Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 126997
Наименование:
Курсовик Разработка технологии производства сплава 20ХГСА в условиях ПАО «Ашинский метзаво»
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Добавлен: 07.06.2021.
Год: 2021.
Страниц: 71.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)» Институт открытого и дистанционного образования Кафедра «Техника, технологии и строительство»
Разработка технологии производства сплава 20ХГСА в условиях ПАО «Ашинский метзавод»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине «Электрометаллургия» ЮУрГУ - 22.03.02.2021.000.00 ПЗ ВКР
Челябинск 2021 г. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)» Институт открытого и дистанционного образования
Направление 22.03.02 «Металлургия» Кафедра «Техника, технологии и строительство»
ЗАДАНИЕ на курсовой проект студенту
Группа: ДО-412
1. Дисциплина: Электрометаллургия стали 2. Тема курсовой работы: Разработка технологии производства сплава 20ХГСА в условиях ПАО «Ашинский метзавод» от «___»___2021 г. № 3. Срок сдачи студентом законченной работы «___ »___ 2021 г. 4. Перечень вопросов, подлежащих разработке 4.1 Выбор шихты 4.2 Технологические параметры выплавки 4.3 Материальный баланс плавки 5. Календарный план
Разработка технологии производства сплава 20ХГСА в условиях ПАО «Ашинский метзавод» - Челябинск: ЮУрГУ, ТТС; 2021, 35 с, 7 рис., 11 табл., библиогр. список - 10 наим.
Задача курсовой работы - познакомится с оборудованием и технологией производства сплава 20ХГСА в условиях ЭСПЦ-1 ПАО «АМЗ». В работе рассмотрена сталь марки 20ХГСА, ее назначение, физические и магнитные свойства. Также рассмотрена технология выплавки стали, и применяемые шихтовые материалы, описано применяемое оборудование и необходимые огнеупорные материалы. В расчетной части выбраны технологические параметры выплавки и нормирование технологических процессов, произведены расчеты материального баланса плавки. В курсовом проекте был рассмотрен ряд основных задач и тем: - выбор шихты для выплавки; - рассмотрена технология выплавки стали; - произведен расчет шихты; - рассчитан материальный баланс плавки.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7 1.1 Назначение выплавляемой стали 7 1.2 Описание стали 7 1.3 Технология выплавки сплава 20ХГСА и работа оборудования в условиях ПАО «Ашинский метзавод» 8 1.3.1 Выбор оборудования и огнеупорных материалов для выплавки 8 1.3.2 Выбор шихты для выплавки 20ХГСА 10 1.3.3 Технологическая карта выплавки 11 1.3.4 Описание отличительных особенностей структуры и свойств стали марки 20ХГСА от стали обыкновенного качества 13 1.3.5 Контроль качества продукции 15 2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 20 2.1 Энергоемкость оборудования 20 2.2Нормирование технологического процесса 33 2.3 Расчет материального баланса выплавки стали 20ХГСА в ДСП 34 2.3.1 Расчет шихты 34 2.3.2 Период плавления 35 2.3.3 Окислительный период 48 2.3.4 Обработка стали в печи-ковше 53 2.4 Расчет теплового баланса 60 2.4.1 Приход тепла 60 2.4.2 Расход тепла 66 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ВВЕДЕНИЕ
Настоящий период развития черной металлургии характеризуется коренным изменением масштабов производства качественных и высококачественных марок стали, а также их доли в общем объеме производства металла. Наблюдаемое во всем мире развитие машиностроения и других металлопотребляющих отраслей обеспечивается мероприятиями, проводимыми металлургами с целью повышения степени чистоты стали (главным образом, за счет внепечной обработки) и выхода годного (в основном, в результате перехода на непрерывную разливку металла). Около 15 - 20 лет назад требования новых отраслей техники к качеству стали многих марок резко возросли и продолжают возрастать. Это привело к тому, что масштабы производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей, заметно увеличились. Разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возникла новая ситуация, когда масштабы выплавки стали уже не характеризуют промышленную мощь, главным становится высокое качество, чистота и надежность металлопродукции. Неизбежное при этом усложнение технологии оправдывается достигаемым результатом. Мировой опыт настоящего периода характеризуется, прежде всего, интенсивным внедрением в практику различных методов внепечной обработки и непрерывной разливки стали. В металлургической практике применяются три главных сталеплавильных процесса, использующих различное преобразование энергии в тепловую с последующей передачей ее шихтовым материалам и расплавленной металлической ванне: мартеновский, кислородно-конвертор ый и электроплавильный. Развитие инновационной составляющей металлургии в значительной мере определяется состоянием электрометаллургии как наиболее наукоемкой, энергосберегающей и экологичной технологии. В условиях конкуренции на мировом рынке черной металлургии одним из главных условий существования и получения стабильной прибыли на Ашинском металлургическом заводе является использование современных технологий в производстве, которые позволяют снизить себестоимость и повысить качество выпускаемой продукции. ПАО «Ашинский металлургический завод» в настоящее время является безусловным лидером среди малых заводов чёрной металлургии Южного Урала по темпам развития, перевооружения производства, внедрения новейших технологий и последних образцов техники, организации научных исследований в области производства чёрных металлов. На Ашинском металлургическом заводе ПАО «АМЗ» была произведена поэтапная реконструкция мартеновского цеха с последующим выходом на современный технологический уровень. Было принято решение о строительстве, отделения непрерывной разливки стали, в которое войдут агрегат «ковш-печь» и
слябовая МНЛЗ, с последующем строительством электросталеплавильн го цеха. В здании нового электросталеплавильн го комплекса (ЭСПК) установлена дуговая сталеплавильная печь (ДСП-120 + «CONSTEEL») с конвейерной загрузкой металлошихты. Результатом реконструкции стало прекращение работы мартеновского цеха в составе трех мартеновских печей и перевод разливки стали в слябы на МНЛЗ вместо ее разливки в изложницы на слитки. Целью работы является изучение современных технологий производства и возможности их применения в условиях ПАО «Ашинский метзавод». В связи с этим были определены следующие задачи: 1) изучение и описание выбранной для производства в условиях ПАО «Ашинский метзавод» марки стали. 2) изучение существующей технологии производства стали на ПАО «Ашинский метзавод». 3) осуществление и обоснование выбора типа агрегата для использования в условиях ПАО «Ашинский метзавод». 4) расчет материального и энергетического баланса выбранного электросталеплавильн го агрегата. 5) описание технологической цепочки, начиная с выплавки и заканчивая разливкой стали. Современная технология производства стали в дуговой сталеплавильной печи позволяет существенно снизить себестоимость производимой продукции. Внепечная обработка в установке ковш-печь позволяет получать металл высокого качества. Использование современных технологий при разливки стали на машине непрерывного литья заготовки также позволяет повысить качество и снизить себестоимость производимой заготовки.
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Назначение выплавляемого сплава
Сталь 20ХГСА – сталь конструкционная легированная для сварных конструкций. Заменителем является: 30ХГСА. Применение: Ходовые винты, оси, валы, червяки и другие детали, работающие в условиях износа и при знакопеременных нагрузках при температурах до 200 °С. Сортамент стали 20ХГСА: • сортовой прокат, в том числе фасонный ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. • калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. • шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ4543-71, ГОСТ14955-77.
