Проект совершенствования выплавки стали марки 35ХМ с применением легирования через трайп-аппарат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введения

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали.

Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ как не один другой приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов - хрома никеля», марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония других, придающих стали особые физические свойства.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны главным образом с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в самом нагреваемом металле, либо в непосредственной близости от его поверхности.

Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать большую мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, в отдельных случаях вплоть до температуры кипения. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавки довольно легко поддаются контролю и регулированию.

В отличие от мартеновского и конвертерного процессов выделение тепла в электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавка может быть осуществлена в любой атмосфере - окислительной, восстановительной или нейтральной , и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, при атмосферном или избыточном давлении . Изменяя состав атмосферы и давление газовой фазы, можно менять в нужную сторону условия протекания окислительно - востоновительных процессов, производить па ходу плавки вакуумирование металла или насыщать его тем или иным элементом из газовой фазы.

Лучше других агрегатов электропечь приспособлена и для переработки металлического лома. Вся шихта в электропечь может быть загружена в один или два приема, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не вызовет затруднений в ее расплавлении. Период плавления в электропечах значительно короче, чем в мартеновских печах, работающих скрап - процессом.

В электропечах легка выплавлять сталь из восстановленного железа которое можно загружать в один-два приема или непрерывно подавать в печь с помощью дозирующих устройств, контролируемых электронными вычислительными машинами.

В электропечах легко использовать энергию атомных электростанций, что в недалеком будущем будет иметь важное значение. Работа электрических печей легко поддается автоматизации.

Следовательно, электропечи - это агрегаты, соответствующие высокоавтоматизированным заводам будущего. Трайб - аппараты - важный элемент металлургического оборудования. Используются не только в сталелитейном производстве в составе металлургического оборудования, но и для некоторых других процессов по обработке металла.

Тема дипломного проекта: «Проект совершенствования выплавки стали марки 35ХМ с применением легирования через трайп-аппарат».

1 Общая часть

1.1 Характеристика стали марки 35ХМ ГОСТ4573 - 71

Сталь конструкционная жаропрочная легированная.

Применяется для изготовления валов, шестерней, шпинделей, шпилек, фланцев, дисков, покрышек, штоков и другие ответственных деталей, работающих в условиях больших нагрузок и скоростей при температуре до 450-500 °С.

Химический состав стали марки 35 Хм представлен в таблице 1

Химический состав в % материала 35ХМ

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	Cu
0.32-0.4	0.17-0.37	0.4-0.7	до 0.3	до 0.035	до  0.035	0.8-1.1	0.15-0.25	до 0.3

Механические свойства стали марки представлены в таблице 2

Таблица - 2 Механические свойства при Т=20oС материала 35ХМ.

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Поковки	max толщина 100	Прод.	950	750	13	42	650	Закалка 850-880oC, масло, Отпуск 585-650oC,
Поковки	max толщина 120	Прод.	900	710	13	42	650	Закалка 850-880oC, масло, Отпуск 585-650oC,
Поковки	max толщина 150	Прод.	800	600	14	45	650	Закалка 850-880oC, масло, Отпуск 585-650oC,
Поковки	max толщина 200	Прод.	700	500	16	45	600	Закалка 850-880oC, масло, Отпуск 585-650oC,

Твердость материала 35хм после отжига, НВ 10-1 = 241 МПа

Температура критических точек стали 35хм

-Ас1=755;

-Ас3(Асm)=800;

-Аr3(Аrm)=755;

-Аr1 =695.

Физические свойства приведены в таблице 3

Таблица 3 Физические свойства материала 35ХМ

T	E 10-5	?106	?	?	C	R 109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.18			7820		328
100	2.16	12.3	40.6	7800	462	360
200		12.6	39.8	7770
300	2.05	12.9	38.5	7740		425
400	1.95	13.9	37.3	7700		523
500	1.86	14.4		7660		628
600		14.6

Технологические свойства материала 35ХМ

Свариваемость:	ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

Свариваемость:

без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

ограниченно свариваемая- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

1.2 Требования «качеству изделий из стали марки 35ХМ

Контроль качества стали предполагает проведение ряда операций и приемов, обеспечивающих заданный уровень качества металла в процессе его производства, а также оценку соответствия фактических потребительских характеристик и товарного вида готовой продукции требованиям стандартов.

