Реферат
З дисципліни «Виробничі технології»
На тему «Виробництво сталі»
Зміст
Основне завдання технології, тобто виріб (продукт, товар і т. п.) на виході; його властивості.
Характеристика технологій як системи.
Дана технологія як підсистема виробництва, його коротка характеристика.
Місце людини в цій технології-підсистемі та їх взаємодія.
Наука та її можливий вплив на сучасний стан технології.
Вид даного процесу за параметрами часу і простору.
Необхідне технологічне оснащення; його характеристики, параметри і межі застосовності.
Порядок проектування технології (укрупнено).
Технологічність продукту на виході ТП; можливі заходи її підвищення.
Механізація і автоматизація технології: засоби, методи, рівень сучасного стану.
Основні можливості напрями вдосконалення технології на найближче майбутнє.
Виробництво сталі.
1.Основні завдання технології, тобто виріб (продукт, товар і т. п.) на виході; його властивості.
Сталлю називається деформується сплав заліза з вуглецем та іншими елементами. До складу стали, як правило, входять вуглець, марганець, кремній, сірка, фосфор. При отриманні сталі зі спеціальними властивостями в метал вводять легуючі добавки: хром, нікель, молібден, вольфрам, мідь, ніобій, ванадій та інші, а також у збільшених кількостях марганець і кремній.
Отримання заліза в чистому вигляді є трудомістким і дорогим процесом. Механічні властивості, зокрема міцність, у сталі значно вище, ніж у чистого заліза. Залізо в чистому вигляді - матеріал дорогий і його використовують тільки для спеціальних цілей. Зазвичай в техніці і в побуті застосовують сталь.
Основний домішкою, що входить до складу сталі, є вуглець. Він значною мірою визначає властивості сталі і по його змісту залізовуглецевих сплави ділять на сталь і чавун.
При змісті вуглецю нижче 1,7-2% сплав заліза з вуглецем називають сталлю, вище - чавуном (від 1,7% до 2,8-3% С - сталистий чавуни, вище 3% - звичайні чавуни). Сталь володіє високою пластичністю при високих температурах, здатна при нагріванні куватися, прокочуватися. Чавун цими властивостями не володіє. Маючи температуру плавлення, значно меншу, ніж сталь, чавун володіє хорошими ливарними якостями і широко застосовується в ливарному виробництві. В даний час виплавляють сталі, що містять вуглецю, як правило, не більше 1,2%, і чавуни з 3,5 - 4,5% С.
Метали відносяться до числа найбільш поширених матеріалів, які людина використовує для забезпечення своїх життєвих потреб. У наші дні важко знайти таку область виробництва, науково-технічної діяльності людини або просто його побуту, де метали не грали б чільної ролі як конструкційний матеріал.
Метали поділяють на кілька груп: чорні, кольорові і благородні. До групи чорних металів належать залізо та його сплави, марганець і хром. До кольоровим ставляться майже всі інші метали періодичної системи Д. І. Менделєєва.
Залізо та його сплави є основою сучасної технології і техніки.
У ряді конструкційних металів залізо стоїть на першому місці і не поступиться його ще довгий час, незважаючи на те, що кольорові метали, полімерні і керамічні
матеріали знаходять все більше застосування. Залізо та його сплави становлять більше 90% всіх металів, що застосовуються в сучасному виробництві.
Самим найважливішим із сплавів заліза є його сплав з вуглецем.
Вуглець додає міцність сплавів заліза. Ці сплави утворюють велику групу чавунів і сталей.
Стали називати сплави заліза з вуглецем, зміст якого не перевищує 2,14%. Сталь - найважливіший конструкційний матеріал для машинобудування, транспорту і т. д.
2.Характеристика технологій як системи.
Сталеплавильне виробництво - це отримання сталі з чавуну і сталевого брухту в сталеплавильних агрегатах металургійних заводів.
Сталеплавильне виробництво є другим ланкою в загальному виробничому циклі чорної металургії. У сучасній металургії основними способами виплавки сталі є киснево-конвертерний, мартенівський і електросталеплавильний процеси. Співвідношення між цими видами сталеплавильного виробництва змінюється.
Сталеплавильний процес є окислювальним процесом, оскільки сталь виходить внаслідок окислення і видалення більшої частини домішки чавуну - вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору. Відмінною особливістю сталеплавильних процесів є наявність окисної атмосфери.
