рефераты бесплатно

МЕНЮ


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

Страницы: 1, 2, 3


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.