Министерство образования Республики Беларусь
УО «Белорусский государственный экономический университет»
Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности
Индивидуальная работа
на тему: технологический процесс производства стали
кислородно-конвертерным методом
Выполнил
Студент
ФМЭО, 1 курс, ДАИ-2
Проверил
МИНСК 2007
Работа содержит 24 страницы, 1таблицу, 5 рисунков
Ключевые слова: технологический процесс, марки стали, производство стали в конвертерах, производство стали в электропечах, уровень технологии, технологическая система.
В работе рассмотрен один из наиболее распространенных методов производства стали - кислородно-конвертерный. Даны расчеты характеристик технологического процесса и построены схемы данного процесса.
Введение…………………………………………………………………………...4
1. Технологический процесс производства стали
1.1. Характеристика получаемой продукции…………………….…..…...5
1.2. Характеристика используемого сырья…………………………….... 9
1.3. Характеристика технологии производства…………………………11
2. Динамика трудозатрат………………………………………………………...15
("1") 3. Расчет уровня технологии……………………………………………………17
4. Структура технологического процесса производства стали………………………………………………………………………………18
4.1. Блок-схема технологического процесса производства
стали…………………………………….……..19
4.2. Пооперационная структура технологического процесса
производства стали……………………….…..20
Заключение……………………………………………………………….………23
Список использованной литературы……………………………….…………..24
Введение
Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.
Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы .
Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.
Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.
Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.
Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.
Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна – углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.
I. Технологический процесс производства стали и его характеристика.
Характеристика получаемой продукции – стали.Углеродистые стали
Углеродистая сталь обыкновенного качества выпускается виде заготовок с установок непрерывной разливки труб, штамповок, ленты, проволоки следующих марок: СтО, Ст1кп, Ст1пс, Ст2кп и т. д.
("2") Буквы Ст обозначают сталь, цифры – условный номер марки и не указывают массовое содержание углерода. Индексы означают: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.
Углеродистая качественная сталь выпускается марок 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и т. д. Цифры в марке означают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента. Из этой стали делают ответственные детали машин и механизмов, штамповки, калиброванные прутки, серебрянку – светлые, круглые прутки точных размеров со специальной отделкой поверхности.
Углеродистая инструментальная сталь выпускается следующих марок:
– качественная – У7, У8, У9 и т. д. до У13
– высококачественная – У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А и У13А.
Цифры стоящие после буквы У (углеродистая инструментальная), указывают содержание углерода в десятых долях процента (например, в стали У7 содержится
0,7% С); буква Г – повышенное содержание марганца; буква А указывает, что сталь высококачественная.
Инструментальную сталь используют для изготовления режущих, измерительных и других инструментов (зубил, молотков, отверток, ножей, ножниц, сверл, хирургических инструментов и др.). В высококачественной стали содержится меньше серы, фосфора и других вредных примесей. Она лучше сопротивляется действию ударных нагрузок, имеет большую прочность.
Автоматная сталь ( с повышенным содержанием серы и фосфора) – углеродистая сталь специального назначения – маркируют буквой А, после которой следует цифра, показывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента; буква Г – повышенное содержание марганца, Например, А12, А20, А30, А35, А40Г. Так как сера и фосфор придают стали хрупкость, поэтому она идет на изготовление малоответственных деталей, главным образом крепежных (втулки, болты и др.)
Легированные стали
Для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, П –фосфор, Р – бор, А – азот, Е – селен, Ц – цирконий, Б – ниобий.
Сталь может содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.
Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание углерода меньше 0,1%, то первая цифра ноль, например 06, 08. Цифры, следующие за буквами (указывающими легирующее элементы) – процентное массовое содержание этих элементов в стали. Если за буквой отсутствует цифра, то это значит, что сталь содержит данный элемент в количестве до 1,5%, кроме элементов, присутствующих в малых количествах (для комплексно-легированных сталей). Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь, в которой около 0,35% С и до 1,5% Cr; 45Г2 – марганцевую сталь с содержанием около 0,45% С и 2% Mn/
К конструкционным легированным сталям относятся:
1) цементируемые легированные стали (низкоуглеродистые и среднелегированные) получают, насыщая поверхность стали углеродом и подвергая ее термической обработке. Этим обеспечивается высокая поверхностная твердость и сохраняется прочность сердцевины металла.