Окислювання домішок чавуну та інших шихтових матеріалів здійснюється киснем, що містяться в газах, оксидах заліза та марганцю. Після окислення домішок, з металевого сплаву видаляють розчинений у ньому кисень, вводять легуючі елементи і отримують сталь заданого хімічного складу.
3. Дана технологія як підсистема виробництва та його коротка характеристика.
Виробництво-система включає наступні підсистеми зв'язку металургійного і машинобудівного виробництв: видобуток руди - отримання коксу - збагачення руди - виробництво чавуну в доменній печі - виробництво сталі - розливку сталі - прокатку - механообработку - виробництво литих заготовок, тобто має місце пряма матеріальна зв'язок металургії з машинобудуванням.
Дійсно, після видобутку руди та коксівного вугілля їх направляють на підготовку та переробку, яка для коксу зводиться до нагрівання в коксових батареях, а для руди - до її подрібнення, збагачення (наприклад, агломерацією) і згрудкування. Підготовлені таким чином вихідні матеріали надходять в доменну піч, де і відбуваються відновлення заліза з оксидів і його насичення вуглецем та іншими домішками. У разі виплавки чавуну останній направляється в сталеплавильні печі, в
яких з нього отримують сталь. Сталь розливається у злитки, з яких після прокатки отримують заготовки для обробки різанням на верстатах або готовий продукт (рейки, балки, лист, труби), що надходить в промисловість (національну економіку, раніше іменовану народним господарством). Ливарний чавун у вигляді чушок переплавляється в плавильних агрегатах ливарних цехів машинобудівних заводів. З цього чавуну отримують литі заготовки, велика частина з яких проходить механічну обробку на верстатах, у вигляді готових деталей подається на складання і використовується в народному господарстві.
У свою чергу машинобудівне виробництво та промисловість національної економіки поставляють відходи металообробки (стружку) і лом чорних металів (вторчермет) заводам з виробництва сталі, завершуючи кругообіг металу.
4. Місце людини в цій технології - підсистеми та їх взаємодія.
В даній технологічній підсистемі людина здійснює роль контролера в технологічних процесах, проводить аналіз впливу факторів на якість продукції, розробляє технологічні процеси виробництва та ін
5. Наука та її можливий вплив на сучасний стан технології, їх зворотний зв'язок.
Процеси виробництва сталі є складні комплекси фізико-хімічних перетворень, що відбуваються при високих температурах. Участь в процесах приймають одночасно багато компонентів, що знаходяться в різних агрегатних станах: в твердому (футеровка плавильних агрегатів, додаткові матеріали і т.д.), рідкому (метал, шлак) і газоподібному (атмосфера печі, що продувається через метал повітря кисень і т . п.).
Безперервно підвищуються вимоги до якості металу, до рівня техніко-економічних показників того чи іншого процесу. Для виконання цих вимог необхідно безперервно поглиблювати знання в області теорії металургійних процесів. Спроби використовувати досягнення фізичної хімії для розуміння і удосконалення металургійних процесів були зроблені в 20 - 30-х роках ХХ ст. Піонерами застосування законів фізичної хімії в металургії в СРСР були В.Е.Грум-Гржимайло, В. А. Байков, М. М. Карнаухов. Зараз неможливі не тільки розвиток і вдосконалення сталеплавильних процесів, але й одержання якісної сталі без використання для цієї мети основних положень фізичної хімії. При вивченні металургії стали слід мати на увазі також тісний зв'язок
металургії сталі з хімією, фізикою, теплотехнікою, металографії та іншими науками.
Дуже часто основні характеристики процесу (коефіцієнти, параметри і т.п.), що використовуються при вирішенні практичних завдань, отримують експериментально в лабораторних умовах. Однак результати, отримані в лабораторних умовах (маленькі ванни, маленькі злитки і т.п.), не завжди збігаються з результатами, отриманими в заводських умовах. Крім того, в заводських умовах можуть одночасно діяти дуже багато чинників, які не завжди легко врахувати в лабораторних умовах.
Для отримання максимально достовірної інформації про процес бажано поєднання, принаймні, трьох методів: розрахункового (на підставі відомих закономірностей і даних); експериментального (в лабораторних умовах); досвідченого (в заводських умовах).
6.Від даного процесу за параметрами часу і простору.
