Системи технологій промисловості (стр. 1 )

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Л. В. КАМКІНА, А. А. НАДТОЧІЙ, Р. В. АНКУДІНОВ, В. М. ВЛАСЕНКО

СИСТЕМИ ТЕХНОЛОГІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

Частина 2

Затверджено на засіданні Вченої ради академії

як конспект лекцій. Протокол № 1 від 27.01.2014

Дніпропетровськ НМетАУ 2014

УДК 669.053

Камкіна Л. В., Надточій А. А., Анкудінов Р. В., Власенко технологій промисловості. Частина 2: Конспект лекцій (російською мовою). - Дніпропетровськ: НМетАУ, 2014. - 77 с.

Наведений короткий огляд основних способів виробництва сталі та феросплавів, виробничих агрегатів, допоміжного устаткування, технологічних особливостей. Розглянуті основні способи підвищення якості рідкої сталі, а також технології розливання сталі.

Призначений для студентів з галузі знань 0305 – економіка та підприємництво.

Іл. 15. Біблігр.: 11 найм.

Укладачі: іна, д-р техн. наук, проф.

ій, канд. техн. наук, доц.

інов, канд. техн. наук, доц.

, канд. техн. наук, доц.

Відповідальна за випуск іна, д-р техн. наук, проф.

Рецензенти: , канд. техн. наук, наук. співроб. (ІЧМ НАНУ)

, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ)

© Національна металургійна академія України

© Камкіна Л. В., Надточій А. А., Анкудінов Р. В.,

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 4

1 МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ.. 5

1.1 Технологические особенности сталеплавильного производства.. 5

1.1.1 Классификация сталей. 7

1.1.2 Маркировка сталей. 8

1.2 Физико-химические основы процессов производства стали 10

1.2.1. Состав, свойства и роль шлака в процессе производства стали. 13

1.2.2 Металлический расплав. 14

1.3 Важнейшие реакции сталеплавильных процессов.. 15

1.3.1 Окисление углерода. 15

1.3.2 Окисление кремния. 16

1.3.3 Поведение марганца. 17

1.3.4 Поведение фосфора. 17

1.3.5 Поведение серы.. 18

1.3.6 Газы в стали. 19

1.4 Раскисление и легирование стали.. 21

1.4.1 Способы раскисления. 21

1.4.2 Продукты раскисления и их удаление. 22

1.4.3 Легирование. 23

1.5 Конвертерные способы производства стали.. 24

1.5.1 Кислородно-конвертерный процесс. 24

1.5.2 Производство стали в конвертерах донного дутья. 28

1.5.3 Конвертерный процесс с комбинированной продувкой. 29

1.6 Мартеновское производство стали.. 30

1.6.1 Устройство и работа мартеновской печи. 31

1.6.2 Разновидности мартеновского процесса. 33

1.6.3 Технология мартеновского производства. 35

1.6.4 Выплавка стали в двухванных сталеплавильных агрегатах. 36

1.7 Производство стали в электрических печах.. 38

1.7.1 Классификация электрических печей. 39

1.7.2 Выплавка стали в электродуговой печи. 40

1.7.3 Выплавка стали в индукционных печах. 44

1.8 Способы повышения качества жидкой стали.. 46

1.8.1 Продувка стали инертным газом. 46

1.8.2 Обработка металла синтетическим шлаком. 47

1.8.3 Вакуумная обработка стали. 49

1.8.4 Продувка газо-порошковыми струями. 50

1.9 Разливка стали.. 51

1.9.1 Выпуск стали в ковш.. 51

1.9.2 Разливка стали в изложницы.. 52

1.9.3 Непрерывное литье заготовок. 54

2 ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ.. 56

2.1 Классификация ферросплавов.. 57

2.2 Виды и особенности ферросплавных процессов.. 57

2.3 Типы ферросплавных печей.. 60

2.5 Сплавы кремния.. 60

2.5.1 Применение ферросилиция. 60

2.5.2 Шихтовые материалы для выплавки ферросилиция. 61

2.5.3 Физико-химические условия получения ферросилиция. 61

2.5.4 Технологические особенности производства ферросилиция. 62

2.6 Сплавы хрома.. 64

2.6.1 Сортамент и применение сплавов хрома. 64

2.6.2 Шихтовые материалы для производства феррохрома. 65

2.6.3 Производство углеродистого феррохрома. 65

2.6.4 Низкоуглеродистый феррохром. Обезуглероживание феррохрома. 67

2.7 Сплавы марганца.. 68

2.7.1 Применение и сортамент сплавов марганца. 68

2.7.2 Шихтовые материалы для выплавки ферромарганца и силикомарганца 69

2.7.3 Производство высокоуглеродистого ферромарганца. 69

2.7.4 Выплавка малофосфористого шлака. 71

2.7.5 Производство силикомарганца. 72

2.7.6 Технология производства металлического марганца. 73

2.7.7 Технология производства средне - и низкоуглеродистого ферромарганца 75

РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 76

ВВЕДЕНИЕ

Современная техника предъявляет высокие требования к качеству металлов и сплавов. Она не смогла бы успешно развиваться без самых разнообразных марок сталей и сплавов, обладающих высокими прочностными или пластическими характеристиками, жаростойкостью, большой электропроводностью или высоким электросопротивлением и рядом других особых физических свойств. Сталь должна обладать не только высокими механическими свойствами, но и быть в то же время однородной и чистой. Многие свойства стали зависят не только от химического состава и микроструктуры, но в значительной степени определяются количеством, природой, величиной, характером расположения неметаллических включений. Углеродистые стали не обладают необходимыми физико-механическими и служебными свойствами. Эти недостатки устраняются в результате введения в сталь различных легирующих элементов, в основном, в виде ферросплавов.