1.2 Описание сплава
Химический состав стали Сталь 20ХГСА (ГОСТ 19282 - 73) приведен в таблице 1
Таблица 1 – Химический состав стали марки Сталь 20ХГСА (ГОСТ 4543 - 71) (в процентах)
Кремний (Si) 0,9-1,2 Марганец (Mn) 0,8-1,1 Медь (Cu), не более 0,30 Никель (Ni), не более 0,30 Сера (S), не более 0,025 Углерод (C) 0,17-0,23 Фосфор (P), не более 0,025 Хром (Cr), не более 0,8-1,1 Железо (Fe) 96
Механические свойства стали марки Сталь 20ХГСА представлены в таблице 2
Таблица 2 – Механические свойства стали марки Сталь 20ХГСА
Режим термообработки Сечени , мм ?0,2 (МПа) ?в(МПа) ?5 (%) ? % KCU (кДж / м2) Пруток.Изометрическа закалка при 880 °С в смеси кальциевой и натриевой силитры, имеющую температуру 280-310°С,охл. на воздухе 30 1270 1620 9 40 39
1.3 Технология выплавки сплава и работа оборудования в условиях ПАО «Ашинский метзавод»
Технология производства стали на ПАО «Ашинский метзавод» включает следующие этапы: 1.Подготовка металлошихты (металлолом, скрап, чугун) и погрузка ее на конвейер. 2.Транспортировка металлошихты конвейером и загрузка ее в ДСП. 3.Выплавка полупродукта в ДСП. 4.Выпуск стали в сталь–ковш и его транспортировка на внепечную обработку стали. 5.Внепечная обработка полупродукта в агрегате ковш-печь (АКП) с доведением стали по химическому составу до заданной марки, температуры и окисленности, требуемой для разливки на МНЛЗ. 6.Транспортировка жидкой стали в отделение непрерывной разливки стали. 7.Разливка стали на МНЛЗ с получением стальной заготовки – слябы. 8.Транспортировка слябы в прокатный цех (ЛПЦ № 1 – прокатный стан № 2850). 9.Прокат стальной заготовки с получением годного проката.
Рисунок 1 – Технология получения готовой продукции (металлопроката) в условиях ПАО «Ашинский метзавод»
Плавильным агрегатом является трехфазная ДСП-120 с водоохлаждаемым сводом и стеновыми панелями. Печь оснащена системой эркерного выпуска металла и механизмами наклона, а также механизмами подъема и поворота свода. В стене печи имеется проем, к которому примыкает газоход с конвейером для подачи в печь лома и отвода газов. В горячей зоне конвейера происходит нагрев лома отходящими газами до среднемассовой температуры 150–200 °С. В этой зоне лом освобождается от остатков снега, льда и частично происходит испарение влаги. Однако низкая температура газов, малая продолжительность пребывания лома в зоне нагрева (~6 мин) и неоптимальные условия теплопередачи от отходящих газов к слою шихты не позволяют, особенно в зимний период, полностью избавиться от влаги. В лотке конвейера накапливается вода, которая попадает в ванну печи. Это приводит к хлопкам в рабочем пространстве печи, а при определенных условиях и к взрывам. В связи с этим остается актуальной проблема нагрева лома до более высокой температуры и исключения попадания воды в металлический расплав. При нахождении печи в исходном состоянии в боковой ее проем вводят переднюю (разгрузочную) часть конвейера, зажигают дуги на жидкую ванну и включают конвейер для загрузки металлолома [3, с. 164]. В течение всей плавки дуги горят на жидкую ванну и полностью экранированы шлаком. Лом погружается в жидкий расплав и растворяется в нем. Тепло, выделяющееся в дугах, передается жидкой ванне и твердой шихте в основном конвекцией. В этих условиях для исключения перегрева футеровки и стеновых панелей температуру металла не поднимают выше 1530–1560 °С. Режим вспененного шлака поддерживается в течение всей плавки, что обеспечивает защиту футеровки и стеновых панелей от теплового излучения электрических дуг. Кроме того, постоянное экранирование дуг обеспечивает более полное усвоение мощности и предотвращает насыщение стали азотом.
Для вспенивания шлака с первых минут плавки в печь вдувают порошок углеродсодержащего материала (УСМ) и начинают продувать ванну кислородом. Через 2,5 мин по системе весового дозирования начинают подавать в печь известь со скоростью 300 кг/мин, постепенно снижая ее до 200 и 100 кг/мин. Общее количество извести, подаваемой в печь за плавку, колеблется от 5,5 до 8,0 т в зависимости от ее качества (содержания СаО и потерь при прокаливании). Подачу извести в печь прекращают одновременно с окончанием загрузки металлолома. Углеродистый материал высокого качества (УМВК) фракции 20–50 мм подают со скоростью до 100 кг/мин, общее количество подаваемого за плавку материала составляет 800–1500 кг. Ввод УМВК осуществляют 2–3 порциями с десятой по сороковую минуту плавки. Вдувание УСМ проводят через три стеновые фурмы, общее количество этого материала, подаваемого в печь за плавку, составляет 1800–2500 кг. По рекомендации фирмы «Даниели», продувку ванны кислородом начинают с первой минуты плавки одной комбинированной фурмой-горелкой с интенсивностью 1000–1200 м3/ч. Примерно через 6–7 мин подключают вторую фурму с такой же интенсивностью продувки, затем третью и четвертую. К середине плавления общий расход кислорода, вдуваемого в ванну, составляет 5500-5800 м3/ч. При работе газокислородных фурм в режиме кислородной продувки общий расход кислорода на четыре фурмы составляет 6400 м3/ч. Продувку ванны кислородом ведут до конца плавки. Максимальный расход природного газа на каждый модуль составляет 250 м3/ч. По мнению специалистов фирмы «Даниели», защитная «рубашка» из природного газа (система «Ко–Джет») обеспечивает когерентность кислородной струи. Для окисления указанного количества природного газа требуется 500 м3/ч кислорода. Для предотвращения повышенного износа футеровки во второй половине плавки в печь присаживают магнезитсодержащий материал массой 500–1000 кг одной порцией со скоростью 200–300 кг/мин. При этом в шлаке поддерживают содержание оксида магния в диапазоне 6–10%, корректируя его в зависимости от основности шлака. Шлак сливается через порог рабочего окна в шлаковый коридор, устроенный между элементами фундамента печи на уровне нулевой отметки и с трех сторон обрамленный стальными плитами. Отгрузка шлака от печи проводится гусеничным фронтальным погрузчиком. При достижении 90–95% общей загрузки металлошихты интенсивность подачи лома уменьшают, а затем конвейер останавливают и разгрузочную часть конвейера выводят из рабочего пространства печи. Металл нагревают до температуры 1600–1640 °С. Сталеразливочный ковш с температурой футеровки не менее 1000 °С подают под печь за 10 мин до выпуска металла. После получения информации по результатам химического анализа и достижения заданной температуры стали печь наклоняют на 3° и открывают шибер эркерного отверстия. Управление наклоном печи ведется с поста управления выпуском.
В случае если струя металла не появилась после открытия шибера, прожигают выпускное отверстие кислородом. После слива примерно 50 т металла в ковш присаживают раскислители и легирующие материалы через систему подачи ферросплавов. По мере наполнения ковша увеличивают угол наклона печи до 14°. Во время выпуска и не менее 2 мин после выпуска проводят продувку метала аргоном в ковше через донную фурму. Количество выпущенного в ковш металла контролируется по данным системы взвешивания на сталевозе [5, с. 71]. По окончании выпуска заданного количества металла (~120 т) печь быстро (со скоростью ›5°/с) возвращают в исходное положение, а ковш с металлом передают на АКП. После этого зачищают выпускное отверстие, закрывают шибер, уплотняют его, в выпускное отверстие засыпают стартовую смесь (обычно порошок дунита), и печь готова к началу следующей плавки.
