Системи технологій промисловості (стр. 11 )

Рисунок 1.13 - Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)

Жидкий металл из сталеразливочног о ковша подается в промежуточный ковш, предназначенный для снижения и стабилизации напора струи металла и для распределения металла по нескольким ручьям. Из промежуточного ковша жидкий металл непрерывно поступает в кристаллизатор. Стенки кристаллизатора (изготавливаемого обычно из меди) интенсивно охлаждаются водой, циркулирующей по имеющимся в стенках каналам. Перед началом разливки в кристаллизатор вводят затравку (штангу с сечением, равным внутреннему сечению кристаллизатора), которая образует временное дно в кристаллизаторе. Затравка соединена с вытягивающим устройством. Когда металл попадет в кристаллизатор и на затравку, он затвердевает у стенок и на затравке вследствие интенсивного отвода тепла. После заполнения всего кристаллизатора металлом затравка вытягивается из кристаллизатора с помощью валков тянущей клети и за ней опускается с заданной скоростью заготовка. При этом уровень металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным. Слиток вытягивается из кристаллизатора с незатвердевшей сердцевиной и поступает в зону вторичного охлаждения, где на его поверхность из форсунок распыляется вода. В результате интенсивного охлаждения при непрерывном движении заготовки происходит полная кристаллизация слитка. Затравку, выполнившую свою функцию, отделяют от головной части слитка и убирают, а слиток продолжают непрерывно вытягивать из кристаллизатора. За тянущей клетью затвердевший слиток разрезают на куски (мерные длины) с помощью резака. Для обеспечения устойчивого процесса, устранения возможности разрыва и зависания затвердевшей корочки на стенках кристаллизатора ему придают возвратно-поступательное движение. Кроме того, на стенки кристаллизатора наносят смазку (парафин, рапсовое масло). Шаг качания кристаллизатора вверх и вниз колеблется в пределах от 10 до 40 мм, а частота - от 10 до 100 циклов в минуту.

В настоящее время наибольшее распространение получили МНЛЗ радиального типа, используются также МНЛЗ вертикального типа, МНЛЗ с изгибом слитка и в последнее время - МНЛЗ горизонтального типа. В МНЛЗ криволинейного типа затвердевающий слиток перемещается по дуге, проходит зону вторичного охлаждения и далее тянуще-правильную клеть, которая обеспечивает непрерывное вытягивание слитка и его выпрямление на горизонтальном участке. МНЛЗ криволинейного типа имеет сравнительно небольшую высоту (10-12 м), в то время как МНЛЗ вертикального типа - до 35-40 м, что вызывает значительные трудности в их строительстве и эксплуатации.

МНЛЗ позволяет одновременно отливать от одного до восьми слитков, т. е. могут быть одно-, двух-, четырех-, шести - и восьмиручьевыми. Скорость разливки (вытягивания слитка) колеблется в пределах от 0,4 до 8-10 м.

На МНЛЗ получают слитки различного сечения: квадратного (блюмсы) со стороной до 520 мм, прямоугольного (слябы) шириной до 2500 мм, а также заготовки для изготовления труб, балок, рельсов. Выход годных заготовок на МНЛЗ составляет 95-97 % от массы жидкой стали.

2 ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ

Ферросплавы - сплавы железа с различными элементами периодической системы - марганцем, кремнием, хромом, вольфрамом, молибденом и т. д. Основной компонент ферросплава называют ведущим элементом. Кроме основных элементов в состав ферросплавов могут входить примеси, такие как углерод, фосфор, сера, газы. Некоторые из этих элементов оказывают вредное влияние на свойства самого ферросплава или на свойства стали, для которой он применяется, поэтому их содержание ограничивается.

К ферросплавам относят и, так называемые, лигатуры и модификаторы, отличающиеся от ферросплавов своим назначением.

Лигатура - обычно сплав на нежелезной основе, полученный либо сплавлением составляющих ее компонентов, либо восстановлением их из руд и концетратов. Лигатура имеет более низкую температуру плавления, чем любой из входящих в нее металлов, быстрее растворяется при легировании и при ее использовании снижается угар элементов.

Модификатор - вещество, малые количества которого существенно изменяют структуру и свойства обрабатываемого им металла или сплава. Этот эффект называют модифицированием.

Модификаторы делятся на две группы: первого рода - поверхностно-активные вещества и второго рода - инокуляторы. Модификаторы первого рода адсорбируются на зародышах кристаллизующихся металлических расплавов, тормозят их рост и тем самым измельчают структуру. Модификаторы второго рода облегчают образование в расплаве центров кристаллизации и также измельчают микроструктуру конструкционных сталей и сплавов.