Марки: 15Х, 18ХГ, 25 ХГМ и др.
Эти стали предназначены для деталей, работающих в условиях трения, при высоких давлениях и ударных нагрузках (деталей автотракторной, автомобильной промышленности и др.).
2) Улучшаемые легированные стали (среднеуглеродистые и низколигированные) термически улучшают, подвергая закалке и высокому отпуску (500-600 0С) для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости).
Марки: 40ХС, 40ХФА, 50ХГ.
Эти стали применяют для деталей, работающих с переменными и ударными нагрузками (валы, шатуны, зубчатые колеса и т. д.)
("3") 3) Высокопрочные легированные стали – это стали, имеющие предел прочности 180–200 кг/мм2. В качестве высокопрочных широкое применение получили стали с 0,45-0,50% С, дополнительно легированные Cr, Mo, W и V. После закалки и низкотемпературного отпуска предел прочности этих сталей достигает 200-220 кг/мм2 при сравнительно удовлетворительной пластичности и вязкости. Такие стали находят применение в машино-, ракето - и самолетостроении.
Инструментальная легированная сталь входит в группу среднелегированных сталей. Введение хрома, вольфрама, ванадия, молибдена, марганца, кремния, никеля придает инструментальным сталям высокую твердость, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры, не теряя твердость, и другие ценные свойства.
По сравнению с ними углеродистые стали хрупки (особенно после закалки), поэтому, изготовленные из них режущие инструменты при нагреве ~ до 200 0С теряют свою твердость.
Инструментальную легированную сталь делят на две группы:
группа I – стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4ВФ1; из них изготавливаю пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.
группа II – стали для штампованного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других; применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т. д.
К инструментальным легированным сталям относится также быстрорежущая сталь, отличающаяся высокой твердостью и теплостойкостью. Они входят в группу высоколегированных сталей. Установлены следующие марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т. д.
Легированные стали специального назначения подразумеваются на две группы:
стали с особыми физическими свойствами,
стали с обычными химическими свойствами.
Стали с особыми физическими свойствами применяют для изготовления деталей машин и механизмов, обладающих этими свойствами. Так, в электротехнике для изготовления постоянных магнитов, электромагнитов, трансформаторов применяют сплавы, имеющие большую магнитную проницаемость. Для элементов электронагревательных устройств, реостатов нужны сплавы с высоким омическим сопротивлением. В приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний, применяются немагнитные сплавы.
Все эти свойства стали приобретают за счет введения легирующих примесей. Они являются высоколегированными. Стали и сплавы с высоким омическим сопротивлением состоят из хрома и никеля. Их марки Х15Н60, Х20Н80 и др.
Магнитотвердые сплавы идут на изготовление постоянных магниовв. Их марки 52КФ11, 52 Кф13 (первая цифра – содержание кобальта, цифра после буквы Ф – содержание ванадия в %).
Магнитомягкие сплавы марок 50 Н (50% Ni), З4НКМ, 38НС и др. используют для изготовления сердечников, трансформаторов, электромагнитов.
Немагнитные стали являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении.
Износоустойчивые стали используются для изготовления рабочих элементов землеройных машин, шаровых мельниц и других сильно изнашивающихся деталей. К ним относятся высокмарганцовистые стали марки Г13.
Существуют и другие сплавы с особыми физическими свойствами.
К группе сплавов с особыми химическими свойствами относятся высоколегированные коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали.
Коррозионостойкие (нержавеющие) стали – это высокохромистые стали марок 1Х13, 2Х13, 3Х13 и др. (первая цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %, остальные – содержание хрома в %). Кроме хрома, в состав сталей вводятся никель, титан, ванадий (марки 1Х13Н3, 1 Х17Н2 и др.)
Жаростойкие (окалиностойкие) стали не окисляются при действии высоких температур и небольших нагрузок. Стойкость против окисления в этих сплавах создается за счет введения хрома, алюминия, кремния. Марки: Х28, Х5, 1Х12 СЮ и др. Из них изготавливаются камеры сгорания, чехлы к термопарам, муфели.