1.3.1 Выбор оборудования и огнеупорных материалов для выплавки
Выплавку стали предлагается производить в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) по технологии процесса Consteel. Эта технология представляет собой выплавку электростали с непрерывной загрузкой горячей шихты в сталеплавильную печь. Система непрерывной загрузки лома в печь представляет собой новый технологический процесс, применимый к существующим или новым печам. Непрерывная загрузка лома допускает эксплуатацию печи с плоской ванной и, следовательно, позволяет значительно уменьшить броски тока и шум печи. В результате мощность, подводимая к ДСП, может быть увеличена на 20 % при неизменной мощности короткого замыкания сети и без увеличения уровня пульсаций. При непрерывной загрузке лома расход энергии сокращается примерно на 20 кВт/ч на тонну жидкой стали, так как устраняются потери тепла, вызываемые открытием свода печи для завалки лома бадьями. Основными задачами этой технологии являются: 1. улучшение технико-экономически показателей работы печи вследствие уменьшения времени отключений и потребления электроэнергии; 2. сокращение объема технического обслуживания за счет уменьшения числа операций механического, гидравлического и электрического оборудования; 3. уменьшения неблагоприятного воздействия на окружающую среду при сокращении числа отверстий в своде печи; 4. повышение безопасности операторов при отсутствии брызг стали; 5. сокращение числа операций в сталеплавильном цехе при уменьшении количества электромостовых кранов и сталевозов. Сущность процесса состоит в том, что скрап через конвейерный туннель непрерывно загружается в дуговую сталеплавильную печь (ДСП) через специальное загрузочное окно в кожухе печи. Навстречу движению скрапа через окно в туннель идет поток горячих печных газов, которые нагревают скрап перед загрузкой в ДСП. Конвейерная система соединяет скрапной двор с ДСП.
Основные технические характеристики оборудования ДСП (таблица 4).
Таблица 4 – Общие характеристики агрегата
Тип печи переменного тока с полной платформой Система загрузки скрапа система непрерывной загрузки - CONSTEEL® Tип выпуска жидкого металла эркерный Сталь на выпуске 120 т Зеркало расплавленного металла 50 т Диаметр кожуха 6800 мм Внутренний диаметр панелей 6900 мм Тип панелей стальные и медные (нижние) трубы Угол выпуска 20° Угол спуска шлака -15° Емкость печи 144,5 м3 Тип электродных консолей проводные Круговой диаметр электродов 1250 мм Диаметр электрода 610 мм Длина электрода 2700 мм Емкость корзины для лома 85 м3
Таблица 5 – Технические характеристики наклонной платформы
Межцентровое расстояние люлек 7400 мм Радиус изгиба люльки 5230 мм Ширина люльки 400/680/600 мм Расстояние между центровыми осями печи и люльки 350 мм Диаметр роликов 700 мм Тензодатчики 4 штук Точность системы взвешивания 0.5 %
Загрузочный конвейер ДСП «CONSTEEL» Установка подогрева и непрерывной загрузки в электродуговую печь по технологии «Consteel» представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Установка подогрева и непрерывной загрузки в электродуговую печь по технологии «Consteel» 1 - электродуговая печь; 2 - зона нагрева шихты печными газами; 3 - камера охлаждения отходящих газов; 4 - мешочные фильтры; 5 - камера дожигания отходящих газов; 6 - динамическое уплотнение; 7 - зона загрузки.
Для осуществления процесса «Consteel» в ДСП вдувают угольный порошок в струе кислорода. В результате в печной атмосфере образуются оксиды СО и СО2. В конвейерный туннель (туннельный нагреватель) подают воздух для дожигания СО в печных газах. Предварительный нагрев скрапа во многом определяется процессом дожигания СО в ДСП и туннельном нагревателе. Для оптимизации процессов предварительного нагрева и плавки скрапа ДСП и туннельный нагреватель следует рассматривать как единую теплотехническую систему [4, с. 286]. Это связано с тем, что часть тепловой энергии дожигания СО остается в печи, остальное количество идет на предварительный нагрев скрапа на конвейере. По пути к печи скрап проходит зону подогрева, где нагревается отходящими печными газами, подаваемыми в направлении, обратном движению скрапа (по принципу противотока). На участке подогрева скрапа оксид углерода (СО), содержащийся в отходящих газах, окисляется при подаче воздуха автоматической системой вдувания. При протекании экзотермических реакций выделяется дополнительное количество тепла, поглощаемое скрапом. В процессе непрерывной загрузки скрапа металл в ванне ДСП находится в жидком состоянии, и расплавление скрапа происходит при его погружении и растворении в металле. Электрические дуги постоянно действуют на ванну жидкого металла, а не на твердый скрап. Поэтому горение дуг стабильно в течение всей плавки и не подвержено возмущающему влиянию коротких замыканий электродов на твердые куски скрапа, как это происходит в случае периодической загрузки шихты (с подогревом или без него).
Технология «Consteel» имеет две главные особенности, которые делают ее отличной от большей части других технологий расплавления скрапа в ДСП: предварительный подогрев и непрерывная загрузка шихты. Это обеспечивает следующие преимущества для производителя металлопродукции: быструю окупаемость инвестиций; снижение производственных затрат; высокую производительность и гибкость производства; снижение отрицательного влияния на окружающую среду и безопасность для персонала. Предварительный подогрев шихты позволяет значительно сократить расход технологической электроэнергии на расплавление. При средней температуре подогрева скрапа от 400 до 600°С и полноте расплавления от 70 до 80 % массы завалки экономия энергии колеблется от 80 кВ/ч на тонну жидкой стали на выпуске. Эти значения подтверждены опытом существующих установок «Consteel». Постоянная модернизация сталеплавильных агрегатов привело к существенному увеличению объемов производства до 600 тыс. тонн стали. Сегодня, в связи с вводом в эксплуатацию электропечи и агрегата непрерывной разливки стали достигаются высокие показатели по качеству и стабильности характеристик в серийной продукции завода. Загрузочный конвейер металлошихты в ДСП «CONSTEEL» состоит из трёх конвейеров и соединительного тележечного конвейера, приводимых от одного концевого привода и двух расчленённых приводных блоков. Каждый конвейер изготовлен из стальных поддонов в сборе, смонтированных на стальной раме, подвешенной посредством тяг на опорных стойках, закрепленных на бетонном фундаменте при помощи анкерных болтов. Конвейер, опирающийся на узлы «тяга/противовес/опо а», совершает колебания в горизонтальной плоскости за счёт приводного блока, закреплённого на конце узла в сборке «поддон/рама» (концевой привод). Это дифференциальное перемещение, сообщаемое приводом, приводит к поступательному перемещению загрузки вдоль конвейера в соответствии с принципом скачкообразного движения с регулированием скорости подачи загрузки по конвейеру в пределах от 0 м/мин. до 5,5 м/мин. Загрузочный конвейер осуществляет приёмку скрапа, загружаемого кранами скрапового двора, и передает его в подогревательную секцию. Загрузочная часть конструкции установки амортизирует ударные нагрузки, возникающие во время загрузки металлошихты, а износостойкая стальная пластина защищает стальное днище поддона. Толстые защитные листы установлены по обеим сторонам загрузочной секции конвейера с целью упрощения погрузочных операций и защищают конструкции и мостки для осмотра от падающих кусков скрапа [7, с. 147].
