Способ вакуумирования стали
Особенности способа вакуум-шлаковой обработки металла. Характеристика поддонов для изложниц, их конструкции для различных способов разливки стали. Химическая неоднородность слитка кипящей стали. Система крепления основных сводов мартеновской печи.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2011 |
| Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Рассмотрите особенности вакуум-шлаковой обработки металла
- 2. Охарактеризуйте поддоны для изложниц, их конструкции для различных способов разливки стали
- 3. Охарактеризуйте химическую неоднородность слитка кипящей стали
- 4. Охарактеризуйте системы крепления основных сводов мартеновской печи
- Список использованной литературы
1. Рассмотрите особенности вакуум-шлаковой обработки металла
Постоянно растущие требования к качеству стали могут быть удовлетворены лишь при производстве металла с низкими содержаниями серы, кислорода, водорода и неметаллических включений. Но это связано со значительными трудностями: лишь способ обработки, получивший название ASEA-SKF (по названию двух разработавших его шведских фирм), позволяет комплексно рафинировать сталь, но это весьма дорогой и трудоемкий процесс.
УкрНИИспецсталью совместно с заводом "Днепроспецсталь" и другими организациями разработаны способ и устройства для вакуумирования стали с одновременной обработкой в столбе синтетического шлака (УВСШ). Способ позволяет вакуумировать сталь в широком диапазоне, сочетая преимущества процессов вакуумирования и обработки металла синтетическим шлаком при сравнительно невысоких затратах.
Сущность способа состоит в следующем: металл, выплавленный в сталеплавильном агрегате, подвергается вакуумированию в струе, а затем рафинируется в шлаке, проходя через столб шлакового расплава высотой свыше 3м. Столб шлака формируется за счёт разности атмосферного и остаточного давления в вакуумной камере. Количество шлака определяется барометрической высотой и поперечным сечением шлакового столба. Схема выплавки металла с вакуумшлаковой обработкой приведена на рисунке 1.
Следуя схеме, металл из сталеплавильного агрегата поступает в передаточный ковш, который устанавливается на вакуум-камеру, после чего начинается донный выпуск с дегазацией металла в струе. Распылённый металл стекает на дно вакуум-камеры и попадает в шлаковый рукав, заполненный шлаком, и, спускаясь сквозь слой шлака вниз, рафинируется. В вакуумную камеру шлак поступает из приёмного ковша шлакоплавильной печи. Под шлаковым рукавом располагается приёмный ковш, из которого металл поступает непосредственно на разливку, которая производится либо в изложницы, либо, что предпочтительнее, в машину непрерывного литья заготовок.
Рисунок 1 - Схема способа вакуумирования с обработкой в столбе шлака: 1 - сталеплавильная печь, 2 - передаточный ковш с исходным металлом, 3 - вакуумная камера, 4 - шлаковый рукав, 5 - столб жидкого шлака, 6 - приёмный ковш с синтетическим шлаком, 7 - шлакоплавильная печь, 8 - изложницы, 9 - МНЛЗ.
Как было установлено проведенными исследованиями, способ вакуумирования с одновременной обработкой в столбе шлака имеет ряд кинетических преимуществ перед другими способами обработки. Так, при вакуумировании наряду с дегазацией в струе наблюдается плёночное, капельное, или в виде мелких струй течение металла по стенкам и коническому днищу вакуумной камеры, что повышает эффективность дегазации. При движении металла через столб шлака происходит образование шлакометаллической эмульсии, в которой дисперсная фаза - металл - имеет размеры частиц в пределах 0,05-1,0 см, а максимальная масса капель имеет фракции размером 0,3-0,6 см.
Поверхность контакта металла со шлаком в процессе обработки в столбе шлака составляет более 300 м2/т стали, что на много превышает аналогичный показатель для обработки синтетическим шлаком в ковше.
Обработку в столбе шлака можно охарактеризовать как взаимодействие фаз при противотоке в случае, когда скорость движения одной из фаз (в данном случае шлака) близка к нулю. Поэтому эффективность удаления растворимых примесей из металла при обработке в столбе шлака выше, чем при традиционном перемешивании фаз в объёме (например, при обработке синтетическим шлаком в ковше). Повышению эффективности рафинирования способствует также тот факт, что металл после обработки не контактирует с загрязнённым шлаком, чем затрудняется обратный переход примесей из шлака в металл.
На установке завода "Днепроспецсталь" обрабатывали подшипниковую сталь. Её выплавляли в 60-т печах переплавом отходов с продувкой кислородом, шлак в период доводки не раскисляли и перед выпуском металла из печи не удаляли. Все проведенные эксперименты и анализы плавок дали положительные результаты. [10]
Экономический и народнохозяйственный эффекты применения данной технологии приведены выше.
