Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Технология производства стали в электрических печах - файл 1.doc


Лекции - Технология производства стали в электрических печах
скачать (1031 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1031kb.24.11.2011 13:20скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

ГОУ СПО «Красносулинский металлургический колледж»


КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ»
150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»

 


 

Красный Сулин

2007г.

Курс лекций «Технология производства стали в электрических печах» /ГОУ СПО «Красносулинский металлургический колледж» г. Красный Сулин, 2007г. 41 стр.
Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине «Технология производства стали в электрических печах» для студентов 3 курса специальности 150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»
СОДЕРЖАНИЕ
АННОТАЦИЯ…………………………………………………………………..4
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..5
РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ……………………………………………….................................................9
РАЗДЕЛ 2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ……………..14
РАЗДЕЛ 3. РАЗЛИВКА И КАЧЕСТВО ЛИТОЙ СТАЛИ………………....24
РАЗДЕЛ 4. ВНЕПЕЧНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ……………….....34
РАЗДЕЛ 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ………………………………………37
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА…..……………………………………...41


АННОТАЦИЯ
В ГОУ СПО «КМК» при подготовке учащихся по специальности 150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»» предусматривается изучение дисциплины «Технология производства стали в электрических печах».

Рабочая программа рассчитана на 28 часов (из них 4 часа – практические занятия) для базового уровня среднего профессионального образования.

Основной целью курса является изучение теоретических и технологических основ производства стали в электросталеплавильных печах.

В результате изучения дисциплины студент должен

иметь представление:

- об основных тенденциях и направлениях развития современной электрометаллургии;

знать и уметь использовать:

- теоретические основы металлургических процессов;

- способы подготовки исходного сырья к плавке;

- технологические процессы получения стали методами электрометаллургии, методы интенсификации производства.

Для закрепления теоретических знаний и развития практических навыков студентов учебным планом предусматривается практические занятия.

Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине «Технология производства стали в электрических печах» в помощь студентам при изучении курсов по технологии конструкционных материалов, а также других технических и естественнонаучных дисциплин.
ВВЕДЕНИЕ
Значение металлов в современной жизни очень велико. Несмотря на то что химические материалы – пластмассы, синтетические смолы и др. получают все большее распространение, роль металлов не только не уменьшается, но еще более возрастает в связи с освоением космического пространства, разработкой природных богатств земли, находящихся на ее поверхности и под дном океана, с развитием производства атомной энергии, транспорта, связи, микро- и радиоэлектроники и т. д.

Железо является одним из самых распространенных элементов на земле. Его доля составляет ~4 % массы всей верхней части земной коры. Атомная масса железа 55,84, атомный номер 26, плотность 7,86 г/см3, температура плавления 1540° С. Чистое железо – серовато-беловатого цвета, обладает пластичностью и магнитными свойствами.

Добыча железа началась, по крайней мере, за два тысячелетия до нашей эры. Получение чистого железа, его сплавов стало возможным благодаря опыту, накопленному древними металлургами по выплавке меди и ее сплавов с оловом, серебром, свинцом и другими легкоплавкими металлами.

Плавку железа в древности производили в ямах – горнах, обмазанных глиной или выложенных камнем. В горн загружали дрова и древесный уголь. Через отверстие в нижней части горна нагнетали с помощью кожаных мехов воздух. На смесь древесного угля и дров засыпали измельченную железную руду. Сгорание дров и угля проходило интенсивно. Внутри горна достигалась относительно высокая температура.

Благодаря взаимодействию угля и оксида углерода СО, образовавшегося при сгорании угля, с оксидами железа, содержавшимися в руде, железо восстанавливалось и в виде тестообразных кусков накапливалось на дне горна. Куски были загрязнены золой, шлаком, выплавлявшимся из составляющих руды. Такое железо называли сыродутным. Из него необходимо было удалить примеси прежде, чем приступить к изготовлению изделий. Разогретый металл ковали и на наковальне выжимали остатки шлака, примесей и др. Отдельные куски железа сваривали в единое целое.

Такой способ существовал вплоть до XII-XIII вв. Когда стали использовать энергию падающей воды и приводить в движение меха механическим способом, удалось увеличить объем воздуха, подаваемого в горн. Горн сделали больше, стенки его выросли из земли, он стал прообразом доменной печи – домницей. Домницы имели высоту в несколько метров и сужались кверху. Сначала они были квадратными, потом стали круглыми. Подачу воздуха производили через несколько фурм. В нижней части домницы имелось отверстие, замазываемое глиной, через которое после окончания плавки вынимали готовое железо. Улучшение технологии плавки, обкладки стенок домницы природным огнеупорным камнем позволили значительно повысить температуру в горне. На дне печи образовывался жидкий сплав железа с углеродом – чугун. Вначале чугун считали отходом производства, так как он был хрупким. Позже заметили, что чугун обладает хорошими литейными свойствами и из него стали отливать пушки, ядра, архитектурные украшения.

