Производство чугуна и стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные этапы и оборудование при производстве чугуна-стали

1 этап. Подготовка исходных материалов (шихты) к плавке.

Шихтовыми материалами доменной плавки являются железосодержащие компоненты (агломерат, окатыши), кокс и флюсы.

Для получения железорудного сырья руду приходится специально подготавливать - дробить, сортировать (грохочение), обогащать, окусковывать и усреднять.

Для крупного и среднего дробления используют конусные дробилки, для мелкого дробления - валковые и молотковые, а для тонкого измельчения - шаровые мельницы.

Аппараты для грохочения называют грохотами, их основным рабочим элементом является решето или сито.

Для гравитационного и магнитного обогащения применяют сепараторы. Основными агрегатами для обогащения промывкой служат бутары, скрубберы, корытные мойки и промывочные башни.

Применяются два способа окускования: агломерация и окомкование.

Агломерацию ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата.

Для окомкования (производство окатышей) исходную шихту загружают в бункеры, откуда она при помощи дозаторов выдается на сборный транспортер и поступает в смесительный барабан. После смешивания шихта поступает по другому транспортеру в окомкователь или так называемый гранулятор.

Флюсы, применяемые в доменной печи, служат для придания легкоплавкости пустой породы руды и получения жидкоподвижного шлака. В качестве флюса обычно применяют известняки. Флюс вводится в доменную печь в виде офлюсованных агломерата и окатышей или непосредственно в печь в виде кускового материала.

2 этап. Выплавка чугуна.

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Верхняя ее половина носит название шахты и заканчивается наверху отверстием - калашником, которое закрывается подвижной колонкой - колашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а нижняя часть - горном. Через специальные отверстия в горне (фурмы) в печать вдувается горячий воздух или кислород. Для выпуска жидкого чугуна доменные печи оборудованы чугунными летками. Из леток чугун попадает в желоб, по которому он стекает в ковши чугуновозов, транспортирующих его в сталеплавильные цеха или на разливочные машины доменного цеха.

2. Горные работы. Добыча рудных материалов открытым и закрытым способом

Добыча руды ведется открытым способом (в карьерах), если глубина залегания руды невелика (менее 100м), а толщина рудного тела большая, и закрытым способом (в шахтах), если руда залегает глубоко, а толщина рудных пластов малая.

Открытый способ значительно дешевле, однако связан с существенным изменением ландшафта и выемкой огромной массы пустой породы.

Добыча руды открытым способом это основной способ добычи:

· железной руды

· руды алюминия

· титановой руды

Закрытый способ требует больших затрат труда и только при достаточно мощных по толщине пластах и пологом их залегании может быть механизирован и автоматизирован.

3. Подготовка железных руд к доменной плавке

Подготовка руд включает дробление, сортировку и другие операции.

Дробление обеспечивает нужную степень измельчения руды. Для плавки в доменной печи размер кусков руды должен составлять 10-18 мм, для агломерации - менее 5-10 мм, для магнитного обогащения - 0,1 мм.

Сортировку (грохочение) руды по классам крупности проводят на механических ситах (грохотах). При этом выделяют мелкую руду (0-10 мм) для агломерации, а крупную (более 10 мм) сортируют на доменную (10-30 мм) и мартеновскую (30-80 мм).

Усреднение материалов по химическому составу и свойствам необходимо для обеспечения ровного хода доменной печи. Основной методов усреднения руды - ее послойная укладка в штабеля большой емкости.

Обогащение руды до плавки. Основной способ обогащения железной руды - магнитный (тонкоизмель-ченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы руды отделяются от пустой породы). Другие методы: гравитационный (отсадка и разделение в тяжелых суспензиях, в которых рудный минерал тонет, а частицы пустой породы всплывают); промывка водой (наиболее простой и дешевый способ для удаления рыхлой песчаной и глинистой пустой породы).

4. Измельчение рудных материалов

Руда может быть в виде кусков до 1500 мм при открытой добыче и до 300 мм при подземной добыче. Дробление руд применяется как самостоятельная операция для получения кусков руды требуемого размера и как вспомогательная операция при обогащении руд. В зависимости от крупности руды после дробления различают четыре стадии дробления:

§ Крупное (размер кусков после дробления 100-300 мм).

§ Среднее (40-60 мм).

§ Мелкое (8-25 мм).

§ Тонкое (до 0,04 мм).

Мелкое и тонкое дробление называют измельчением и применяют только для руд, идущих на обогащение.

Для крупного и среднего дробления используют в основном конусные дробилки, для мелкого дробления - валковые и молотковые, а для тонкого измельчения - шаровые мельницы.

5. Обогащение железорудных материалов

Обогащение - процесс разделения рудного минерала и пустой породы с целью повышения содержания металла в руде и уменьшения содержания пустой породы, а в некоторых случаях и вредных примесей.

В результате обогащения руды получают:

1) концентрат - продукт, в котором содержится большая часть извлекаемого металла;

2) хвосты - отходы при обогащении руды, в которых содержится незначительное количество металла;

3) промежуточный продукт, в котором содержание металла больше, чем в хвостах и меньше, чем в концентрате. Промежуточный продукт подвергают повторному обогащению.

Различают пять основных методов обогащения руд:

1) рудоотборка, основанная на различии цвета кусков рудного минерала и пустой породы;

2) промывка, основанная на разной размываемости кусков рудного минерала и пустой породы;

3) гравитационное обогащение - разделение в жидкой среде рудных минералов и пустой породы в зависимости от плотности зерен;

4) флотация - метод обогащения, основанный на различии физико-механических свойств поверхности частиц рудного минерала и пустой породы;

5) магнитная сепарация (самый распространенный метод обогащения), основанная на различии магнитных свойств минерала и пустой породы.