Учитывая все преимущества данной технологии перед остальными, можно считать, что в данный момент она является наиболее передовой и перспективной, а значит, следует предпринять все необходимые меры для быстрого и эффективного внедрения данной технологии на крупных промышленных предприятиях Украины, что позволит им успешно конкурировать с зарубежными металлургическими предприятиями, такими, например, как ASEA-SKF.
обработка сталь вакуумирование печь
2. Охарактеризуйте поддоны для изложниц, их конструкции для различных способов разливки стали
Изложницы при сифонной разливке устанавливают нa поддоны, размещаемые либо стационарно в канавах, либо на разливочных тележках грузоподъемностью до 120 т. Максимальное число изложниц на одном поддоне при размещении их в постоянных канавах достигает 60, а в случае использования тележек - до 24.
Для сифонной проводки в поддоне делают канавки (ручьи) с сеченем от 90x90 до 115х115 мм (рис.1). Отношение массы поддона к общей массе отливаемых на нем слитков снижается примерно с 1: 1 в случае мелких слитков до 1: 2 при отливке 6-7-т слитков. Для того чтобы обеспечить при эксплуатации достаточную прочность, поддоны армируют стальными стержнями.
Поддоны изготавливают из чугуна. Механизм разрушения поддона в процессе эксплуатации аналогичен механизму разрушения изложниц. Расход поддонов обычно колеблется в пределах 0,5-1 кг/т.
Подготовка поддонов к плавке сводится к укладке в ручьях сифонной проводки. В углубление в центре поддона, куда сходятся ручьи, устанавливают (рис.2) центральную звездочку 1, выполняемую из шамота. Звездочка верхним своим отверстием соединяется с центровкой 2, а боковыми отверстиями с сифонными проводками 3, уложенными в ручьи.
Рисунок 2. Сифонная проводка и четырехместный поддон
Сифонные проводки изготавливают из шамота и на одной стороне делают буртик, а на другой - соответствующее углубление. В концевом кирпиче 4 сифонной проводки имеется отверстие, которое центрируется со стаканчиком 5 изложницы.
Наборку сифонной проводки проводят при температуре ее не ниже 100° С на огнеупорной массе, состоящей из 50% шамотного порошка, 40% огнеупорной глины и 10% графита, замешиваемой на водном растворе сульфатцеллюлозного экстракта (15-20% от массы раствора).
Сушка набранной сифонной проводки происходит за счет тепла, аккумулированного поддоном. Перед установкой на поддоны изложниц сифонную проводку продувают компрессорным воздухом.
При разливке сверху изложницы устанавливают непосредственно на раму тележки. Однако на некоторых заводах, особенно в случае двухстопорной разливки, когда требуется относительно высокая точность установки изложниц, а также при разливке в постоянных канавах применяют многоместные поддоны. Подготовка таких поддонов к плавке ограничивается их очисткой.
Центровые.
При сифонной разливке обычно применяют разъемные в вертикальной плоскости центровые (рис.3). Изнутри металлический кожух 2 центровой футеруют шамотными катушками 3. Для удобства разливки на центровую устанавливают воронку 1. Сборку центровых осуществляют на такой же огнеупорной массе, что используется при наборке поддонов. После сушки в камерных или газовых печах центровые устанавливают на поддоны.
Рисунок 3. Центровая
Высоту центровой следует выбирать таким образом, чтобы она была выше уровня наполнения изложниц металлом 300-500 мм.
Расход центровых составляет 0,5-1,2 кг на 1 т стали. Для увеличения стойкости центровые ремонтируют, применяя электросварку. Срок службы центровых увеличивает сушка в камерных печах и предварительное удаление их перед водяным охлаждением изложниц.
Промежуточный ковш.
При разливке сверху для уменьшения кинетической энергии струи металла, попадающей в изложницу, между сталеразливочным ковшом и изложницей устанавливают промежуточный ковш или воронку. Промежуточный ковш емкостью 25-40 т футеруют шамотным кирпичом и используют для одновременной разливки двух-трех и четырех слитков, для чего в нем устанавливают соответствующее число стопоров. Подготовленный к разливке промежуточный ковш продувают сжатым воздухом, накрывают крышкой и подогревают до 800-1000° С. Промежуточный ковш обычно устанавливают на неподвижном стенде, а состав с изложницами проталкивается под ними.