По требованиям стандартов и технических условий, определение химического состава для конструкционных марок стали, содержание газов, макроструктуры прокаливаемости, величины аустенитного зерна проводится в заготовке и обычно не повторяется в готовом сорте. А в готовом сорте оценивают микроструктуру отожженной стали, излом, торцевую закалку, наличие волосовин, обезуглероживание и твердость металла, если это предусмотрено условиями НТД

В примерный объем контроля готовой продукции конструкционной стали

Входит: макроструктура, микроструктура, неметаллические включения, обезуглероживание , твёрдость, механические свойства, торцевая закалка, ступенчатая обточка, излом, зерно аустенита.

Среди дефектов микроструктуры конструкционных сталей широко распространены ликвационный квадрат, точечная неоднородность, и пятнистая ликвация.

Степень развития этих дефектов оценивается по шкалам ГОСТ 10243-75 в зависимости от интенсивности травления, степени замкнутости ширины контура дефекта. Другие дефекты макроструктуры встречаются реже.

Сталь марки 35ХМ более всего склонна к образованию флокинов

Флокины - светлые пятна в изломе в поперечном сечении. Причина их появления, выделение водорода, растворенного в стали

При быстром охлаждении от 200'С водород остаётся в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящие к образованию флокенов.

Методы устранения уменьшение содержание водорода при выплавке, снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования, и изотермический отжиг.

Продольные трещины

Трещины на поверхности слитка, идущие параллельно оси слитка, начинающиеся от головной или донной части слитка и имеющие различную длину и глубину. Появляются чаще всего в верхней части слитка

Причины возникновения.

Неравномерный, несимметричный теплоотвод и затвердевание. Сильно развитая - транскристаллизация и внутридендритная ликвация в краевой зоне, где напряжения, возникающие в процессе затвердевания и охлаждения, превышают прочность материала. Затруднение усадки из-за использования дефектных изложниц.

Мероприятия по снижению брака.

Разливка в атмосфере нейтрального газа - аргона. Это дорогой, но и наиболее эффективный метод защиты стали. Он может быть использован при отливке дорогих, легированных сталей

При этом либо всю изложницу помещают в камере, наполняемой аргоном, либо струю аргона подают так, чтобы она окружала струю стали и наполняла внутреннюю полость изложницы.

Разливка под слоем жидкого шлака. Это очень эффективный способ защиты стали от воздействия окружающей среды. Перед разливкой в изложницу кладут брикет или порцию порошка, состоящую из марганцевой руды, селитры, алюминия, магния, плавикового шпата, силикатного стекла, доменного шлака. При заполнении изложниц сталью брикет плавится, а его горючие составляющие возгораются. При этом поверхность слитка сверху и по стенкам изложницы покрывается слоем жидкого шлака, а газообразные продукты сгорания оттесняют воздух из изложницы.

Кроме того, сгорание смеси дает дополнительно тепло, которое обеспечивает необходимую скорость затвердевания прибыльной части Этот способ значительно улучшает качество поверхности слитка, уменьшается брак слитка и проката.

Показатели качества металлов и изделий оформляются документом, которые делятся на две основные группы.

Первая группа документов определяет технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТЫ, ТУ, наряд заказы и т. п, вторая характеризует качество изделий данной партии или марки: сертификат о качестве, акт проверки качества и т. д.

1.3 Влияние легирующих элементов

Углерод в соответствии с диаграммой состояния "железо-цементит" может образовать с железом твердый раствор а-Ре и цементит Fе3,С. Содержание цементита в сплавах можно оценивать прямо по диаграмме состояния, используя дополнительную шкалу абсцисс по содержанию цементита, как количество цементита в сталях пропорционально содержанию углерода.

Рисунок 1-Влияние углерода на механические свойства стали и сплавов

Влияние углерода на свойства сталей, в основном, определяется свойствами цементита и связано с изменением содержания основных структурных составляющих - феррита и цементита

Следовательно, при увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1% С повышает температуру порога хладноломкости на 20'С) и предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила.

При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величиям относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции.

Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических, таких как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение и других технологических операций, предупреждающих образование трещин.

Марганец (Mn) - как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает.

Однако марганец образует с железом твердый раствор и несколько повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. При высоком содержании марганца сталь приобретает исключительно большую твердость и сопротивление износу.