6. Окускование железорудных материалов. Агломерация

Окускование полезных ископаемых -- это процесс превращения мелких железорудных материалов в куски необходимых размеров.

В зависимости от вида полезного ископаемого и его последующего передела окускование осуществляется агломерацией, окомкованием или брикетированием.

· Агломерация - спекание мелких руд или концентратов в твёрдые пористые куски - агломерат крупностью 5 ? 60 мм.

В шихту агломерационного процесса, помимо железорудных материалов, входят флюсующие добавки (известняк и доломит) и твёрдое топливо (коксовая мелочь и плотный каменный уголь). В процессе агломерации достигаются температуры 1500-1600 °C, при которых шихтовые материалы плавятся, а затем в ходе охлаждения затвердевают с образованием агломерационного «пирога». Для получения кусков размером 10-40 мм агломерационный «пирог» подвергают дроблению. Содержание железа в агломерате составляет от 55 до 65 %.

· Окомкование - получение гранул сферической формы -- окатышей крупностью 9 -16 мм, подвергаемых для упрочнения обжигу.

· Брикетирование - получение брикетов прессованием мелкого материала. Брикеты получают разной геометрической формы и необходимых габаритов и массы.

Из общего производства окускованного сырья агломерат занимает около 70 %, окатыши 28 % и брикеты 2 %.

Окусковывают материалы крупностью частиц менее 10 мм.

7. Чугуны. Выплавка чугуна. Топливо доменной плавки

Чугун - сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В легированном

чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан.

Выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида:

§ передельный (идущий на передел в сталь),

§ литейный (предназначенный для получения литых деталей из чугуна),

§ доменные ферросплавы (используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве).

Выплавка чугуна производится в доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей.

Основные требования к доменному топливу - высокая теплота сгорания, малое содержание золы, чистота по содержанию вредных примесей. Топливо должно иметь высокую механическую прочность и высокую пористость для обеспечения интенсивного горения.

В качестве топлива в современной доменной плавке применяют кокс, мазут, природный и коксовый газы и каменноугольную пыль. Основным видом топлива является получаемый из каменного угля кокс, содержащий в среднем 10-13 % золы, 0,5-2 % серы. На выплавку 1 т чугуна расходуется около 550 кг кокса.

8. Принцип работы доменной печи. Конструкция механизмов для подготовки горячего дутья

Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы - агломерат, кокс и др. - загружают сверху при помощи засыпного (загрузочного) аппарата. Навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива (кокса), а также природного газа.

В доменной печи происходит восстановление железа. Главными восстановителями железа в доменной печи являются окись углерода СО (непрямое восстановление) и твердый углерод кокса (прямое восстановление). Некоторое количество железа восстанавливается водородом.

Восстановление начинается в верхней части шахты печи. По мере опускания рудных материалов повышаются температура и содержание СО в доменных газах. Наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание за счет окиси углерода. Эти процессы заканчиваются в нижней части шахты печи.

В зонах печи с высокими температурами - обычно в нижней части шахты - начинается плавление сплава. Жидкий сплав - чугун, стекая вниз, омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается.

В доменную печь с шихтовыми материалами попадают марганец, кремний, сера и другие примеси. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства. Полезными примесями чугуна являются марганец и кремний, вредными - сера и фосфор. Конечный состав чугуна устанавливается в горне.

Расплавленный чугун выпускают через чугунные летки. В ковшах - чугуновозах его подают либо в сталеплавильный цех для передела в сталь, либо на разливочную машину для получения небольших слитков - чугунных чушек.

Доменный шлак - побочный продукт плавки - по мере его накопления выпускают в расплавленном состоянии через шлаковые летки.

Конструкция механизмов для подготовки горячего дутья:

Дутье в доменные печи подают по воздухопроводу от компрессоров воздуходувной станции к воздухонагревателям. Каждая доменная печь имеет три или четыре воздухонагревателя, которые располагают в линию на одном фундаменте рядом с печью.

Большая часть доменных печей имеет воздухонагреватели со встроенной камерой горения. Во внутреннем пространстве воздухонагревателя размещена камера горения круглого или эллипсовидного сечения, остальной внутренний объем заполнен насадкой. Насадка выложена из огнеупорного кирпича, поглощает тепло горячих продуктов сгорания и передает его воздуху в период нагрева дутья.

В последние годы печи чаще оборудуют воздухонагревателями с выносной камерой горения, которые позволяют нагревать дутье до более высоких температур.

Нагретое дутье из воздухонагревателей подается в кольцевой воздухопровод и из него к фурмам.

9. Производство металлизованного сырья. Способы прямого восстановления железа

Металлизованное сырье получается в результате прямого восстановления руд.

Способы прямого восстановления железа:

1) восстановление железа из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями.

Восстановление окатышей производится в шахтной печи, в которой горячий восстановительный газ реагирует в противотоке с оксидами железа концентрата.

Существует шесть основных процессов металлизации: «ХиЛ-I», «Мидрекс», «Пурофер», «Армко», «НСК» и «ХиЛ-Ш». Наибольшее развитие получили процессы «ХиЛ-Ш» и «Мидрекс».

2) восстановление железа в кипящем железистом шлаке (жидкофазное восстановление).

3) получение из чистых железных руд карбида железа.

10. Технологический процесс получения металлизованного сырья на Оскольском электрометаллургическом комбинате

1) Производство офлюсованных окисленных окатышей.