("4") Жаропрочные стали сохраняют прочность при высоких температурах и могут работать в этих условиях под действием больших нагрузок (детали реактивных двигателей, лопасти паровых и газовых турбин). Жаропрочные стали являются одновременно и жаростойкими. Марки жаропрочных сталей: ХН70ВМТЮ, ХН75МБТЮ и др.
ГОСТы стали
Гост стали низколегированные толстолистовые и широкополосные
Гост стали теплоустойчивые
Гост 380-94 стали углеродистые обыкновенного качества
Гост 1435-74 сталь инструментальная углеродистая
Гост 1414-75 сталь конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости
Гост сталь легированная для холодного выдавливания и высадки
Гост 5950-73 сталь легированная инструментальная
Гост 4543-71 сталь легированная конструкционная
Гост 801-78 сталь подшипниковая
Гост сталь рессорно-пружинная
Гост 1050-74 сталь углеродистая качественная конструкционная:
1.2. Характеристика используемого сырья
Чугун—железоуглеродистые сплавы (содержащие также или то или иное количество примесей и легирующих элементов), затвердевающие с образованием эвтектики (состав смеси двух и более компонентов, плавящийся при минимальной температуре. Также смеси, в которых компоненты не реагируют с друг другом и не растворяются в друг друге часто являются эвтектическими). Следовательно, в отличие от стали, чугун не может приобрести однофазное строение (например, аустенитное) при термической обработке. По степени эвтектичности чугун подразделяют на доэвтектический, эвтектический, заэвтекитческий. Влияние компонентов чугуна на степень его эвтектичности часто выражают при помощи так называемого «углеродного эквивалента», исчисляемого в процентах. Чугун считается эвтектическим, когда углеродный эквивалент равен 4,2-4,3%. По содержанию дополнительных компонентов чугун подразделяют на нелегированный, низколегированный, средне– и высоколегированный. Низколегированный считают чугун, содержащий кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель и медь каждого до 1-1,5%, а в среднелегированном оно может достигать 7%, а в высоколегированном превышает 7-10%. По степени графитизации чугун подразделяют на белый (практически не графитизированный), отбеленный или половинчатый (частично графитизированный) и серый (в значительной степени или полностью графитизированный). Ковким называют чугун, полученный из белого путём его графитизации в твёрдом состоянии при термической обработке.
Передельный чугун, первичный сплав железа, выплавленный в доменной печи и идущий (в жидком или твёрдом виде) в переработку (передел) на сталь главным образом в мартеновских печах или кислородных конвертерах. От др. видов металла, получаемого в доменных печах (литейных и зеркального чугунов, ферросилиция и ферромарганца), Передельный чугун отличается низким содержанием Si и Mn (не более 1,75% каждого). Передельный чугун, предназначенный для кислородно-конвертерного передела, имеет более узкие пределы колебаний химического состава по Si, Mn и S. Выплавляется также высококачественный Передельный чугун, который характеризуется низким содержанием Р (0,020—0,060%) и S (0,015—0,025%). Передельный чугун — основная продукция доменного производства. Литейный чугун, выплавляемый в доменной печи чугун, содержащий подавляющую часть углерода в виде свободного графита и имеющий в своём составе кремний до 3,75%; применяется для получения отливок в литейном производстве. Выплавляют коксовый, древесноугольный и специальный литейный чугун.
Литейный чугун поставляется в чушках и входит в состав шихтовых материалов, используемых в производстве отливок из серого, ковкого, отбелённого чугуна, в том числе легированного чугуна и модифицированного чугуна.
Маркировка обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — предельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугуне ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугуне ЛК4). Каждая марка чугуна в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий; для антифрикционного чугуна в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства. Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (Сталь). Пример обозначения легированных чугунов: ЧН19ХЗ — чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).
ГОСТы чугуна
Гост 1585-85 чугун антифрикционный для отливок
("5") Гост 4832-95 чугун литейный
Гост 805-95 чугун передельный
Также возможно добавление в чугун стального лома: от 10 до 30%.