В начале XIV в. из чугуна научились приготовлять ковкое железо, появился двухступенчатый способ производства металла. Куски чугуна переплавляли в небольших тиглях – горнах, в которых. удавалось получать высокую температуру и создавать окислительные условия в области фурм. Благодаря окислению из чугуна выжигали большую часть углерода, марганца, кремния. На дне тигля собирался слой железной массы – крица. Масса была загрязнена остатками шлака. Ее извлекали из тигля клещами или ломом и тут же в разогретом состоянии подвергали ковке для выдавливания загрязнений и сваривания в один прочный кусок. Такие горны назывались кричными. Они обладали большей производительностью, чем сыродутные, и давали металл более высокого качества. Поэтому со временем получение сыродутного железа было прекращено. Выгоднее было получать железо из чугуна, чем непосредственно из руды.

По мере улучшения качества железа возрастали и потребности в нем в сельском хозяйстве, военном деле, строительстве, промышленности. Возрастало производство чугуна, домницы увеличивались в размерах, постепенно превращаясь в доменные печи. В XIV в. высота доменных печей достигала уже 8 м.

Ускоренное развитие металлургии началось после замены древесного угля коксом. Вырубка лесов для получения древесного угля, привела к тому, что уже в XV в. в Англии было запрещено использовать древесный уголь в металлургии. Применение кокса не только удачно решило проблему топлива, но и благоприятствовало росту производительности доменных печей. Благодаря повышенной прочности и хорошей теплотворной способности кокса стало возможным увеличение диаметра и высоты печей. В 1828 г. был выдан патент на применение в доменных печах подогретого воздуха. Эта мера позволила значительно снизить расход кокса, повысить производительность и температуру в горне печей. Позднее были успешно проведены опыты по использованию доменного колошникового газа для подогрева дутья. Раньше все газы выбрасывались в атмосферу, теперь колошник стали делать закрытым и улавливали отходящие газы. Многие операции доменного процесса были механизированы.

Одновременно совершенствовался и способ получения стали. Кричный способ уже не мог удовлетворить потребности в железе. Прочность сталям придавал углерод. Науглероживание кричного железа производили либо в твердом состоянии, либо сплавлением с чугуном в маленьких тиглях. Но такие методы не могли дать много стали. В конце XVIII в. на металлургических заводах появился новый процесс – пудлингование. Сущность процесса пудлингования заключалась в том, что топка была отделена от ванны, в которой расплавляют чугун. По мере окисления примесей из жидкого чугуна выпадали кристаллы твердого железа, которые накапливались на поду ванны. Ванну перемешивали ломом, намораживали на него тестообразную железную массу (до 50 кг) и вытаскивали из печи. Эту массу – крицу обжимали под молотом и получали железо.

В 1856 г. Генри Бессемер в Англии разработал наиболее производительный способ получения стали из чугуна – продувкой воздухом жидкого чугуна в конвертере, выложенном изнутри кремнеземистым кирпичом. В бессемеровских конвертерах перерабатывали чугуны с повышенным содержанием кремния. Процесс шел быстро: 15-18 т чугуна превращались в сталь в течение 15-20 мин. Для переработки чугуна с повышенным содержанием фосфора Томасом был предложен конвертер с футеровкой из оксидов кальция и магния.

В 1864 г. в Европе появились первые мартеновские печи, в которых расплавление чугуна, окисление его примесей производили в подовых (отражательных) печах. Печи работали на жидком и газообразном топливе. Газ и воздух подогревали теплом отходящих газов. Благодаря этому в печи развивались настолько высокие температуры, что стало возможным на поду ванны иметь не только жидкий чугун, но и поддерживать в жидком состоянии более тугоплавкое железо и его сплавы.

В мартеновских печах начали получать из чугуна сталь любого состава и использовать для переплава стальной и чугунный лом. В начале XX в. появились электрические дуговые и индукционные печи. В этих печах выплавляли легированные высококачественные стали и ферросплавы. В 50-х годах XX в. начали использовать процесс передела чугуна в сталь в кислородном конвертере продувкой чугуна кислородом через фурму сверху. Сегодня это наиболее производительный метод получения стали. В последние годы появились значительно усовершенствованные по сравнению с прошлым процессы прямого получения железа из руды.

