Сравнительный анализ производства стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сравнительный анализ производства стали 09Г2С

1.1 Описание стали марки 09Г2С

Класс: Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, марка стали 09Г2С широко применяется при производстве труб и другого металлопроката.

Использование в промышленности: различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от --70 до +425°С под давлением.

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-94, ГОСТ 19904-90. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Поковки и кованные заготовки ГОСТ 1133-71.

Расшифровка марки 09Г2С: Обозначение 09Г2С означает, что в стали присутствует 0,09% углерода, поскольку 09 идет до букв, далее следует буква «Г» которая означает марганец, а цифра 2 - процентное содержание до 2% марганца. Далее следует буква «С», которая означает кремний, но поскольку после С цифры нет - это означает содержание кремния менее 1%. Таким образом, расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния и поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь.

Чаще всего прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей. Применяя закалку и отпуск изготавливают качественную трубопроводную арматуру. Высокая механическая устойчивость к низким температурам также позволяет с успехом применять трубы из 09Г2С на севере страны.

Также марка широко используется для сварных конструкций. Сварка может производиться как без подогрева, так и с предварительным подогревом до 100-120 С. Так как углерода в стали мало, то сварка ее довольно проста, причем сталь не закаливается и не перегревается в процессе сварки, благодаря чему не происходит снижение пластических свойств или увеличение ее зернистости. К плюсам применения этой стали можно отнести также, что она не склонна к отпускной хрупкости и ее вязкость не снижается после отпуска. Вышеприведенными свойствами объясняется удобство использования 09Г2С от других сталей с большим содержанием углерода или присадок, которые хуже варятся и меняют свойства после термообработки.

Свойства стали 09Г2С: сталь 09Г2 после обработки на двухфазную структуру имеет повышенный предел выносливости; одновременно примерно в 3--3,5 раза увеличивается число циклов до разрушения в области малоцикловой усталости.

1.2 Назначение выплавляемой стали марки 09Г2С

Изделия из низколегированной конструкционной стали 09Г2С востребованы во многих отраслях производства, что подкрепляется широким предложением сортамента продукции этой марки. Благодаря своим физическим свойствам, сталь 09Г2С заслуженно заняла свою позицию на рынках современного спроса и предложений. Характеристики стали 09Г2С предоставляют возможность применять её в качестве основного материала при изготовлении деталей, которые предназначены для работы в температурном диапазоне рабочей среды от -70 єС до + 425 єС, что при проектировании изделий привлекает к себе внимание ещё большего числа конструкторов.

Высокая прочность материала, удовлетворительные показатели механических свойств в широком диапазоне температур, а также способность к изменению свойств сплава после проведения термической обработки, неизбежно приводит к тому, что детали и изделия из стали 09Г2С находят своё применение практически во всех сферах производства и машиностроения. Из стали 09Г2С изготавливаются строительные конструкции, трубы для транспортировки различных жидкостей (воды, нефти и др.) и газов, резервуары различного назначения, паровые котлы, нефтепромысловое оборудование и различные детали машин, в т. ч. сельскохозяйственного направления.

Богатый выбор различных сортаментов, разнообразие толщин приводят к тому, что к использованию этого сплава обращаются всё большее число производителей различных металлоизделий.

При механизированной сварке и в частном использовании находит своё применение и сварочная проволока марки 09Г2С. Такая проволока может иметь медное напыление, а может быть и вовсе без покрытия. Большим плюсом такой проволоки является относительно малое количество легирующих компонентов.

Химический состав стали 09Г2С

Первая цифра, стоящая в начале названия марки, сообщает о количестве углерода, содержащегося в сплаве, и отображаемая в сотых долях. Соответственно, процент углерода в сплаве 09Г2С составляет примерно 0,09. Следующие цифры показывают содержание легирующих элементов: марганца в этом сплаве содержится около 2% и менее 1% кремния.