Цех окомкования и металлизации (ЦОиМ) производит частично офлюсованные окисленные окатыши из железорудного концентрата Лебединского ГОКа, транспортируемого на ОЭМК по пульпопроводу. В отделении окомкования из пульпы на дисковых вакуумных фильтрах получают кек (влажный концентрат), который после присадки связующего и флюсующего материалов транспортируется к смесителю, а затем к окомкователям для получения сырых окатышей. Обжиг окатышей производят на конвейерной машине. Окисленные окатыши по транспортерам поступают в шахтные печи отделения металлизации.

2) Производство металлизованных окатышей.

Отделение металлизации производит металлизованные окатыши из окисленных окатышей по технологии «MIDREX» - нагретым восстановительным газом, полученным из природного газа после его конверсии в реформерах. В цехе имеются четыре установки металлизации, на которых производятся металлизованные окатыши, которые передают в электросталеплавильный цех комбината и отгружают другим металлургическим заводам.

3) Из цеха металлизации окатыши по транспортерам поступают в электросталеплавильный цех (ЭСПЦ), где в электродуговых печах из них выплавляют сталь.

11. Принцип работы шахтной печи металлизации окатышей

По системе транспорта сырья окисленные окатыши подаются в промежуточный бункер шахтной печи, откуда они самотеком через загрузочную трубу поступают в зону восстановления шахтной печи, где и восстанавливаются газом по химическим реакциям:

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Восстановительный газ выходит из зоны восстановления шахты печи, окисленным до СО2, в составе колошникового газа, очищается от пыли и охлаждается в скруббере. После охлаждения, колошниковый газ разделяется на два потока: технологический и топливный газы.

Технологический газ смешивают с подогретым очищенным газом, смесь подогревают в рекуператоре и подают в реформер. Тепло для нагрева газовой смеси выделяется за счет сжигания топливной части колошникового газа.

Конвертированный природный газ с заданной температурой поступает в зону восстановления шахтной печи через фурменные отверстия.

Металлизованные окатыши из зоны восстановления через питатели постоянного действия ППД поступают в зону охлаждения печи, где их температура снижается охлаждающим газом.

Выгрузка металлизованных окатышей из печи производится маятниковым разгрузочным устройством МРУ, расположенным в нижней части печи.

Металлизованные окатыши распределяют в три бункера хранения продукта перед электростале-плавильным цехом комбината и в три бункера промежуточного хранения перед отгрузкой потребителям (на установке отгрузки окатышей установлено еще два бункера).

12. Стали. Классификация и маркировка сталей. Термообработка сталей. Механические испытания сталей

Классификация:

1) По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами.

2) По назначению можно выделить следующие группы сталей:

а) Конструкционная сталь. Может быть как простой углеродистой, так и легированной (например, марганцовистая сталь, хромистая сталь).

б) Топочная и котельная сталь - низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок.

в) Сталь для железнодорожного транспорта - рельсовая, осевая. Это среднеуглеродистая сталь.

г) Подшипниковая сталь - для изготовления шариковых и роликовых подшипников.

д) Инструментальная сталь - для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования.

3) По характеру застывания стали различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали.

4) По качеству стали делят: сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную.

Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей.

5) По химическому составу: углеродистые (в том числе низко-, средне-, высокоуглеродистые), низколегированные, легированные.

Установлены единые условные обозначения химического состава стали:

Элемент С Mn Si Cr Ni Mo W V Al Ti

Обозначение УГСХНМВФЮТ, т. е. углерод обозначается буквой У, никель - Н и т. д.

Маркировка стали: Например, марка 12X2H4A.

Цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей - в десятых долях процента). Буквы обозначают наличие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствующих элементов в %. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной.

Марка I2X2H4A означает, что это высококачественная сталь, содержащая 0,12% углерода, 2% хрома и 4% никеля.

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначают: Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.

Качественные углеродистые стали обозначают: 10, 20, 45 и т.д. Цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента.

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У (У7, У10, У12 и т.п.). Цифры после буквы У указывают на содержание углерода в десятых долях процента.

Термообработка стали: Для повышения механических свойств, коррозионной стойкости и жаропрочности стали подвергаются упрочняющей термической обработке, состоящей из операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов.

Механические испытания сталей:

· Испытание на растяжение.

Для этого вида испытания изготовляют стандартные образцы. Испытания проводят на специальной машине путем осевого растяжения образца до разрыва, с автоматической записью диаграммы зависимости деформации от нагрузки.

· Испытание на изгиб.

Образцы для испытания вырезают из листа без обработки поверхностного слоя и подвергают пробе на изгиб на прессе или в тисках.

· Испытание на удар.

Производится на специальных маятниковых копрах с применением стандартных образцов с надрезом.

Определяется способность работы металла в условиях динамических нагрузок или хрупкость.

13. Производство стали

Выплавку стали осуществляют в мартеновских печах, в конвертерах и электропечах.

Основными материалами для производства стали являются:

- передельный чугун;

- стальной лом (скрап).

Состав стали отличается от чугуна пониженным содержанием углерода и примесей. Поэтому сущностью передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем окисления их и удаления в шлак.

Выплавка стали осуществляется в несколько этапов:

1) Расплавление шихты и нагрев жидкого металла. Начинается интенсивное окисление железа, т. к. оно содержится в наибольшем количестве в чугуне и окисляется в первую очередь. Одновременно начинают окисляться примеси кремния, фосфора, марганца. Наиболее важная задача этого этапа - удаление фосфора.

2) Этап начинается по мере прогрева металлической ванны до более высоких температур. При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода. Для окисления углерода на этом этапе в металл вводят значительное количество руды, окалины или вдувают кислород. В этот же период создаются условия для удаления серы из металла в шлак.