Таблица 6 – Технические характеристики конвейера
Номинальный размер установки (ширина по днищу поддона) 2,000 мм Высота конвейера 800 мм Длина подогревательной секции установки ~ 26 м Длина загрузочного конвейера 71 м Длина соединительного тележечного конвейера 5 м Регулирование скорости скрапа Посредством инвертеров Скорость скрапа на конвейерах до 5,5 м/мин. Плотность скрапа на конвейере (средняя) 0,7 т/м3
Футеровка дуговых сталеплавильных печей состоит из трёх основных частей: подины, кладки стен и свода. Основанием футеровки, вмещающим ванну печи, служит подина, играющая существенную роль при плавке стали. Она работает в тяжёлых тепловых и механических условиях. На раскалённую подину укладывается при загрузке холодная шихта; подина испытывает резкие температурные колебания, удары и давление. Поэтому она должна иметь необходимую механическую прочность при температуре (800 — 1000)°С. При перемешивании жидкой ванны подина подвергается размывающему действию расплавленной стали. Наконец, подина должна иметь тепловое сопротивление, достаточное для того, чтобы обеспечить минимальный температурный перепад по глубине ванны. Тепло в печи выделяется в дугах, у поверхности металла, и тепловой поток направлен от поверхности к подине. При установившемся тепловом режиме ванны значение этого теплового потока определяется тепловыми потерями через подину, которые обусловливают температурный перепад по высоте металла. Ввиду этого подину дуговой печи выполняют из трёх слоёв : – внутреннего набивного, необходимого для того, чтобы образовать ванну со стенками, непроницаемыми для жидкого металла; – среднего, состоящего из кирпичной огнеупорной кладки и воспринимающего механическую нагрузку от набивного слоя; – наружного теплоизоляционного слоя, работающего в более легких тепловых условиях и обеспечивающего необходимое тепловое сопротивление подины.
Для футеровки ДСП применяют материалы указанные в таблице 7.
Таблица 7 – Основные огнеупорные материалы ДСП
Наименование Марка Н значение Характерист ки, % Периклазовый кирпич MZ-91 Арматур ый слой, рабочая футеровка нижних частей стен MgO?91,0 SiO2?4,0 CaO?3,0 Fe2O3?1,5 Периклазоуглеродисты кирпич MayCarb 573-CY Шлаковый пояс и верхние части стен MgO?82,0 SiO2?1,8 CaO?1,4 Fe2O3?1,0 Периклазоуглеродисты кирпич MayCarb 416-BX Шлаковый пояс, верхние части стен. Рабочее окно MgO?76,0 SiO2?1,25 CaO?1,15 Fe2O3?0,95 Периклазоуглеродисты кирпич MayCarb 572-GX Нижняя зона шлакового пояса MgO?84,0 SiO2?1,4 CaO?1,2 Fe2O3?0,95 Периклазоуглеродисты кирпич MayCarb 415-BX Сталевыпускно отверстие MgO?76,0 SiO2?1,75 CaO?1,25 Fe2O3?0,85 Периклазоуглеродисты кирпич MayCarb 413-BX Футеровка горячих зон MgO?82,0 SiO2?1,8 CaO?1,3 Fe2O3?1,0 Масса периклазовая на фосфатной связке MT-68 Масса для сборки ленточного узла Al2O3?1,2 SiO2?1,8 MgO 63,0 – 69,0 CaO 24,0 – 30,0 Fe2O3?7,5 Набивная масса JEHEARTH 355D Масса для набивки подины MgO?82,0 SiO2?1,5 CaO 10,0 – 11,0 Фракция 0 – 6 мм Плотность, кг.дм3 – 2,2 Набивная масса JEHEARTH 30BA Масса для набивки стен и откосов MgO?82,0 SiO2?1,5 CaO 10,0 – 11,0 Фракция 0 – 6 мм Плотность, кг.дм3 – 1,9
Продолжение таблицы 7
Порошок Theramer Fill 226 Засыпка эркера ДСП MgO 48,3 SiO2 42,4 Fe2O3 7,4 Торкрет-масса JEGUN 378/1 Торкрет-масса MgO?81,0 CaO?7,0 SiO2?1,8 Fe2O3?7,0 Фракция 0 – 3 мм Заправочный материал JEFRIT GM-1 Заправочная масса для «шлакового пояса» и подины MgO 76,0 – 86,0 CaO 5,0 – 12,0 SiO2 – 2,5 Fe2O3 – 8,0 Фракция 0 – 10 мм Масло 1,0 – 2,0 Порошок Nozolex 3136SF Стартовая смесь для эркера MgO - 7,5 Cr2O3 - 33,0 SiO2 – 29,0 Fe2O3 – 17,5 Al2O3 – 10,5
1.3.2 Выбор шихты для выплавки
Качество металлической шихты, легирующих, окислителей, шлакообразующих и заправочных материалов, используемых при выплавке стали, должно соответствовать требованиям нормативно-техническ й документации. Не допускается к использованию шихта, загрязненная цветными металлами. Максимальная масса кусков шихты, используемой на плавку, не должна превышать 10 % от массы садки. Количество крупной шихты не должно превышать 40 % завалки (с учетом грузоподъемности завалочных устройств). Количество стружки в шихте допускается не более 20 % от массы шихты. Недостающее количество углерода следует вводить в шихту электродным боем, электродной стружкой, коксом или чугуном. Металлический лом и металлизованные окатыши подвергаются подогреву на ленточном конвейере системы Consteel [5, с. 298]. Суммарное содержание в шихте и легирующих остаточных элементов (примесей), не удаляемых в процессе выплавки, не должно превышать значений заданного химического состава марки стали.
Размер кусков шлакообразующих материалов не должен превышать 150 мм. Известь на плавку необходимо применять свежеобожженную с размером кусков 20 – 80 мм. Транспортировка извести в электросталеплавильн е цехи должна производиться в плотно закрытых контейнерах, исключающих попадание влаги. Для контроля качества извести с каждого вагона не позже, чем через 30 мин. после постановки в цех, должна быть отобрана проба массой не менее 0,5 кг и отправлена в плотно закрытой банке в химлабораторию на анализ содержания СаО, СО2 и Н2О. Содержание СаО должно быть не менее 88 %, СO2 – не более 4 %, Н2О – не более 1,5 %. Известь с содержанием влаги более 1,5 % и до 3 % допускается использовать в плавление или окислительный период, а после прокаливания при температуре не менее 600 °С в течение не менее 40 мин — и в восстановительный период. Известь, пригодная к применению, должна быть использована в течение 12 часов с момента поставки её в цех. Определение пригодности к использованию, контроль за расходованием извести, должны производиться контрольным мастером ОТК. Влажность газообразного кислорода должна быть не более 0,8 г/м3, что проверяется на кислородной станции и ежесменно записывается в каждой плавильной карте контрольным мастером ОТК. Шихтовые материалы перед использованием на плавку должны быть взвешены. Шлакообразующие и заправочные материалы допускается готовить на плавку специальной тарированной емкостью. В качестве тарированной емкости разрешается использовать также мульды, не имеющие наваров, прогаров, деформаций, приводящих к искажению внутреннего объема. Перед завалкой шихты в печь мастер по плавкам должен произвести расчет шихты и занести его в плавильную карту. В печь перед завалкой шихты и во время её плавления должны присаживаться шлакообразующие материалы: известь (или известняк) и шамот в соотношении 2: 1 в количестве 1,0 – 1,5 % от массы шихты. При разной габаритности шихты первая завалка её должна производиться в следующем порядке: на подину заваливают часть мелкой шихты, затем более крупную и наверх — оставшуюся часть мелкой шихты. Разрешается использовать скрап шлакового отвала — «сундуки» общей массой до 200 кг/т завалки. Завалка металлического сырья основана на применении технологии процесса «Соnstееl» (непрерывная сталь). Известь и другие добавки вводятся на транспортер конвейера после подогревателя.