Рисунок 1 Химический состав стали 09Г2С

Помимо основных легирующих элементов, химический состав стали 09Г2С содержит в себе нижеследующие составляющие периодической таблицы:

Таблица 1

Хим. элемент	Содержание в стали, %
C	Менее 0,12
Si	0,5…0,8
Mn	1,3…1,7
Ni	Менее 0.3
S	Менее 0.035
P	Менее 0.03
Cr	Менее 0.3
V	Менее 0.12
N	Менее 0.008
Cu	Менее 0.3
As	Менее 0.08

Суммарное количество легирующих компонентов в низколегированных сплавах не превышает значения 2,5%. Удельный вес стали 09Г2С равен 7850 кг/м 3 , но нужно заметить, что плотность стали непостоянна и может иметь небольшой разброс значений, которые находятся в прямой зависимости от количества легирующих элементов. Но в любом случае, относительно небольшой вес готового изделия, в котором при изготовлении деталей прибегли к использованию стали этой марки, имеет большое преимущество по сравнению с другими более тяжеловесными сплавами.

Физические свойства

Конструкционная сталь 09Г2С обладает высокой способностью сохранять свои характеристики при работе под давлением в широком температурном интервале, долговечна, устойчива к нагрузкам с переменным вектором силы, а также подвергается термической обработке, которая оказывает значительное влияние на показатели механических показателей.

Коэффициент линейного расширения (КЛР), который описывает способность сплавов сохранять свой объём при увеличении температуры при постоянном показателе давления, изменяется всего на 2,4Ч10-6 единицы при изменении температуры со 100 єС до 500 єС (1,14Ч10-5 при 100 єС против 1,38Ч10-5 при 500 єС). Наглядное описание характеристик линейного расширения приведено ниже:

Таблица 2

Температура апробирования, єС	100	200	300	400	500
Значение КЛР, 10-5 1/ єС	1,14	1,22	1,26	1,32	1,38

Несмотря на то, что сталь 09Г2С является низколегированной, она не проявляет такое свойство, как флокеночувствительность. Малое присутствие углерода в сплаве обеспечивает удовлетворительный показатель свариваемости деталей из стали этой марки. Нужно отметить, что высокое содержание углерода в сплавах при его выгорании приводит к возникновению дополнительных микропор, а также к образованию закалочной структуры, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва, а в стали 09Г2С этого не наблюдается.

Рисунок 2 Изменение микроструктуры стали 09Г2С в зависимости от температуры

Сварка стали 09Г2С не требовательна к типу электродов и может проходить с использованием таких способов сварки, как ручная дуговая, электрошлаковая, автоматическая дуговая сварка под флюсом и с газовой защитой. Сплав марки 09Г2С не имеет ограничений по свариваемости материала, а детали из листового проката с сечением до 40 мм могут подвергаться сварке без предварительной разделки кромок. Детали, подготовленные к сварке, не нуждаются в дополнительной химической или термической обработке. Миграция легирующих элементов по всему сечению сварного шва обеспечивает его высокие прочностные характеристики и одновременно хорошие технические показатели ударной вязкости.

Для уменьшения признаков возникновения закалочной структуры, неизбежно формирующейся при сварке, сварное изделие следует подвергнуть высокотемпературному отпуску с температурой нагрева от 600 до 660 єС. Охлаждение изделия должно быть медленным, с печью, что поможет избежать коробления его отдельных частей. Допускается не проводить термическую обработку деталей, прошедших сварку, и имеющих толщину поперечного сечения до 36 мм.

Механические свойства

Механические свойства стали 09Г2С описывают следующие характеристики для сортового и фасонного проката сечением до 10 мм:

Таблица 3

Вид механических характеристик	Температура апробирования, єС	Значение
Временное сопротивление	? 0,2, МПа	+20 (комнатная)	345
Предел прочности	? В, МПа		490
Удлинение	д 5, %		21
Ударная вязкость		КСU	64
	КСU -40	-40	39
	КСU -60	-60	34

Для того, чтобы определить класс прочности (КП) испытываемого образца, следует обратиться к ГОСТу 19281-2014, в котором подробно показаны все ключевые характеристики, на которые следует опираться при проведении испытаний или оценке готового протокола на категорию прочности.

