Технологические процессы в машиностроении

После операции дробления  руду, восстановитель и флюсы подают на шихтарник, откуда через систему весоизмерителей и дозаторов загружают в трубчатые вращающиеся печи с установленными в них мазутными горелками.

Для нагрева и восстановления шихты используют трубчатые вращающиеся  печи со следующими характеристиками: длина 70 м, диаметр 4,5 м, полезный объем 820 м³, скорость вращения 0,4 – 1,2 об/мин, угол наклона 3^о, высота опорных колец 1,15 м.

Печи футерованы кирпичом марки ЦМ, толщина кладки 300 мм. Каждая печь имеет четыре пары опорных роликов, а также два контрольных (опорных). Установленная мощность главного привода 250 кВт.

Ниже представлена сменная  режимная карта работы одной из трубчатых  печей завода:

Температура огарка, К - 1100

Состав шихты, %:

сухая руда - 100

известняк - 29

штыб - 7,5

Количество пыли из электрофильтров, т/смена - 30

Температура отходящих газов, К - 600

При работе трубчатых печей  проводят ежечасный анализ отходящих  газов на содержание СО, СО₂ и О₂, контролируют разряжение, давление мазута и его температуру, давление и расход воздуха, число оборотов печи и регистрируют ее простои.

Горячий огарок из бункеров трубчатых печей футерованными вагонами-кюбелями транспортируют на плавку в электропечи.

Электропечи Побужского ферроникелевого комбината по принципу работы относят к трехфазным руднотермическим печам прямого действия. Печь имеет сварной герметичный кожух овальной формы, закрыта сводом, через который проходят шесть самоспекающихся электродов, расположенных в линию. Электропечь получает питание от трех однофазных трансформаторов. Печь имеет три шлаковые и три металлические летки.

Ниже дана характеристика руднотермической электропечи Побужского ферроникелевого комбината:

Мощность, МВ•А - 48

Пределы изменения вторичного напряжения, В - 297 – 500

Диаметр электрода, м - 1,2

Расстояние между осями  электродов, м - 3,2

Рабочий ход электродов, м - 1,2

Габаритные размеры, м:

длина - 24,7

ширина - 9,5

высота - 4,8

Площадь пода, м₂ - 220

Общий вид руднотермической электропечи Побужского ферроникелевого комбината представлен на рисунке 4. Для повышения стойкости углеграфитовой футеровки подины печь эксплуатируется в гарниссажном режиме. Режимная карта сменной работы промышленной электропечи приведена ниже:

Расход электроэнергии на 1 т сухой руды, кВт•час - 780

Уровень металла в печи, м - 0,55

Температура металла, К - 1550

Перепуск электродов, м - 0,1

Уровень жидкой ванны, м - 2,2

Рисунок 4. Общий вид промышленной руднотермической печи Побужского ферроникелевого комбината: 1 – кожух печи; 2 – футеровка; 3 – свод; 4 – уплотнение электрода; 5 – гибкая подвеска; 6 – токоподвод; 7 – гидравлический перепуск электродов

 

Из руднотермической печи природнолегированный чугун (электропечной ферроникель) состава, %: 2,0 – 2,5 C, 4 – 6 Si, 0,1 – 0,2 Mn, 4 – 5 Ni, 1,3 – 1,7 Cr, 0,1 – 0,25 S, 0,1 – 0,15 P при температуре 1230 – 1350_оС периодически выпускают в 40-т ковши, где проводят десульфурацию предварительно расплавленной кальцинированной содой. После удаления ковшевого шлака металл сливают в 50-т кислородный конвертер с кислой футеровкой, где проводят обескремнивание до содержания кремния 0,7 – 0,9%. После этого металл при температуре 1450 – 1500_оС переливают в кислородный конвертер с основной футеровкой, где проводят завершающий этап рафинирования с использованием в качестве охладителя известняка.

Товарный ферроникель  транспортируют к разливочным машинам, где разливают в чушки массой 50 – 75 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производство  стали. Непрерывная разливка стали 

 

Непрерывная разливка стали является важнейшим технологическим этапом в производстве металлопродукции, поскольку она обеспечивает перевод стали из жидкого состояния в твердое с приданием ей определенной геометрической формы. Кроме этого условия охлаждения и затвердение стали во время непрерывной разливки в значительной мере предопределяют высокое качество металлопродукции в сравнении с консервативной системой разливки в слитки.