Слитки небольшой массы, а также одиночные крупные слитки разливают сверху иногда с применением промежуточных воронок, устанавливаемых на изложницах или подвешиваемых к ковшу. В дно воронки вставляют стаканчик или поочередно стаканчики различного диаметра: в начале разливки, когда металл горячий, с меньшим, а к концу разливки по мере охлаждения металла с большим диаметром.
3. Охарактеризуйте химическую неоднородность слитка кипящей стали
Большое количество газов, выделяющихся во время затвердевания слитка кипящей стали, оказывает влияние на процессы кристаллизации стали и на сегрегацию примесей.
На расположение сегрегатов в слитке кипящей стали оказывают влияние: вымывание выделяющимися газами маточного раствора, обогащенного углеродом, серой и фосфором из зоны, контактирующей со столбчатыми кристаллитами, перенос сегрегатов газовым потоком и движением жидкости в головную часть слитка и захватывание части загрязненного сегрегатами раствора обратным циркуляционным потоком, направленным вниз в осевой части слитка, при одновременном продвижении к центру слитка кристаллизующейся твердой фазы.
Обнаруживаемая степень сегрегации примесей изменяется в зависимости от многих факторов, главными из которых являются масса слитка, химический состав стали и степень ее окисленности.
Влияние большого количества факторов, сопровождающих процессы кристаллизации и газообразования, действующих всегда одновременно, усложняет возможность выявления закономерности развития сегрегации в слитке кипящей стали. Это является причиной неудачных попыток определить математическим расчетом возможную загрязненность сегрегатами отдельных зон слитка кипящей стали.
Переходя к характеристике расположения сегрегационных областей, следует отметить, что, как правило, в слитке кипящей стали не наблюдается Л-образных "усов" и отчетливо выраженной V-образной сегрегации, как в слитке спокойной стали. Как видно по отпечатку на серу, центральная зона, заключенная между вторичными пузырями, загрязнена сегрегатами по всей высоте слитка. Загрязнение ликватами усиливается по направлению к головной части слитка и ослабляется в донной его части.
Наблюдаемую в зонах плотной корочки и сотовых пузырей отрицательную сегрегацию можно объяснить избирательной кристаллизацией и частичной потерей углерода на газообразование. Резкое повышение концентрации сегрегатов в области вторичных пузырей объясняется, как это установил Г.Н. Ойкс, замедлением скорости выделения газа. Выделение газа характеризуется зигзагообразной кривой. Каждое изменение угла наклона этой ломаной линии соответствует изменению условий кристаллизации: ее ускорению, ослаблению или временной остановке.
Выделение скрытой теплоты кристаллизации, обогащение сегрегатами пленки жидкого металла, находящейся впереди продвигающейся твердой фазы, имеющей более низкую температуру плавления чем температура плавления жидкой сердцевины, замедляют процесс затвердевания, а иногда и вообще приостанавливают его. Лишь после отвода местного избыточного тепла, более равномерного распределения сегрегатов (вследствие переноса их в головную часть слитка) возобновляется дальнейшее затвердевание слитка, происходящее беспрепятственно лишь до нового изменения физических факторов.
Можно считать, что каждый отрезок ломаной линии соответствует особому периоду кристаллизации, каждый из которых качественно отличается от других. Это подтверждается различной формой кристаллитов (глобулярные, шестоватые или древовидные, камневидные) в различных зонах слитка и различной степенью сегрегации в каждой зоне.
В результате реакций, происходящих в обогащенном слое между углеродом и кислородом, усиливается движение металла, приводящее к более равномерному распределению сегрегатов в следующей зоне слитка на данном горизонте. Абсолютные максимальные концентрации сегрегатов в центре головной части слитка объясняются теми же процессами продвижения загрязненной жидкости вверх и поворачиванием циркуляционных потоков жидкого металла в верхних объемах металла в изложнице.
Другими исследованиями установлено подобное распределение сегрегатов в слитке кипящей стали. Поведение марганца в общем соответствует поведению других ликвирующих элементов, но оно выражено гораздо слабее. Сегрегация азота подчиняется той же закономерности, как наблюдается для углерода, серы и фосфора, что обнаружено в малых и больших слитках кипящей стали. Интересно отметить, что сегрегация этого элемента оказалась везде положительной. В.Н. Свечников, Г. Вейнберг и С. Прошутинский зафиксировали и отрицательную сегрегацию азота.
Содержание кислорода в верхней половине слитка в оболочке (плотная корочка и зона сотовых пузырей) выше, чем в центральной части слитка (за счет оксидных включений, имеющихся в наружной зоне). Содержание кислорода постепенно снижается до зоны вторичных пузырей, что сопровождается повышением концентрации углерода. В нижней половине слитка содержание кислорода выше, чем в верхней; в осевой части содержание кислорода выше, чем в оболочке.