Основное количество ферросплавов используют в сталеплавильном производстве для легирования и раскисления стали, а также для легирования и модифицирования чугуна и сплавов, для производства химических соединений, в качестве исходного материала для защитных покрытий на металлических конструкциях и устройствах, при обогащении полезных ископаемых. Ферросплавы служат исходным сырьем при получении особо чистых веществ и широко используются в качестве восстановителей в металлотермических процессах.

2.1 Классификация ферросплавов

Ферросплавы подразделяют на большие и малые. К первым относят сплавы, которые занимают в общем объеме производства основное положение, ко вторым - менее распространенные.

Первая группа - большие ферросплавы: сплавы кремния, марганцевые и хромистые ферросплавы.

Вторая группа - малые ферросплавы: ферровольфрам и сплавы с вольфрамом; ферромолибден и лигатуры с молибденом; феррованадий и сплавы с ванадием; сплавы с щелочноземельными металлами; феррониобий и сплавы с ниобием; ферротитан и сплавы с титаном; ферробор, ферроборал и лигатуры с бором; сплавы с алюминием (силикоалюминий, ферроалюминий, ферросиликоалюминий); сплавы с редкоземельными металлами; ферросиликоцирконий, ферроалюминоцирконий; ферроникель и феррокобальт.

2.2 Виды и особенности ферросплавных процессов

Ферросплавы получают из руд и концентратов путем восстановления. Восстановителями служат углерод, кремний и алюминий. Наиболее распространенным способом получения является углеродовосстановительный. Углерод является универсальным восстановителем, способным восстановить оксиды всех элементов (включая такие прочные, как кремнезем и глинозем) при высоких температурах, так как химическое сродство углерода к кислороду с ростом температуры увеличивается. В качестве восстановителей используют мелочь каменноугольного и нефтяного кокса. К восстановителю предъявляются следующие требования: низкая электропроводность (высокое электрическое сопротивление); высокая реакционная способность; достаточная механическая прочность; низкое содержание в золе вредных и шлакообразующих оксидов; невысокое содержание летучих; постоянная влажность; невысокая стоимость. Реакции углеродотермического восстановления являются эндотермические, протекают с поглощением большого количества тепла, поэтому требуется применение рудовосстановительных дуговых печей большой мощности и значительные затраты электроэнергии. Этот способ применяют в тех случаях, когда нет особых требований к содержанию углерода в сплавах.

Восстановление кремнием и алюминием носит название металлотермического способа. Таким способом можно получать безуглеродистые типы ферросплавов, либо сплавы с очень низким содержанием углерода (<0,03%) и других примесей. Металлотермический способ основывается на использовании тепла химических реакций восстановления оксидов. Процессы выплавки характеризуются высоким извлечением ведущих элементов, небольшими капитальными затратами на строительство цехов и необходимых установок.

Если количество теплоты, которое выделяется при металлотермической реакции, достаточно для расплавления металла и шлака, для их нагрева до требуемой температуры и компенсации тепловых потерь металлотермическую плавку проводят не в электрических печах, а в шахтах или горнах, к которым энергия не подводится. Такой способ называется внепечным способом производства ферросплавов. Для ориентировочной оценки возможности металлотермического процесса можно пользоваться правилом : металлотермический процесс может быть осуществлен без внешнего подогрева, если количество теплоты, выделяемого металлотермической реакцией, превышает 550 кал (~2300 Дж) на 1 г шихты.

В силикотермических процессах кремний в качестве восстановителя используют в виде силикомарганца, ферросилиция, ферросиликохрома и др., которые получают восстановлением кремнезема углеродом.

Восстановление оксидов кремнием сопровождается выделением теплоты, которой, как правило, недостаточно для ведения внепечного силикотермического процесса, поэтому применяют электропечи небольшой мощности (2,5–7 МВА).

Печной силикотермический процесс получил применение для получения малоуглеродистых и безуглеродистых ферросплавов – ферромарганца, феррохрома и феррованадия; внепечной силикотермический процесс применяется для получения ферромолибдена.

Кремний как восстановитель имеет следующие недостатки:

1. Вледствие образования кремнезема увеличивается количество шлака, при этом возрастает активность SiO2, возникают прочные силикаты низших оксидов ведущего элемента; дальнейшее восстановление возможно при введении в шлак (шихту) оксидов с основными свойствами;

2. При температурах выплавки ферросплавов кремний образует с металлами растворы, обладающие отрицательными отклонениями от свойств идеальных растворов, что свидетельствует о прочности связи Me–Si и затрудняет получение сплавов с низкой концентрацией кремния;

3. Высокая стоимость.

Алюминотермическое восстановление оксидов металлов имеет следующие основные особенности: выделение значительного количества теплоты в результате протекания реакции восстановления и возможность проведения процессов без подвода теплоты и вне печи. При этом достигаются высокие температуры (2400–2800 К), которые обеспечивают получение шлака и металла с температурой, превышающей начало кристаллизации, разделение металлической и шлаковой фаз, высокую скорость процесса.