У якості вихідних матеріалів при виробництві сталі ис
користуються рідкий або твердий чавун, металобрухт, а також раскислители, легуючі і шлакоформуючі матеріали. Залежно від наявності в даному регіоні або на даному за
воді тих чи інших шихтових матеріалів (в першу чергу рідкого чавуну) сталь виробляють в конвертерах, мартенівських або електродугових печах: за наявності рідкого чавуну-в конвертерах чи мартенівських печах, при його відсутності - в мартенівських або електродугових печах.
При переділі чавуну і металобрухту в сталь вирішуються не
скільки основних завдань: плавлення і нагрівання шихти до температури, що забезпечує проведення наступних операцій (зазвичай 1600 .. 1650 ° C, рафінування сталі від шкідливих при
домішок (зазвичай до них відносять сірку, фосфор, водень і азот), легування і, нарешті, отримання з рідкої сталі сталевого злитка або безперервнолитої заготовки. Підігрів до заданої температури і частково рафінування та легування виробляються в сталеплавильних агрегатах, остаточне рафінірова
ня і легування-в сталерозливних ковшах після випуску плавки з агрегату за допомогою спеціалізованих установок і розливання-в виливниці або на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
У своїй основі виробництво сталі-процес окисний, оскільки в його ході потрібно насамперед окислити надлишок вуглецю (вміст останнього в стали значно нижче, ніж у чавуні} і домішки.
Сталеплавильні агрегати для виробництва сталі різняться між собою за джерелом енергії, необхідної для нагрівання металу до необхідної температури. У конвертерах нагрів про
виходить за рахунок тепла, що виділяється при окисленні заліза, вуглецю та інших домішок, в мартенівських печах-за рахунок тепла горіння рідкого (мазут) або газоподібного (природний газ) палива, в електродугових печах - за рахунок підводиться _ електроенергії.
Сутність виробництва сталі в конвертерах полягає в тому, що при вдмухуванні газоподібного кисню в метал про
виходить окислення заліза, вуглецю, кремнію і марганцю.
В результаті протікання цих реакцій виділяється тепло, що забезпечує не тільки нагрів металу, але і можливість переробляти до 30% металобрухту. Продукти реакції окис
лення заліза, марганцю і кремнію утворюють первинний шлак, який може інтенсивно розчиняти футеровку. Для запобігання
обертання руйнування футеровки в конвертер додають вапно. Шлак з високим вмістом СаО слабо взаємодіють
яття з футеровкой. Крім того, такий шлак забезпечує Рафі
вання стали від фосфору і частково від сірки.
-
Рис. 1. Загальний вид конвертера з верхньою продувкою:
1 - опорний підшипник, 2 - цапфа, 3 - кожух, 4 - опорне кільце, 5-футеровка, 6 - опорна станина
Пристрій кисневого конвертера. В даний час при виробництві сталі застосовується два типи конвертерів: з продувкою киснем зверху і з комбінованою продув
кою. На рис.1 наведена схема конвертера з верхньою про
дувкой. Власне конвертер являє собою металеві
ський зварної кожух, футерованих всередині. Як вогні
наполегливої матеріалу використовується зазвичай смолодоломітовий цегла. Футеровка конвертера працює у важких умовах. На неї впливають високі температури і її коливання, вона відчуває механічні удари шматків твердих
завантажуваних матеріалів. Особливо важкі умови роботи футеровки-в зоні шлакового пояса. Стійкість футеровки досягає 1000 і більше плавок.
Рис. 2. Схема технології виробництва сталі в конвертері:
А - завалка скрапу; б - заливка чавуну; в - завантаження шлакоутворюючих матеріалів; г - продування металу киснем; д - випуск сталі через річку; е - злив шлаку через горловину.
Технологія плавки сталі в конвертерах. Можна виділити три основні періоди в конвертерному виробництві сталі: за
грузку шихтових матеріалів, продувку киснем і випуск плавки. Завантаження конвертера зазвичай починають з завалювання метал
металобрухт із спеціальних лотків з допомогою завалочної машини. Для цього конвертер нахиляють в положення рис. 2а. Потім в конвертер заливається чавун, рис.26. Після цього конвертер повертають н вертикальне положення і починають добавку шлакоутворюючих матеріалів (головним чином, вапна) рис. 2в. Одночасно в конвертер опускають кисневу фурму і починають продувку технічним киснем, рис. 2 м. По ходу про
дувкі продовжують добавку шлакоутворюючих.