Стоит не забывать, что этот механический показатель напрямую зависит от химического набора соответствующих компонентов, и присутствие в большем процентном содержании какого-либо элемента может сыграть ключевую роль при формировании показателей прочности при обработке этой стали.

Рисунок 3 Механические свойства стали 09Г2С

В зависимости от класса прочности, изменяется и такой показатель механических характеристик, как твёрдость. Зависимость этих двух показателей прямая: чем выше категория прочности материала, тем выше и значение твёрдости. Обычно твёрдость низколегированных сплавов измеряется по методу Бринелля, и показатель твёрдости обозначается в единицах НВW, но в зависимости от требований, предъявляемых к изделию, и месту контроля (основной материал или материал сварного шва), может изменяться и метод измерения твёрдости. В таком случае, твердость материала может быть выражена в единицах по шкале Роквелла, Виккерса и т.д.

Режим термообработки стали назначается согласно критическим точкам:

Таблица 4

Критическая точка	Ас1	Ас3	Аr3	Аr1
єС	725	860	780	625

В зависимости от требуемых показателей механических свойств, назначается режим термической обработки. Нормализация и закалка стали 09Г2С проходит при высокотемпературном нагреве от 930 до 950 єС. Зависимость мехсвойств от температурного режима отпуска приведена ниже:

Таблица 5

Температура отпуска, °С	Предел текучести, д0,2, Па	Предел прочности, дВ, Па	Удлинение, д5, %	Относительное сужение, ш, %
20	295Ч106	405Ч106	30	66
100	270Ч106	415Ч106	29	68
200	265Ч106	430Ч106	--	--
300	220Ч106	435Ч106	--	--
400	205Ч106	410Ч106	27	63
500	185Ч106	315Ч106	--	63

Как следует из таблицы, чем выше температурный режим сопутствующего отпуска, тем ниже у сплава сопротивление разрыву.

Термическая обработка способствует образованию сплава с двухфазной структурой, дисперсность зерна которого и определяет основные показатели механических свойств материала.

1.3 Описание технологии выплавки стали марки 09Г2С и работы оборудования в условиях предприятия ОАО «Русполимет»

Технологический цикл производства слитков из стали марки 09Г2С заключается в выплавке железоуглеродистого полупродукта в дуговой сталеплавильной печи ДСП-120, внепечной обработки стали в агрегате ковш-печь с последующим процессом вакуумирования стали в камерном вакууматоре. После этого производят разливку стали в изложницы.

Химический состав железоуглеродистого полупродукта, который выплавляют на предприятии ОАО «Русполимет» в дуговой сталеплавильной печи ДСП для производства стали марки 09Г2С указан в таблице 6.[3]

Таблица 6 - Химический состав железоуглеродистого полупродукта, %

C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	P
0,05	?0,10	0,15-0,3	?0,15	?0,30	?0,30	?0,04	?0,010

Базовая технология внепечной обработки стали

По принятой в цехе технологии внепечной обработки стали шлакообразующая смесь состояла из извести в количестве 18 кг/т, плавикового шпата -- 0,5 кг/т и алюминия -- 1,7 кг/т. Рафинировочная способность данного шлакового режима позволяла получать сталь с содержанием [S] и [N] на уровне 0,005-0,008 % и 0,009-0,012 % соответственно, а загрязненность неметаллическими включениями составляла в большинстве случаев порядка 2,5-3,5 балла.

Производство стали 09Г2С

Основным сырьём при производстве марки стали 09Г2С служит чугун, который оптимизируют, повышая количество углерода и улучшая свойства сплава за счёт внедрения легирующих составляющих.

Пример применения стали 09Г2С

Сталь 09Г2С проявляется отличным материалом при проектировании деталей и конструкций, которые будут работать в условиях низких температур, с одновременным сохранением своих высоких прочностных и пластичных характеристик, а низкие затраты при проведении монтажных работ, лишь в очередной раз подкрепляют позиции этой марки на рынке современного спроса и предложений.

