертям взаімоперемещающіхся площин, тобто з опором течією. Автори дослідження роблять висновок, що виявлена ​​кореляція у зміні в'язкості розплаву і твердого металу при його пластичної деформації пов'язана зі спільністю механізмів розсіювання енергії. У міру підвищення однорідності розплаву і відповідно зменшення дефектності кристалічної структури твердого зразка умови для рівномірного розсіювання механічної енергії, що повідомляється системі, виявляються більш сприятливими. Локалізація енергії в окремих мікросхемах ускладнюється. Пластичність і стійкість металу по відношенню до руйнуючих навантажень зростає.
Отже, в них випадках встановлено зниження в'язкості стали після продувки, в інших її зростання. Можливо, однією з причин цього є істотне розходження складу досліджених сталей. Не виключено, що в сталях більш простого складу, виплавлених без присадки значної кількості легуючих елементів і знаходяться майже в мікроравновесном стані, переважає ефект зниження в'язкості в результаті видалення неметалевих включень і газів. Для складнолегованих сталей визначальним може з'явитися наближення до мікроравновесному станом і зміна структури ближнього порядку розплаву під впливом переміщення і освіти розвинутої поверхні розділу, метал - газ.
Проведено дослідження за участю автора впливу продувки аргоном у ковші на зміну фізичних властивостей стали 18Х2Н4МА. Сталь виплавляли на 10-т електродугових печах Златоустовського металургійного заводу (ЗлМЗ) за технологією з окисленням. Аргон подавали в метал через пористу пробку в днищі ковша під тиском при витраті 0,45-0,50 м3/хв протягом 3-12 хв. Зразки всіх плавок до продувки металу аргоном мали практично однакові (в межах точності вимірювання) досліджених фізичних властивостей. Це дозволяє зробити висновок про слабкий вплив змін хімічного складу (в межах марочного) на властивості сталі в рідкому стані і схожості структур ближнього порядку розплавів різних плавок до продувки. Хімічний аналіз проб металу, відібраних з ковша до і після продувки, показав, що при продувці аргоном хімічний склад сталі практично не змінюється. Вміст кисню у вихідному металі всіх плавок коливалося в межах 0,0049-0,0078, азоту 0,0071-0,00193%. Після продувки вміст кисню знизилося до 0,0034-0,0067, а азоту - до 0,0049-0,0175%. Ступінь видалення кисню склала 5-50, азоту 6-30%. Явною залежності ступеня Вилучення кисню та азоту з металу від тривалості продувки не виявлено, хоча газонасиченості металу знижувалася в усіх випадках у більшій чи меншій мірі. Відзначено також закономірне зниження забрудненості стали неметалевими включеннями.
Таким чином, фізичні властивості розплавів всіх плавок до продувки були приблизно однакові, хімічний склад металу після продувки майже не змінився, а зменшення газонасиченості і забрудненості металу мала, здавалося б, привести до зниження, а не до збільшення в'язкості. Отже, лише відмінністю газонасиченості і забрудненості металу не можна пояснити відмінність фізичні властивості металу до і після продувки. Це дозволило зробити висновок про можливу зміну структури, порядку розплаву в результаті зовнішнього впливу.
Для пояснення отриманих результатів можна виходити, з уявлень Б.А. Баума про мікронеравновесних станах металевих розплавів. Інтенсивне перемішування розплаву при продуванні покращує умови дифузії і сприяє часткового руйнування існуючих в розплаву не рівноважних довгоживучих угруповань сильно взаємодіючих частинок. Частина міцних внутрішніх зв'язків в комплексах звільняється і бере участь у взаємодії з оточуючими комплекс структурними одиницями розплаву. Це призводить до збільшення середньої енергії міжчасткових взаємодії, що проявляється в підвищенні поверхневого натягу розплаву і енергії активації в'язкої течії. Наслідком цього є зростання кінематичної в'язкості розплаву. Підвищення середньої енергії взаємодії і збільшення ступеня однорідності розплаву супроводжується зростанням щільності та магнітної сприйнятливості.
Як вже зазначалося, магнітні властивості перехідних металів та сплавів на їх основі визначаються, в основному, характером ближнього порядку, дальній порядок тут несуттєвий. Отже, продування металу інертним газом, надаючи певний вплив на структуру ближнього порядку розплаву, впливає і на структуру ближнього порядку твердого металу: магнітна сприйнятливість як рідкого, так і твердого металу змінюється практично однаково при продувці. Можна вважати, що ступінь впливу продувки на структуру ближнього порядку твердого металу пропорційна ступеню впливу на розплав, тобто ступеня наближення його до мікроравновесному стану.
Якість металу також закономірно змінюється в залежності від тривалості продувки. Макроструктура зі збільшенням тривалості продувки стає більш щільною і однорідною, зменшується реальна пористість і усадочна рихлість. Забрудненому стали неметалевими включеннями знижується, включення стають більш дрібними. Аналіз зламів поперечних * поздовжніх зразків на електронних мікроскопах "Tsl BS540" і "Stereoscan S4-10" показав, що на плавках поряд з в'язким спостерігаються значні ділянки упкого руйнування, відповідальними за які є остаточно великі включення. Після продувки металу аргоном в ковші кількість включень та їх розміри значно зменшуються. Злам стає переважно в'язким, частка ділянок крихкого руйнування знижується. У результаті зростає ударна в'язкість металу. Однак помітних відмінностей виду зламу зразків металу після продувки протягом 5 і 10 хв не спостерігається.
Таким чином, продування металу газом в ковші призводить до зміни структури ближнього порядку розплаву і його фізичних властивостей. Ці зміни значною мірою зумовлюють підвищення якості сталі після продувки. Закономірне (загасають) зміна фізичних властивостей у залежності від тривалості обробки дозволяє вибрати оптимальне її значення за найбільшим збільшення щільності, поверхневого натягу або в'язкості розплаву.

Література

1. П.П. Арсентьєв, В.В. Яковлєв, М.Г. Крашенинников, "Фізико-хімічні методи дослідження металургійних процесів".
2. Л.А. Шварцман, А.А. Жуховіцкій, "Початки фізичної хімії для металургів".
3. В.І. Жучків, А.С. Носков, "Розчинення феросплавів в рідкому металі".
4. Д.Я. Поволоцький, "Розкислення сталі".
5. В.Г. Воскобойніков, В.А. Кудрін, "Загальна металургія".
6. http:// www. bibliotekar. ru / index. htm
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Контрольна робота
72.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізико-хімічні процеси в чорній металургії
Біохімічні та фізико хімічні процеси при виробництві кислому
Біохімічні та фізико-хімічні процеси при виробництві кисломолочних продуктів
Фізико хімічні властивості бензину
Фізико-хімічні властивості бензину
Фізико хімічні властивості міді та заліза
Фізико-хімічні умови в салоні автомобіля
Склад і фізико-хімічні властивості молока
Фізико-хімічні основи хроматографічного процесу
© Усі права захищені
написати до нас