Висока інтенсивність продувки киснем забезпечує циркуляцію металу та його перемішування з шлаком. Длитель
ність продувки становить 12 ... 16 хв. Закінчення продування визначається за кількістю введеного кисню з урахуванням ко
лічества і складу шихтових матеріалів.
Температура розплаву в перші хвилини продувки практи
но не змінюється, оскільки все тепло, що виділяється в ре
док окислювальних реакцій, витрачається на плавлення ме
таллолома. Після закінчення його плавлення спостерігається непре
ривное підвищення температури розплаву. Після закінчення продувки кисневу фурму піднімають і в метал зверху (паралельно кисневої фурми) вводять зонд для автомати
тичного відбору проби на експрес-аналіз і вимірювання темпі
ратури. Якщо склад металу і його
температура відповідають вимогам, приступають до випуску плавки, якщо ні-вироб
водять коригування складу. У тому випадку, якщо аналіз поки
зал підвищений (в порівнянні з маркою сталі) вміст вуглецю або недостатню температуру, то виробляють додувку плавки. Якщо ж вміст вуглецю нижче необхідного, в ківш разом з випускається металом додають графіт або мелений кокс в необхідних кількостях.
Випуск плавки виробляють в спеціальний сталерозливних ківш через річку, рис. 2. Д. У ході випуску прагнуть повністю виключити потрапляння в ківш разом з металом кон
вертерного шлаку. А для запобігання швидкого охолодження металу в ковші туди додають спеціальну теплоізоляційну суміш або синтетичний шлак. Крім того, при необхід
мости в ківш по ходу випуску сталі додають раскислители ц легуючі. Конвертерний шлак зливають в жужільну чашу, рис. 2 Є.
Конвертери з комбінованим дуттям. Застосування комбі
лося раніше продувки за рахунок більш інтенсивно перемішуючи
ня металу і шлаку сприяє поліпшенню рафінування сталі і збільшення виходу придатного за рахунок усунення викидів
сов і зниження окислення заліза в шлак.
Техніко-економічні показники роботи конвертерів включають продуктивність, собівартість і якість. Киснево-конвертерний процес є найпродуктивнішим зі всіх процесів виробництва сталі. Сучасний конвертерний цех з двома конвертерами (один - у роботі, інший - в ремонті) забезпечує виробництво до 5 млн. т сталі на рік.
Собівартість стали включає вартість шихтових матеріалів, розкислювачів і легуючих добавок, кисню, вогнетривів, амортизаційні витрати, зарплату і т.п. Основною статтею собівартості є вартість металевої частини шихти. Тому боротьба за зменшення втрат металу при переділі (за рахунок викидів і виносів) є істотним резервом зниження собівартості сталі. В даний час собівартість конвертерної сталі достатня висока.
Якість стали в першу чергу визначається вмістом шкідливих домішок, таких як фосфор і сірка, що надходять разом з чавуном; водень і азот, що потрапляють в метал з ломом і з атмосфери. Сприятливі умови рафінування сталі в конвертері і відсутність в процесі виробництва контакту з воднем і азотом дозволяють виробляти сталь самого ви
сокого якості.
Джерелом тепла для розігріву, плавлення і подальшого на
нагріву металу в мартенівської печі є рідке (мазут) або газоподібне (природний і коксовий газ)
паливо або їх суміш. Для спалювання палива використовується попередньо на
гріти повітря або повітря, збагачене киснем до 28 ... 35%. Образующееся в робочому просторі печі полум'я випроміню
чає тепло або безпосередньо на ванну, або на склепіння печі, від якого тепло відбивається на ванну і нагріває шихтові матеріали. Принцип роботи мартенівської печі, опалювальної газом, полягає в наступному (рис.3): через нагріті регенератори справа в піч по роздільним каналам надходять газ і повітря. У печі відбувається горіння палива. Факел, обра
зующий в результаті горіння, повинен мати хороші настили
ність (стелитися над поверхнею ванни) і світність. На
стильність покращує конвективний нагрівання ванни, а світність забезпечує передачу тепла випромінюванням безпосередньо на ванну або відображенням від склепіння. Продукти горіння відводяться в трубу з лівого боку печі через шлаковики для осадження пилу, далі через регенератори (для його нагрівання) і систему бо
ровов, що включають клапани і шибери. Через деякий час праві регенератори, віддаючи тепло на нагрівання газу і повітря, остигають, а ліві - нагріваються газами. Тоді виробляють перекидання клапанів, тобто закриваючи одні клапани і відкриваючи інші, змінюють напрямок руху газів в печі: паливо і повітря подаються ліворуч, а продукти горіння відводяться вправо. Інакше кажучи, мартенівська піч працює реверсивно: факел створюється то з однієї, то з іншого боку. Всі елементи мартенівських печей футеровані вогнетривкими матеріалами.