1.3.1 Выбор оборудования для выплавки

Производство стали 09Г2С в условиях электросталеплавильного цеха №2 имеет следующую технологическую схему: производство полупродукта в основной электродуговой печи ДСП-120, рафинирование и доводка стали до требуемого химического состава на агрегате ковш-печь, разливка на одноручьевой слябовой машине непрерывного литья заготовки (смотреть рисунок 4). сталь выплавляемый железоуглеродистый

Рисунок 4 - Технологическая схема

На рисунке 5 показана дуговая сталеплавильная печь.

Рисунок 5 - Дуговая сталеплавильная печи

Таблица 7 - Общая характеристика агрегата: дуговая электросталеплавильная печь (ДСП - 120)

Агрегат ковш-печь, также называется агрегатом комплексной обработки стали (АКОС) - это звено в единой технологической схеме с дуговой печью, для доведения металла в ковше, после его выпуска из плавильного агрегата, до заданной температуры и химического состава, схема изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Агрегата ковш - печь

Основное оборудование АКП включает в себя:

-консоли с электрододержателями и электродами;

-водоохлаждаемая крышка с газоходом;

-система хранения, дозирования и подачи сыпучих материалов (бункера-питатели, тракт подачи);

-трайб-аппараты для ввода в металл алюминиевой катанки или порошковой проволоки с различными видами наполнителей;

- система донной продувки металла аргоном;

- манипулятор аварийной верхней фурмы;

- манипулятор для измерения температуры и отбора проб металла;

- стенд наращивания электродов;

- самодвижущийся сталевоз. [3]

В настоящее время введено в эксплуатацию отделение непрерывной разливки стали со слябовой МНЛЗ поставки фирмы изображенной на рисунке 7.

МНЛЗ состоит из:

• сталеразливочного и промежуточного ковшей

• водоохлаждаемого кристаллизатора

• механизм качания системы вторичного охлаждения

• устройства для вытягивания слитка

Рисунок 7 - Схема машины непрерывной разливки стали

Основные технические данные МНЛЗ приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Основные технические данные МНЛЗ

Количество ручьев, шт	1
Радиус разливочной дуги, м	8
Металлургическая длина машины, м	25,87
Размер слябов: толщина, мм ширина, мм минимальная длина, мм	180 - 240 900 - 1600 4500
Скорость разливки	0,8 - 1,54 м/мин - для сляба толщиной 180 мм 0,7 - 1,05 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	гидравлический с сервоклапанами
Тип машины	радиальная с вертикальным участком
Резка заготовки	автоматическим агрегатом с газовым резаком

1.3.2 Выбор шихты для выплавки

Плавку шихтуют из расчёта получения в металле после расплавления значений массовых долей химических элементов не выше заданных в марке стали.

Основные требования к шихтовым материалам:

– масса тяжеловесных отходов (обрези и скрапа) в составе общей массы завалки должна быть не более 50%;

– во избежание риска взрыва следует загружать сухой скрап (без масла, воды) и не использовать герметизированные контейнеры (емкости);

– куски лома не должны превышать по длине 1,0 м, по ширине 0,5 м и по высоте 0,5 м (по массе максимум ~ 1,5 т);

– допускается в завалку ДСП использовать грат МНЛЗ в количестве не более 10 тонн на плавку. Грат заваливать в бадью или на конвейер «Consteel». Грат в бадью загружать только после погрузки не менее 25 тонн лома. При открытых технологических зазорах (для стока воды) в конвейере «Consteel» грат МНЛЗ, предпочтительнее использовать через бадью. В случае погрузки грата на «Consteel» (при открытых зазорах) грат грузить на вторую зону «Consteel», укладывая его на плотный слой лома. В холодное время года, грат использовать сразу в завалку не давая ему слеживаться, т. к. может замерзнуть общей кучей. Для этого необходимо в цех завозить необходимое количество на серию плавок. Завалку ДСП-120 желательно планировать так, чтобы грат МНЛЗ попал в печь до начала схода шлака. В зависимости от содержания FeO в шлаке, на плавках на которых используется грат МНЛЗ допускается расход кускового углеродосодержащий материал (УМВК) увеличивать по 50 кг на каждую тонну заваленного грата МНЛЗ.