Для предупреждения возможности окисления металлической шихты горение в подогревателе контролируется по температуре и составу отходящего из него газа так, что в прилегающей к дуговой печи зоне поддерживается восстановительная атмосфера, а на входе — окислительная [4, с. 295].
1.3.3 Технологическая карта выплавки
При назначении марки стали на выплавку необходимо: 1. принимать во внимание марку стали предыдущей плавки и при значительном расхождении в химическом составе назначать плавку стали промежуточного химического состава или шихтовой болванки; 2. после холодного или частичного ремонта производить выплавку стали менее ответственного назначения на углеродистых отходах с окислением. 3. после капитального ремонта выплавлять не менее двух плавок стали менее ответственного назначения на углеродистых отходах с окислением. В случае смены свода без ремонта стен сталь выплавляют по всем заказам, при этом необходимо учитывать повышенный расход тепла на прогрев свода. Измерение температуры жидкого металла следует производить в соответствии с установленными нормами. Температура металла по ходу плавки и в ковше должна соответствовать значениям, указанным в этих нормах, либо в частных технологических инструкциях [5, с. 336]. Порядок отбора проб металла и количество анализов элементов по ходу плавки должны соответствовать требованиям. Рекомендуется сталь выплавлять в суженных пределах заданного химического состава. Непрерывный процесс плавления и рафинирования шихты происходит под вспененным шлаком, при этом ванна расплава обеспечивает тепловую инерцию.
1.3.3.1 Период плавления
В технологии «Consteel» лом расплавляется быстро по мере его подачи в расплав, а тепло для плавления лома обеспечивается электродной дугой, экранированной вспененным шлаком, при этом в печи практически отсутствует нерасплавленный лом [6, с. 72]. Результатом этого являются большая стабилизация дуги, весьма низкие помехи в электрической системе и пониженная потребность в специальном электрооборудовании для сокращения колебаний напряжения, вызывающих фликкер - или эффект гармоники. Для полного управления поведением шлака в целях оптимизации вспенивания и минимизации эрозии футеровки печи в программном обеспечении предусмотрена специальная оптимизирующая функция «Анализа гармоник».
Увеличение гармоник в токе питания электродов свидетельствует о недостаточном вспенивании шлака. С помощью функции "Анализ гармоник" ведется постоянное слежение за гармониками во всех трех фазах, и в случае их увеличения сверх допустимых величин оператору подается аварийный сигнал. Температура ванны поддерживается в диапазоне кипения углерода, а при введении кислорода под зеркало ванны образуется окись углерода, которая способствует перемешиванию ванны и вспениванию шлака, а затем используется для сгорания в камере подогревателя. Нагрев лома в результате сгорания СО дает большую экономию энергии от введения кислорода в ванну - в целом порядка 2,0 - 3,0 кВт/Нм3 кислорода по сравнению с 1,0 кВт/Нм3 в обычных ДСП. Рабочий цикл установки «Consteel»,составляет 50 - 60 минут от выпуска до выпуска, при составе 90 % лома и 10 % чугунных чушек. Для поддержания необходимого температурного режима ванны с помощью системы управления процессом «Consteel» контролируется тепловой баланс печи. Температура ванны в основном регулируется путем корректировки скорости загрузки лома. Через регулярные промежутки времени производятся ручные или автоматические замеры температуры, которые сравниваются с заданными значениями. При стабильной работе установки «Consteel» температурные замеры осуществляются всего несколько раз и в основном приходятся на последние минуты перед выпуском. Состав стали обычно определяется дозированным смешиванием загружаемого лома и чугунных чушек.
1.3.3.2 Окислительный период
Окислительный период следует начинать после 80 % расплавления шихты. Шлак окислительного периода должен быть пенистым, жидкоподвижным, самотеком сходить через порог завалочного окна. Конечная стадия плавки в ДСП включает следующие операции: отбор последней пробы металла, скачивание шлака, выход на заданную температуру (1560 ?С – 1600 ?С). Скачивание плавильного шлака производят в случаях: 1. получения магнезиального шлака; 2. наличия повышенного содержания марганца и хрома в металле. Происходит совмещение процесса окисления с периодом плавления. Состав шлака периода плавления в пределах, %: 10 – 25 FеОобщ; 35 – 40 СаО; 8 – 20 МgО; 10 – 25 SiO2; 5 – 10 Аl2О3. Шлак окислительного периода должен наводиться (или обновляться) из извести и шамота (или боксита, отработанных флюсов ЭШП).
Отбор пробы металла после окончания плавления в 90 % плавок необходим только для контроля содержания углерода. Содержание углерода в пробе металла, отобранной перед снятием окислительного шлака, должно быть не ниже нижнего предела заданного химического состава. После получения содержания углерода, обеспечивающего нормальное проведение рафинировки, шлак окислительного периода скачивают. Частичное удаление шлака начинается приблизительно за 10 минут до выпуска металла. Скачивание шлака осуществляется способом перелива. Для данной операции печь можно слегка наклонить. К концу плавки состав шлака должен иметь следующий состав, %: FеО ‹ 10; СаО 40 – 50; МgО 3 – 12; SiO2 15 – 25; Al2O3 1,5 – 3; (СаО) / (SiO2) = 1,7 – 3,0. После полного расплавления проводят короткую доводку в течение 10 – 15 мин без смены шлака. После выдержки ванны берут пробу металла на химанализ. Металл сливают в ковш и подвергают внепечной обработке на АКП.
1.3.3.3 Выпуск стали
Чтобы начать выпуск металла, печь наклоняют на 2 градуса в сторону ковша, открывается заслонка эркерного выпускного отверстия, и сталь выпускается. Печь плавно наклоняется примерно на 10 градусов до тех пор, пока в ковше не будет зарегистрирован полная масса выпуска. Затем оператор приводит в действие механизм быстрого возврата в исходное положение. Плавка должна выпускаться в ошлакованный ковш. Для обработки металла на установке "ковш – печь" используют футерованные сталеразливочные ковши. Запрещается использование ковшей без проверки работоспособности продувочной пробки и герметичности аргонной разводки. Ковш под плавку подаётся очищенный от остатков металла и шлака, с хорошим состоянием сливного носка, допускается наличие шлакового гарнисажа в районе шлакового пояса, выступающего во внутрь ковша не более чем на 100 мм. Ковш должен иметь температуру внутренней поверхности футеровки не ниже 1000 °С. Контроль температуры производится на стенке ковша на расстоянии от 0,5 до 1,0 м от днища, не более чем за 10 мин до начала выпуска металла из печи. Ковш поднимают с установки высокотемпературного разогрева не более чем за 10 минут до выпуска плавки и очищают сталеразливочный канал. В конце кампании печь можно наклонить до требуемого угла, чтобы полностью выпустить всю жидкую сталь [4, с. 299]. Металл сливают в ковш и затем подвергают внепечной обработке на АКП.