Использование непрерывной  разливки в сталеплавильном производстве способствует экономии капиталовложений в связи с исключением затрат на парк изложниц, сооружение цеха подготовки составов, стрипперного отделения, обжимных станов, а также обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьшения обрези, экономию энергии, которая тратилась на подогрев слитков в нагревательных колодцах, позволяет снизить экологическую нагрузку на атмосферу, повысить качество металлопродукции, автоматизировать процесс литья и улучшить условия работы обслуживающего персонала.

Вакуумирование стали в ковше

Технологические процессы вакуумирования стали вносят весомый вклад в повышение качества металлопродукции, в связи с чем они получают все большее распространение. На современном этапе существует два основных способа вакуумирования стали: циркуляционное и камерное вакуумирование.

Циркуляционное вакуумирование – процесс RH впервые осуществлен в Германии в 1959 г. фирмой Ruhrstahl – Heraeus. В способе циркуляционного вакуумирования используется эрлифтный эффект для обеспечения циркуляции металла в проточной вакуумной камере (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема процесса циркуляционного вакуумирования стали:

1 – телекамера; 2 – подключение  к вакуумной системе; 3 – камера RH-OB; 4 – подогрев камеры; 5 – кислородные  и аргонные сопла; 6 – патрубок для подвода транспортирующего газа; 7 – шлюзовое устройство для ввода легирующих; 8 – лотковый дозатор; 9 – погружные трубы; 10 – сталеразливочный ковш

 

Камера имеет форму удлиненного  цилиндра (высота до 11 м), а в металл ковша погружают два патрубка, в один из которых на двух – трех уровнях через трубки из нержавеющей  стали подают аргон в количестве от 0,5 до 1,5 м³/мин.

Современные установки оборудуют  стационарными камерами, а ковш с  металлом подают на специальной тележке  с гидравлическим подъемом ковша  на высоту, необходимую для погружения патрубков в металл. Одновременно подают аргон и включают вакуумные  насосы. Во всасывающем патрубке газ  нагревается, увеличиваясь в объеме, поднимается вверх, увлекая металл, в камеру поступает смесь из одной  части металла и 10 объемных частей газа со скоростью более 5 м/с, фонтанируя на высоту до 10 м и создавая многократно увеличивающуюся поверхность газ – металл. Дегазированный металл стекает в ковш сливным патрубком. Таким образом, обеспечивается циркуляция стали через камеру. Подача аргона на разных уровнях с разным давлением повышает скорость циркуляции, интенсифицирующей дегазацию металла.

Скорость циркуляции повышается при  увеличении диаметра всасывающего патрубка и расхода аргона, достигая 100 т/мин. В конце обработки металл раскисляют и легируют, усредняя химический состав еще в течение 2 мин.

Метод RH и конструкция агрегата позволяет в потоке аргона вводить  порошкообразную смесь СаО+СаF₂, обеспечивая высокую степень десульфурации уже при расходе смеси около 3 кг/т, потому что металл содержит минимальное количество поверхностно активного кислорода. Для компенсации затрат тепла, в камеру вдувают кислород, предусматривая в металле соответствующее превышение содержания углерода. Вариант такой технологии назван VOF процессом (Vacuum – oxygen – flux).

В RH процессе из-за большой поверхности  излучения металлом увеличиваются  потери тепла и ухудшаются условия  работы графитовых нагревателей при  попадании на них брызг металла. Поэтому на некоторых установках обеспечивается индукционный нагрев металла  в патрубках.

Современные установки снабжаются устройствами для отбора проб, измерения  температуры и окисленности металла.

В настоящее время основным способом вакуумирования стали является способ камерного вакуумирования, который имеет широкие технологические возможности рафинирования стали под вакуумом, простую конструкцию и требует меньших капитальных затрат. Кроме того, объем работ по обслуживанию камерного вакууматора минимален, а процесс обработки достаточно надежно контролируем и управляем. Оборудование камерного вакууматора не контактирует с жидкой сталью (рисунок 6), не требует специальных огнеупоров для футеровки, нет необходимости в ее предварительном подогреве, на показатели процесса не влияет периодичность и темп работы.