Развитие сталеплавильного производства повлекло за собой и развитие нового оборудования для горячей и холодной обработки стали. В конце XVIII в. появились прокатные станы для обжатия слитков и проката готовых изделий. В первой половине XIX в. начали применять крупные паровые и воздушные молоты для ковки тяжелых слитков. Последняя четверть XIX в. ознаменовалась появлением крупных прокатных станов и станов для непрерывной прокатки с электрическими приводами.

В России до XVII в. производство железа носило кустарный характер. Выплавкой железа занимались отдельные крестьянские семьи или совместно несколько крестьянских дворов. Строили домницы на землях Новгородчины, Псковщины, в Карелии. В 1699 г. был построен Невьянский завод. Бурное производство чугуна началось при Петре I. Демидовыми на Урале была построена колоссальная по тем временам печь высотой в 13 м, выплавлявшая в сутки 14 т чугуна.

В 1763 г. М. В. Ломоносовым написан труд: «Первые основания металлургии или рудных дел». Эта книга в течение многих лег являлась единственным пособием для русских инженеров и техников.

Развитие капитализма в России в конце XIX в. вызвало подъем в черной металлургии, особенно в южных районах (Украина). В 1870 г. русский купец Пастухов построил в г.Сулине завод для выплавки чугуна на донецком антраците. В местечке Юзовка (ныне г. Донецк) был пущен крупнейший по тому времени металлургический завод. Бурное развитие металлургия Юга получила с открытием залежей железных руд Кривого Рога. В сочетании с запасами донецких углей это стало основой развития горнорудной промышленности Юга России. В отличие от заводов Урала южные заводы были оборудованы более крупными агрегатами. В доменные печи загружали кокс и выдавали в сутки примерно в шесть-семь раз больше чугуна, чем в печах, работающих на древесном угле.

В 1870 г. на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде заработали первые мартеновские печи, а в Донбассе в сталелитейных цехах появились и конвертеры. В 1910 г. была установлена первая дуговая сталеплавильная печь, а в конце 1917 г. под Москвой стал работать электрометаллургический завод с несколькими электропечами.

В годы гражданской войны развитие металлургии было приостановлено, и только в 1926 г. был достигнут уровень 1913 г. – максимальной дореволюционной выплавки стали 4,3 млн. т.

Интенсивное развитие черная металлургия в СССР получила в годы первых пятилеток. Были построены крупнейшие в мире, построены новые заводы высококачественных сталей. В 1940 г. производство стали достигло 18,5 млн. т и проката 13,1 млн. т.

Великая Отечественная война нанесла серьезный урон южным заводам СССР. Большая часть оборудования металлургических заводов была эвакуирована на Восток. Металлурги страны создали в короткие сроки базу для наращивания всех видов вооружений и уже в 1943 г. Советский Союз значительно превосходил врага по производству танков, орудий, самолетов и другой техники.

В послевоенные годы черная металлургия быстро оправилась от потерь. К 1950 г. уровень выплавки черного металла в полтора раза превысил довоенный. Все последующие пятилетки характеризуются последовательным наращиванием объемов производства, строительством новых заводов и цехов. Появились кислородные конвертеры емкостью до 350 т, 900-т мартеновские печи, двухванные сталеплавильные агрегаты, 200-т дуговые электропечи, доменные печи с полезным объемом 5000 м3. Построены непрерывные станы для получения листа, сортового проката, труб, установки для непрерывной разливки стали (УНРС).

В последнее время получила развитие специальная металлургия высококачественных сталей и сплавов: процессы получения стали на установках электрошлакового (ЭШП), вакуумного индукционного (ВИП), вакуумно-дугового (ВДП), электронно-лучевого (ЭЛП), плазменно-дугового (ПДП) переплавов, широко применяются такие методы, как обработка жидкой стали в ковше синтетическим шлаком и аргоном, вакуумирование жидкого металла.

^ РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.

 

1.1. Сущность процесса

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

.

Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.

Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит . Фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение . Оксид кальция – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает и переводит его в шлак:

.

Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке . Для повышения содержания в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками .

Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

.

Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.



При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки . Все это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап - основной в процессе выплавки стали.

Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида (), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция :



Образующееся соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: , которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество.

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: ,

Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

 Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

^ Мартеновский процесс (1864-1865, Франция) в период до семидесятых годов XX века являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Температура факела пламени достигает 1800 0C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:

- скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

- скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора.

В мартеновских печах в нашей стране выплавляют до 20 % всей стали. Доля мартеновского способа производства стали в последние годы сократилась за счет развития кислородно-конвертерного и электросталеплавильного производства.