3) Раскисление и, если требуется, легирование стали. Раскисление - удаление из металла растворенного в нем кислорода. В готовой стали кислород является нежелательной примесью, т. к. понижает механические свойства стали. В качестве раскислителей используют марганец, кремний, алюминий.

Легированием называют процесс введения в сталь специальных (легирующих) элементов с целью получить так называемую легированную сталь с особыми физико-химическими или механическими свойствами.

14. Организация сталеплавильного производства: механизмы для транспортировки и хранения чугуна (миксеры), подготовка и состав скрапа, виды футеровки, назначение флюсов и легирующих

Жидкий чугун к сталеплавильным агрегатам подают двумя способами - с использованием стационарных миксеров и в миксерных ковшах (передвижных миксерах).

При первом способе чугун из доменного цеха на чугуновозах по железнодорожным путям доставляют в миксерное отделение, в котором установлено один-три стационарных миксера. Миксер представляет собой сосуд бочкообразной формы с кожухом из стального листа, футерованый изнутри. В верхней части миксера расположен люк для заливки чугуна, в боковой части имеется носок для слива чугуна. По мере надобности порцию чугуна сливают через сливной носок в заливочный ковш, который транспортируют к конвертерам.

При втором способе доставки чугун из доменной печи выпускают в миксерный ковш через горловину, затем ковш транспортируют в переливное отделение конвертерного цеха. Здесь по мере надобности порцию чугуна из миксерного ковша сливают через горловину в заливочный ковш, который транспортируют к конвертеру и далее заливают из него чугун в конвертер.

Скрап: К лому предъявляется требование о недопустимости высокого содержания фосфора, серы, примесей цветных металлов и ржавчины. Ограничивают максимальный размер кусков лома. Для приведения лома в состояние, удобное для использования, применяют специальное оборудование: прессы, дробилки, печи для обжига (с целью удаления кусков дерева, пластмасс, масел и других загрязнений).

Виды футеровки:

1) по применению - футеровки конвертеров, дуговых сталеплавильных печей, сталеразливочных и промежуточных ковшей.

2) по виду материала:

- основная футеровка - выполнена из основных огнеупорных материалов в виде кирпича или пластичных масс;

- кислая футеровка - выполнена из кислых огнеупорных материалов;
- набивная футеровка - из пластичной огнеупорной массы.

Флюсы служат для придания легкоплавкости пустой породы руды и получения жидкоподвижного шлака.

Легирующие элементы применяются с целью получить легированную сталь с особыми физико-химическими или механическими свойствами.

15. Организация кислородно-конвертерного производства. Получение стали в кислородном конвертере, периоды плавки

Периоды плавки:

а) загрузка металлолома;

б) заливка чугуна;

в) продувка кислородом;

г) выпуск стали;

д) слив шлака.

Существует три вида конвертеров: с донной продувкой, верхней и комбинированной. В настоящее время наиболее распространенными в мире являются конвертеры с верхней продувкой кислородом.

Перед плавкой конвертер наклоняют, загружают через горловину металлолом (скрап) и заливают чугун при температуре 1250 - 1400 °C. После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят фурму и через нее подают кислород. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, бокситы, железную руду для образования шлака.

В зоне контакта кислородной струи с чугуном интенсивно окисляется железо. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный в металле кислород окисляет примеси, и содержание их в металле понижается.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному.

Фурму из конвертера удаляют, металл и шлак сливают в ковши. Одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки.

Общая длительность плавки в конвертерах емкостью 50 - 350 тонн составляет 30 - 50 минут.

Недостатки: повышенный расход огнеупоров и высокий угар металлов.

16. Конструкция кислородного конвертера. Особенности его автоматизации

Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы из стального листа толщиной 30-90 мм, футерованный огнеупорным кирпичом. Средняя часть корпуса конвертера цилиндрической формы, стены ванны сферической формы, днище плоское, верхняя часть конической формы. В конвертерах емкостью до 150 т днище отъемное, крепят его к корпусу болтами, что облегчает ремонтные работы. При емкости 250-350 т конвертер делают глуходонным. Корпус конвертера крепят к специальному опорному кольцу, к которому приваривают цапфы. Одна из цапф через зубчатую муфту соединена с механизмом поворота, который позволяет вращать конвертер вокруг горизонтальной оси.

Подача кислорода в ванну конвертера для продувки металла осуществляется через специальную фурму, вводимую в горловину конвертера.

Автоматизация:

Конвертерные цеха оборудуют автоматизированной системой управления (АСУ), составной частью которой является автоматизированная система управления технологическим процессом плавки в кислородном конвертере (АСУ ТП "Плавка").

Основные задачи: расчет расхода шихтовых материалов и кислорода, выработка управляющих воздействий для регулирования хода продувки и точное определение момента окончания продувки при заданном содержании углерода в металле.

Существующие АСУ ТП работают в статическом или динамическом режиме управления процессом.

При работе в статическом режиме расчеты выполняются по статической математической модели процесса, которая учитывает только известные до начала плавки исходные данные построена на использовании только известной до начала плавки информации о составе и температуре чугуна, составе шлакообразующих материалов, требуемых составе и температуре стали. На основании этих данных по заданной программе ЭВМ рассчитывает параметры плавки. Однако точность выдаваемых ЭВМ рекомендаций невелика.

При работе в динамическом режиме ЭВМ выполняет расчеты по динамической модели процесса, которая учитывает как исходные данные, так и получаемую по ходу продувки текущую информацию о параметрах процесса. С учетом этих дополнительных данных обеспечивается полная автоматизация управления ходом плавки.

