Технология получения стали в электродуговых печах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

 учреждение высшего профессионального образования

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Материаловедение и обработка металлов давлением»

Технология получения стали в электродуговых печах

Ульяновск 2015 год

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация________________________________________________________2

Введение________________________________________________________3

1.     Устройство дуговой печи_____________________________________4

2.     Технология выплавки стали в дуговой печи_____________________12

2.1  Выплавка из шихты из легированных отходов_________________12

2.2  Выплавка из углеродистой шихты___________________________18

3.     Какие стали производят в дуговых печах________________________20

Заключение______________________________________________________23

Список литературы________________________________________________25

Приложение______________________________________________________26

АННОТАЦИЯ

Реферат по дисциплине «Введение в специальность» на тему: «Технология получения стали в электродуговых печах» студента машиностроительного факультета группы ОМбд-11 Артемьева Д.В. содержит 13 страниц печатного текста, в том числе 3 рисунка, список литературы из 4 наименований, 1 страницу приложения, а также графическую часть на листах формата А4.

В реферате во введение рассмотрено устройство дуговой печи, технологию выплавки стали двумя способами, а также какие стали производятся в электродуговых печах. В главе 1 - «Устройство дуговая печь» представлены сведения об основных узлах электродуговой печи. В главе 2 – «Технология выплавки стали в дуговой печи» рассмотрены два способа выплавки стали в электродуговых печах. В главе 3 – «Какие стали производят в дуговых печах» рассказывается о том какие именно стали производятся в электродуговых печах.

ВВЕДЕНИЕ

Первая дуговая электропечь в России была установ­лена в 1910 г. на Обуховском заводе. За многие годы пятилеток были построены сотни различных печей. Вместимость на­иболее крупной печи в СССР 200 т. Самые большие в мире электродуговые печи (400 т) работают в США. Существенным отличием получения стали в дуговых печах является возможность получения в плавильном пространстве восстановительной или нейтральной атмосферы и различного давления. Восстановительная атмосфера в электродуговых печах позволяет получить шлак, содержащий в конце плавки не более 1% FeO, что примерно в 10 раз меньше, чем в обычном шлаке мартеновской печи. Другим отличием является отсутствие в атмосфере печи кислорода. Поэтому ведение окислительных процессов возможно только за счет внешнего кислорода, источниками которого могут быть железная руда и газообразный кислород, вдуваемый в ванну. По этой же причине имеют место меньшие потери металла на угар. Возможность ведения плавки на шлаке с более высокой температурой плавления и перегрева в условиях основного процесса облегчает осуществление десульфурации. При основном процессе плавки обеспечиваются все условия, необходимые для получения стали с минимальным содержанием серы. В тоже время процесс дефосфорации в электродуговых печах хуже. В электродуговых печах имеются благоприятные условия для переплава высоколегированных отходов. Здесь потери дефицитных легирующих элементов минимальны. Особенностью выплавки стали в электродуговых печах является возможность работы с одним шлаком, без специального восстановительного периода. Это значительно сокращает продолжительность плавки, расход электроэнергии и улучшает все технико-экономические показатели процесса.

§ 1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ

На рис. 1 показана современная дуговая электро­печь вместимостью 200 т. Печь состоит из железного ко­жуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавиль­ное пространство печи закрывается съемным сводом. Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со слив­ным желобом. Питание печи осуществляется трехфаз­ным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, го­рящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем пор­тал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.

