Меню

Теги для нашей библиотеки:

Рефераты бесплатно, доклады, курсовые работы, рефераты бесплатно, реферат, рефераты, рефераты скачать, Рефераты бесплатно, большая бибилиотека рефератов, и многое другое.


  Производство стали

Производство стали

НМетАУ

Национальная Металлургическая Академия Украины

Кафедра технологического проектирования

Курсовая работа

По дисциплине "Введение в специальность"

На тему: "Производство стали"

Выполнил:

Студент группы ПМ - 99

Брез А. П.

Проверил:

Проф. Друян

В. М.

Содержание

.
| |стр |
|Введение |3 |
|Производство стали |3 |
|Шлаки сталеплавильных процессов |3 |
|Основные реакции сталеплавильных процессов |4 |
|Окисление углерода |4 |
|Окисление и восстановление Mn |5 |
|Окисление и восстановление Si |5 |
|Окисление и восстановление P |5 |
|Десульфация стали |5 |
|Газы в стали |6 |
|Раскисление стали |6 |
|Производство стали в конвертерах |7 |
|Кислородно-конвертерное процесс с верхней продувкой |8 |
|Кислородно-конвертерное процесс с донной продувкой |10 |
|Конвертерный процесс с комбинированной продувкой |10 |
|Производство стали в мартеновских печах |11 |
|Производство стали в электропечах |12 |
|Выплавка стали в кислых электродуговых печах |13 |
|Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах|13 |
| |14 |
|Плавка стали с рафинированием в ковше печным шлаком |14 |
|Плавка стали в индукционной печи |15 |
|Разливка стали |15 |
|Разливка стали в слитки |15 |
|Пути повышения качества стали |16 |
|Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата |18 |
|Производство стали в вакуумных печах |18 |
|Производство стали в индукционных печах |19 |
|Производство стали в вакуумных дуговых печах |20 |
|Плазменно-дуговая плавка |21 |
|Заключение |22 |
|9. Список рекомендуемой литературы | |

Введение:

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.

Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И.
Менделеева.

Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники.
В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.

Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом.
Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.

Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.

Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов.
Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.

Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна – углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы.
Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.
[pic]

Производство стали

Шлаки сталеплавильных процессов.
Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2;
P2O5; TiO2; V2O5 и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные
(Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; V2O3 и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.

Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

1. Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;
2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу;
3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу;
4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.

Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.
Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата, боксита и др.

[pic]

Основные реакции сталеплавильных процессов.

Сталь получают из чугуна и лома методом окислительного рафинирования (т. е. очищения). Кислород для окисления содержащихся в них примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора и др.) поступает либо из атмосферы, либо из железной руды или других окислителей, либо при продувки ванны газообразным углеродом.

Окисление углерода. Особенность окисления углерода заключается в том, что продуктом этой реакции является газообразный СО, который, выделяясь из металлической ванны в виде пузырей, создает впечатление кипящей жидкости.
Реакцию окисления углерода, растворенного в металле можно написать в следующем виде:
[C] + [O] = {CO}; K = [pic] где [C]; [O] - концентрации растворенных в металле углерода и кислорода.
Как следует из уравнения для константы, при заданном значении рсо произведение концентрации углерода и растворенного кислорода есть величина постоянная. Следовательно, от концентрации углерода зависит концентрация кислорода в металле. Чем выше содержание углерода в металле, тем ниже содержание кислорода в нем и наоборот.

Окисление и восстановление марганца. Марганец как элемент, обладающий высоким сродством к кислороду, легко окисляется как при кислом, так и при основном процессах. Реакции окисления и восстановления марганца можно представить следующим образом:
[Mn] + [O] [pic](MnO); [Mn] + (FeO) [pic](MnO) + [Fe]

Как показывают расчетные и экспериментальные данные, с повышением температуры и основности шлака концентрация марганца в металле увеличивается. Это указывает на то, что реакция окисления марганца достигает равновесия, и окислительный процесс сменяется восстановительным.
Поскольку почти все стали содержат марганец, то его восстановление в процессах плавки - явление желательное.

Окисление и восстановление кремния. Кремний обладает еще большим сродством к кислороду, чем марганец, и практически полностью окисляется уже в период плавления. Окисление кремния происходит по реакциям:

[Si] + 2[O] = (SiO2); [Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2 [Fe]

При плавке под основным шлаком SiO2 связывается в прочный силикат кальция
(CaO)2•SiO2, что обеспечивает почти полное окисление кремния, содержащегося в шихте. При кислом процессе поведения кремния иное: при горячем ходе кислого процесса имеет место интенсивное восстановление кремния.

Окисление и восстановление фосфора. Фосфор в стали является вредной примесью, отрицательно влияющей на ее механические свойства. Поэтому содержание фосфора в стали в зависимости от ее назначения ограничивается пределом 0,015 - 0,016 %. Окисление фосфора можно представить следующим образом:

2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe];
(P2O5) + 3(FeO) = (FeO)3• P2O5;
(FeO)3•P2O5 + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 3(FeO);
2P + 5(FeO) + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 5Fe.

Уравнение константы можно записать в следующем виде:

K = [pic]

Откуда коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком:

L = (P2O5)/P2 = K[pic](FeO)5 [pic](CaO)4

Десульфация стали. Сера, также как и фосфор, является вредной примесью в стали. Удаление серы можно представить в виде реакции

Feж + [S] +(CaO) = (CaS) + (FeO).