Аналогичное распределение кислорода было установлено Хультгреном и Фрагменом при исследовании 10 небольших слитков кипящей стали с содержанием 0,046-0,21% С и 0,09 - 0,65% Mn.
Но в исследовании было установлено одновременное снижение содержания углерода и кислорода во время кристаллизации слитка стали следующего состава: 0,07% С, 0,37% Mn и 0,048% O2. В плотной корочке оказалось 0,05% С, 0,015-0,020% O2 и в сердцевине - 0,07% С, 0,04-0,05% O2. Среднее содержание в слитке - 0,05% С, 0,03% O2.
В литературе имеется также указание на очень сильную сегрегацию кислорода; в наружной корочке 0,019%, а в центральной части слитка 0,067%, при этом в наружной корочке слитка было обнаружено 0,04% С, в сердцевине - более низкое содержание, а в центральной части 0,064% углерода, что заметно ниже, чем в ковшовой пробе (0,097%). Такое распределение кислорода объясняет явление отрицательной сегрегации углерода и возможность существования равновесного состава углерода и кислорода в нижней половине слитка.
Было изучено распределение мышьяка в слитке кипящей стали марки Ст. Зкп массой 7 т. В нижней части слитка (до 20% его высоты) выявлена отрицательная сегрегация; по направлению к головной части содержание мышьяка увеличивается, достигая максимума на уровне 85-90% от низа слитка. В поперечном направлении заметное повышение мышьяка обнаружено в зоне вторичных пузырей, затем его содержание еще более увеличивается по направлению к центру слитка. Мышьяк ликвирует значительно слабее фосфора и серы.
4. Охарактеризуйте системы крепления основных сводов мартеновской печи
Современные мартеновские печи (рис.4) отапливают обычно газом (чаще всего смесью доменного газа с коксовальным или природным газом) и оборудуют четырьмя регенераторами (по два с каждой стороны печи), заполненными кирпичной решетчатой кладкой для раздельного подогрева газообразного топлива и воздуха, подаваемых в печь.
Рисунок 4 - Мартеновская печь (разрез и план):
1 - под печи; 2 - передняя стенка; 3 - задняя стенка; 4 - свод; 5 - загрузочные окна; 6 - бетонные опоры; 7 - откос; 8 - воздушный канал (головки); 9 - газовый канал; 10 - вертикальные каналы; 11 - шлаковики газового регенератора; 12 - шлаковики воздушного регенератора.
Продукты горения из рабочего пространства печи направляются в одну пару регенераторов (например, правую) и нагревают их насадку (решетчатую внутреннюю кладку), а затем выпускаются в дымовую трубу. В это время газовое топливо и воздух подают в печь через вторую пару регенераторов (например, левую), насадка которых была нагрета раньше. Через некоторое время с помощью автоматически переключающихся клапанов меняется направление выхода печных газов и подачи топлива.
Мартеновские печи строят разной вместимости и производительности - от 10 до 500-900 т. На некоторых заводах работают печи, отапливаемые мазутом или природным газом, в которых подогревается только воздух, подающийся в печь.
В первых печах, предложенных Мартеном, под, стены и свод выкладывали из динасового огнеупорного кирпича. В 1880 г. в России была построена первая мартеновская печь с подом и стенками из доломитового кирпича, которые затем получили широкое распространение. В современном сталеплавильном производстве для кладки стен и пода печей применяют и кислые, и основные огнеупоры; этим отличается устройство основных и кислых мартеновских печей.
Ванна печи, удерживающая расплавленные материалы, имеет форму чаши, и ее длину и ширину обычно определяют на уровне порогов садочных окон, через которые и производят загрузку в печь твердых материалов. Современная 500-тонная печь имеет ванну 16,4 м длины, 5,9 м ширины и более 1 м глубины. Произведение этой длины на ширину принято считать условной площадью пода мартеновской печи. Глубиной ванны считают размер в самой глубокой ее части, которая расположена около выпускного отверстия, от подины, до уровня порогов садочных окон.
Боковую кладку и под укрепляют снаружи прочными стальными балками. До недавнего времени своды мартеновских печей делали арочными и выкладывали из динасового кирпича. Такие своды не допускали их нагрев выше 1700° С, что тормозило производительность печей; эти своды обычно выдерживали 200-250 плавок. Теперь своды делают из термостойкого хромомагнезитового кирпича. Изменилась и конструкция свода. Отдельные блоки свода подвешивают на тягах к поперечным балкам каркаса печи и свод получается подвесным. Применение хромомагнезита и новой конструкции свода позволяют нагревать его до 1800° С. Такие подвесные хромомагнезитовые своды выдерживают 500 плавок.