В присутствии марганца карбид железа Fе3С сильно обогащается марганцем.

Марганец в карбидах и твёрдом растворе содержится в отношении 1 :4. Марганец повышает устойчивость аустенита в перлитной и промежуточной областях, понижает температуру мартенситного превращения, увеличивает прокаливаемость стали, стабилизирует аустенит и повышает прочностные свойства стали.

Хром (Cr) - наиболее дешевый и распространенный элемент. Хром повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количество хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Вольфрам(W) - Легирующий элемент, повышающий износостойкость, обеспечивающий сохранение твердости стали при высоких температурах. Особенно широко используется в качестве легирующего элемента для легированной инструментальной стали, в частности для быстрорежущей стали. 

Молибден(Mo) - Предупреждает рост зерен и повышает способность к прокаливанию. Устраняет хрупкость процесса закалки. При медленном охлаждении после температуры отпуска в некоторых сплавах проявляется осадок карбидов на границах зерен, а это в свою очередь является причиной хрупкости.

Молибден устраняет эти негативные последствия. Кроме того, молибден увеличивает ползучесть, прочность и коррозионную стойкость стали. Является важным легирующим элементом в легированной инструментальной стали. 

В нержавеющей стали в значительной степени повышает устойчивость к коррозийным процессам, особенно точечной коррозии. В некоторых видах микро-легированной стали, молибден используется в качестве легирующего элемента, образующего нитрид или карбонитрид. 

Вредными примесями в стали является сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье-чугун. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали.

Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца благодаря высокой ликвации серы в стали мажет образоваться легкоплавкая эвтетика Fе - FеS (Т= 9880С)

Эвтектика располагается по границам зерен При нагреве стальных заготовок до температур горячей деформации включения эвтектики сообщают стали хрупкость, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины.

Марганец устраняет красноломкость, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620оС, что выше температуры горячей деформации.

Вместе с тем, сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталочную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.

Повышенное (до 0,2 %) содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления крепежных деталей неответственного назначения Сера улучшает обрабатываемость стали.

Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун Фосфор является вредной примесью, способной в количестве до 1,2 % растворяться в феррите. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность.

Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению Поэтому фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует их охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.

2. Специальная часть

2.1 Технология выплавки и разливки стали марки 35ХМ

Согласно ТИ сталь марки 35ХМ выплавляют

- переплавом легированных отходов

- переплавом кислородом;

- обработка на АКОС.

После выпуска металла в ковш необходимо сразу же произвести очистку откосов и поданы от остатков шлака и металла при помощи гребков, после чего приступить к заправке откосов и подины заправочным материалами.

Заправка откосов и подины не очищенных от остатков шлака и металла, запрещается. В качестве заправочных материалов необходима применять периклазовый (магнезитовый) порошок фракцией до 5 мм, обожженный доломит 0 ... 10мм.

При значительных повреждений откосов опюсов допускается их заправка смесью периклазового порошка и жидкого стекла в соотношении 10: 1.

При значительных повреждениях подины слой заправки следует покрыть слоем извести.

После заправки печи необходимо осмотреть состояние выпускного отверстия и принять меры к приведению их в надлежащее состояние, а также осмотреть состояние стен, свода и при необходимости, в дальнейшем произвести их ремонт.

Подготовка шихтовых материалов и их завалка

Корзины с металошихтой, переданные из шихтового пролета в печной пролет, должны быть приняты сталеварам соответствующей печи

В плавильной карте мастером шихтового пролёта должны быть записаны составляющие металлошихты, приготовленной на данную печь, и их масса.

Качество металлической шихты, легирующих, окислителей, шлакообразующих и заправочных материалов, используемых при выплавке стали, должно соответствовать требованиям нормативно - технической документации.

Не допускается к использованию шихта, загрязненная цветными металлами.

Максимальная масса кусков шихты, используемой на плавку, не должна превышать 10% от массы садки. Количество крупной шихты не должно превышать 40 % завалки

Количество стружки в шихте допускается не более 20% от массы шихты

При наличии тяжелой не промасленной стружки, обеспечивающей завалку шихты в один прием.

Шихта должна составляться из расчета получения по расплавлении содержания углерода, обеспечивающего окисление его при продувке кислородом не менее 0,25 %, содержания кремния - не менее 0,60 %.