Варіанти мартенівського процесу. Розрізняють два варіанти мартенівського процесу: скрап-рудний і скрап-процес. У скрап-рудному процесі основної складової металевої частини (55 ... 75%) шихти є рідкий чавун, а решта-металобрухт. Тому скрап-рудним процесом виплавляють сталь на заводах повного металургійного циклу, там, де є доменні печі. Підвищений відсоток чавуну в шихті при скрап-рудному процесі супроводжується підвищеним вихідним вмістом вуглецю в розплаві, що вимагає збільшення рас
ходу окислювача для його видалення. З цією метою в завалку до
додавали залізну руду, а по ходу плавки метал продувають киснем через спеціальні сводовие фурми.
Основною складовою металевої частини шихти при скрап-процесі є сталевий брухт. Зміст чавуну в шихті знаходиться зазвичай в межах 25 ... 40%. Цей процес застосовується звичайно на заводах, де немає доменного виробництва
ства, і тому в цьому випадку використовується твердий чавун.
У загальному випадку можна виділити наступні періоди мартенівської плавки: заправку, Завалко, прогрів, заливку чавуну, плавлення, кипіння, попереднє розкислення, випуск.
Рис. 3. Схема мартенівської печі, що працює з використанням газоподібного топ
лива:
1 - робочий простір, 2 - шлаковики, 3 - регенератори, 4 - повітряні клапани; 5, 9 - димові шибери: 6 - 8 - газові клапапи; 10-вентилятор; 11-димова труба
Техніко-економічні поки
показники роботи мартенівських пе
чий. Продуктивність березні
новський печей оцінюється за су
точному виробництва на 1 м 2 площі поду. Вона залежить від місткості печі, типу процесу, застосовуваного палива, техноло
гии виробництва та інших фак
торів.
В середньому собівартість мартенівської і конвертерної сталі близькі між собою. Порівняння з конвертерним виробництвом показує також, що продуктивність праці в мартенівських печах помітно нижче, вище витрата вогнетривів, значний витрата дефіцитного палива. В даний час у нашій країні більше половини сталі виплавляється в мартенівських печах, але в найближчому майбутньому обсяг цієї виплавки буде в далекій
шем скорочуватися, мартенівський процес буде замінений іншими, більш економічними.
Підігрів матеріалів в електродуговій печі здійснюється за рахунок тепла, що виділяється при горінні електричної дуги.
Рис. 4. Схема дугової електропечі:
1 - звід; 2 - стіни, 3 - жолоб, 4 - сталевипускное отвір, 5 - електрична дуга, 6
- Подини, 7 - робоче вікно, 8 - заслінка; 9 - електроди; 10 - шлак, 11 - метал.
Пристрій дугового електропечі. Схема печі представлена на рис. 4. Піч складається з кожуха, виконаного з 10 ... 40-мм листового заліза, склепіння та хутра
низмов їх повороту, електродотримачів, електродів та хутра
низмов їх переміщення, хутра
низма для нахилу печі і транс
форматора. Кожух складається з двох половин - сфероїдальної днища і циліндричних стін. У кожусі є робоче вікно для заправки печі і введення різних добавок і зливний жолоб, по якому метал випускають в ківш. Для цього піч за допомогою спеціального механізму нахиляється на 40 ... 45 °, Цей же механізм забезпечують
кість нахил печі у бік робочого вікна на 10 ... 15 ° для про
легченія скачування шлаку.
Завантаження шихтовому матеріалами електродугових печей про
виходить зверху за допомогою спеціальних кошиків. З цією метою піднімаються електроди, підводиться звід і потім або звід відводиться убік, або корпус печі викочується з-під склепіння. Після цього в робочий простір з кошика (бадді) завантажують металобрухт, чавун та інші необхідні для початку плавки матеріали.
Електродугові печі широко поширені не тільки на металургійних, але і на машинобудівних заводах.
Техніко-економічні показники роботи дугових електро
печей. Основною складовою собівартості при виробництві легованої сталі є вартість феросплаву. Наприклад, при виплавці нержавіючих або швидкорізальних сталей на све
жей шихті вартість феросплавів може становити 95 ... 99% від собівартості сталі. При переплаві легованих відходів собівартість стали значно знижується за рахунок зменшення витрати феросплавів. Загалом собівартість електросталі од
ної і тієї ж марки незначно вище, ніж конвертерної сталі.