Горячий газ подают в печь по центральному каналу, воздух - по двум боковым. Сходясь в рабочем пространстве печи, эти каналы образуют так называемую головку печи, формирующую газовое пламя. Внутрь стенок головки обычно вставляют кессоны, в которых циркулирует вода для сохранения огнеупоров головки от быстрого разгара. Перед регенераторами в мартеновской печи устанавливают шлаковики для сбора пыли и капель шлака, выносимых из печи с отходящими газами, и предохранения регенераторов от быстрого загрязнения. Загрузку твердой шихты в печь производят через окна с помощью завалочных машин. Выпуск стали и шлака из мартеновской печи после завершения плавки проводят через летку, которую располагают в так называемой задней продольной стенке печи, не имеющей загрузочных окон. Некоторое количество шлака выпускают иногда через так называемые ложные пороги загрузочных окон на лицевую сторону печи. На время плавки летку (выпускное отверстие) заделывают магнезитовым порошком и огнеупорной глиной.
Список использованной литературы
1. Общая металлургия. Учебник для вузов. М., Издательство "Металлургия", 2001.
2. Целиков А.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Учебник для вузов. М., "Металлургия", 1992.
3. Электрометаллургия стали и ферросплавов / Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А., Строганов А.И., Ярцев М.А. - Учебник для вузов. Изд.2-е, переработ. и доп. - М.: "Металлургия", 1984г. - 568с.
4. Кузьмин Б.А. и др. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. Учебник для техникумов. М., "Высшая школа", 2000.
5. Сборник технологических инструкций по выплавке стали в основных дуговых электропечах: [Сборник] / Министерство металлургии СССР, завод "Днепроспецсталь" - Запорожье, Типография издательства "Коммунар", 1977г. - 480с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Кристаллизация стального слитка. Строение механически закупоренных слитков кипящей стали. Преимущества и недостатки использования полуспокойной стали по сравнению с кипящей. Футеровка сталеразливочных ковшей. Влияние скорости разливки на качество стали.
курс лекций [4,7 M], добавлен 30.05.2014Понятие вакуумирования и область его применения. Характеристика способов вакуумирования стали: струйное, порционное и циркуляционное вакуумирование, в установках ковшевого вакуумирования. Сравнительная характеристика установок внепечной обработки стали.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.01.2016Зоны слитка, их различная структура и описание. Разлив стали в изложницы. Виды металлургических агрегатов: мартеновские печи, кислородные конвертора, электропечи. Типы стальных слитков, их химическая неоднородность, влияние степени раскисленности стали.
контрольная работа [4,7 M], добавлен 12.08.2009Развитие и современный уровень металлургического производства. Особенности разливки стали, способы изготовления стальных отливок. Разливка стали в изложницы, затвердевание и строение стального слитка. Особенности и недостатки непрерывной разливки стали.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 22.10.2009Основные способы производства стали. Конвертерный способ. Мартеновский способ. Электросталеплавильный способ. Разливка стали. Пути повышения качества стали. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. Производство стали в вакуумных печах.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.01.2005Макроструктура готового сортового проката, полученного из квадратных заготовок непрерывной разливки. Оборудование для разливки стали. Технология разливки стали в изложницы. Сифонная разливка стали, ее скоростной режим. Улучшение качества разливки стали.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 26.05.2015Исследование классической разливки стали в изложницы на сталеплавильном производстве. Изучение блочных, гильзовых и составных типов кристаллизаторов. Описания устройства для резки слитка на куски, работы секции охлаждения слябов из углеродистой стали.
отчет по практике [2,3 M], добавлен 17.05.2011Описание электропечи и установки внепечной обработки. Определение производительности участка. Изучение технологии выплавки и разливки шарикоподшипниковой стали. Подготовка печи к плавке. Расчет металлошихты, расхода ферросплавов для легирования стали.
курсовая работа [760,3 K], добавлен 21.03.2013Установки без принудительного перемешивания, с электромагнитным перемешиванием в ковше и с дополнительным подогревом металла. Вакуумирование стали в ковше. Порционный и циркуляционный способы вакуумирования. Комбинированные методы обработки металла.
курсовая работа [31,1 K], добавлен 15.06.2011Основные свойства стали и характеристика ее разливки, этапы и особенности. Факторы, влияющие на качество выплавки и критерии его повышения. Характеристика и требования к ковшам для разливки стали. Способы изготовления стальных отливок и их разновидности.
курсовая работа [34,0 K], добавлен 21.10.2009
