Теоретичні основи, розробка і впровадження ресурсозберігаючої технології виплавки сталі в кислих електропечах

Загальний економічний ефект від впровадження нових технологічних і конструкторських розробок, узагальнених у цій роботі, підтвержений відповідною документацією, склав 2,59 млн. крб. в рік (у цінах 1990 року), що еквівалентно 4,31 млн. доларів США.

Висновки

Головний підсумок цієї роботи полягає в тому, що на основі результатів виконаних теоретичних узагальнень і фізико-хімічних досліджень розроблено і впроваджено в ряді галузей промисловості нові технологічні процеси виробництва кислої електросталі (плавки, розливу, футеровки), що забезпечують підвищення продуктивності, економічності і якості литва. Розв'язання цієї важливої народногосподарської проблеми стало можливим завдяки розробці ряду конкретних теоретичних і практичних задач, викладених у наведених нижче висновках.

1. Виконано аналіз фізико-хімічних закономірностей плавки сталі в кислих електропечах з підвищеним вмістом кремнію в шихті, який показав, що в період плавлення відбувається розкислення металу, завдяки чому вміст кремнію в сталі по розплавленню зменшується і зберігається зниженим протягом усієї плавки та в готовому металі порівняно з плавкою активним процесом (0,002% замість 0,003%).

Ці положення підтверджені термодинамічними дослідженнями залежності концентрації та активності кисню в сталі від вмісту в ній кремнію, з яких виходить що мінімальних концентрацій і активності кисню в кремнієвміщуючій сталі можна досягти при низьких температурах сталеплавильних процесів (1600С).

Експериментальними даними підтверджено теоретичні думки і показано, що при підвищеному вмісту кремнію в шихті (0,6-0,8%) порівняно з традиційною технологією плавки вміст кисню в сталі після розплавлення (0,013% проти 0,026%), перед розкисленням (0,013% проти 0,023%), перед випуском (0,012% проти 0,020%) і в готовому металі (0,002% проти 0,003%) набагато нижчий, а вміст залишкового алюмінію при рівній його присадці -- значно вищий (в середньому 0,067% проти 0,044% при рівній його присадці 0,15%).

2. На базі виконаних теоретичних обґрунтувань розроблено і впроваджено на Харківському заводі “Електроважмаш” новий технологічний процес виплавки сталі в кислих електропечах місткістю від 0,5 до 6,0т, який забезпечує виключення процесу поновлення кремнію, зменшення хімічного впливу окислювальних шлаків на кислу футеровку і значне скорочення часу впливу на футеровку відкритовипромінюючих електричних дуг.

3. Теоретично обґрунтована, розроблена і впроваджена у виробництво на харківському заводі “Електроважмаш” технологія розкислення литої вуглецевої сталі феромарганцем у ковші, яка забезпечує значну економію феромарганцю (з 12-16 до 8-9 кг/т) за рахунок зменшення його угару з 42 до 15%, скорочення тривалості плавки, підвищення вмісту залишкового алюмінію в сталі (при однаковій його присадці), пластичних властивостей сталі, стабільності хімічного складу і поліпшення якості поверхні відливка.

4. У результаті виконаних досліджень підтверджені і введені в технічні умови на харківському заводі “Електроважмаш” додаткові вимоги до кислої електросталі: за вмістом у сталі залишкового алюмінію в межах 0,02-0,08% і за вмістом кремнію 0,3-0,5%. Показана необхідність при запуску у виробництво нових відповідальних відливок контролю механічних властивостей литої сталі на зразках, узятих безпосередньо з відливок, а також вивчення поведінки литих деталей при експлуатації виробів.

5. У зв'язку з відсутністю стандартів на магнітні властивості вуглецевих сталей розроблено і впроваджено в практику наукових досліджень методи комплексної їх оцінки ( за сумою відносних оцінок магнітної індукції і за усередненою магнітною проникністю). Для дослідження магнітних властивостей застосовано перспективний метод квазистатичного намагнічування.

Встановлено, що для виробів електромашинобудування з вимогами особливо високої магнітної індукції насичення, високої залишкової індукції або максимально можливого їх поєднання, необхідно використати низьковуглецеву сталь із вмістом вуглецю 0,03% і спеціальні режими термообробки, які забезпечують величину зерна, що вимагається.