Основными разновидностями процесса камерного рафинирования являются процессы VD – Vacuum Degassing и VOD & VD – OB – Vacuum Oxygen Decarburization & Vacuum Decarburization – Oxygen Blowing позволяющие производить глубокую дегазацию металла, раскисление и обезуглероживание (рисунок 7).

 

Рисунок 6. Схема процесса камерного вакуумирования стали: 1- бункер для легирующих компонентов; 2 – ковш с металлом; 3 – аргон; 4 – крышка вакуумкамеры; 5 – вакуумкамера

 

В состав камерной установки для  вакуумирования стали в ковше  входит: высокопроизводительный пароэжекторный вакуумный насос, вакуумкамера с крышкой и вакуумпровод.

Основные технические параметры  пароэжекторного вакуумного насоса ПЭВН 500x0,5, который может использоваться для камерного вакуумирования представлены ниже:

• рабочее давление на входе в основной насос, 0,5 мм рт.ст.;
• давление (абс.) на выходе из насоса, 830 мм рт.ст.;
• производительность насоса по сухому воздуху с t=20 ^oС при рабочем давлении на входе, 500 кг/ч;
• продолжительность откачки вакуумкамеры и вакуумпровода от атмосферного давления до рабочего, 6 мин.

Вакуумная камера состоит из двух основных частей: собственно камеры и  крышки. Крышка установлена на транспортной тележке и может вертикально  перемещаться с помощью гидропривода.

Основные элементы вакуумкамеры: корпус вакуумкамеры с уплотнительным каналом; стенд с направляющими для  установки ковша; отверстие-мембрана с термодатчиком для аварийного слива стали; соединительный патрубок вакуумпровода с камерой; система подачи аргона и азота для разгерметизации.

Рисунок 7. Схема процесса VD (слева) и VOD & VD – OB (справа)

 

Крышка с тележкой вакуумкамеры размещает следующие устройства: защитный тепловой экран с элементами подвода и отвода охлаждающей  воды; систему телевизионного контроля процесса вакуумной обработки; устройство отбора проб и замера температуры; фурму  для продувки стали кислородом (при  необходимости); шлюзовые устройства для  ввода раскисляющих, легирующих и  шлакообразующих добавок. Во избежание  выплесков шлака и металла  из ковша во время обработки свободный  борт ковша увеличивают на 0,6-1 м.

В зависимости от решаемых задач  технологические варианты ковшевого  вакуумирования позволяют эффективно рафинировать расплав на любой стадии внепечной обработки.

Вакуумирование нераскисленной стали позволяет наиболее полно реализовать общеизвестные преимущества углерода как раскислителя. Благодаря вакууму равновесие реакции взаимодействия растворенных в стали углерода и кислорода сдвигается в сторону образования газообразных продуктов, что позволяет дополнительно раскислить сталь углеродом и уменьшить количество оксидных включений, образующихся в ходе окончательного глубинного раскисления металла. Однако в промышленных вакуумных установках равновесие между углеродом и кислородом, растворенными в стали, не достигается. Основные причины этого явления заключаются в следующем:

• при исключительно малых концентрациях взаимодействующих веществ, скорость химической реакции уменьшается настолько, что не позволяет за время обработки даже приблизиться к состоянию термодинамического равновесия;
• практика промышленного вакуумирования показывает, что даже небольшое количество FeO в рафинировочном шлаке (до 1%) в значительной степени способствует тому, что равновесие реакции не достигается.

Так, при давлении в 100-200 Па расчетное  произведение равновесных концентраций углерода и кислорода составляет около 2,5-5,9x10^-6, однако ход реакции обезуглероживания (раскисления углеродом) прекращается вблизи равновесной кривой, соответствующей Р = 1-10 кПа, т. е. реальная остаточная концентрация углерода и кислорода в стали после вакуумирования на несколько порядков выше равновесной, рассчитанной в тонком приповерхностном слое металла в ковше. Поэтому возникает задача обеспечения за счет раскисления углеродом под вакуумом максимально возможного снижения концентрации кислорода в стали, величина которого позволяет избежать образования в металле жидких или твердых продуктов раскисления после ввода добавок.