В завалку одной плавки допускается использовать ограниченное количество следующих видов металлошихты:

– части и элементы боеприпасов, при наличии талона взрывобезопасности;

– пресс-пакеты и пресс-таблетки в сумме не более 10 тонн;

– габаритный мелкий скрап однородной фракции менее 100 мм, в виде орешка (после магнитной сепарации) не более 10 тонн. Остальное количество (для выполнения плана по расходу скрапа), догружать скрапом более крупных фракций (габаритных размеров);

– промасленные троса заваливать бадьёй только на холодную подину ДСП.

Общая масса металлошихты должна составлять 130 - 140 тонн (без учёта остатка жидкого металла в печи от предыдущей плавки, который должен составлять 45 - 50 тонн). Вес заваленной металлошихты определять по показаниям системы взвешивания ДСП, которые отображаются на рабочей станции сталевара в графе ''загружено скрапа''. [4]

1.3.3 Технологическая карта (схема) выплавки

Технологическая схема производства стали 09Г2С показана на рисунке 8.

Рисунок 8 - Технологическая схема производства стали 09Г2С

· Плавление на ДСП-120

После завалки металлошихты свод переводят в рабочее положение и сталевар производит включение печи в соответствии с утверждённым электрическим режимом. Сразу после включения печи, включают в установленном режиме стеновые комбинированные фурмы-горелки. После расплавления первой загрузки до определенной степени подают лом, чугун, ГБЖ, углеродсодержащие материалы фракцией 5 - 20 мм через отверстие «Consteel», расположенное на боковой стене ДСП. Шлакообразующие материалы (известь, плавиковый шпат, глиноземсодержащие материалы) подают посредством системы перемещения материалов через свод. Объем подаваемого лома регулируется за счет компьютерной программы в зависимости от потребляемой мощности, доступной электрической и химической энергии, а также температуры ванны. Данная программа учитывает также объем вводимого УСМ фракцией 0,1 - 3 мм и извести или известняка.

В случае недостаточной пенистости шлака или чрезмерной подачи лома необходимо: сократить интенсивность подачи лома; увеличить мощность; увеличить объем шлака путем добавления УСМ (образование пены). Ввиду низкого уровня металла в печи на этом этапе, а также с целью получения заданного химического состава шлака, вместе с ломом добавляют известь, доломит и УСМ.

Кислород используют для формирования пенистого шлака. Пенистый шлак сохраняют для обеспечения защиты водоохлаждаемых панелей и огнеупорной футеровки, сокращения расхода электроэнергии и времени работы под током. Кислород и УСМ используют с начала плавки для получения химической энергии посредством окисления углерода и производства достаточного объема печного газа для формирования пенистого шлака с целью обеспечения защиты дуги и боковых стен, а также для сокращения времени работы под током

Кислород подают при помощи кислородных модулей. Во время данного этапа процесса плавления интенсивность подачи лома и других железосодержащих материалов, извести определяется сталеваром для получения температуры ванны примерно 1560^оC.

· Доводка плавки

Скрап подают до определенной степени в соответствии с доступной мощностью. Как только достигнуто примерно 85 - 90 % общей загрузки, автоматически начинается процесс доводки плавки, электроэнергия уменьшается примерно на 10 - 15 %, интенсивность подачи скрапа также уменьшается для обеспечения увеличения температуры в ванне жидкой стали до получения температуры для выпуска плавки.

· Подготовка к выпуску плавки

За 5 - 8 минут до выпуска печь отклоняют не более чем на 2 градуса в сторону шлаковой летки для скачивания шлака. Когда скачивание шлака завершено, наклоняют печь обратно в горизонтальное положение. Отбирают пробу металла и шлака для проверки химического состава. Интенсивность вдувания кислорода и УСМ регулируются по мере необходимости для того, чтобы достичь температуры выпуска. Для повышения температуры ванны до уровня не менее 1620^оС замедляют ход конвейера «Consteel». Температура металла перед выпуском корректируется в зависимости от количества отдаваемых материалов в ковш. Сталь-ковш подготавливается и перемещается в положение для выпуска плавки. Температура футеровки сталь-ковша должна быть не менее 1000^оС за 10 минут до выпуска. Ферросплавы для выпуска должны быть подготовлены основываясь на результат химического анализа пробы, взятой после скачивания шлака.