Механическое оборудование дуговой печи

Кожух. Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из ли­стового железа толщиной 16—50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожуха определяет профиль ра­бочего пространства дуговой печи. Наиболее распростра­ненным в настоящее время является кожух цилиндроконической формы (рис. 2). Нижняя часть кожуха име­ет форму цилиндра, верхняя часть — конусообразная с расширением кверху. Такая форма кожуха облегчает за­правку печи огнеупорным материалом, наклонные стены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше рас­положена от электрических дуг. Используют также ко­жухи цилиндрической формы с водоохлаждаемыми па­нелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жестко­сти. Днище кожуха обычно выполняется сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и мини­мальную массу кладки. Дни­ще выполняют из немагнит­ной стали для установки под печью электромагнитного пе­ремешивающего устройства. Сверху печь закры­та сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводом кольце, ко­торое выдерживает распираю­щие усилия арочного сферического свода. В нижней ча­сти кольца имеется выступ — нож, который входит в пес­чаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия для электродов. Диаметр от­верстий больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые раз­рушают электрод и выносят тепло из печи. Для предот­вращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электрод­ных отверстий и для охлаждения кладки свода. Газоди­намические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы. Для загрузки шихты в печи небольшой емкости и погрузки легирующих и флюсов в крупные печи, скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой ра­мой. К раме крепятся направляющие, по которым сколь­зит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпи­чом. Для подъема заслонки используют пневматический, гидравлический или электромеханический привод. С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали может быть круглым диа­метром 120—150 мм или квадратным 150X250 мм. Слив­ной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри же­лоб футеруют шамотным кирпичом, длина его составля­ет 1—2 м. Электрододержатели служат для подвода тока к элек­тродам и для зажима электродов. Головки электрододержателей делают из бронзы или стали и охлаждают во­дой, так как они сильно нагреваются как теплом из пе­чи, так и контактными токами. Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время является пружинно-пневматический электрододержатель (рис. 3). Зажим электрода осуще­ствляется при помощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электроду пружиной. Отжатие плиты от электрода и сжатие пружины происхо­дят при помощи сжатого воздуха. Электрододержатель крепится на металлическом рукаве — консоли, который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну же­сткую конструкцию. Стойка может перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки. Три неподвижные стойки жестко связаны в одну общую кон­струкцию, которая покоится на платформе опорной люль­ки печи. Перемещение подвижных телескопических стоек происходит или с помощью системы тросов и противо­весов, приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлических устройств. Механизмы пере­мещения электродов должны обеспечить быстрый подъ­ем электродов в случае обвала шихты в процессе плав­ления, а также плавное опускание электродов во избе­жание их погружения в металл или ударов о не расплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0 м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин. Механизм наклона печи должен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° для выпуска стали и на угол 10—15° в сторону рабочего окна для спуска шлака. Схема механизма наклона пред­ставлена на рис. 76. Станина печи, или люлька, на кото­рой установлен корпус, опирается на два — четыре опор­ных сектора, которые перекатываются по горизонталь­ным направляющим. В секторах имеются отверстия, а в направляющих — зубцы, при помощи которых предот­вращается проскальзывание секторов при наклоне печи. Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубча­того механизма или гидравлическим приводом. Два ци­линдра укреплены на неподвижных опорах фундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люль­ки печи.

§ 2. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Выплавка стали на шихте из легированных отходов.

·        Расплавка шихты (стальной лом, чугун, кокс).

·        Удаление из металла серы.

·        Нанесение основного шлака.

·        Доведение металла до заданного химического состава

·        Проведение диффузного раскисления.

·        На выходе получение легированной стали из отходов машиностроительных заводов.

Выплавка стали на углеродистой шихте.

·         В печь загружается шихта (стальной лом, чугун, кокс).

·        Опускают электроды.

·        Включение тока.

·        Шихта под действием электродов плавится.

·        Нагрев печи до 1500 – 1540 градусов.

·        загружают руду и известь.

·        Проводят период «кипения» металла.

·        После прекращения кипения удаляется шлак и сера.

·        Раскисляют металл.

·        Берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения нужного химического состава.

·        Выполняют конечное раскисление.

·        Выпускают готовую сталь в ковш.