 ^ Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933-1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака.

Кислород через водоохдлаждаемую фурму проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Кислородно-конвертерный процесс наиболее высокопроизводительным способом выплавки стали. Его другие достоинства: простота устройства конвертера, отсутствие топлива, меньшие затраты на строительство цехов.

^ Производство стали в электропечах. Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Выплавка в дуговых электрических печах – главный способ производства высококачественных конструкционных, коррозионностойких и других сталей и сплавов. Более высокое по сравнению с мартеновской и конвертерной качество электростали объясняется ее более высокой чистотой по сере и фосфору и неметаллическим включениям, хорошей раскисляемостью.

Вместе с этим электросталь стоит дороже, чем мартеновская и конвертерная.

Применение кислорода повышает производительность на 15-25 % и снижает расход электроэнергии на 10-15 %.

Преимуществами индукционных печей по сравнению с дуговыми является возможность выплавки сталей с очень низким содержанием углерода (так как нет науглероживания от электродов), очень малый угар легкоокисляющихся элементов; сталь характеризуется пониженным содержанием азота и высокой чистотой по неметаллическим включениям. Индукционные печи имеют высокую производительность и высокий -электрический к. п. д.

Недостатками индукционных печей являются их малая вместимость по сравнению с дуговыми печами, высокая стоимость электрооборудования, низкая стойкость основных тиглей (10-100 плавок).


^ РАЗДЕЛ 2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
Тема 2.1. Электрометаллургия стали

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:

а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;

б) можно получать высокую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Первая дуговая сталеплавильная печь в России была установлена в 1910 г., а в конце 1917 г. под Москвой стал работать электрометаллургический завод с несколькими электропечами.

В основе превращения электрической энергии в тепловую могут лежать процессы теплогенерации, происходящие:

1) при прохождении электрического тока через газ;

2) при воздействии электрического тока на магнитное поле и создании вихревых токов в металле;

3) при перемагничивании и поляризации диэлектриков;

4) при прохождении электрического тока через твердое (а иногда и жидкое) тело, обладающее электропроводностью;

5) за счет кинетической энергии электронов среды, участвующей в процессе.

Обычно в печах передача тепла происходит двухступенчато – от теплоносителя (электрической дуги и др.) к поверхности материала и от поверхности внутрь его. Первая ступень соответствует так называемой внешней задаче, вторая – внутренней задаче.

В условиях внешней задачи теплопередача осуществляется главным образом в результате теплового излучения и конвекции.

В условиях внутренней задачи теплообмен происходит главным образом в результате теплопроводности (кондукции). Однако в последнем случае при нагреве жидкости преобладает конвективный теплообмен. Ниже несколько подробнее рассматриваются режимы, характерные для внешнего теплообмена.

В связи с тем, что основным способом выплавки стали является кислородно-конвертерный, потребляющий меньшее количество лома по сравнению с мартеновским, возникли предпосылки для более быстрого развития электросталеплавильного производства, работающего на твердой шихте. Вторая важная причина развития выплавки стали в электропечах – все возрастающая потребность в легированных сталях и чистом металле из металлизованных окатышей. Развитие электросталеплавильного способа производства стали будет идти параллельно с кислородно-конвертерным.

На металлургических предприятиях с большим объемом производства низколегированной и трансформаторной сталей в основном применяют дуговые трехфазные электропечи вместимостью 50, 100 и 200 т. На специализированных заводах по производству высококачественной и специальной сталей применяют дуговые электропечи вместимостью 3-100 т, индукционные электропечи обычных конструкций и вакуумные.

Высококачественные слитки (по структуре и поверхности) получают в вакуумных электропечах с расходуемым электродом и в печах электрошлакового переплава. В последнее время для получения сталей для атомной и ракетной техники применяют электронно-лучевые плазменные печи. Ферросплавы выплавляют в дуговых электропечах на специализированных заводах.
^ Тема 2.2. Производство стали в дуговых печах

Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра.

Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6.



 


Рис. 2.1. Схема дуговой плавильной печи
Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.

В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов:

а) на шихте из легированных отходов (методом переплава),

б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).

^ Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

^ Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом, чушковый передельный чугун, электродный бой или кокс, для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, частично, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит дальнейшее окисление углерода. После прекращения кипения удаляют шлак. Затем приступают к удалению серы и раскислению металла заданного химического состава. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, выпускают сталь в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали – конструкционные, инструментальные, жаростойкие и жаропрочные.
  1   2   3



Скачать файл (1031 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации