Огляд існуючих способів виробництва сталі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Курсовая работа включает:       страницы,     таблиц,   рисунок,  литературных источников. Курсова робота включає: 47 сторінок, 10 таблиць, 7 рисунків, 7 літературних джерел.

Цель данной курсовой работы – ознакомиться с методикой расчета шихты на выплавку стали 10Х18Н10Т, освоить технологию выплавки и закрепить полученные данные. Мета роботи: поглиблено вивчити теорію і технологію електросталеплавильного виробництва, технологію виплавки конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ.

Урозділі «Призначення сталі, галузь вживання та вимоги, що предьявляютьсядо неї» наводяться основні властивості заданої маки сталі, вимоги, які пред'являються до її якості, області застосування.

У розділі «Вплив легуючих елементів на властивості сталі» розглянуто вплив легуючих елементів на властивості сталі,а також в якості розкислювачів.

У розділі «Огляд існуючих способів виробництва сталі та обґрунтування прийнятого способу виплавки» розглянуто різноманітні способи виплавки конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ, та обраний оптимальний.

У розділі «Технологія виплавки сталі» наведено огляд найбільш уживаного способу виплавки конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ. Вибір данного способу зумовлений техніко-економічними показниками, хімічним складом сталі, пропонованим до неї вимогам, технологічністю процесу та економічною ефективністю.В курсовой работе рассматривается назначение нержавеющей стали марки 10Х18Н10Т и область ее применения.

У розділі «Апаратурно-технологічна схема виробництва» наводяться всі  основні технологічні процеси та операції, з яких складається виробництво  конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ.

У розділі «Розрахунок шихти на виплавку конструкційної конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ» проводиться визначення складу сталі, складу і кількості шлаку окислювального і відновлювального періодів плавки, потрібної кількості вапна, киснем для окислення домішок, а також визначення необхідної кількості легуючих добавок і розкислювачів для отримання металу заданого хімічного складу.

СТАЛЬ, ПІЧ, ПЛАВЛЕННЯ, ШЛАК, ШАХТА, ЛЕГУЮЧІ, ОКИСЛЕННЯ, ПРОЦЕС. ТЕХНОЛОГІЯ

ЗМІСТ

 Реферат………………………………………………………………………….….3

Вступ….. …………………………………………………………………………...5

1. Призначення сталі, галузь застосування та вимоги, що пред'являються……..7

2. Вплив легуючих елементів на властивості сталі …….…………………..…. ..10

3. Огляд існуючих способів виробництва сталі ….……………………………...13

3.1 Виплавка в мартенівських  печах…………………………………………..14

3.2 Виплавка в електродугових печах………………………………………...16

3.3 Спеціальні способи  виплавки……………………………………………...17

4. Апаратурно технологічна схема виробництва сталі ………………………....21

5. Розрахунок шихти ...……………………………………………………………26

6. Технологія виплавки сталі…………………………………………………..….40

Висновки……..…………………………………………………………….……….45

Перелік використаної літератури…………………………………………..……...47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Чорна  металургія є важливою галуззю важкої промисловості, однією з основних частин фундаменту всього народного господарства країни. Практично немає такого  підприємства,  яке  у тій  чи іншій мірі  не використовувало б продукцію  чорної  металургії, адже чорні метали – це основний конструкційний матеріал для виготовлення засобів та знарядь виробництва, від кількості та якості якого в значній мірі залежать рівень розвитку виробничих сил країни, темпи і масштаби технічного прогресу.             

Чорна  металургія впливає на розвиток усіх галузей народного господарства як найголовніший споживач палива, електроенергії та води. До  її складу належать видобуток, збагачення та агломерація залізних, марганцевих і хромітових руд, виробництво чавуну, сталі, прокату, труб, метизу, випуску концентратів залізної та марганцевої руд, електроферосплавів, окатишів, флюсових вапняків, вогнетривів, коксу як  основного виду  палива, феросплавів, вторинна переробка чорних металів та ін.

У даний час чорна металургія України налічує 12 металургійних  підприємств і понад 83 підприємств, які  мають металургійне виробництво.

Галузь в основному  базується на власних ресурсах (сталевий лом, руда, електроенергія і т. д.), проте  витрати ресурсів і трудомісткість в 2 рази вищі, ніж в розвинених країнах [1].