Таким образом, технологическая схема выплавки стали 16ГС в условиях ОАО «АМЗ» будет выглядеть так: ДСП «Consteel» › сталеразливочный ковш › ковш – печь › машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
1.3.3.4 Обработка стали в ковше – печи
С 2005 года на предприятии пущен в эксплуатацию агрегат печь-ковш, который используется для получения требуемой марки стали и усреднения химического состава стали [6, с. 56]. Основные технические данные АКП представлены в таблице 8
Таблица 8 – Основные технические данные агрегата ковш – печь
Наименование параметра Величина П имечание Емкость ковша, т 117 120 max Диаметр кожуха ковша в верхней части, мм 3700 Номинальная мощность трансформатора, МВА 18 + 10% Номинальное первичное напряжение трансформатора, кВ 10 Диапазон вторичных напряжений, В 318,5-132,5 Номинальная сила тока электрода, кА 32,6 + 10% Диаметр электрода, мм 400 Диаметр распада электродов, мм 700 Скорость нагрева металла, град/мин. 3-4 Расчет ая Номинальное давление рабочей жидкости гидропривода, МПа 10 Расход охлаждающей воды (без учета трансформатора), м3/ч 220 Расчетная Давление воды на охлаждение, МПа: 1.свода и элементов вторичного токоподвода, 0,6 2.трансформатора. 0,25 Температура охлаждающей воды на сливе, град.С не более 55 Расход электродов, кг/т 0,3-0,5 Расход электроэнергии, квт.ч/т 40-50 Расход азота, нм3/ч 2100-2500 Давление азота, МПа 0,3-0,4 Давление воздуха, МПа 0,4-0,6 Расход аргона на продувку металла, м3/ч 5-25 Давление аргона на продувку металла, МПа 0,6;1,2-1,5
Сталеразливочные ковши, используемые для обработки стали на АКП, должны быть подготовлены и разогреты в соответствии с требованиями технологической инструкции "Футеровка и сушка сталеразливочных ковшей для агрегата «печь-ковш»".
Ковш, подаваемый под плавку, должен быть очищен от остатков шлака и скрапа. Температура внутренней поверхности футеровки ковша должна быть не менее 1000 оС за 5 минут до выпуска полупродукта. Полупродукт передается в отделение непрерывной разливки стали (ОНРС) в ковше, перевозимом на передаточной тележке (сталевозе). С целью удаления печного шлака, ковш с полупродуктом сначала устанавливают на машину скачивания шлака (МСШ). Уровень металла должен быть не выше 400 мм от верхнего края ковша. В случае его превышения на машине скачивания шлака излишки металла сливаются в шлаковую чашу. После скачивания шлака устанавливают очищенный от шлака ковш с металлом на сталевоз АКП. Установка ковша с металлом на стенд наклона МСШ и установка ковша на сталевоз под обработку на АКП осуществляется с помощью крана [6, с. 56]. Перед пуском АКП сталевар производит стыковку аргонопровода с ковшом для донной продувки, устанавливает сталевоз с ковшом в положение «под крышкой», опускает свод на ковш, состыковав газоход с газоотводящим патрубком свода, создает разрежение в газоходе до начала обработки стали и устанавливает рабочий расход аргона для продувки стали (визуально по «пятну» продувки не более 0,5м). При нормальной работе пробки в автоматическом режиме, режимы подачи аргона должны быть согласованы с выбранным режимом нагрева (ступенью мощности) работы АКП, состоянием шлака и периодом обработки: 1. расход аргона по периодам обработки стали на АКП может изменяться в зависимости от состояния продувочного узла в пределах от 5 – 25 м3\час; 2. визуальный контроль продувки рекомендуется проводить каждые 5 - 10 минут, особенно при работе на высоких ступенях нагрева, оголение зеркала металла должно составлять не более 0,5 м в диаметре. Для повышения стойкости футеровки шлакового пояса стальковшей добавляют магнезитовый порошок марки ППК-88 в количестве до 0,6 кг/т. Перед включением АКП вводят твердую шлакообразующую смесь (ТШС) в количестве 300 кг из расчета 8-12 кг/т. Нагрев металла начинают с более низких ступеней мощности и переходят к более высоким ступеням после образования достаточно жидкоподвижного шлака. Для уменьшения прямого излучения от дуг на футеровку ковша и уменьшения износа футеровки дуга должна быть прикрыта шлаком. По результатам химического анализа определяется последующий режим обработки и производится доводка химического состава стали вводом ферросплавов, наведением рафинирующего шлака. После получения заданного химического состава и температуры на АКП в ковш с металлом подают 1 м3 теплоизоляционной смеси (ТИС) марки ТИС–250ВД. После обработки металла на АКП ковш с металлом снимается со сталевоза №2 и устанавливается на сталевоз №1 с помощью крана.
1.3.3.5 Применение непрерывной разливки стали
Начиная с 2007 года, на Ашинском металлургическом заводе появилась альтернатива разливке стали в изложницы – была пущена в эксплуатацию машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В таблице 9 указаны технологические данные слябовой МНЛЗ и температурно-скорост ой режим разливки стали 20ХГСА.
Таблица 9 – Технические данные слябовой МНЛЗ. Температурно-скорост ой режим разливки стали 20ХГСА
Количество ручьев, шт. 1 Радиус разливочной дуги, м. 8 Металлургическая длина машины, м. 25,68 Размерный сортамент отливаемых слябов 240х900 – 1600 мм длина слябов 4,5?6,8 м Скорость разливки 0,85-0,90 м/мин – для сляба толщиной 240 мм Емкость сталеразливочного ковша, т 110 Вес плавки, т 100 Цикл разливки, мин 50-60 Емкость промежуточного ковша, т 27-30 Кристаллизатор прямой с изменением ширины и толщины Механизм качания гидравлическ й Тип затравки цепная Вид резки заготовок газовая Температурно-скорост ой режим разливки стали 20ХГСА Температура металла в промковше, Скорость разливки, м/мин 1510 и ниже 0,85-0,90 1511-1520 0,80 1521-1525 0,70 более 1525 не более 0,60
При практической эксплуатации осуществляется разливка с применением защитной трубы и погружного стакана, а так же аргона с добавкой разливочного порошка. Для проведения одной серии разливки стали на МНЛЗ требуется один промежуточный ковш вместимостью 27-30 тонн. Осуществление режима работы "плавка на плавку" требует использования двух промежуточных ковшей. Это достигается наличием поворотного стенда с независимым подъемом кронштейнов для приема стальковша, системой взвешивания стальковша и манипуляторами крышек. Для обеспечения надежной и бесперебойной работы МНЛЗ стенд имеет в составе оборудования тележку промежуточного ковша полупортального типа с системой взвешивания, подъема промежуточного ковша, а так же снабжен системой управления стопором и устройством быстрой смены погружного стакана.
Устройство для приема стальковша и поворотный стенд МНЛЗ представлены на рисунке.