6. У результаті світлового і математичного моделювання теплового впливу дуг на кислу набивну футеровку стін побудовані епюри їх опромінення по висоті печі в залежності від конфігурації робочого простору і діаметру розпаду електродів і залежності стійкості футеровки від часу впливу електричних дуг різної потужності.

У цьому зв'язку значний ефект дає розроблена технологія, яка виключає періоди окислення вуглецю і поновлення кремнію.

Показано, що із збільшенням кута нахилу стін теплові втрати печі незмінно підвищуються, на підставі чого в поєднанні з розробленими вогнетривкими масами рекомендовано і прийнято при проектуванні нових серій печей малої ємкості циліндричний кожух замість конічного, що забезпечує скорочення витрат електроенергії.

7. Виконано теоретичне обґрунтування закономірностей формування міцності монолітної футеровки стін кислих дугових сталеплавильних печей. При температурі навколишнього середовища зміцнення вогнетривкої маси і футеровки відбувається за рахунок утворення гелю, який являє собою скелет агрегатованих частинок полікремнієвої кислоти. Спікання футеровки активно розвивається при температурах 700-800 С з утворенням скловидного шару силікату на поверхні глобул гелю. При нагріванні до більш високих температур відбувається тридимітизація футеровки, що підтверджено результатами петрографічного аналізу. У подині 5 т печі після 10000 плавок ступінь тридимітизації досягає 60-70%.

8. Показано, що наявність у складі мас вогнетривкої глини сприяє їх спікливості при високих температурах за рахунок збільшення загальної контактної поверхні, яка зростає з їх дисперсністю. Встановлено доцільність застосування каолінових глин і гідрослюд, які не адсорбують вологу, а також глин (наприклад, Часов-Ярської), в яких основним породоутворюючим мінералом є 2(K_2,Mg,Ca)O*2,8SiO₂*2H₂O (монотерміт), який являє собою перехідний мінерал від каолініту до гідрослюд.

Визначено вплив складу мас на продуктивність змішувального обладнання і впливу на їх властивості тривалості перемішування.

Встановлено, що вогнетривкість мас залежить головним чином від вогнетривкості зернової основи - кварцевих пісків. Показано, що для вогнетривких мас доцільно застосовувати кварцевий формуваний пісок класу не нижче К₃ (ГОСТ 2138-91) із вмістом кремнезему не менше 96%. Встановлено лінійну залежність вогнетривкості кварцевих пісків від вмісту в них кремнезему, глинозему і оксиду титану. Виявлено взаємозалежність вогнетривкості мілких пісків і їх газопроникності, що зв'язано з наявністю мілкозернистих фракцій, які вміщують Al₂O₃ і TiO₂. Встановлено більш високу вогнетривкість крупних кварцевих пісків, ніж мілких, а також пісків з напівкруглою формою зерен порівняно з пісками з гострокутною формою.

У результаті порівняння комплексу характеристик пісків ряду родовищ України показано, що найкраще поєднанням властивостей мають піски Вишневського родовища, які впроваджені як зернова основа футеровочних мас на Харківських заводах “Електроважмаш” і електромеханічному, Дніпропетровському електровозобудівельному та ін.

Встановлено найбільш раціональний хімічний склад вогнетривких мас для набивної футеровки кислих дугових сталеплавильних печей:

SiO₂ -95 97%; Na₂O -1,0 1,1%; CaO + MgO ?

решта - Al₂O₃ + FeO, які не впливають на вогнетривкість маси.

10. Встановлено, що вирішальним фактором оптимального складу маси є абсолютна доля середніх і крупних зернових фракцій піску. На основі виконаних теоретичних узагальнень і виявлених закономірностей створено принципи розробки мас для конкретних умов виробництва. Розроблено, створено і впроваджено галузевий стандарт ОСТ 16.0.886.034-82 “Кислі вогнетривкі маси для набивної футеровки стін дугових сталеплавильних і чавуноплавильних печей. Виготовлення”.

Проведена порівняльна оцінка службових характеристик показала суттєві переваги розроблених вогнетривких мас перед електродинасом.

11. У результаті проведеного аналізу виявлено основні фактори, які впливають на стійкість набивної футеровки (відновлення розмірів футеровки в процесі її експлуатації, вогнетривкість маси печі, температура випуску сталі і вміст у ній вуглецю).