В качестве шихты применяют отходы выплавляемой или близких по химическому составу марок стали, шихтовую заготовку, мягкое железо, листовую, обрез и другие углеродистые отходы слизким содержанием фосфора.

Легирующие материалы из шихтового пролёта должны подаваться на рабочую площадку в специальных коробках или мульдах, на которых должны быть указаны марка ферросплава и процентное содержание основного легирующего элемента.

Легирующие материалы, погруженные из тары в мульду, должны передавать сталевару вместе с сертификатом качества.

Легирующие материалы, предназначенные для присадки в жидкий металл, должны быть прокалены в нагревательной печи докрасна в течении 20 мин.

Не подлежат прокаливанию кусковые силикокальций, алюминий и отходы алюминиевого производства, а также - порошки алюминия, ферросилиция.

При необходимости допускается сушка кусковых ферросплавов, за исключением отходов алюминиевого производства, ври температуре не более 200оС. продолжительность времени от конца прокалки до использование ферросплавов, как правило, не должна превышать 8 часов. Допускается и более длительное хранение прокалённых ферросплавов при отсутствии их увлажнения

Все присаживаемые в печь ферросплавы должны быть предварительно взвешены и подготовлены к присадке: уложены в му1шду, закреплены на рукоятке и т.п

Шлакообразующие материалы (известняк, известь, плавиковый шпат, кварцит, шамот и тд) должны подаваться на рабочую площадку раздельно в контейнерах, коробках, мульдах

Известь для использования в электропечах должна иметь размер кусков 20...80 мм и поступать из печей известково-доломитного участка в контейнерах, закрытых крышками, исключающими попадание атмосферных осадков при транспортировке .

В пригодной для применения извести должна содержаться. СаО - не мене88 %, СО:- не более 4 % и Н20 -не более 1,5 %.

Известь с содержанием Н20 более 1,5 % и до 3,0 % допускается использовать в плавление и окислительный период, а после прокалки в нагревательной печи не менее 40 минут и в восстановительный период Пригодная «применению известь должна быть использована течение 12 часов с момента постановки в цех.

Шлакообразующие материалы перед присадкой в печь должны быть взвешены или масса определена при помощи специальной мерной (тарированной) ёмкости

В качестве последней допускается использование мульд, не имеющих наваров, прогаров, деформаций, приводящих к искажению внутреннего объема.

Газообразный кислород, применяемый для продувки металла в печи, должен содержать не более 0,8 г/ влаги.

Сталевары обязаны перед завалкой ознакомиться с состоянием погрузки шихты в корзину, не допускается наличие выступающих за её края концов и свешивание стружки. При опускание корзины в печь необходимо следить, чтобы корзина не раскачивалась и не задевала за стенки печи. Затвор корзины следует открывать на высоте её нижней части не более 0,5 м от подины

Углеродсодержащие добавки следует присаживать на подину или в «колодцы»под электроды в первой половине плавления.

После завалки шихты песочный затвор должен быть очищен от стружки, мусора и плотно перекрывать зазор между сводом и верхом печи Присадку шлакообразующих в завалку следует производить после завалки первой порции мелкой шихты в «колодцы» под электроды в первой половине плавления.

В завалку следует присаживать известь и разжижители (шамот, «кварцит, флюорит, флюсы ЭШП) в соотношении 1: 2 из расчета 1 % от массы завалки.

Период плавления

После завалки шихты перед включением печи сталевар совместно с дежурным персоналом службы механика и электрика обязан осмотреть, и проверить исправные действия систем водяного охлаждения, отвода газов из печи, механического и электрического оборудования и произвести опрессовку водо охлаждающей арматуры, о чем делается соответствующая отметка в плавильной карте

Перед включением печи необходимо проверить состояние (наличие сколов, трещин, качество (ниппельных гнезд) и длину электродов Электроды должны быть без видимых повреждений, а их длина - обеспечивать проведения всей плавки без наращивания.