Рисунок 3 – Устройство для приема стальковша и поворотный стенд
Для охлаждения стали используется прямой кристаллизатор с изменением ширины и толщины, оборудованный подвесными роликами, а так же высокочастотным механизмом качания гидравлического типа с изменяемой амплитудой и формой кривой качания. Используется затравка цепного типа. Направляющая ручья представляет собой секционированную роликовую систему с приводными и не приводными роликами, а так же гидравлическим разведением верхних траверс и автоматическим подсоединением энергоносителей. МНЛЗ имеет автоматическую систему с челночным рольгангом и системой уборки шлама. Резка непрерывнолитой заготовки на мерные длины осуществляется машиной газокислородной резки портального типа. Для осуществления процесса непрерывной разливки стали следует выполнить следующие операции. После предварительного охлаждения необходимо осуществить снятие крышки, стопорного механизма, стопора, системы быстрой замены погружного стакана. Эти операции проводятся без специальных стендов и могут выполняться на любом свободном участке рабочей площадки. Операция сушки и разогрева промежуточного ковша производится на специальном стенде. Таких стендов установлено два, что обеспечивает требуемую производительность и сокращение затрат при непрерывной разливке [6, с. 59]. К подготовительным операциям так же относятся: удаление скрапа на стенде выдавливания, очистка ковша от остатков металла, шлака и торкретмассы, установка стакана дозатора, системы быстрой смены погружного стакана, уплотнение стакана дозатора огнеупорной массой, установка бойной плиты и струегасителя. После этого производится торкретирование, оборудование промежуточного ковша крышкой, установка стопорного механизма и стопора с регулировкой. Сушка и разогрев осуществляются по установленному режиму.
Во время работ по переоборудованию, которые необходимы между двумя сериями разливки, для подготовки МНЛЗ к следующей операции разливки производят следующие работы: выдачу остатка слитка после закрытия стопоров промежуточного ковша, введение затравки снизу, уплотнение головки затравки. После этого установка готова к разливке следующей серии. Продолжительность подготовительного времени зависит от скорости разливки и составляет около 65 минут [5, с. 236]. Целью непрерывной разливки стали является получение заготовок высокого качества. Заготовки отличаются однородностью как в пределах одной разлитой плавки, так и по сечению, свободны от неметаллических включений и усадочной раковины, имеют мелкозернистую, благоприятную для дальнейшей обработки первичную структуру, а так же хорошую поверхность и незначительные отходы.
1.3.4 Описание отличительных особенностей структуры и свойств стали марки 20ХГСА от стали обыкновенного качества
Высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора применяются для изготовления изделий ответственного назначения. Необходимость низкого содержания вредных примесей в высококачественных сталях приводит к дополнительному удорожанию металла и усложнению процесса его производства. Поэтому углеродистые стали предпочитают не делать высококачественными, а используют специальные легированные стали, к которым добавляются элементы улучшающие ее свойства. Для обозначения высококачественных сталей в конце марки добавляют буква А, например в нашем случае сталь 20ХГСА. Применяется качественная сталь, для важных узлов металлических изделий, изделий, которые подвергаются высоким напряжениям и длительным нагрузкам, а также в высокотехнологически отраслях промышленности. Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные - в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. По показателям качества стали классифицируются на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Качество стали характеризуется совокупностью свойств, определяемых процессом производства, химическим составом, содержанием газов и вредных примесей (серы и фосфора). В соответствии с ГОСТом стали обыкновенного качества должны содержать не более 0,04 % Р и 0,05 % 5, качественные — не более 0,035 % Р и 0,04 % 5, высококачественные — не более 0,025 % Р и 0,025 % 5 и особо высококачественные -не более 0,025 % Р и 0,015 % 5. При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1%С повышает температуру порога хладноломкости на 200С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции. Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических характеристик - таких, как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так, хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение, и других технологических операций, предупреждающих образование трещин. Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает. Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%. Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий. Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода. Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит старение стали, а более 0,1% - красноломкости. Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение.
Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250 0С. Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности. Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых. Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Таким образом, отличие высококачественных сталей от сталей обыкновенного качества выражается в содержании легирующих элементов, каждый из которых отвечает определённым свойственным требованиям. Ещё одним важным отличием является значительное удаление примесей, неметаллических включений и газов в отличии от сталей обыкновенного качества.
1.3.5 Контроль качества продукции
Конечной продукцией производства ЭСПЦ-2 является сляб. В таблице 10 указаны контролируемые геометрические параметры сляба.
Параметр контролируемого измерения Номинально значение параметра Допустимое отклонение Наименова ие прибора Пределы шкалы измерения Класс Точности, Цена деления Прогиб в продольном направлении Не более +6 мм на 1 м - Шнур, измерительная линейка 0-500 мм 1 мм Толщина 180-240 мм 5 мм Штангенциркуль 0-2 0 0,05 мм Ширина 900-1600 +5/-10 мм Рулетка Р10Н3Д 0-1000 3 кл. 1 мм Длина 900-1800 4500-6800 10 мм 45 мм Ромбичность сечения не более 10 мм - Трапецевидность не более 10 мм - Рулетка Р10Н3Д 0-1000 3 кл. 1 мм Серповидность не более 10 мм - Шнур, линейка 0-1000 мм 3 кл. 1 мм 2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Энергоемкость оборудования
Энергоемкость оборудования (ДСП-120) – это затраты энергии для производства 1 тонны стали (полупродукта) (кВт·ч/т). При заданном объеме производства (700 тыс.т в год), известном среднем расходе электроэнергии на 1 плавку (49,73 МВт при средней продолжительности плавки 42 мин) можно определить затраты энергии на 1 т стали.
W=(49,73·1000)/117=425 кВт·ч/т (1)
Энергоемкость ДСП-120 при объеме производства 700 тыс.тонн будет равна:
?=425·103? 7000=297,5 · 109 Вт. (2)
2.2 Нормирование технологического процесса
Под нормированием технологических процессов понимают назначение технически обоснованных норм времени на продолжительность выполнения операций [2]. Технически обоснованной нормой времени называют время выполнения технологической операции в определённых организационно – технических условиях, наиболее благоприятных для данного типа производства. На основе технически обоснованных норм времени устанавливают расценки, определяют производительность труда, осуществляют планирование производства и т.п [3]. Продолжительность плавки в печи составляет 50 минут, обработки стали в печи – 45 минут, разливки на МНЛЗ – 60 минут. Подробная разметка технологического процесса по времени представлена в таблице 19.
Таблица 11 – Продолжительность операций в ЭСПЦ-2
Операция Длительност , мин Завалка, плавление, доводка 42 Выпуск 6 Заправка, замена электродов 12 Передача ковша на АКП 15 Обработка на АКП 45 Смена стальковшей 2 Разливка на МНЛЗ 60
Общая продолжительность цикла получения стали не превышает трех часов. 120-тонная дуговая сталеплавильная печь полностью соответствует одноручьевой машине непрерывного литья заготовок, в отличие от предыдущих одноручьевой машине непрерывного литья заготовок, в отличие от предыдущих мартеновских печей, которые не обеспечивали непрерывную работу, а позволяли разливать сталь небольшими сериями.
2.3 Расчет материального баланса выплавки стали 20ХГСА в ДСП
2.3.1 Расчет шихты
Рассчитаем материальный баланс выплавки стали в ДСП-120 с непрерывной загрузкой шихты Consteel. Химический состав стали марки 20ХГСА представлен в таблице 1.1.
Таблица 12 –– Химический состав стали 20ХГСА по ГОСТ 4543-71,%
C Mn Si Cr P S Cu Ni 0,32 0,8 1,10 1,1 не более 0,39 1,1 1,4 1,4 0,0 5 0,025 0,30 0,30
Для того чтобы произвести расчёт шихты, необходимо в первую очередь выбрать группы отходов, требующиеся для завалки печи. Химический состав углеродистых отходов, выбранных для плавки, представлен в таблице 13.