В Україні зростає як виплавка електросталі, так і її споживання. Проте сьогодні частка виплавки електросталі в 4-5 разів нижча, ніж в провідних  країнах світу і не перевищує 4,5 %, при цьому металургійний комплекс України є найбільш енергоємним  і споживає до 27% всієї електроенергії. Витрати ж електроенергії в собівартості електросталі складають до 15% і спостерігається  тенденція їх зростання за рахунок  подорожчання електроенергії. Все це пов'язано з тим, що питоме споживання електроенергії на 1 тонну електросталі в Україні має достатньо високий  рівень (610 - 850 кВт·г/т), порівняно із західними аналогами (390 - 470 кВт·г/т). Тому першочерговим завданням електрометалургії є  зниження питомого споживання електроенергії в 1,5-2 рази, доводячи його до 360 кВт·г/т, що в плані стратегічного розвитку вирішить проблему підвищення  конкурентоспроможності металопродукції та її якості.

За останні роки в електрометалургійному  виробництві впроваджений ряд удосконалень конструкцій дугових сталеплавильних  печей та нові технологічні прийоми  виплавки сталі. Передбачається використання дугових печей  переважно для  розплавлення шихти, зневуглецювання  і дефосфорації рідкого металу. Розкислювання, легування, доведення сталі за температурою  та хімічним складом проводитиметься  поза піччю з використанням спеціальних  агрегатів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ПРИЗНАЧЕННЯ СТАЛІ, ГАЛУЗЬ ВЖИВАННЯ ТА ВИМОГИ, ЩО ПРЕД’ЯВЛЯЮТЬСЯ ДО НЕЇ

 

Для успішного розвитку сучасної техніки, авіації, машинобудування, будівництва  потрібна велика кількість листа, труб і т. д., які за умовами експлуатації устаткування часто повинні комплексно володіти високим рівнем таких властивостей як зносостійкість, втомна міцність, жароміцність.

Сталь ШХ20СГ – це шарикопідшипникова (Ш), хромиста (Х) сталь (цифра 20 вказує на вміст хрому в десятих долях відсотку – 2,0). Сталь додатково легована кремнієм і марганцем (СГ), для покращення прокалюваності.

Хімічний склад ШХ20СГ приведений в таблиці 1.1.

 

Таблиця 1.1 Хімічний склад сталі ШХ20СГ

Хімічний елемент	Вміст, %
Кремній (Si)	0,55 – 0,8
Мідь (Cu), не більше	0,25
Марганець (Mn)	1,4 – 1,7
Нікель (Ni), не більше	0,30
Фосфор (P), не більше	0,027
Хром (Cr)	1,4 – 1,7
Сірка (S), не більше	0,02

 

Шарикопідшипникову сталь  застосовують головним чином для  виготовлення кульок, роликів і кілець підшипників, для виготовлення суцільнокатаних  кілець виробів, що працюють в середовищах слабкої агресивності [2]. Але номенклатура марок сталі даного виду досить широка. Це пояснюється різноманітністю вимог до експлуатаційних властивостей підшипників з боку традиційних, а також нових галузей промисловості та сільського господарства.

Найбільш поширені підшипникові високовуглецеві сталі можна класифікувати таким чином:

• сталі для підшипників, що працюють у звичайних умовах ;

• сталі для підшипників, що працюють в агресивних середовищах  і при підвищеній температурі (корозійностійкі, теплостійкі) [1].

До перших відносяться  сталі марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4, ШХ6, ШХ9 і т.д. [3]

В процесі роботи елементи знаходяться під впливом високих  знакозмінних напружень. Кожна ділянка  робочої поверхні ролика або шарика і доріжки кілець піддається багаторазовим  навантаженням, які розподіляються в межах дуже невеликої опорної  поверхні. У результаті в кожній ділянці поверхні виникають місцеві  контактні знакозмінні напруги (300-500 кгс/см²) - стискають на поверхні контакту і розтягують у її контуру. Напруги викликають пружну і незначну залишкову деформації елементів підшипника. Багаторазове повторення деформації призводить до появи втомних тріщин, викришування поверхні підшипника, в результаті чого при коченні виникають удари, під дією яких руйнування посилюються і підшипник виходить з ладу.

У відповідності з цим, властивості шарикопідшипникових  сталей повинні характеризуватися високою пружністю і високим опором втомі при малій крихкості, відрізнятися високою зносостійкістю і міцністю. Так як деталі підшипників працюють, стикаючись окремими точками робочих поверхонь, особливе значення для підшипникової сталі набуває її фізико-хімічна однорідність і чистота на неметалеві включення.