1.3 Характеристика технологии производства стали
Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху.
Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1гг. на заводах в городах Линце и Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране - кислородно-конвертерного).
В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т, продолжительность плавки в которых составляетмин.
Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции.
Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой.
Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтально оси на 360о со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для больше грузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу
Рисунок 1 Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота
В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.
Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов: загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.
Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода с чистотой не менее 99,5 % О2. Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды % от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут после начала продувки.
На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы (расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м, давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком. Последнее в свою очередь способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.
Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувкиминуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500о. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO2 руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.
Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1С и менее).
Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.
Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течении продувки.
("6") С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02 % Р в готовой стали.
Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том, что шлак содержит значительное количество (FeO) и высокая основность шлака (> 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах% и содержание серы в готовой стали составляет 0,02 - 0,04 %.
По достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.
Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие добавки.
Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером.
Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей - металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из конвертера около 1600 С.
Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество отходящих газов. Для использование тепла отходящих газов и отчистки их от пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизатор и установка для очистки газов.
Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных мощных компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах (состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).
Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой.
В середине 60-х годов опытами по вдуванию струи кислорода, окруженной слоем углеводородов, была показана возможность через днище без разрушения огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конвертерной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.
Основное отличие конвертеров с донной продувкой от конвертеров с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21 фурм в зависимости от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертера в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.
В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания ванны, увеличивается поверхность металл-зарождения и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не представляет затруднений.
Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при верхней. Это также связанно с меньшей окисленностью шлака и увеличением поверхности контакта газ - металл. Последнее обстоятельство способствует удалению части серы в газовую фазу в виде SO2.
Преимущества процесса с донной продувкой состоят в повышении выхода годного металла на 1 - 2 %, сокращении длительности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов.
Конвертерный процесс с комбинированной продувкой.
Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов, уменьшить расход кислорода, повысить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.
II. Динамика трудозатрат
Исходя из динамики трудозатрат различают два возможных варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное. Для
определения того, какой из вариантов реализуется, по имеющимся зависимостям: Тж(t)= 1250/(11t2+1650) и Тп(t)= 0,004t+0.6 построим график изменения затрат живого труда (Тж), прошлого труда (Тп) и совокупного труда (Тс), t – время.
Тс= Тж+ Тп
t | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Тж | 0,7575 | 0,7525 | 0,7378 | 0,7146 | 0,6846 | 0,6494 | 0,6109 | 0,57103 | 0,5301 | 0,4919 | 0,4545 |
Тп | 0,6 | 0,604 | 0,616 | 0,636 | 0,664 | 0,7 | 0,744 | 0,796 | 0,856 | 0,924 | 1 |
Тс | 1,3575 | 1,3565 | 1,3538 | 1,3506 | 1,3486 | 1,3494 | 1,3549 | 1,36703 | 1,3861 | 1,4159 | 1,4545 |
("7") Таблица 2.1. Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса
График 2.1. Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса
По графику видно, что вариант развития технологического процесса ограниченный во времени. Это рационалистическое развитие. Графически найдем экономический предел накопления прошлого труда (то есть момент времени, до которого такое развитие целесообразно). Он приблизительно равен 4.3.
Теперь найдем экономический предел накопления прошлого труда аналитически:
Тж(t)= 1250/(11t2+1650) Тж’=1250*(-22t)/(11t2+1650)2;
Тп(t)= 0,004t+0.6 Тп’=0,008t;
Тс= Тж+ Тп; Тc´=1250*(-22t)/(11t2+1650)2+0,008t;
Тc´=0
1250*(-22t)/(11t2+1650)2+0,008t=0;
-27500 t/(11t2+1650)2+0,008t=0
t=4,306968 - граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлый труд.
По графику определим, что процесс развития имеет трудосберегающий характер, так как происходит экономия затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда.
Теперь установим, в какой степени снижаются затраты живого труда, то есть определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда:
Тж(t)= 1250/(11t2+1650);
Тп(t)= 0,004t+0.6; t=Тп-0,6/0,04;
1250/(11Тп-6,6+66)/0,04=50/11Тп+59,4
|(50(11Тп+59,4)-1)’|=50/(11Тп+59,4)=4,54/Тп2
С увеличением Тп значение производной уменьшается, следовательно имеет место убывающий тип отдачи.