Таблица 13 –– Химический состав шихтовых материалов, %
Группа отходов С Si Mn P S r Ni Б 1 1,5 1,78 0,95 0,01 0,015 1,8 0,16 А2 0,2 0,2 0,3 0,03 ,03 0,2 0,15 А3 0,3 0,3 0,5 0,03 ,03 0,2 0,15
Продолжение таблицы 13
Группа отходов Ti W Mo V Cu Al Fe Б 1 0,02 0,05 0,08 0,0 5 0,15 0,02 93,422 А2 0,03 0,08 0,05 0, 2 0,20 0,04 98,47 А3 0,03 0,08 0,05 0, 2 0,20 0,05 98,06
Таблица 14 — Содержание компонентов в шихте, %
Материал Масса, кг. C Si Mn P S Cr N Б 1 41500 622,5 738,7 39 ,25 7,47 6,225 747 66, А2 27250 54,5 54,5 8 ,75 8,175 8,175 54,5 40,875 А3 36250 108,75 108, 5 181,25 10,875 10,8 5 72,5 54,375 Всего 105000 785,75 90 ,95 657,25 26,52 25, 7 874 161,65 Всего,% 100 0,748 0,8 9 0,625 0,025 0,024 ,83 0,153
Продолжение таблицы 14
Материал Масса, кг. Ti W Mo V Cu Al e Б 1 41500 8,3 20,75 33,2 14,525 62,25 8,3 387 0,13 А2 27250 8,175 21,8 3,625 5,45 54,5 10,9 26833,07 А3 36250 10,875 29 1 ,125 7,25 72,5 18,12 35546,75 Всего 105000 27,35 71, 5 64,95 27,225 189,2 3 ,325 101149,9 % 100 0,026 0,068 0,0 1 0,025 0,18 0,035 9 ,333
2.3.2 Период плавления Шлак периода плавления образуется из шлакообразующей смеси в количестве 7 % от массы шихты, состоящей из извести, магнезита и магнезитохромита в соотношении 20 : 4 : 1, составляющих разрушающейся футеровки ванны, стен и свода печи, оксидов, полученных при окислении компонентов металлической шихты.
Таблица 15 — Состав шлакообразующих и огнеупорных материалов, %
а) Расчёт компонентов, вносимых известью в шлак. Кроме металлической части шихты, в завалку сверху добавляют известь. Для наведения шлака в завалку на 1 т металлошихты обычно дают 15...30 кг извести.
СаО – кг;
SiO2 – кг;
MgO –2,0 16,5 = 33 кг;
Al2O3 –0,8 16,5=13,2 кг;
Fe2O3 –0,2 16,5=3,3 кг.
В пересчёте на FeO:
3,3 112 72/(160 56) = 2,97 кг
Выделяется СО2 в атмосферу за счёт потерь при прокаливании:
7,7 16,5 = 127,05 кг.
б) Расчёт составляющих, поступивших в шлак из футеровки ванны ДСП. Примерный расход магнезитового порошка на заправку печи определяем по формуле при механизированной заправке:
40 105000-017 105 = 588,365 кг.
Магнезит внесёт в шлак:
СаО – 1,0 5,883=5,883 кг;
SiO2 –3,0 5,883=17,649 кг;
MgO – 93,0 5,883=547,119 кг;
Al2O3 – 1,0 5,883=5,883 кг;
Fe2O3 –2,0 5,883=11,776 кг.
В пересчёте на FeO:
в) Расчёт составляющих, поступивших в шлак из футеровки стен и свода. Примем суммарный расход магнезитохромитовых огнеупоров 1,5 кг/т стали, или 157,500 кг на 105 т.(на всю садку). Тогда разрушающаяся магнезитохромитовая футеровка внесёт в шлак:
СаО – 2,0 1,575=3,15 кг;
SiO2 – 6,5 1,575=10,237 кг;
MgO – 66,0 1,575=103,95 кг;
Cr2O3 –15,0 1,575=23,625 кг;
Al2O3 –4,0 1,575=6,3 кг;
Fe2O3 –11,5 1,575=18,113 кг.
В пересчёте на FeO:
г) Поступлением в шлак золы электродов пренебрегаем в связи с низким содержанием золы в современных высококачественных графитированных электродах и сравнительно небольшим расходом электродов. д) Расчёт поступающих в шлак продуктов окисления металлического расплава.
Таблица 16 –– Угары элементов при выплавке стали в ДСП в период плавления...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Настоящий период развития черной металлургии характеризуется коренным изменением масштабов производства качественных и высококачественных марок стали, а также их доли в общем объеме производства металла. Требования новых отраслей техники к качеству металла резко возросли и продолжают возрастать. В данном проекте изучен химический состав и рассмотрены отличительные особенности структуры и свойств стали 20ХГСА от сталей обыкновенного качества а также проведён анализ технологии выплавки стали. Разработана технология выплавки данной марки стали по схеме ДСП› сталеразливочный ковш › ковш – печь › МНЛЗ. Произведён расчёт материального и энергетического баланса плавки. На современном этапе развития экономики нашей страны снижение энерго- и материалоёмкости является одним из решающих условий повышения эффективности общественного производства. В этом отношении в электротермии имеются крупные резервы экономии сырья, топливо-энергетическ х и трудовых ресурсов. Электроплавка, как одна из разновидностей электронагрева, развивалась в нашей стране в прошедший период главным образом в связи с возрастающими потребностями в высококачественном металле, получение которого в других агрегатах было либо невозможно, либо неэкономично. К основным преимуществам электроплавки следует отнести: 1. применение высокотемпературного источника энергии, 2. исключение смешивания технологических газов с продуктами сгорания топлива, что позволяет работать в вакууме или защитной атмосфере при резком уменьшении выброса газов в атмосферу; 3.резкое сокращение в электроплавке расхода ферросплавов (из-за уменьшения угара хрома, марганца и особенно ванадия и кремния); 4.облегчение управлением выделения тепла, что позволяет значительно сократить тепловые потери и повысить термический к.п.д. печей; 5. улучшение условий труда обслуживающего персонала; 6. снижение себестоимости и уменьшение капитальных затрат. Основным направлением развития электронагрева является повышение единичной мощности крупнотоннажных печей. Однако в связи с повышением расхода мощности на единицу продукции ухудшаются условия службы футеровки стен и свода печей из-за теплового воздействия на кладку. Таким образом, отличие высококачественных сталей от сталей обыкновенного качества выражается в содержании легирующих элементов, каждый из которых отвечает определённым свойственным требованиям. Ещё одним важным отличием является значительное удаление примесей, неметаллических включений и газов в отличии от сталей обыкновенного качества.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Рябов,А.В Расчёт процесса электроплавки: Учебное пособие /А.В. Рябов, И.В. Чуманов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – 175 с. 2 Чуманов, И.В. Внепечная обработка стали: Учебное пособие /И.В. Чуманов, А.В.Рябов –Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. - 43 с. 3 Очагова, И.Г. Новости чёрной металлургии за рубежём /И.Г. Очагова, С.З.Афонин – выпуск №6 (48) 2005. - 116 с. 4 Дюдкин, Д.А. Производство стали на агрегате ковш – печь / С.Ю.Бать, С.Е.Гринберг, С.Н. Маринцев – Донецк: «ООО “Юго – Восток, Лтд”»,2003. - 300с. 5 Кудрин, В.А. Внепечная обработка чугуна и стали – М.: Металлургия, 2001. – 336 с. 6 Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию для ДСП-120 т. ПАО «Ашинский метзавод»., 2009. – 72 с. 7 Зиньковский, М.М. Безопасность производственных процессов в черной металлургии – М.: Металлургия, 2002. – 480 с. 8 Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов / А.В. Волоснякова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1999. – 640с. 9 Рябов, А.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах: Учебное пособие / И.В. Чуманов, М.В. Шишимиров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 188 с.
* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