17. Мартеновское производство

Мартеновское производство - производство в мартеновских печах литой стали путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов - чугуна, стального лома, железной руды и флюсов.

Шихта мартеновских печей подразделяется на:

- металлическую часть (чугун, стальной лом, раскислители и легирующие добавки).

- неметаллическую (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит, плавиковый шпат). Железная руда и мартеновский агломерат применяются в качестве окислителей и флюса, способствующего ускоренному формированию активного шлака. Известняк, известь, боксит, плавиковый шпат служат для формирования шлака необходимого состава, обеспечивающего протекание окислительных реакций, удаление вредных примесей и нагрев металла.

В мартеновском процессе тепла, выделяющегося в результате химических реакций окисления, недостаточно для проведения плавки. Поэтому в печь дополнительно подаётся тепло, получаемое в результате сжигания топлива в рабочем пространстве. Топливом служат природный газ, мазут, коксовый и доменный газы.

В мартеновской плавке различаются обычно следующие периоды:

а) Заправка печи. Забрасываются огнеупорные материалы, такие как дробленый доломит и магнезитовый порошок.

б) Завалка и прогрев шихты.

в) Заливка жидкого или завалка твёрдого чугуна.

г) Плавление. Осуществляется подача в печь топлива и продувка кислородом.

д) Кипение. В результате реакции окисления растворённого в жидком металле углерода образуются пузырьки окиси углерода, которые перемешивают нижние слои металла с верхними и ускоряют процесс нагрева всего объёма металла. Происходит окончательное доведение металла до требуемых температуры и химического состава.

е) Раскисление и легирование. Происходит снижение кислорода в стали и внедрение легирующих веществ. Добавление тех или иных веществ зависит от марки выплавляемой стали.

ж) Выпуск металла из печи. Со стороны задней стенки пробивают отверстие; металл по жёлобу стекает в установленный под ним ковш.

Преимущества: Подходит для различных масштабов производства. Требования к исходному сырью менее строгие, а качество получаемой стали - высокое. При этом управление ходом плавки не является сложным.

Недостатки: Периодичность процесса плавки, сложность оборудования, более высокая стоимость выплавляемой стали.

18. Электросталеплавильное производство. Периоды плавки

Периоды плавки:

1) заправка печи. На поврежденные участки набивки пода забрасывают магнезитовый порошок, что позволяет поддерживать постоянной толщину изнашивающегося слоя набивки.

2) загрузка шихты. Шихта на 90-100 % состоит из стального лома. Для повышения содержания углерода в шихту вводят чугун (< 10 %), а также электродный бой или кокс. Чтобы совместить удаление части фосфора с плавлением шихты в завалку рекомендуется давать 2-3 % извести.

3) плавление. Электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта плавится, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте "колодцы" и достигая крайнего нижнего положения. Таким образом, проплавляют девять колодцев.

Во время плавления происходит окисление составляющих шихты, формируется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы.

4) окислительный период. Для уменьшения вредных примесей используют для их окисления либо железную руду, либо газообразный кислород.

5) восстановительный период. Осуществляется раскисление металла, удаление серы, доведение химического состава стали до заданного, корректировка температуры.

6) выпуск стали.

Преимущества: Использование для нагрева металла электрической энергии. Возможность нагрева металла с большой скоростью до высоких температур. Возможность вводить в печь большие количества легирующих добавок, плавно и точно регулировать температуру металла, более полно раскислять металл, получая его с низким содержанием примесей. Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома.

19. Конструкция дуговой электросталеплавильной печи

руда плавка металлизированный доменный

Дуговая электропечь состоит из рабочего пространства с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты. Плавку стали ведут в рабочем пространстве печи, ограниченным куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. В съемном своде расположены три цилиндрических электрода, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх или вниз, автоматически регулируя длину дуги. Печь питается трехфазным переменным током.

Шихтовые материалы загружают на под печи сверху в открываемое рабочее пространство. После их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев шихты осуществляется за счет тепла электрических дуг, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.

Для управления ходом плавки в печи имеются рабочее окно и отверстие для выпуска по желобу готовой стали (летка). С помощью поворотного механизма печь может наклоняться в сторону сталевыпускного отверстия или рабочего окна.

Вместимость дуговых печей может составлять 0,5 - 400 т.

20. Разливка стали: основные способы и оборудование

а) разливка в изложницы. Подразделяется на разливку сверху и сифоном.

При разливке сверху сталь непосредственно из сталеразливочного ковша поступает в изложницы, устанавливаемые на чугунных плитах - поддонах. После заполнения каждой изложницы стопор или шиберный затвор ковша закрывают, ковш транспортируют к следующей изложнице, вновь открывают стопор и после заполнения сталью новой изложницы цикл повторяют. Иногда при разливке сверху применяют двухстопорные ковши, что позволяет одновременно заполнять две изложницы.

При сифонной разливке, основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько (от двух до шестидесяти) изложниц. Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне центровую, а из нее по футерованным каналам поддона в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц стопор (шиберный затвор) закрывают и ковш транспортируют к следующему поддону и т.п.

б) непрерывная разливка.

Жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на куски определенной длины.

Комплекс оборудования для непрерывной разливки стали называют машиной непрерывного литья заготовок МНЛЗ.

Основные преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы:

1) существенно повышается выход годного металла;

2) удешевляется производство в целом, т. к. исключаются два энергоемких этапа технологического процесса - прокатка слитков на обжимных станах и нагрев слитков перед прокаткой;

3) повышается качество металла;

4) уменьшаются затраты ручного труда и улучшаются условия труда при разливке;

5) создаются условия для автоматизации процесса разливки.

