ШХ15СГ плавка на окатышах аргонокислородное рафинирование 100 т на печь

 

 
 
Физические свойства материала сталь ШХ15СГ

 

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.11			7650
100
200		13.4
300		13.6
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

 
 
Технологические свойства материала сталь ШХ15СГ

 

Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность  к отпускной хрупкости:	склонна.

 

 

Флокеночувствительность - склонность стали и некоторых сплавов к поражению, трещинам и полости.

Обозначения:

Механические свойства :
sв	- Предел кратковременной прочности  , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел  текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при  разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства :
T	- Температура, при которой получены  данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного)  расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость  материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала  (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Глава II. Оборудование для выплавки стали.

В данной курсовой работе  подлежит рассмотрению плавка выбранного вида стали в дуговой сталеплавильной печи  емкостью 100 тонн.

Дуговая сталеплавильная  печь (ДСП) состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. 

Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.

Ранее существовали регуляторы дуги с электромеханическими приводами, которые в силу своей большой  инерционности не получают дальнейшего  распространения и практически  полностью вытеснены регуляторами электрогидравлическими.

Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор, подключенный к высоковольтной линии.

 Мощность трансформатора на  больших печах достигает 180 МВт,  первичное напряжение 6-35 кВ, на высокомощных  печах до 110 кВ, вторичное 50-300В,  а в современных печах до 1200 В. Вторичное напряжение регулируется  при помощи переключателя ступеней  напряжения (ПСН), который может быть  как переключаемым при отключенной  печи (ПБВ), так и под напряжением  (РПН).

 

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.

Период загрузки и расплавления совмещают с окислительным, т. проводят его так, чтобы обеспечить непрерывное  окисление углерода (кипение ванны). Для обеспечения кипения степень  металлизации окатышей должна находиться в пределах 90-97%, что соответствует  остаточному содержанию кислорода  в окатышах от 1,2 до 0,6% (при более  низком содержании остаточного кислорода  не будет кипения ванны. При недостаточной  степени металлизации существенно  возрастает расход электроэнергии из-за протекания эндотермической реакции  восстановления окислов железа.

 

По ходу плавления в  печь загружают известь для ошлакования  кислой пустой породы (SiO2 иAl2O3) окатышей. В конце периода плавления  необходимо получить требуемое в  выплавляемой стали содержание углерода; при недостатке углерода прибегают  к вдуванию в ванну карбюризаторов, избыточный углерод окисляют путем  кратковременной продувки кислородом. Один их них – нагрев металла  до требуемой температуры и выпуск в ковш, где производят внепечную  доводку стали и рафинирование; другой – проведение в печи кратковременной  доводки, в течение которой проводят нагрев, раскисление и легирование.Основу окатышей (губки) составляет железо с  содержанием углерода от 0,2-0,5 до 2%, они  содержат также некоторое количество невосстановленных окислов железа и пустую породу (в основном SiO2 и Al2O3), количество которой должно быть не более 3-7% от массы окатышей. Это  облегчает и упрощает процесс  выплавки и получение стали высокого качества, высокой степени чистоты (суммарное содержание примесей в  стали получается в 3-10 раз меньше, чем при выплавке из стального  лома). Переработка шихты, основу которой  составляют металлизованные окатыши  требует применения специфической  технологии.

 

Степень металлизации окатышей должна находиться в определенных пределах, обеспечивающих кипение ванны в  процессе их загрузки и плавления.

Плавку начинают с загрузки стального лома, который в количестве 30-40% от массы металлической шихты  заваливают в печь одной порцией. Скорость подачи окатышей согласуют  с подводимой в печь электрической  мощностью так, чтобы температура  ванны был на 30-40 С выше температуры  плавления металла, поскольку при  более низкой величине перегрева  плавление затягивается.е. При этом благодаря перемешиванию ускоряется плавление окатышей, обеспечиваются дегазация ванны и получение  в конце периоде заданного  содержания углерод в металле.). 

 

Для обеспечения кипения  ванны металлизованное сырье  должно содержать определенное количество углерода, если содержание углерода недостаточно для обеспечения кипения, то в  ванну вдувают карбюризаторы. Основность шлака в связи с низким содержанием  в окатышах серы и фосфора может  быть меньшей, чем при плавке на шихте  из стального лома и составлять 1,5-2,0.

Преимущества ДСП:

Использование электрической энергии (электрического тока), возможность  расплавить шихту (металлолом) практически  любого состава, точное регулирование  температуры металла и его  химического состава подтолкнуло  промышленность к использованию  ДСП в ходе второй мировой войны для производства легированной стали, качественного литья и, как следствие, деталей оружия и боеприпасов. Сегодня дуговые сталеплавильные печи производят различные сорта сталей и чугунов, а также могут являться источником сырья (полупродукта) для АКП и МНЛЗ.