При необходимости замены электродов или их наращивание следует производить перед включением печи после завалки шихты или в начале периода плавления Плавление шихтовых материалов следует производить на максимальной мощности трансформатора. Выпускное отверстие печи должно быть заделано в первые 20 минут плавления. Порог завалочного окна следует заправлять в первой половине плавления, при этом высота заправочных материалов должна обеспечивать уровень жидкого металла шлака не выше нижнего уровня выпускного отверстия При нормальном (горизонтальном) положении печи В процессе плавлении шихту и ферросплавы следует периодически стаскивать с откосов в жидкий металл или в середину ванны, поднимая электроды, когда эта операция грозит их поломкой.

В первую половину периода плавления в печь присаживают шлакообразующую смесь в количестве 2,0 % от массы шихты, состоящую из извести и шамота в соотношении 1: 2.

Допускается часть смеси давать на подину печи перед завалкой шихты Присадку кремний содержащих материалов (при недостающем содержании кремния в шихте) следует производить в конце плавления.

Допускается применение газообразного кислорода при давлении не более 80 МПа поело расплавления не менее 80 % шихты (сопротивляется визуально мастером и сталеваром) в течение 10...15 минут при включенной печи

После расплавления шихты и перемешивания металла следует отобрать пробу на химический анализ.

В случае низкого содержания углерода по расплавлении необходима снять шлак, произвести науглероживание металла путем вдувание углерода через установку.

Периодом плавления считается продолжительность времени от момента включения печи после завалки шихты до момента получения содержания углерода, при необходимости, других элементов, удовлетворяющих требованиям проведения следующего периода плавки, и начала подачи кислорода в металл

Окислительный период

Окислительный период начинается после расплавления шихты и получения химического анализа на содержание углерода.

Продувку металла кислородом следует начинать при содержании углерода по расплавлению шахты, обеспечивающем его окисление за время продувки не менее 0,25 %.

Давление кислорода во время продувки металла должно быть не менее 80 МПа. Вторую пробу на химический анализ следует отобрать во время продувки сразу после появления пламени в печи.

Отбор проб металла после продувки кислородом следует производить не ранее чем через 5 минут после продувки.

Содержание углерода в металле перед снятием окислительного шлака должно обеспечивать нормальное проведение восстановительного периода и попадание заданный химический состав. Окислительный шлак раскисляют ФС 65 кг/т Производится нагрев металла до температуры, превышающей требования приложения Б ТИ 01 - Э-2005 к температуре в печи перед выпуском не менее, чем на 50 оС

После раскисления скислитею ный шлак скачивают на 90%

Выпуск

В ковш перед выпуском присаживаются кусковой алюминий количестве 0,3 кг/т, шлаковая смесь в количестве 100-150 кг, состоящая из извести и плавиково шпатового концентрата, в соотношении 5 :1.

После выпуска плавки измеряется температура и отбирается проба металла

Температура металла в ковше не должна быть ниже 1590оС

Технология обработки металла на АПК.

Ковш с металлом после установки на сталевоз и подключения к аргоноправоду

транспортируется под крышку стенда для подогрева При установке ковша в рабочее положение под крышкой начинают продувку металла аргоном. В первые минуты продувки допускается кратковременное повышение давления аргона до необходимого уровня для «пробивания» пробки Подача аргона регулируется так, чтобы в зоне «аргонного пятна» был шлак. В период регулировки подачи аргона электроды должны быть приподняты В начале обработки производится замер температуры металла, отбор пробы на химический анализ, если она не отбиралась после выпуска из электропечи. Далее включается дуговой подогрев. Электрический режим выбирается исходя из результата замера температуры в ковше. Скорость нагрева от 0 до 5оС/мин регулируется переключением ступеней. Подогрев металла производится только при непрерывном перемешивании его аргоном

Допускается продувка аргоном через футерованную резервную фурму, вводимую в ковш с металлом сверху.

После включения нагрева в ковш добавляется предварительно прокаленная известь в количестве 5,0-10,0 кг/т и плавиковошпатовый концентрат «отработанный флюс ЭШП в количестве 1-1,5 кг/т. На шлак в течение всей обработки 3-5 порциями в виде пораппгов даются следующие раскислители : алюминий (всего) в количестве 1-1,5 кг/т, ферросилиций или силикокальция (всего) в количестве до 2 кг/т, порошок кокса в количестве 0,5-1,0 кг/т

После получения жидкоподвижного шлака отбирается проба металла пробоотборником типа ПМ (для регламентированных узких пределов углерода -литая проба) для анализа химического состава и замеряется температура металла Хорошо раскисленный шлак должен поддерживаться до окончания обработки. Не допускается подкипания шлака в зоне контакта с футеровкой. В случае подкипания шлак загущается присадкой дополнительной порцией извести.