§ 3. КАКИЕ СТАЛИ ПОЛУЧАЮТСЯ В ДУГОВЫХ ПЕЧАХ

К жаропрочным, или окалиностойким, относят стали, обеспечивающие эксплуатацию изделий при температурах свыше 500 °С в течение заданного времени. Оценку жаропрочности сталей, проводят по их сопротивлению пластической деформации (пределу текучести) и разрушению (пределу длительной прочности). Жаропрочность металлов определяется, прежде всего, энергией межатомных связей, которая характеризуется физическими константами материала -- температурой плавления, коэффициентом теплового расширения, теплопроводностью и др. При данной температуре плавления жаропрочность металла зависит от температуры его рекристаллизации. Развитию дислокационного механизма ползучести препятствует легирование сталей, образование в них дисперсных карбидных или интерметаллических фаз. Чем дисперснее и стабильнее эти фазы, тем выше степень упрочнения стали. Легирование твердых растворов, приводящее к увеличению энергии связей между атомами, обусловливает торможение процессов диффузии и рост температуры рекристаллизации. В сталях и сплавах на никелевой основе упрочняющий эффект обеспечивают первичные карбиды (TiC, VC, ZrC, NbC), вторичные карбиды (Ме₂₃С₆, Ме₆С, Ме₇Сз), интерметаллические фазы (Ni₃Ti, Ni₃Al, Ni₃Nb и др.). Стали и сплавы с интерметаллическими фазами обладают большей жаропрочностью по сравнению с карбидосодержащими. По содержанию легирующих элементов жаропрочные стали, и сплавы разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. По структуре различают перлитные, мартенситные, аустенитные стали и т. д. Существует классификация сталей в зависимости от их назначения. Рассмотрим основные свойства характерных представителей жаропрочных сталей и сплавов. Для изготовления изделий, эксплуатируемых при температурах 350...400°С, применяют стали 15, 20, 25, 30, 40 и 45; для деталей паронагревателей, трубопроводов, турбин с рабочей температурой среды 500...580 °С -- низкоуглеродистые стали перлитного класса, легированные кобальтом, молибденом, ванадием (16М, 25ХМ, 12Х1МФ). После нормализации (950... 1050 ⁰С) и отпуска (650...750°С) стали имеют структуру пластинчатого перлита. Нагруженные детали установок с температурой рабочей среды 450...470°С изготовляют из хромистых сталей. Для повышения эксплуатационных характеристик в состав сталей вводят ванадий, вольфрам, молибден, ниобий, титан, за счет чего повышается температура рекристаллизации. Эти элементы, образуя карбиды и фазы Лавеса, увеличивают жаропрочность стали. Легирование бором, цирконием, церием, а также азотирование способствуют дополнительному увеличению ее жаропрочности. Для достижения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали 15X11МФ, 1ХКВНМФ закаливают в масле при 1000...1060 °С и отпускают при 700...740 °С. Структура их после отпуска -- сорбит или троостит. Более высокой жаропрочностью по сравнению с перлитными, мартенситными, ферритными и мартенситно-ферритными обладают аустенитные стали. Они характеризуются большим содержанием хрома и легируются молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием и бором. Аустенитные стали пластичны, хорошо свариваются, но плохо обрабатываются резанием. Для достижения высокой жаропрочности сталей обычно проводят их термообработку: закалку при 1050...1200 °С в воде, масле и на воздухе; старение при 6ОО...8ОО°С.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рис. 1. Дуговая сталеплавильная 200-т печь: 1 — электрод; 2 — электрододержатель; 3 — свод; 4 — подвеска свода; 5 — сводовое кольцо; 6 — цилиндрический кожух; 7 — ра­бочая площадка; 8 — механизм наклона печи; 9— станина; 10— Люлька; 11 — сливной иосок; 12 — портал; 13 — гибкий токопро — вод; 14 — стойка электрододержателя; 15 — рукав электроцодер — жателя; 16 — трубошины токопровода

Рис. 2. Цилиндро-конический кожух дуговой сталеплавильной печи

Рис. 3. Механизм перемещения электродов (а); пружино-пневматическнй электрододержатель: 1 — электрод; 2— хомут; 3—рукав электрододержателя; 4 — каретка; 5 — стойка; 6 — противовес; 7 — двигатель механизма перемещения электрода; 8 — пневмоцилиндр; 9 — трубошины; 10 — пружина; 11 — башмак электродо­держателя; 12 — тяга

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное сталеплавильное производство характеризуется значительным объемом технологических выбросов. Выбросы только от собственных агрегатов составляют, кг/т стали: в конвертерах до 27,0; в мартеновских печах, в зависимости от принятой технологии использования кислорода, от 3,5 до 12,0; в двухванных печах до 18,0; в дуговых электропечах 8,0--20,0. Таким образом, без учета выбросов на вспомогательных участках в сталеплавильных цехах СССР образуется >2 млн. т выбросов в год. Утилизация этих отходов (как элемент безотходной технологии) необходима по многим причинам и, прежде всего, потому, что вывоз их в отвалы вредит природе (занимаются земельные площади, происходит выветривание пыли, загрязняется атмосфера и водоемы и пр.). В СССР используют преимущественно мокрые способы газоочистки, при этом образуются осадки, называемые шламом. Видно, что составы в зависимости от технологии и местных условий могут существенно различаться. Общим, однако, является высокое содержание железа, что делает утилизацию этих выбросов не только необходимой, но и рентабельной. Наиболее распространенным способом утилизации продуктов очистки газов сталеплавильного производства является добавление их в шихту агломерационных установок. При наличии соответствующего оборудования пыль и шлам (после их сушки) могут быть использованы также в качестве шихты для получения окатышей и брикетов с последующим использованием как составляющей шихты сталеплавильных агрегатов. В СССР утилизация технологических выбросов осуществляется использованием их главным образом в агломерационном производстве. Общее количество шлаков черной металлургии СССР составляет ~80 млн. т/год, сталеплавильных шлаков ~25 млн. т/год. Составы сталеплавильных шлаков колеблются в широких пределах в зависимости от способа передела, технологии плавки, состава шихты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

·        http://studentbank.ru/view.php?id=16086&p=1

·        http://biofile.ru/geo/15262.html

·        https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрометаллургия

·        http://www.bestreferat.ru/referat-49456.html