Современный период развития металлургической технологии характеризуется переносом операций рафинирования стали непосредственно из плавильного агрегата во вспомогательный агрегат или в специально оборудованный ковш, что обеспечивает получение металла высокого качества. Роль самих плавильных агрегатов сводится к получению жидкого полупродукта определенного состава и температуры. В настоящий момент создаются новые варианты конструкций агрегатов для обработки жидкой стали с целью повышения ее качества, появляются новые процессы и разновидности существующих, однако общие физико-химические основы технологии производства качественной стали одинаковы.

В настоящем конспекте лекций приведен короткий обзор основных способов получения стали и ферросплавов, конструкций производственных агрегатов, вспомогательного оборудования, технологических особенностей. Рассмотрены методы внепечной обработки металлов, а также вопросы разливки стали. Он дает достаточные представления о теории и современной практике производства стали и ферросплавов.

1 МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ

1.1 Технологические особенности сталеплавильного производства

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.

Сталь – многокомпонентный сплав железа с углеродом (С < 2,14%), кремнием, марганцем, серой, фосфором и другими примесями. Содержание углерода 2,14% соответствует максимальной растворимости углерода в аустените, находящемся в равновесии с цементитом при эвтектической температуре.

На современном этапе основными способами производства стали являются мартеновский, кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. По своей природе они являются окислительными, так как превращение чугуна в сталь осуществляется путем снижения углерода и других примесей в результате их окисления. Вместе с тем, это не означает, что в сталеплавильных процессах не протекают реакции восстановления. Такие элементы, как Mn, Si, Cr, P, окислившиеся в первые периоды плавки, могут при определенных условиях снова восстанавливаться и переходить в металл.

Для производства стали в сталеплавильные печи загружают шихтовые материалы, включающие две основных части, взятых в соотношениях, найденных предварительными расчетами.

Металлическая часть шихты - стальной лом, скрап, чугун, раскислители и легирующие добавки. Лом и скрап загружают в твердом виде, чугун применяют как в твердом, так и в жидком состоянии в зависимости от варианта сталеплавильного процесса. Металлическая часть шихты, кроме железа, содержит примеси (углерод, марганец, кремний, сера, фосфор и др.), количество которых регламентируют в зависимости от состава выплавляемого металла.

Неметаллическая часть шихты - флюсующие добавки (известь, известняк и т. п.), твердые окислители (железная руда, агломерат, окисленные окатыши и т. п.) и добавочные материалы (плавиковый шпат, марганцевая руда, боксит, песок, бой шамотного кирпича). Главными компонентами флюсующих добавок являются СаО в извести или СаСОз в известняке. Количество примесей регламентируют, ограничивая верхние пределы их содержаний (особенно содержания диоксида кремния, серы и фосфора). Главными компонентами твердых окислителей являются оксиды железа, содержание которых должно быть как можно более высоким; количества SiO2, серы и фосфора также ограничивают. Добавочные материалы используют для изменения свойств шлаков или для наведения новых шлаков.

При производстве стали применяют жидкое (мазут) или газообразное (природный, коксовый и доменный газы) топливо. Основными составляющими топлива являются углерод и водород, которые находятся в виде различных соединений, а также в топливе всегда присутствуют кислород, азот, сера, влага и зола.

Кислород для сжигания топлива получают преимущественно методом глубокого охлаждения (до -200 0С) и последующей ректификации (разделения) атмосферного воздуха в специальных установках.

Сталеплавильные процессы являются окислительными, в чем и заключается главное отличие от доменного. В сталеплавильных печах происходит окисление кремния, марганца, углерода и фосфора, а также в некоторой степени и железа, хотя это нежелательно. Сталеплавильные агрегаты работают периодически. После очередного выпуска расплавов осуществляют восстановление (заправку) огнеупорной футеровки, так как в местах контакта ее со шлаком в процессе плавки она частично растворяется и переходит в шлаковую фазу. После заправки загружают сыпучие материалы (флюс и твердые окислители), металлический лом (скрап) и заливают чугун (в электродуговую печь чугун загружают в твердом виде). В период плавления происходит расплавление твердой шихты и формирование жидкой ванны металла и шлака. В этот период окисляются частично железо, значительная часть фосфора, кремний, часть марганца и углерода. После расплавления осуществляют доводку металла по температуре и составу. В этот период происходит окисление избыточного углерода и перемешивание (барботаж) ванны выделяющимися пузырями монооксида углерода СО. Металл нагревается до температуры ~1650°С, его раскисляют и выпускают. Раскисление осуществляют введением в жидкий металл таких элементов (Мn, Si, Al и т. п.), которые прочно связываются с кислородом, растворенным в металле, т. е. обладают высоким сродством к кислороду. При этом образующийся оксид элемента-раскислителя не растворяется в металле, а переходит в значительной степени в шлаковую фазу.