На основі виконаних теоретичних узагальнень і досліджень розроблено і впроваджено на 78 підприємствах країн СНД (на 222 дугових печах) технологію підготовки вихідних матеріалів, приготування вогнетривких мас, футеровки цими масами стін кислих дугових сталеплавильних печей і догляду за монолітною футеровкою. У рамках виконання Всесоюзної програми 0.16.05 завдання 22 т розроблено і затверджено нормативні документи “Типовий технологічний процес. Набивна футеровка стін кислих дугових стале- і чавуноплавильних печей” і “Порядок організації впровадження набивної футеровки стін кислих дугових стале- і чавуноплавильних печей”.

Узагальнено досвід підприємств країни по впровадженню набивної футеровки стін дугових печей і сталерозливних ковшів і показано, що цей метод футеровки може бути застосований в умовах будь-якого сталеплавильного цеха без додаткових капіталовкладень. Основним результатом широкого впровадження в сталеплавильних цехах монолітної футеровки стін кислих дугових сталеплавильних печей є значне підвищення її стійкості порівняно з цегляною (з 30-200 до 800-40000 плавок). Стійкість набивної футеровки ковшів порівняно з цегляною зросла з 10-12 до 30-40 плавок.

12. Проведено дослідження з розробки раціональної технології виплавки сталі для відливок у кислих високочастотних печах і футеровки цих печей. Обґрунтовано можливість і доцільність їх широкого застосування в сталеплавильних цехах.

13. Загальний економічний ефект від впровадження нових технологічних процесів (виплавки сталі в кислих електропечах, футеровки сталеплавильних печей і сталерозливних ковшів), узагальнених у цій роботі, а також удосконалення конструкції дугових печей склав 2,59 млн. крб. в рік у цінах 1990 року, що еквівалентно 4,31 млн. доларів США.

Монографії, брошури і статті

1. Сойфер В.М. Выплавка стали в кислых электропечах // М.: Металлургия, 1987.-121 с.

2. Сойфер В.М., Кузнецов Л.Н. Дуговые печи в сталелитейном цехе // М.: Металлургия, 1989. - 175 с.

3. Сойфер В.М. Огнеупоры для дуговых сталеплавильных печей малой емкости. М.: Металлургия, 1994. -189 с.

4. Сойфер В.М. Набивная кислая футеровка дуговых сталеплавильных печей // М.: Информэлектро, 1979. - 47 с.

5. Сойфер В.М., Лавров В.М. Выплавка стали для отливок деталей электрических машин с применением в шихте отходов электротехнических сталей // М.: Информэлектро, 1980. - 36 с.

6. Сойфер В.М., Галенко Л.Ф., Рудницкая К.А. Повышение качества кислой углеродистой электростали для фасонного литья //Технология производства в электротехнической промышленности-1969.-Вып. 1.-C. 28-32.

7. Сойфер В.М., Лютая В.А. Кремнеземистые массы для набивной футеровки дуговых сталеплавильных печей// Огнеупоры-1969.-№ 2.-C. 31-36.

8. Сойфер В.М. Выбор кварцевого песка для набивной футеровки кислых дуговых сталеплавильных печей // Технология электротехнического производства-1969.-Вып. 3. - C. 5-6.

9. Голяховский Н.Н., Сойфер В.М., Хитрик С.И. Интенсификация процесса плавки стали для фасонного литья в кислых электропечах// Повышение производительности труда в литейном производстве. Сб. - М.: НИИМАШ, Ч. 1.-1969.-C. 373-381.

10. Литвер Л.Я., Сойфер В.М., Кириченко Д.В. Кварцевые формовочные пески месторождений Украины // Литейное производство-1969.-№ 12.-C. 12-13.

11. Сойфер В.М., Лютая В.А. Опыт применения набивной футеровки в кислых дуговых сталеплавильных печах // Технология электротехнического производства-1970.- Вып. 13. - C. 22-24.

12. Сойфер В.М., Лютая В.А. Контроль качества огнеупорных смесей для кислой набивной футеровки// Литейное производство-1970.-№ 8. - C. 40.

13. Сойфер В.М., Лютая В.А. Применение набивной футеровки в кислых дуговых сталеплавильных печах// Технология , организация и механизация литейного производства. Сб. - М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ-1970.-9-7-5- C. 15-19.