У ливарних цехах і на машинобудівних заводах в ряді випадків для виплавки сталі застосовують індукційні печі. Принцип їх роботи полягає в тому, що змінний струм підводиться до індуктора. При цьому утворюється змінне маг
нітних поле, яке індукує (збуджує) струм у вторич
ном контурі (тиглі з завантаженим в нього металом). Під дією цього струму метал нагрівається і плавиться. На вогні
наполегливої кладці поміщається тигель з навиті на нього індук
тором, виготовленим з мідного трубки, усередині якої для охолодження циркулює вода. Ток до індуктора подається за гнучким шинам. Футеровку індукційних печей виготовляють на
бивнів з кислих (кварцит) або основних (магнезит) мелених матеріалів з добавкою до 3% зв'язки, в якості якої ис
товують зазвичай борну кислоту. Витрата електроенергії в ін
дукціонних печах трохи менший, ніж в електродугови.х (до 700 кВт-год / т).
Як правило, індукційні печі застосовуються для виплавки спеціальних сталей і сплавів. У піч завантажують або легують
ванні, або вуглецеві відходи, метал розплавляють і до
додавали необхідну за марці стали кількість феросплавів.
У тому випадку, якщо потрібне особливо висока якість спла
вов, їх виплавляють у вакуумних індукційних. печах (а ва
кууме або в інертній атмосфері). У цьому випадку отримують ме
талл з низьким вмістом кисню, водню, азоту та сірки, а також чистий по неметалеві включення .. Такий метал характеризується більш високими механічними та іншими слу
службових властивостями, значно легше піддається деформації
ції як в холодному, так і гарячому стані, Особливо перспективна вакуумна плавка при виробництві високолегіро
ванних жароміцних та жаростійких сталей і сплавів з підви
шенним вмістом хімічно активних елементів (таких як алюміній, титан, цирконій та ін.)
Якщо ще 20 років тому всі процеси рафінування здійснювала
ся безпосередньо в сталеплавильних агрегатах, то в на
варте час багато хто з цих функцій винесені з агрегату в ківш. У ланцюжку виплавка сталі в агрегаті-розливання сталі з'явилося проміжна ланка-позапічна обробка сталі. Всі сучасні сталеплавильні цехи в більшій чи меншій мірі обладнані різними установками для рафінірова
ня сталі в ковші. До завдань відділень позапічної обробки сталі входять розкислення, легування, усереднення металу за складом і температурі, десульфурації, дегазація і модіфіці
вання. (Під модифікуванням розуміють введення мікродобавок, що змінюють структуру металу, а також склад, властивості і форму фаз, що виділяються при кристалізації і даль
дальшої охолодженні сталі).
Випуск сталі у ківш. Після закінчення плавки сталі в аг
регаті її випускають у попередньо підігрітий сталерозливних ківш. Він являє собою зварений чи клепані металевий кожух у формі усіченого конуса, футерований
ний всередині вогнетривкою цеглою (зазвичай шамотною). Ківш обладнаний стопорним механізмом або шиберним затвором.
Продування сталі в ковші інертним газом. Завданням цього ме
тода обробки є, в першу чергу, усереднення обсягу металу за складом і температурі, а також часткова дегаза
ція і очищення сталі від неметалевих включень. Продувку здійснюють або через пористі пробки в днище ковша, або через спеціальні фурми, що вводяться в розплав зверху. В якос
стве робочого газу використовується аргон. Про
дувка триває 5-8 хв. Це забезпечує повне вирівнювання складу металу і темпера
тури, приблизно вдвічі
знижує вміст неметалевих включень і на 25 ... 35% зменшує водень в сталі.
Обробка стали синтетичними шлаками. Для боротьби з сіркою в ряді сталеплавильних цехів при
змінюється обробка сталі в ковші синтетичним шлаком. З цією метою в спеціальній електропечі виплавляють шлак, про
ладанної високою сорбційною здатністю по відношенню до сірки (добре поглинає сірку). Цей шлак у кількості 3 ... 5% від маси ме
Талла заливають в сталерозливних ківш і на нього випускають метал з сталеплавильного агрегату. Падаючи з великої висоти, метал інтенсивно переміщується з шлаком, і краплі останнього спливають в металі. Цим досягається велика поверхня взаємодії, що сприяє швидкому протіканню про
процесу. Цей спосіб забезпечує зниження вмісту сірки в металі в 2 ... 3 рази.
