Производство 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 30 - 50 % 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^о С.

  Во  время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество отходящих  газов. Для использования 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.  
 
 

                                                                          

Блок- схема                                           

                                                                                                                         

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

              1.2 Характеристика используемого сырья 

  Сталь получается из чугуна при удалении из него большей части углерода, кремния, марганца, фосфора и серы. Для этого чугун подвергают окислительной  плавке. Продукты окисления выделяются в газообразном состоянии и в  виде шлака.

  Чугун — это железоуглеродистый сплав, с содержаием более 2 % углерода и  затвердевающий с образованием эвтектики (от греческого eutektos - легко плавящийся, жидкая, расплав, находящийся в равновесии с двумя и более твердыми фазами). Чугун обладает низкой пластичностью, но благодаря высоким литейным свойствам, достаточной прочности и относительной  дешевизне, чугун нашел широкое  применение в производстве деталей  насосного оборудования. Углерод  в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Образование  стабильной фазы - графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его  из жидкого (твердого) раствора или  вследствие распада предварительно образовавшегося цементита (при  замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться  разложению РезС —> Fe + ЗС с образованием феррита и графита). Процесс образования  в чугуне (стали) графита называют графитизацией.

  Графит  повышает износостойкость и антифрикционные  свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения  прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и  хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки) и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали (кроме автоматных сталей).

  Присутствие эвтектики в структуре чугунов  обусловливает его использование  исключительно в качестве литейного  сплава. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обеспечили широкое применение чугунов в  промышленности.  

  Механические  свойства чугуна обусловлены, главным  образом, количеством и структурными особенностями графитной составляющей. Влияние графитных включений  на механические свойства чугуна можно  оценить количественно (ГОСТ 3443—87). Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень  их изолированности, тем выше прочность  чугуна при одной и той же металлической  основе. Наиболее высокую прочность  обеспечивает шаровидная форма графитной  составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства. Чугун с пластинчатым графитом можно рассматривать как сталь, в который графит играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу.

  Чугуны  содержат постоянные примеси (Fi, Mn, S, P), а в некоторых случаях легирующие элементы (Cr, Ni,V,Al).

  Как правило чугун хрупок. Состав сплава влияет на структуру материала.

  В зависимости от структуры чугуны классифицируются на высокопрочные с шеровидным графитом и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяются на простые, низколегированные (до 2,5% легирующего элемента), среднелегированные (до 2,5 – 10% легирующего элемента), высоколегированные ( более 10% легирующих элементов).

  Шире  всего используются простые и  низколегированные серые литейные чугуны.

  Чугун получил широкое распространение, как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности, в связи с рядом преимуществ перед другими материалами, среди которых в 1-ю очередь надлежит упомянуть следующие: невысокая стоимость, хорошее литейное свойство.

  Изделия изготовленные из него имеют достаточно высокую прочность и износостойкость. Чугуны характеризуются меньшей, чем стали чувствительностью и концентратом напряжения.  
 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ И ЕГО  ХАРАКТЕРИСТИКА
1. Характеристика получаемой продукции

 

  Сталь (польск. stal, от нем. Stahl) — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода в котором не превышает 2,14 %, но не меньше 0,02 %. Углерод придаёт  сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

  Стали сочетают высокую жесткость с  достаточной статической и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за  счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменив химический состав, можно получить, стали с различными свойствами, и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

  Углеродистые  стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению,

  качеству, степени раскисления и структуре  в равновесном состоянии. По содержанию углерода стали, подразделяются на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 % С).

  По  назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 0С) деформирования. По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.

    По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

  По  структуре в равновесном состоянии  стали, делятся на: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; 2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

  Характеристики  стали:

  Плотность стали — (7,7-7,9)*10³ кг/м³;

  Удельный  вес стали — (7,7-7,9) г/cм³;

  Удельная  теплоемкость стали при 20°oC — 0,11 ккал/град (462 Дж/град);

  Температура плавления стали — 1300-1400oC ;

  Стали с высокими упругими свойствами находят  широкое применение в машино- и  приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении —  для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

  Нержавеющая сталь особенно широко используется в последнее время в пищевой, молочной, пивоваренной промышленности и в смежных областях производства. Высокие требования к готовому пищевому продукту, отражающиеся на конкурентных свойствах товаров, заставляют производителей вкладывать значительные средства в обновление технической стороны своего пищевого производства. Ведь от того, насколько качественными будут отводы, фланцы или резьбовые соединения из нержавеющей стали, насколько эффективными окажутся молочные фильтры и моющие головки, настолько качественным и соответствующим мировым стандартам будет готовый продукт.  

3.УРОВЕНЬ  ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА  СТАЛИ

L =

L – производительность живого труда

У- уровень технологии

В  – технологическая  вооруженность 

L=

     L  = = =

      При t = 3, L 1.4