21. Фасонная разливка сталей

Литые детали изготовляют путем отливки расплавленного металла в формы.

Основные способы:

§ в разовых песчаных формах;

§ специальными видами литья, обеспечивающими повышенную точность. Имеется более чем 50 способов специальных видов литья, основными из которых являются:

- литье в металлические формы (кокильное литье). Формы изготовляют из чугуна, стали и других сплавов. Это формы многократного использования. Металл заполняет формы под действием силы тяжести. Заливка жидкой стали в кокиль производится через питатель, после затвердевания отливки выбивают;

- литье под давлением. Металл заполняет формы под давлением, создаваемым поршневой системой;

- центробежное литье, осуществляемое путем заливки жидкого металла во вращающуюся форму с последующим охлаждением;

- литье по выплавляемым моделям. Применяется тогда, когда стальное литье трудно поддается резанию;

- литье в оболочковые формы (корковое литье). Подогретая металлическая модель обсыпается специальной смесью песка и пульвербакелитовой смолы. При спекании этой смеси на модели образуется корка. Две приготовленные таким образом полуформы соединяются и образуют литейную форму для отливки изделия.

22. Разливка стали в песчано-глинистые формы

Литье в разовые песчано-глинистые формы является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок. Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках - опоках по моделям.

Внешнее очертание отливок соответствует углублениям формы, отверстия получают за счет стержней, вставляемых в полость формы.

Обычно разовые формы изготовляют из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину.

Технологический процесс изготовления отливки:

1) подготовка модельного комплекта: моделей, стержневых ящиков, сушильных плит и т. д.

2) подготовка материалов для изготовления литейной формы. Это пески, связующие и специальные добавки.

3) формовка - процесс изготовления литейных форм. Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, тальком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой поверхности отливки. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой устанавливают стержень. Стержни получают с помощью ящиков или шаблонов. Готовые стержни сушат в специальных печах для увеличения их прочности. Затем форму собирают, скрепляют опоки болтами или скобами и подают на заливку жидким металлом.

4) заливка формы металлом. При заливке жидкий металл поступает в полость формы по литниковым каналам.

5) После затвердевания и охлаждения металла форму разрушают и освобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники и поверхность отливки очищают от формовочной смеси.

Недостатки: форма изготовляется только на одну отливку, точность отливки недостаточна.

23. Основные виды МНЛЗ, их достоинства и недостатки

а) с вытягиванием слитка из кристаллизатора. В зависимости от направления движения отливаемого слитка различают установки вертикального, криволинейного, радиального и горизонтального типов.

Общий недостаток: из-за трения возникают разрывы затвердевающей оболочки движущегося слитка, что ограничивает скорость разливки.

Недостатки вертикальных МНЛЗ - большая высота, что требует сооружения глубоких колодцев и высоких зданий.

Преимущества криволинейных и радиальных МНЛЗ: меньшая высота, что снижает стоимость сооружения МНЛЗ и здания цеха; возможность повышения скорости разливки; возможность резки слитка на куски большой длины.

б) без скольжения слитка в кристаллизаторе. Основные разновидности МНЛЗ подобного типа:

- барабанные и одноленточные с подачей жидкого металла на поверхность вращающегося барабана (валка) или движущейся ленты;

- двухвалковые, когда металл подают в зазор между двумя вращающимися валками;

- двухленточные когда металл подают в зазор между двумя движущимися непрерывными лентами;

- барабанно-ленточные (роторные), когда металл льют в зазор между вращающимся барабаном и движущейся лентой.

Общее достоинство: благодаря отсутствию трения между слитком и кристаллизатором скорость движения отливаемого слитка значительно выше, чем на МНЛЗ со скольжением.

24. Конструкция машины непрерывного литья заготовок, принцип работы

МНЛЗ с вытягиванием слитка из кристаллизатора:

Промежуточный ковш обеспечивает подвод жидкого металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор.

Кристаллизатор обеспечивает быстрое формирование достаточно толстой и прочной корки слитка. Стенки кристаллизаторов делают водоохлаждаемыми, а внутреннюю их часть, соприкасающуюся с жидким металлом, выполняют из меди. Применяют кристаллизаторы трех типов: блочные, гильзовые и составные. Подвод и отвод воды к каналам медных стенок осуществляют либо по кольцевым трубам, охватывающим верх и низ кристаллизатора, либо по каналам в стальных плитах.

Механизм качания кристаллизатора обеспечивает в течение всей разливки возвратно-поступательное движение кристаллизатора вверх-вниз вдоль отливаемого слитка, что необходимо для предотвращения отрыва верхней части корки от движущегося слитка.

Оборудование зоны вторичного охлаждения состоит из охлаждающих и опорных устройств. Охлаждающие устройства представляют собой систему трубопроводов с запорными и регулирующими устройствами и многочисленными форсунками.

Тянущее устройство. Представляет собой одну-две тянущих клети, каждая из которых состоит из двух или трех пар валков, соединенных с приводом и прижимаемых к слитку гидроцилиндрами.

Устройство для резки слитка на куски определенной длины (заготовки) представляет собой газорезку.

Принцип работы:

Из сталеразливочного ковша сталь поступает в промежуточный ковш, а из него в кристаллизатор. После выхода из кристаллизатора слиток с жидкой сердцевиной движется через зону вторичного охлаждения. За зоной вторичного охлаждения расположена одна или две тянущие клети, которые обеспечивают вытягивание и регулирование скорости движения слитка, а также предотвращают проскальзывание слитка вниз. Ниже тянущих клетей движущийся слиток разрезают на куски мерной длины с помощью газорезки. Отрезанные заготовки падают в корзину (тележку).