· Выпуск плавки

К моменту слива необходимое количество ферросплавов и шлакообразующих материалов должно находиться в бункере-накопителе быстрой выгрузки. Температура жидкой ванны ~1600 - 1620°С. После налива ~30-40 тонн жидкого металла, ДСП и модульная система «DANARC» отключаются, электроды устанавливаются в верхнее положение.

После слива металла из печи высота свободного борта сталь-ковша должна быть не меньше чем 250мм. Масса жидкого металла вместе с ковшом не должна превышать грузоподъемность разливочного крана.

Продувка металла инертным газом в сталь-ковше начинается с момента начала слива металла из ДСП.

· Обработка стали на АКП

Производится стыковка аргонопровода с ковшом для донной продувки. Устанавливается сталевоз с ковшом в положение «под крышкой».

Измеряется температура стали. Для повышения стойкости футеровки шлакового пояса сталь-ковшей вводится магнезитовый порошок марки ППК-88 в количестве до 0,6 кг/т. Вводится ТШС в количестве 300 кг. Включается АКП. Нагрев металла начинается с более низких ступеней мощности и переходит к более высоким ступеням после образования достаточно жидкоподвижного шлака.

Во избежание повышенного износа футеровки ковша не работают на повышенных ступенях мощности при малых расходах аргона.

Избегают повышенного расхода аргона, при котором наблюдается нестабильная работа электродов - броски тока по фазам, а также образование оголенных участков поверхности стали. Для уменьшения прямого излучения от дуг на футеровку ковша и уменьшения износа футеровки дуга прикрывается шлаком. Прогревается металл в течение 5-8 мин. Производится первая стадия нагрева стали в ковше до полного расплавления и усреднения шлака.

Измеряют температуру металла, отбирают пробу металла и шлака. По результатам химического анализа определяют последующий режим обработки и производят доводку химического состава стали вводом ферросплавов, наведением рафинирующего шлака. После получения заданного химического состава и температуры на АКП в ковш с металлом отдают 1 м3 теплоизоляционной смеси марки ТИС-250ВД и передают в разливочный пролет. После обработки металла на АКП-100 ковш с металлом снимается со сталевоза и передается на разливку, или стенд ожидания, с помощью крана для продувки стали.

Для обеспечения накопления ковшей для серийной разливки на МНЛЗ температура окончания обработки стали на АКП может быть увеличена с учетом последующей продувки на стенде ожидания но не выше, чем 1650оС.

· Раскисление рафинирующего щлака и металла. Легирование стали

Для марок стали с массовой долей углерода в готовом металле более 0,12 % используют углеродсодержащие материалы (фракции до 5 мм), присаживаемые на поверхность шлака равномерно по всему зеркалу шлака порциями от 10 до 50 кг в зависимости от заданной массовой доли углерода в выплавляемой марке стали. Для раскисления шлака сталей с содержанием углерода в готовом металле менее 0,12 % используют гранулированный или дробленый алюминий, алюминий содержащий концентрат, либо алюмо-шлаковые брикеты.

Присадки ферросплавов производят в следующем порядке:

– добиваются получения однородного высокоосновного хорошо раскисленного жидкоподвижного шлака;

– устанавливают повышенный расход аргона (до 25 м³/ч);

– вносят присадки порций ферросплавов, визуально контролируя их прохождение и усвоение;

– через 2 минуты после прохождения последней порции, расход аргона уменьшают. Окончательную корректировку химического состава стали, вне зависимости от количества присаживаемых материалов, производят не +де его разрезают газовым резаком, на куски заданной длины. Слитки имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, отсутствуют усадочные раковины.

1.3.5 Выплавка стали с применением системы непрерывной подачи шихты

«Consteel» при производстве стали марки 09Г2С показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Выплавка стали с применением системы непрерывной подачи шихты «Consteel»

Системы непрерывной подачи шихты «Consteel» состоит из:

загрузка металлолома

загрузочный конвейер

отвод отходящих газов на установку газоочистки

подогрев шихты отходящими газами

электросталеплавильная печь

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/опора», 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;

Подогревающий конвейер состоит из водо-охлаждаемых поддонов, теплоизолирующего кожуха с огнеупорной футеровкой, отводящего колпака с огнеупорной футеровкой, опорной конструкции подогревательного туннеля, пешеходных мостиков и перил. Подогревательный туннель состоит из первой секции трубопровода отсоса отработавших газов, в котором осуществляется дожигание СО, образуемого внутри печи. Конфигурация камеры подогрева и ее длина спроектированы с целью достижения требуемой температуры подогрева лома, на основании количества отходящих газов печи, их температуры, содержании СО и качестве лома. На входе подогревателя установлены два сенсора для измерения температуры и для непрерывного отображения содержания кислорода в отходящих газах. Подача воздуха для горения регулируется как функция от процента кислород, а в отходящих газах. В пространстве печи поддерживается постоянное отрицательное давлении около 1,3 мм водного столба на уровне свода. Скорость газа в подогревателе около 30 м/с, что обеспечивает хороший теплообмен.

Дожигание СО регулируется объёмом свежего воздуха, который поступает внутрь туннеля через регулируемое отверстие двух воздушных заслонок, расположенных в верхней части первого колпака. В конце подогревательного туннеля, происходит передача отходящих газов через отводящий колпак (зонт) с огнеупорной футеровкой к водо-охлаждаемому газоходу; доступ воздуха предотвращается за счёт статического уплотнения, установленного над конвейером. Система резиновых уплотнений вдоль всего подогревательного туннеля герметизирует боковые зазоры между конвейером и кожухами.

На случай аварии управление перемещением соединительной тележки обеспечивается в ручном режиме.

Дожигание газа СО осуществляется в подогревательной секции конвейера, а не внутри ДСП, что обеспечивает высокоэффективный подогрев скрапа.

Основной целью системы дожигания является обеспечение необходимого уровня содержания кислорода внутри секции подогревателя для полного сжигания СО путём добавления требуемого объёма свежего воздуха без охлаждения отходящих газов. Свежий воздух, нагнетаемый за счёт отрицательного давления, создаваемого вентиляторами вытяжки отходящих газов, поступает для дожигания в подогревательный туннель через регулируемое отверстие заслонок воздуха, расположенных на кожухе соединительной тележки. Перемещение заслонок осуществляется при помощи гидравлических приводов, оборудованных системой обнаружения позиции. Открывание заслонок воздуха для дожигания регулируется автоматически в соответствии с температурой отходящих газов и содержанием кислорода.

1.4 Зарубежный опыт производства подобной продукции

Дуговая печь Consteel с непрерывной загрузкой металлошихты, подогретой в тоннельной печи отходящими газами (рисунок 10), впервые была введена в эксплуатацию в 1990 г. на заводе фирмы Florida Steel в Шарлотте (шт. Северная Каролина, США, разработка фирмы Intersteel Technology Inc., в настоящее время входящей в Techint Group). Аналогичные печи были введены в эксплуатацию на заводах еще четырех фирм.

Рисунок 10 - Дуговая печь Consteel

За время работы фирма значительно усовершенствовала процесс: были исключены топливно-кислородные горелки для подогрева лома в тоннельной печи, изменена система охлаждения конвейера, расходуемые кислородные фурмы заменены водоохлаждаемыми, введен свод над загрузочной частью нагревательной печи. Фирма Nippon Steel Plant and Machinery Division, Япония, усовершенствовала нагрев лома на конвейере. Горячие отходящие газы проходят через слой лома, а не над ним, как в печах Consteel в России, что повышает эффективность нагрева лома.

Преимуществами печи Consteel являются снижение уровня звукового шума, выбросов пыли на 40%, полное дожигание монооксида углерода и значительное снижение издержек производства.

Показатели работы печей типа Consteel:

-продолжительность плавки - 45-55 мин.,

-время работы под током - 42 - 51 мин.,

-удельный расход электроэнергии - 315 - 390 кВт-ч/т,

-расход кислорода - 22,2 - 35 м3/т,

-удельный расход электродов - 1 - 1,85 кг/т,

-удельная годовая производительность - 4100 - 12500 тыс.т/год,

-часовая производительность - 54,5 - 229 т.