("8") III. Расчет уровня технологии.
Ограниченный путь развития технологического процесса называется рационалистическим. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда, причем живой труд уменьшается в большей степени чем возрастает прошлый труд.
Найдем производительность живого труда (L), технологическую вооруженность (B) и уровень технологии (У), который показывает, насколько эффективно используется живой и прошлый труд при решении проблемы повышения производительности технологического процесса и определяет производительную способность.
L=√ (У/B);
L = 1/ Тж;
B = Тп /Тж;
У = (1/Тп)*(1/Тж);
L=1/Тж (1/р. затрат живого труда);
Тогда за временной промежуток в 3 года L =1/(1250/(11*32+1650)) = 1,4
B = Тп /Тж =(0,004t+0.6) /(1250/(11t2+1650)= (0,004*9+0.6)/(1250/(11*9+1650)=0,89 (р. затрат прошлого труда/р. затрат живого);
У = (1/Тп)*(1/Тж) = (1/(0,004t+0.6))* 1/(1250/(11*t2+1650))= (1/(0,004*9+0.6))* 1/(1250/(11*9+1650))=2.19;
Так как У <4,1, то уровень технологии очень низкий, следовательно требуется закрыть данное предприятие либо провести скорейшую замену технологии производства путем затрат на научно-исследовательские работы.
С целью упрощения определения границы рационалистического развития рекомендуется использовать понятие относительного уровня технологии У*.
У* = У/L = 1/ Тп;
У* = 2.19/1.4=1.56
Так как У*< L, рационалистическое развитие нецелесообразно для данного временного периода.
IV. Структура технологического процесса производства стали
Любой технологический процесс можно рассматривать как систему более мелких технологических процессов или как часть более сложного технологического процесса. В структуре сложного технологического процесса всегда можно выделить элементарный технологический процесс, который при дальнейшем упрощении теряет свои характерные признаки. В свою очередь элементарный технологический процесс можно расчленить на ряд простейших составляющих его фрагментов, называемых технологическими операциями. Технологическая операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством предмета труда, орудий труда и характером воздействия на предмет труда. Частями технологической операции являются технологический переход и вспомогательный переход. В свою очередь, в состав технологического перехода входят рабочий ход и вспомогательный ход. В структуре технологического процесса различают два вида связей между элементами: предметные и временные. В любом технологическом процессе предметные связи всегда последовательны. Технологические операции следуют строго одна за другой. Временные же связи могут быть как последовательными, так и параллельными.
4.1. Блок-схема технологического процесса производства стали
На основании вида временных связей определяется и вид технологического процесса по характеру технологического цикла.
("9") Разобьём данный технологический процесс (производство стали кислородно-конвертерным методом) на составные части и определим взаимосвязь между ними:
Рис. 4.1 Блок-схема технологического процесса производства стали кислородно-конвертерным методом
4.2. Пооперационная структура технологического процесса производства стали
Рис. 4.2.1. Пооперационная структура технологического процесса
производства стали:
- предметные связи; - временные связи.
Рис 4.2.2. Структура операции «слив стали»:
- предметные связи;
- временные связи.
Рис 4.2.3. Структура технологического перехода «слив шлака»:
- предметные связи;
- временные связи.
Заключение
Кислородно-конвекторный способ получения стали один из лучших при массовом производстве стали. Среди преимуществ – простота технологии, быстрота протекания процесса, возможность добавления вторсырья. Однако ему присущ крайне низкий уровень технологии. Поэтому необходимо искать пути усовершенствования производства: усовершенствование конструкции конвертеров, возможно, применение катализаторов для еще большего ускорения процесса, добавка большего количества металлолома. Однако также можно порекомендовать постепенную замену на новейшие методы производства стали: электроннолучевую плавку металлов, электрошлаковый переплав и др.
Литература:
Интернет сайты:
("10") www. *****
www. *****
Книги:
«Металлургия черных металлов» М. 1986. «Нагрев стали в печах» М. 1955.preview_end()