МНЛЗ без скольжения слитка в кристаллизаторе:

Работа и устройство МНЛЗ этого типа основана на том, что рабочая поверхность кристаллизатора перемещается вместе со слитком в начальный момент его формирования, что исключает их взаимное скольжение и возникновение трения. Отличие данной конструкции от предыдущей состоит в том, что жидкий металл поступает из промежуточного ковша на поверхность вращающегося вокруг горизонтальной оси охлаждаемого барабана или сверху в зазор между двумя охлаждаемыми валками или лентами. Таким образом, роль кристаллизатора выполняют (в зависимости от разновидности МНЛЗ) барабан, валки или ленты.

25. Агрегаты обеспечения экологической безопасности в металлургии

Защита воздушного бассейна:

1) газоотводящие тракты;

2) котлы-утилизаторы;

3) пылеулавливающие устройства (газоочистки);

4) устройства для эвакуации газов;

5) зонты. Рекомендуется установка отсасывающих зонтов над летками, зонтов - кабин над местами слива чугуна и шлака из желобов в ковши с отсосом газов от этих устройств в рукавные фильтры для последующей их очистки от пыли.

Места пересыпки материалов (с конвейеров, из бункеров и др.) заключают в укрытия, из которых газы отводят в газоочистку.

Защита водного бассейна:

Обеспечивается создание регенерирующих, очистных и охлаждающих устройств для внедрения оборотных, замкнутых и бессточных систем водоснабжения, снижающих потребление воды и исключающих загрязнение водоемов.

Утилизация шлаков:

Переработка и использование шлаков (и уловленной плавильной пыли) в настоящее время представляет собой самостоятельную подотрасль металлургического производства.

26. Обработка металлов давлением: виды, оборудование. Пластическая деформация металлов

Виды обработки:

§ прокатка. Оборудование - прокатный стан.

§ волочение. Оборудование - волочильный стан.

§ прессование. Оборудование - гидравлические или механические прессы.

§ ковка. Оборудование - кузнечный инструмент.

§ объемная и листовая штамповка. Оборудование - штампы, молоты, прессы, горизонтально-ковочные машины.

Основными механизмами пластической деформации являются:

- внутризеренное скольжение;

- двойникование;

- взаимное перемещение и поворот зерен.

При пластической деформации происходит измельчение зерен металла, ориентация зерен вдоль преимущественного направления деформации искажаются и заклиниваются плоскости скольжения, возникают напряжения между отдельными зернами, частями металла и др. Эти изменения приводят к тому, что пластические характеристики металлов и сплавов уменьшаются, а прочностные свойства (предел текучести, предел прочности) возрастают.

27. Волочение и прессование

Волочение - процесс протягивания прутка или проволоки через отверстие в волоке (матрице). Волочение проводят на волочильных станах для получения тонкой и тончайшей проволоки, калибрования прутков и труб круглого и фасонного сечения из стали и цветных металлов.

Прессование - процесс, в результате которого металл выдавливают через круглое или фасонное очко в матрице. Прессование производят на гидравлических или механических прессах.

28. Свободная ковка, горячая объёмная и холодная листовая штамповка

Ковка металла заключается в обжатии заготовки между верхним и нижним бойками с применением разнообразного кузнечного инструмента. Различают свободную ковку (металл течет в стороны) и ковку в штампах (металл принудительно должен заполнять полость штампа). Ковку применяют для изготовления болтов, скоб, хомутов и т. п.

Штамповка - это процесс деформации металла в штампах. Различают объемную и листовую штамповку.

При объемной штамповке предварительно нагретую заготовку деформируют в замкнутой полости штампа на молотах, прессах или горизонтально-ковочных машинах.

Листовая штамповка состоит в деформации в холодном состоянии листовой исходной заготовки в штампе, имеющем матрицы с прижимным кольцом и пуансон.

29. Прокатное производство

Прокатка - самый распространенный вид горячей обработки стали. Металл обжимают между двумя валиками прокатного стана, вращающимися в разные стороны, в результате происходит обжатие заготовки и увеличение ее длины и ширины. После такой обработки можно получить прокат различной формы и размеров. Если необходима значительная деформация сечения, то повторяют прокатку изделия до 10-15 раз, а во избежание холостых пробегов слитка применяют дополнительные валки, обеспечивающие прокатку и при обратном ходе слитка. Станы, в которых при обратном направлении движения валков заготовка движется в обратном направлении, называют реверсивными.

Наиболее совершенными станами являются непрерывные, в которых рабочие клети с обжимными валками устанавливают последовательно одну за другой и прокатываемая полоса попадает из одной клети в другую.

В зависимости от формы всю прокатную продукцию подразделяют на виды:

§ сортовой прокат;

§ листовой прокат;

§ трубы;

§ специальные профили проката.

Этапы:

1) Подготовка слитков или заготовок к прокату - удаление различных поверхностных дефектов.

2) Нагрев слитков или заготовок в печах.

3) Горячая прокатка.

4) Охлаждение. Ведется в штабелях или на холодильниках, для некоторых видов проката - в специальных термических устройствах.

5) Термическая обработка.

6) Отделка проката. Включает операции: правка, резка, зачистка дефектов, маркировка.

30. Формирование профиля изделия при прокатке. Схема калибровки

Форма поперечного сечения называется профилем. Прокаткой получают простые (круг, квадрат, полоса и др.) и сложные (рельсы, балки, уголки и др.) по форме виды проката.