В последние годы в США осваивается так называемый Констил-процесс, в котором используется подогреватель конвейерного типа. Из-за ограничения стойкости конвейера температура подогрева лома не превышает 600 - 750 °С

Расход электроэнергии без использования ТКГ снизился до 320 - 340 кВт*

Однако такие подогреватели лома дороги, требуют для своего размещения больших площадей и не обладают необходимой стойкостью. В связи с этим трубчатые и конвейерные печи для подогрева лома не получили распространения. Более перспективной представляется ДСП с шахтными подогревателями лома конструкции фирмы «Фукс Системтехник». Шахтный подогреватель устанавливается на своде печи и является продолжением рабочего пространства. Большая часть лома загружается непосредственно в печь, а остальная - в подогреватель.

Технологические газы удаляются из печи через шахтный подогреватель. По мере нагрева лом сходит из шахты в рабочее пространство. Печь оборудована ТКГ и манипулятором для вдувания угля. В последних конструкциях подогреватель имеет в нижней части водоохлаждаемые поворотные пальцы, что позволяет подогревать всю массу шихты.

Применение шахтного подогревателя лома и применение ТКГ обеспечивает снижение энергоемкости стали по сравнению с обычной ДСП на 30 - 40 %.

Основное производство плоской непрерывно литой заготовки сляба осуществляется с применением «классической» технологической схемы: дсп-внепечная обработка - непрерывная разливка -прокатный стан.

Сейчас в мире насчитывается чуть более 500 слябовых МНЛЗ с общим числом ручьев свыше 700 штук. Основными производителями непрерывно литых слябов в мире являются Япония, США, КНР, Германия, Корея и Россия. На их долю приходится более двух третей общего объема производства слябов в мире. При этом получают, главным образом, сляб толщиной 180-300 мм. Долевое распределение фирм-производителей современных слябовых МНЛЗ. [9]

Зарубежные аналоги стали марки 09Г2С представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Зарубежные аналоги стали марки 09Г2С

Зарубежные аналоги марки стали 09Г2С
Германия	13Mn6, 9MnSi5
Япония	SB49
Китай	12Mn
Болгария	09G2S
Венгрия	VH2
Румыния	9SiMn16

Библиографический список

1. Свенчанский, А. Д. Электрические промышленные печи: учебное пособие /А.Д. Свенчанский, М.Я. Смелянский. - М.: 2011. - 245 с.

2. Линчевский, Б. В. Металлургия чёрных металлов: учебник / Б.В. Линчевский, А.Л. Соболевский, А.А. Кальменев. - М.: 2012. - 303 с.

3. Поволоцкий, Д. Я. Основы технологии производства стали: учебное пособие для вузов / Д.Я. Поволоцкий. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2012. - 189 с.

4. Рябов, А.В. Расчет процесса электроплавки: Учебное пособие / А.В. Рябов, И.В. Чуманов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. - 175 с.

5. Рощин, А. В. Производство стали: Учебное пособие / А. В. Рощин, Д. Я. Поволоцкий, В. П. Грибанов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 72 с.

6. Рощин, А.В. Производство стали. Решение практических задач: учебное пособие / А.В. Рощин, В.П. Поволоцкий, В.П. Грибанов. - Челябинск: ЮУрГУ,2013. - 121с.

7. Бернштейн, М.Л. Атлас дефектов стали: справ. пособие / М.Л. Бернштейн. - М.: Металлургия, 2013. - 187 с.

8. Модульная технология «Данарк» Danieli //Электрометаллургия, 2012. - 425 с.

9. Лопухов, Г.А. Плавка стали в дуговой печи Соnstее1 с использованием жидкого чугуна в шихте: учебное пособие / Г.А. Лопухов. - М.: Электрометаллургия. -2012. - 442 с.

10. Рощин, В.Е. Электрометаллургия и металлургия стали: учебник / В.Е. Рощин, А.В. Рощин. - 4-е изд., перераб. и доп. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ,2013. - 572 с.

Размещено на Allbest.ru