Уравнение для константы имеет вид:

К = [pic]

Коэффициент распределения серы

L = (S)/[S] = K(CaO)/(FeO).

Из уравнения следует, что повышение основности и снижение окисленности шлака способствует десульфации. Положительную роль оказывает также повышение температуры металла и активное перемешивание ванны. Повышению степени удалении серы способствуют элементы, образующие сульфиды, более прочные, чем сульфид железа. К таким элементам относятся редкоземельные металлы.

Газы в стали. Газы (кислород, водород и азот) содержаться в любой стали.
Газы даже при содержании их в сотых и тысячных долях процента оказывают отрицательное влияние на свойства металла.
Растворимость кислорода в стали характеризуется реакцией: [pic].
В готовом металле содержание кислорода должно быть минимальным.
Растворимость водорода и азота в металле починяется закону Стивенса:

[pic]; [pic], где pH и pN - парциальные давления газов; KH и KN - растворимость водорода и азота при парциальном давлении соответствующего газа равном, 0,1 МПа.
Уменьшение растворимости при переходе из жидкого в твердое состояние при кристаллизации стали вызывает выделение газов из металла, что является причиной образования ряда дефектов, например, флокенов[1], пористости в слитках готовой стали и т. п. В присутствии некоторых элементов в металле могут образовываться их соединения с азотом - нитриды. Наличие нитридов в кристаллической структуре многих сталей отрицательно влияет на свойства металла.
Азот и водород успешно удаляются из жидкой стали в результате реакции окисления углерода. Образующийся по этой реакции СО, собирается в пузырьки, которые вырываются на поверхность металла, пробивают находящийся под металлов слой жидкого шлака и выходят в атмосферу. В результате этого создается впечатление кипения жидкой ванны.
Всплывающие пузырьки СО захватывают по пути вверх некоторое количество других газов - H2 и N2 (рис 1).
Чем энергичнее протекает кипение металла, тем меньше содержание газов и тем лучше качество металла. Для удаления H2 и N2 применяют также вакуумную обработку, продувку ванны нейтральным газом (аргоном) и др.

Рис. 1 Схема удаления газов из

жидкого металла в процессе кипения
Раскисление стали. Для снижения содержания кислорода в стали проводят ее раскисление. Это, как правило, последняя и ответственная операция в процессе выплавки стали. Раскисление - это процесс удаления кислорода, растворенного в стали, путем связывания его в оксиды различных металлов, имеющих большее сродство к кислороду, чем железо.
Наиболее распространенными раскислителями являются марганец и кремний, используемые в виде ферросплавов, и алюминий.
Реакции раскисления можно представить следующим образом:

[O] + [Mn] = (MnO)
2[O] + [Si] = (SiO2)
3[O] + 2[Al] = (Al2O3)

В зависимости от условий ввода раскислителей в металл различают два метода раскисления: глубинное (или осаждающее) и диффузионное раскисление.
При глубинном раскислении раскислители вводят в глубину металла. В этом случае требуется определенное время для того, чтобы продукты раскисления - оксиды кремния, марганца, алюминия всплыли в шлак. При диффузном раскилении раскислители в тонко измельченном виде попадают в шлак, покрывающий металл.
Сначала в этом случае происходит раскисление шлака, а снижение содержания кислорода в металле происходит за счет его перехода из металла в шлак, т. е. [O] ==> (O). При диффузионном раскислении не происходит загрязнение металла неметаллическими включениями - продуктами раскисления.
Для более глубокого раскисления применяют обработку жидкого металла в вакууме или синтетическими шлаками.
В зависимости от степени раскисления различают спокойную, кипящую и полуспокойную сталь.
Спокойная сталь - это сталь, полностью раскисленная, т. е. благодаря вводу большого количества раскислителей весь кислород в стали находится в связанном с элементом-раскислителем состоянии. При разливки такой стали газы не выделяются, и она застывает спокойно.
Кипящая сталь - это сталь, частично раскисленная марганцем. При разливке в слитки она бурлит (кипит) благодаря выделению пузырьков оксида углерода, образующихся по реакции: [C] + [O] = {CO}.
Полуспокойная сталь - это сталь, по степени раскисленности занимающая промежуточное место между кипящей и спокойной.
Полуспокойную сталь ракисляют частично в печи (марганцем) и затем в ковше
(кремнем, алюминием).
[pic]

Производство стали в конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху.
Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и
Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране - кислородно-конвертерного).
В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т, продолжительность плавки в которых составляет 30 - 50 мин.
Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции.

Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой.
Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтально оси на 360о со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для больше грузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу

[pic]

Рисунок 2 Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.

[pic]

Рисунок 3 Технологическая схема производства стали в кислородном конвертере


Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов (рис 3); загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода с чистотой не менее 99,5 % О2. Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60 % от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут после начала продувки.
На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы
(расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м, давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком.
Последнее в свою очередь способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.
Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами
(основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500о. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO2 руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.
Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец.
Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1450 - 1500о С и менее).
Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.
Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течении продувки.
С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02 % Р в готовой стали.
Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том, что шлак содержит значительное количество (FeO) и высокая основность шлака (> 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30 - 50 % и содержание серы в готовой стали составляет
0,02 - 0,04 %.
По достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

Страницы: 1, 2


Рекомендуем

Опрос

Какой формат работ для вас удобней?

doc
pdf
djvu
fb2
chm
txt
другой


Результаты опроса
Все опросы