Недостатки ДСП:

Высокий местный перегрев под электродами; трудность перемешивания и усреднения химического состава чугуна; значительное количество продуктов горения и  шума во время работы.

 

Аргонокислородное рафинирование - влияние продувки металла инертным газом на уменьшение парциального давления монооксида углерода, образующегося при окислении углерода. При продувке металла кислородом равновесие реакции [С] + 1/2 О2(г) = С0г определяется парциальным давлением кислорода и образующегося монооксида углерода. При продувке металла смесью кислорода с аргоном происходит "разбавление" пузырей СО аргоном и соответствующий сдвиг вправо равновесия реакции. Окислительный потенциал газовой фазы при этом достаточен для проведения реакций окисления примесей ванны. В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислорода и увеличивая расход аргона. Таким образом, обеспечивают получение сплавов с очень низким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. 

Соотношение расходов кислорода и  аргона изменяют по ходу продувки, добиваясь  максимального окисления углерода и минимального окисления хрома. Обычно соотношение расходов кислорода  и аргона по ходу продувки изменяют от 3:1 до 1:3. Для снижения стоимости  передела в начальной стадии продувки вместо аргона можно вдувать азот. На заключительной стадии ванну продувают  чистым аргоном для возможно большего снижения концентрации кислорода и  серы (в результате перемешивания  металла под высокоосновным шлаком), а также лля возможно большего восстановления окисленного в процессе продувки кислородом хрома. Смысл аргонокислородного рафинирования заключается в том, что происходит процесс очищения стали от всех веществ, которые могут испортить товарный качества продукта, т.е от трещин и полостей.

              Из агрегатов внепечной обработки выберем агрегат ковш-печь.

Агрегат ковш-печь, также называется агрегатом комплексной обработки стали (АКОС) — это звено в единой технологической схеме с дуговыми печами, конвертерами и мартенами для доведения металла в ковше, после его выпуска из плавильного агрегата, до заданной температуры и химического состава.

Агрегат ковш-печь используется в  комплексе с плавильными агрегатами, в которых выплавляется полупродукт, в качестве таких агрегатов используются кислородные конвертеры, дуговые  и мартеновские печи, в которых  проводятся расплавление металлолома  и ферросплавов с малым угаром и проводится окислительный период. Затем металл сливают в стальковш, по возможности исключая попадание в него печного шлака. До и во время выпуска металла в ковш отдаются раскислители, шлакообразующие и легирующие материалы.

В случае попадания в ковш большого количества окисленного шлака, его  удаляют. После выпуска металла  ковш поступает на агрегат ковш-печи, где проводятся операции окончательного раскисления, десульфурации, легирования  и модифицирования. Ковш накрывается  водоохлаждаемым или футерованным сводом с отверстиями для введения графитированных электродов, подачи присадок и контроля процесса, наводят  свежий высокоосновный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и защищающий металл от вторичного окисления окружающей атмосферой.

Основные требования к АКП: контроль атмосферы над ванной, регулируемый нагрев металла, интенсивное перемешивание  ванны без загрязнения металла  атмосферой (вторичного окисления, азотирования), наведение высокоосновного восстановительного шлака.

Агрегат ковш-печь снабжен устройствами для введения сыпучих материалов (бункерная эстакада с весодозирующими устройствами) и трайб-аппаратами для введения материалов в виде проволоки. Нагрев металла на АКП осуществляется также, как дуговых печах (ДСП), но мощность трансформаторов установок ковш-печь значительно меньше, чем используется на дуговых печах и составляет 100—160 кВА/т. Это объясняется отсутствием такой энергозатратной стадии, как расплавление лома, тепло затрачивается только на расплавление вводимых материалов и поддержание температуры металла. Кроме этого, мощность подвода тепла ограничивается повышенным износом кладки ковша выше уровня металла ввиду малого (по сравнению с дуговой печью) диаметром ковша. Удельный расход электроэнергии на АКП составляет примерно 10 % от суммы всех энергозатрат на выплавку стали.

Во время обработки через  днище ковша осуществляется продувка металла инертным газом (аргон или  азот) для перемешивания металла  с целью усреднения его по химическому  составу и температуре, кроме  этого продувка металла способствует выведению неметаллических включений  из металла. Вдувание газа осуществляется через пористые пробки, от одной до трех штук на крупнотоннажном ковше. Также возможно электромагнитное перемешивание металла.

После достижения заданных значений по химическому составу и температуре, ковш с металлом передают на обработку  на другие агрегаты или на разливку.

Использование агрегатов ковш-печь позволило вынести из плавильных агрегатов восстановительный период и доводку металла, что резко  повысило производительность сталеплавильного производства. В электросталеплавильном производстве за счет исключения резкого перепада окисленности ванны удалось значительно сократить расход огнеупоров, использовать одношлаковую технологию и технологию работы с «болотом» (оставленным в дуговой печи шлаком предыдущей плавки), что привело к значительному снижению расхода электроэнергии.