Продування металу порошкоподібними матеріалами. В на
варте час цей метод використовується для глибокої десульфу
рації стали. Це дозволяє отримувати сталь з дуже низьким (0,003% і нижче) вмістом сірки.
Вакуумування сталі. Основним завданням вакуумної обра
лення є дегазація стали.
Розливання сталі є заключною стадією сталеплавіль
ного виробництва. Від її правильного проведення залежить ко
нечном якість сталі. На розливку метал надходить в сталеразливочном. ковші після позапічної обробки. Сталь разли
вають або в виливниці, або на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
Розлив сталі у виливниці. Розрізняють два способи раз
лівкі у виливниці: зверху і сифоном.
Кожен з видів розливання сталі у виливниці має свої переваги і недоліки. Основними перевагами раз
лівкі стали зверху є простота підготовки піддонів і малі втрати металу (нема літників). Однак у цьому випадку за рахунок розбризкування виходить погана поверхню металу, а також низька продуктивність розливання (кожен зливок розливається послідовно). Тому розливку зверху застосовують при отриманні щодо великих злитків. Раз
лівка сифоном забезпечує хорошу поверхню зливків, її продуктивність значно вище, ніж розливання зверху. Однак при цьому ускладнюється процес підготовки виливниць до розливання і зменшується вихід придатного, так як частина металу твердне в литниковой системі.
Безперервне розливання сталі. У сучасних конвертерних та електросталеплавільньгх цехах розливання сталі здійснюють не в виливниці, а на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
Безперервне розливання поширюється не тільки на заводах чорної, а й. кольорової металургії. Переваги безперервного розливання сталі в порівнянні з розливанням у виливниці величезні. Якщо при розливанні сталі у виливниці повертається в переплав 20 ... 30% сталі, то при безперервному розливанні ця величина не пре
щує 5%. Інакше кажучи, переклад розливання у виливниці на безперервне розливання дозволяє на кожній тонні стали секо
номіть від 100 до 200 кг металу. На відміну від розливання в з
ложниці при безперервному розливанні отримують не злиток, а за
готування і, отже, немає необхідності мати в складі заводу цехи по прокатці заготовки з злитка. Крім того, при безперервному розливанні немає виливниць і цехи з їх підготовки до розливання. Слід також мати на увазі, що процес непре
ривной розливання піддасться автоматизації. Розробляються методи сполучення безперервного розливання з прокаткою.
Розглянуті вище способи виробництва стали не завжди задовольняють безперервно зростаючі вимоги до якос
ству стали з боку авіаційної промисловості, спеціаль
альних галузей машинобудування і т. п. Причинами цього яв
ляють недостатня чистота металу по шкідливих домішок, а також хімічна і кристалічна неоднорідність злитків і безперервнолитих заготовок. Для підвищення якості ме
талій, його службових властивостей заготовки, отримані звичайними способами, піддають переплаву в спеціальних печах (елек
трошлакових, вакуумно-дугових і т. п.).
Електрошдаковий переплав [ЕШП). Цей спосіб знайшов найбільшого поширення в зв'язку з його простотою і еко
номічного. Його сутність полягає в тому, що через пред
ньо виготовлений витрачуваний електрод, занурений в шлакову ванну, пропускають електричний струм.
У порівнянні з металом шлак має значно більшу електроопір і в ньому виділяється тепло, необхідне для підвищення температури і оплавлення електрода. Метал краплями стікає через шлак вниз, утворюючи під шлаком метал
металевий ванну. При крапельному пе
реносе через такий шлак метал додатково очищається від шкідливих домішок, газів і неметалевих включень. Цей процес здійснюється в мідному водоохолоджуваних кристали
заторі, де метал твердне. Повільна кристалізація рідкої ванни забезпечує одержання щільного однорідного металу.
Методом ЕШП переплавляють злитки масою в десятки тонн.
Вакуум-дугового переплав (ВДП). Суть методу заклю
чає в тому, що переплав відбувається у вакуумі під дією дуг, що виникають між витрачаються електродом і форми
ючий злитком, що знаходяться в водоохолоджуваних кристал
лизатор. Методом ВДП можна переплавляти злитки мас
сой в десятки тонн. Однак цей метод складний в
своєму аппа
літературних виконанні і досить доріг.