Вибір сталі для конкретного підшипника диктується його розмірами і умовами експлуатації.

Для кілець з товщиною стінки більше 30 мм у вітчизняній практиці використовують сталь ШХ20СГ, вона застосовується для виготовлення деталей великогабаритних підшипників. Межа розмірів деталей, вище якої починається застосування сталі ШХ20СГ або її аналогів, в різних країнах різна. Це може бути пояснено різною здатністю до прокалювання, обумовленою особливостями технології виплавки сталі, а також різними схемами визначення

товщини стінок кілець. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВПЛИВ ЛЕГУЮЧИХ  ЕЛЕМЕНЬІВ НА ВЛАСТИВОСТІ СТАЛІ

Для легування конструкційної підшипникової сталі марки ШХ20СГ застосовують такі феросплави:

• кремній - ФС75
• марганець – ФМн1,0А
• хром - ФХ50А
• нікель - Н-4.

Головний вплив, який чинять легуючі елементи на сталь, полягає  в значному підвищенні її корозійної стійкості, механічних властивостей, головним чином межі міцності, межі текучості, твердості і в ряді випадків відносного звуження і ударної в'язкості. Особливо сприятливі результати виходять при легуванні сталі двома, трьома, а іноді великою кількістю легуючих елементів.

 Легуючі елементи вводять  в сталь у вигляді сплавів з залізом (наприклад, ферохром, феромарганець, феросиліцій) або з залізом і іншим яким-небудь елементом (наприклад, феробор), або у вигляді одного елемента (нікель, металевий хром, металевий марганець).

 Ферохром. Хром - основний легуючий елемент для одержання сталі з особливими хімічними властивостями. У ряді випадків застосовують металевий хром. Хром  підвищує твердість і міцність, незначно зменшуючи пластичність, збільшує корозійну стійкість; вміст великих кількостей хрому робить сталь нержавіючою й забезпечує стійкість магнітних сил. Хром уповільнює перетворення аустеніту в перліт і тим самим збільшує здатність до закалки сталі, тому, чим більші деталі підшипників, тим з більшим вмістом хрому (0,4 ... 1,65%) застосовують сталь для їх виготовлення. Крім того, висока твердість карбідів хрому підвищує зносостійкість сталі. Хром збільшує стійкість мартенситу проти відпустки, зменшує схильність сталі до перегріву і надає їй дрібнозернисту структуру. Але при високому вмісті хрому (> 1,65%) важко отримати однорідну структуру, тому вміст хрому в шарикопідшипникових сталях зазвичай не перевищує 1,65%. Хром рекомендується вводити в ківш у вигляді рідкого або екзотермічного ферохрому й твердого силікохрому. Допускається введення в ківш ферохрому, але з обов'язковим наступним усередненням металу продувкою в ковші аргоном.

 

Рисунок 2.1 Вплив вмісту легуючих елементів на твердість та ударну в’язкість сталі.

 

 Феронікель, як і хром, є основним легуючим елементом при виробництві хромоникелевої конструкційної сталі. Нікель, як правило, вводять у завалку на нижню межу заданого складу з урахуванням вмісту його в шихті. Гранульований і пресований нікель, феронікель і оксид нікелю вводять тільки в завалку. Для коригування хімічного складу плавки під час кипіння та рафінування застосовують тільки електролітичний. Нікель надає сталі корозійну стійкість, високу міцність і пластичність, збільшує прокалюваність, впливає на зміну коефіцієнта теплового розширення.

Феромарганець, феросиліцій.

Марганець, як і хром, збільшує твердість і опір сталі до стирання. Але одночасно він сприяє зростанню зерна при нагріванні, у результаті чого при термічній обробці може утворюватися грубозерниста структура перегрітої сталі. Негативний вплив на в'язкість шарикопідшипникових сталей робить кремній. Але марганець і кремній є розкислювачами, і чим вище їх вміст, тим повніше розкислена сталь, тому вміст цих елементів у шарикопідшипникових сталях всіх марок бажаний не більше 0,35% Si і 0,4% Mn. Виняток становлять сталі для виготовлення деталей великих підшипників типу ШХ20СГ. Підвищений вміст марганцю і кремнію в цій сталі пояснюється тим, що ці елементи зменшують критичну швидкість загартування, знижуючи тим самим схильність сталі до жолоблення та появі тріщин  під час загартування. Феросиліцій для легування металу кремнієм вводять за 10-20 хв  до випуску.