Калибровкой решаются следующие задачи: установление числа пропусков через валки; установление формы и размеров поперечного сечения после каждого пропуска; последовательность чередования форм полосы.

При каждом пропуске через валки уменьшается площадь поперечного сечения полос и придается грубая форма конечному прокату.

Для получения необходимой формы проката на боковой поверхности валка нарезаются кольцевые проточки различной формы, называемые ручьем. Ручьи двух валков образуют калибр. Система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение требуемого профиля заданных размеров, называется калибровкой.

На валках клетей нарезаются ручьи калибров, предназначенных для подготовки и получения круглого, квадратного и углового профилей.

31. Оборудование прокатного цеха

Основное оборудование состоит из одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагается два вида устройств: рабочие клети (одна или несколько) и линия привода, включающая двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели.

Прокатные валки установлены в рабочей клети. В качестве двигателя прокатного стана применяют двигатели постоянного и переменного тока. Шестеренная клеть предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам. Редуктор используется для изменения чисел оборотов при передаче движения от двигателя к валкам.

Вспомогательное оборудование подразделяют на две основные группы: транспортную, выполняющую операции по перемещению металла, и обрабатывающую, работа которой связана с операциями по отделке проката.

К транспортной группе агрегатов и механизмов относятся слитковозы, рольганги, холодильники, манипуляторы, кантователи, поворотные и подъемные механизмы.

К обрабатывающей группе агрегатов и механизмов относятся ножницы, пилы, правильные механизмы и прессы, моталки, разматыватели и др.

Для термической обработки готового проката применяются агрегаты и линии для термической обработки листов, устройства и линии для термического упрочнения арматурной стали и мелких фасонных профилей в потоке станов и др.

32. Прокатная клеть: типы, конструкция

Типы клетей по количеству валков:

§ двухвалковые;

§ трехвалковые;

§ четырехвалковые;

§ многовалковые (6-ти,12-ти, 20-валковые);

§ планетарные.

Типы клетей по расположению валков:

§ с горизонтальными валками;

§ с вертикальными валками;

§ универсальные (с горизонтальными и вертикальными валками).

Конструкция:

Основными элементами рабочих клетей являются станина, валки, подшипники, подушки, механизмы для установки и уравновешивания валков.

- Две станины, соединенные стяжными болтами, образуют основу рабочей клети. Каждая станина состоит из двух стоек, верхней и нижней поперечин.

- Валки являются основным рабочим инструментом прокатного стана, в них непосредственно осуществляется деформация металла.

- Подшипники. Валки прокатных станов устанавливаются в подшипниках, которые размещаются на шейках прокатных валков.

- Подушки. Подшипники прокатных станов размещаются в подушках, представляющих собой специальные стальные отливки. Подушки предназначены для сохранения точного положения валков.

- Механизм вертикальной и осевой установки валков. В процессе прокатки валки должны занимать определенное положение в рабочей клети. С этой целью и используется данный механизм.

- Уравновешивающее устройство. Для уравновешивания верхнего валка применяют грузовое, пружинное и гидравлическое устройства. Грузовое уравновешивающее применяют при перемещении верхнего валка на большую высоту. Пружинное уравновешивающее устройство применяется на заготовочных, сортовых, проволочных, листовых двух - и трехвалковых и ленточных четырехвалковых станах.

33. Технология получения труб

Способ получения труб определяется видом труб.

Горячедеформированные трубы получают семью способами горячей прокатки и способом прессования.

Каждый из способов горячей прокатки включает:

1) подготовку исходной заготовки к прокату;

2) нагрев заготовки. Производится в кольцевых печах;

3) прошивку сплошной заготовки в толстостенную гильзу. Осуществляется в прошивных станах, прошивных прессах или пресс - валковых станах, после которых станы - удлинители выполняют предварительную раскатку гильз.

4) раскатку гильзы в черновую трубу - обжатие гильзы по диаметру и толщине стенки. Производится в станах продольной или винтовой прокатки.

5) калибрование черновой трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки. Осуществляется в системе круглых калибров в непрерывном стане продольной прокатки или 3-2-валковом стане винтовой прокатки.

Холоднодеформированные трубы получают периодической прокаткой и волочением.

Классификация станов, выполняющих эти способы деформации:

- станы холодной прокатки труб (валковые и роликовые);

- волочильные станы (линейные и барабанные).

Сварные трубы производятся с применением различных способов формовки трубной заготовки и сварки ее кромок.

Способы электросварки: высокочастотная, дуговая под слоем флюса, сварка постоянным током методом сопротивления, газоэлектрическая сварка.

34. Стан непрерывной прокатки: принцип работы и состав оборудования

Стан непрерывной прокатки - это металлопрокатный стан, в котором рабочие клети с обжимными валками устанавливают последовательно одну за другой и прокатываемая полоса попадает из одной клети в другую. На этих станах клети расположены последовательно, в каждой клети осуществляется один проход и раскат одновременно находится в нескольких клетях. Непрерывные станы применяют как заготовочные, листовые (горячей и холодной прокатки), сортовые и проволочные. Привод валков непрерывных станов может быть групповым или индивидуальным.

35. Оборудование отделки проката

При производстве готового проката в настоящее время в прокатных цехах эксплуатируются агрегаты отделки проката. Слябы (плоская заготовка крупных сечений) подаются на подъемно - опускающийся стол, сталкиваются сталкивателем на рольганг, выравниваются направляющими линейками и поступают на транспортер, который транспортирует их через группу шлифовально-обдирочных станков. За один проход через станки с верхней поверхности слябов снимается слой металла толщиной 0,5 мм. Затем сляба кантуется кантователем и зачищается другая сторона слябы.

...