Крім ЕШП і ВДП існує ще цілий ряд переплавних процесів: електронно-променевої, плазмовий і деякі інші. Кожен з них має свої недоліки і переваги. Вибір методу переплаву диктується вимогами, що пред'являються до якості сталей і сплавів.
7. Необхідне технологічне оснащення; його характеристики, параметри і межі застосовності.
Сталь - це сплав заліза з вуглецем, зміст якого не перевищує 2,14%.
Найбільш поширені печі, застосовувані для виробництва сталі: мартенівські, конверторні, електродуговим, індукційні.
Мартенівська піч побудована в середині Х I Х ст. і з тих пір її конструкція не зазнала принципових змін. Вона опалюється газом або мазутом. Температура факела сягає 1800 º С. Сучасні мартенівські печі мають ємність понад 500 т при глибині ванни більш 1м.
Киснево-конвертерний спосіб виплавляння сталі вважається більш прогресивним, так як він створює високий перегрів розплаву, а тривалість циклу не перевищує однієї години. Конвертерне виробництво характеризується високою продуктивністю, не вимагає палива, так як розігрів йде за рахунок екзотермічних реакцій горіння Si, Mn і С, дозволяє переробляти брухт і отримувати леговані сталі, але воно прив'язане до доменного цеху, не гарантує стабільного від плавки до плавки складу сталі і відрізняється від інших способів виплавки стали високими втратами металу на чад.
Електродугові печі забезпечують низький угар легуючих елементів і високий перегрів розплаву, необхідний для розчинення феросплавів. Тому вони знайшли широке застосування для виплавки сталей спеціального призначення, таких як інструментальні, нержавіючі, жароміцні і т.д.
На машинобудівних заводах широке застосування для виплавки стали знаходять і тигельні індукційні печі. Розігрів і плавлення шихти здійснюється за рахунок струмів Фуко, що виникають в ній при подачі на індуктор струму високої частоти від лампового або машинного генератора. Утворений на поверхні розплавленого металу шлак має низьку температуру і високу в'язкість, що ускладнює проведення металургійних операцій. Тому печі цього типу застосовуються для розплавлення твердої шихти, а не для переробки чавуну в сталь.
Після завершення плавки рідку сталь виливають в ковші і подають на розливання у виливниці або на установки безперервного розливання сталі (УНРС).
Для розливання найчастіше використовуються стопорні ковші, зварний масивний кожух яких викладається вогнетривким шамотною цеглою. Спеціальний стопор, що представляє собою штангу з нанизаними на неї циліндрами з шамоту, закриває отвір у днище ковша.
8.Порядок проектування технології (укрупнено).
Підготовка виробництва складається з наступних етапів: 1) аналіз вихідних даних, 2) розробка технологічного процесу плавки, 3) розробка технологічних процесів лиття в різні форми, 4) проектування спеціальних інструментів, пристроїв та технологічного обладнання; 5) виготовлення спеціальних інструментів, пристроїв та устаткування ; 6) впровадження технологічного процесу.
10. Механізація і автоматизація технології: засоби, методи, рівень сучасного стану.
Сучасний період розвитку металургійної технології характеризується поступовим виносом операцій, які забезпечують отримання металів високої якості, безпосередньо з плавильного агрегату в допоміжний агрегат або в спеціально обладнаний ківш. Роль самих плавильних агрегатів все більше зводиться до отримання рідкого напівпродукту певного складу і температури. Існували до останнього часу помітні відмінності в технології отримання якісної сталі у великих конвертерах, мартенівських або електродугових печах поступово нівелюються, особливо якщо окислення домішок в цих агрегатах здійснюється за допомогою продувки ванни киснем.
11. Основні можливі напрямки у вдосконаленні технології в найближчому майбутньому.
У різних промислово розвинених країнах на окремих заводах щорічно створюються нові варіанти конструкцій агрегатів для обробки рідкої сталі з метою підвищення її якості, з'являються нові процеси і різновиди вже існуючих процесів.
12. Висновок-висновок.
Поява тих або інших нових способів виробництва сталі і методів, що забезпечують підвищення її якості, проходять в часі і багато способів (і старі, і нові) існують одночасно.
Література
- «Технологія металів та інших конструкційних матеріалів» В. Т. Жадан, Б.Т. Грінберг
- «Виробничі технології» Бубен К.К.