14. Сойфер В.М., Лютая В.А., Рабинович А.В. Исследование огнеупорных свойств кремнеземистых масс для набивной футеровки кислых дуговых сталеплавильных печей// Огнеупоры,-1971.-№ 5. - C. 35-39.

15. Архипов Г.И., Смоляренко В.Д., Сойфер В.М., Лютая В.А. Водоохлаждаемые своды дуговых электропечей// Электротермия-1971.- Вып. 105.- C. 28-29.

16. Сойфер В.М., Лютая В.А. Смесь для набивной футеровки стен дуговых электросталеплавильных печей// Сборник ВНИИЭМ.- М.: Информэлектро-1971.- Вып. 235. - C. 6.

17. Сойфер В.М., Зеленский В.Н., Литвер Л.Я. Влияние химического состава на огнеупорность среднезернистых кварцевых песков// Литейное производство-1970.- № 7. - C. 29.

18. Кирьянов Ю.М., Соколов А.Н., Алимов Е.В., Сойфер В.М. Исследование технологического процесса выплавки жаропрочной малоникелевой стали, модифицированной редкоземельными металлами, для деталей электротермического оборудования// Технология электротехнического производства. Труды ВПТИэлектро, Сб. Л.: ВНИИЭЛЕКТРОMАШ-1973.- № 7. - C. 22-23.

19. Сойфер В.М., Мартыненко В.Ф. и др. Комплексно-механизированный цех стального литья в оболочковые формы// Технология электротехнического производства-1974.- Вып. 9. - C. 3-4.

20. Сойфер В.М., Зеленский В.Н., Мороз Л.Л. Низколегированная сталь для отливки коллекторных втулок тепловозных электродвигателей// Сборник Информэлектро. М.: Информэлектро-1976.- Вып. 4. - C. 17.

21. Сойфер В.М., Шайдюк Л.В. и др. Пневмопружинные зажимы для дуговых сталеплавильных печей// Сборник Информэлектро. М.: Информэлектро1976.- Вып. 4. - C. 18.

22. Сойфер В.М. Набивная футеровка кислых дуговых сталеплавильных печей// Литейное производство-1977.- № 10. - C. 35.

23. Лавров В.М., Сойфер В.М. и др. Определение норм расхода литья на изделия//Технология электротехнического производства-1979.-Вып. 7.-C. 1-2.

24. Сойфер В.М. Экономия динасового кирпича за счет замены кирпичной футеровки стен дуговых сталеплавильных печей на монолитную набивную / / Рациональное использование материальных ресурсов. Сб. М.: ЦНИИТЭИМС, - 1979. - Вып.- 9., с. 1-2.

25. Сойфер В.М. Опыт применения местных материалов для монолитной набивной футеровки// Рациональное использование материальных ресурсов. Сб. М.: ЦНИИТЭИМС-1979.- Вып. 9. - C. 2-4.

26. Сойфер В.М., Галенко Л.Ф. Плавка углеродистой стали в кислых индукционных печах// Литейное производство-1979.- № 12.-C. 25.

27. Сойфер В.М., Точигина М.Ю. Огнеупорные массы для футеровки индукционных сталеплавильных печей за рубежом// Литейное производство-1981.-№ 7. - C. 24-25.

28. Сойфер В.М., Тракова В.И. Применение в чугунолитейном производстве дуговых плавильных печей// Технология электротехнического производства-1981.-№ 7. - C. 3-4.

29. Сойфер В.М., Грищенко О.Б. и др. Огнеупорная масса на низкомодульном жидком стекле для набивной футеровки дуговых плавильных печей// Огнеупоры-1982.- № 2. - C. 24-26.

30. Сойфер В.М., Бункина И.Д. и др. Кислая набивная футеровка стен дуговых сталеплавильных печей на заводах СССР// Огнеупоры-1982.- № 4. - C. 36-40.

31. Сойфер В.М., Точигина М.Ю., Розкошная А.В. Футеровка индукционных сталеплавильных печей на заводах СССР// Литейное производство- 1982.-№ 4. - C. 27-29.

32. Сойфер В.М., Мосолова и др. Огнеупорные массы на основе мелкого кварцевого песка для набивной футеровки стен малотоннажных дуговых сталеплавильных печей// Огнеупоры 1982.- № 10. - C. 43-45.

33. Сойфер В.М., Мосолова Н.И. и др. Набивная футеровка кислой дуговой печи для плавки серого чугуна// Литейное производство-1983- № 1.-C. 35.

34. Сойфер В.М., Козлова В.С., Мосолова Н.И. Футеровка дуговых сталеплавильных печей набивными массами// Литейное производство-1983.- № 3. - C. 31-33.

35. Сойфер В.М., Власова Т.С. Огнеупорные массы для набивной футеровки плавильного пояса вагранок// Литейное производство-1983.- № 7. - C. 27-28.

36. Сойфер В.М., Розкошная А.В. Исследование масс на основе овручского кварцита с добавками среднего песка и борной кислоты для футеровки индукционных сталеплавильных печей// Огнеупоры-1984.-№ 5.-C. 44-46.

37. Сойфер В.М., Козлова В.С., Мосолова Н.И. Рациональные составы огнеупорных масс для футеровки стен дуговых печей// Литейное производство-1984.-№ 7. - C. 27.

38. Рябцев Н.А., Сойфер В.М., Козлова В.С., Мосолова Н.И. Стойкость кислой набивной футеровки стен дуговых сталеплавильных печей// Литейное производство-1987.-№ 7. - C. 29-30.

39. Сойфер В.М., Мосолова Н.И., Смоляренко В.Д., Никольский Л.Е. Тепловое воздействие электрических дуг на набивную футеровку дуговых сталеплавильных печей// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия1988.-№ 7. - C. 128-131.

40. Сойфер В.М., Маслов Ю.Н., Кимлат Л.З. Исследование магнитных свойств материалов для магнитопроводов индукторных генераторов// Известия высших учебных заведений. Электромеханика-1990.-№ 6, C. 46-49.

41. Сойфер В.М., Никитич А.М., Аникина Л.А. Оценка огнеупорности крупных и мелких кварцевых песков// Литейное производство - 1990. - № 9. - C. 10-11.

42. Сойфер В.М., Анелок Л.И., Борисенко И.А. Отработка технологии выплавки низкоуглеродистой стали с заданными магнитными свойствами// Сборник "Проблемы металлургического производства"-1992.- Вып.108. -К "Техника" - C. 35-40.

43. Сидорина К.Д., Сойфер В.М. Безопасность продукции машиностроения// Стандарты и качество-1997.-№ 1. - C. 55-56.

44. Сидорина К.Д., Сойфер В.М. Сертификация безопасности отливок// Литейное производство-1997.- № 5. - C. 59.

45. Сидорина К.Д., Сойфер В.М. Опыт сертификации литейного оборудования// Литейное производство-1997. - № 5. - С. 59-60.

46. Сидорина К.Д., Сойфер В.М. Сертификация отливок, поковок и штамповок// Стандарты и качество-1997.- № 7. - С. 66.

47. Сидорина К.Д., Сойфер В.М., Рябов С.П. Сертификация литейного оборудования и отливок// Сертификация -1999.-№ 1. - С. 30-32.

48. А.с. 651588 СССР, МКИ С22 С21/02, Лигатура/ Ершов Г.С., Филатов Г.П., Сойфер В.М. и др. - № 2470996; Заявлено 06.04.77. Опубл. 05.03.79. Бюл. № 9. - 217 с.

49. А.с. 857686, МКИ F27 D1/02. Металлический водоохлаждаемый свод электропечи/ Пономарев Е.М., Смоляренко В.Д., Сойфер В.М. и др. - № 2831685; Заявлено 19.10.79. Опубл. 23.08.81. Бюл. № 31. - 193 с.

50. А.с. 1068499, МКИ С21 С5/52. Огнеупорная масса для футеровки стен дуговых печей/ Сойфер В.М., Козлова В.С., Мосолова Н.И. и др. - № 3516550; Заявлено 22.10.82. Опубл. 23.01.84. Бюл. № 3. - 84 с.

51. А.с. 1291276, МКИ В22 С7/00. Литейная постоянная модель/ Ярута А.М., Горушкина Л.П., Сойфер В.М. и др. - № 3898610; Заявлено 22.05.85. Опубл. 23.02.87. Бюл. № 7. - 53 с.

Размещено на Allbest.ru