По результатам химического анализа производится корректировка состава металла присадками ферросплавов из бункеров-дозаторов с размером кусков 10-50 мм, при присадке в ручную - до 200 мм. Масса одновременно присаживаемой порции должна быть не более 100 кг Следующая порция присаживается после перемешивания металла в течение 2-3 мин. В момент присадки повышается давление аргона до кратковременного образования пятна оголенного металла, ферросплавы загружаются в зону активного перемешивания металла.

Для исключения науглероживания металла электродами следует не допускать их взаимодействие с металлом при интенсивном «кипении» В момент присадок ферросплавов рекомендуется отключение печи и подъем электродов. Оптимальное количество шлака для обработки в АКП составляет 1,0 1,5 % от массы металла толщина шлака - до 80 мм должна быть меньше длины дуги)

После присадки последней порции ферросплавов и продувки аргоном в течение 3-5 мин измеряется температура металла.

Подготовка сталеразливочного ковша

Запрещается использование ковшей без проверки работоспособности продувочной фурмы и герметичной аргонной разводки.

Ковш под плаву подаётся очищенный от остатков металла и шлака, с хорошим состоянием футеровки ковша, допускается наличие шлакового гарнисажа в районе шлакового пояса, ступающего во внутрь ковша не более чем на 100 мм.

Ковш должен иметь температуру внутренней поверхности футеровки не ниже 900оС Ковш поднимают с установки высокотемпературного разогрева не более чем за 10 минут до выпуска плавки и очищают сталеразливочный канал

Засыпку сталеразливочного стакана производят прокаленной стартовой смесью. Уровень засыпки должен быть не ниже уровни днища ковша.

Разливка стали сифоном.

При сифонной разлив«е одновременно заполняется несколько изложниц(2-4- 6-8 и.т.п). Схема разливки стали сифоном представлена на рисунке 2. Изложницы 1 устанавливают на массивной чугунной плите - поддонее 2. В центре поддона устанавливается центровая труба 3, в которую из ковша напровляюи струю стали. Труба изнутри футерована огнеупорными катушками. От центровой в поддоне расходятся каналы, по которым сталь растекается в направлении изложниц, установленных на концах каналов.

Рисунок 2 - Схема разливки стали сифоном

Каналы также футеруют плотно состыкованными огнеупорными изделиями проводками, имеющими снаружи форму канала поддона, а внутри круглый канал для прохода стали. Все соединения между огнеупорными изделиями и изложницей, центровой дополнительно уплотняются огнеупорной пластичной глиной. Сверху на центровую ставят приемную воронку 4 Сталь из ковша поступает в центровую и заполняет все изложницы, установленные на поддоне и связанные каналами с центровой (что соответствует закону сообщающихся сосудов).

Таким образом, наполнение изложниц в этом способе разливки происходит снизу. После наполнения всех изложниц данного куста стопор ковша закрывают и перевозят ковш на следующий поддон. Сифоном производят разливку почти всех качественных и легированных сталей.

Сравнение этих двух способов разливки стали между собой показывают, что разливка сверху имеет следующие преимущества перед разливкой сифоном.

- простоту подготовки оборудования,

- отсутствие расхода металла на литники (металл, застывший в каналах сифонных проводки в центровой, который приходится отправлять олова лв переплав).

Сифонная разливка по сравнению с разливкой сверху позволяет одновременно отливать большое числа слитков, что сокращает продолжительность разливки, и в случае необходимость, особенно при разливке высоколегированных сплавов, можно одновременно отливать много мелких слитков. Поверхность слитка получается более гладкой, так как отсутствует разбрызгивание стали при падении струи в изложницу с большой высоты и заплескивание стенок изложницы.

При сифонной разливке металл в изложнице поднимается спокойно Кроме того, поверхность стали, поднимающейся в изложнице, доступна для наблюдения, а скорость наполнения изложницы может быть значительно меньше, чем при отливки сверху К недостаткам отливки стали сверху относится невысокое качество поверхности слитка, так как застывшие на стенках изложницы капли стали, образовавшиеся при разбрызгивании струи, окисляются и не расплавляются поднимающейся сталью.

Они образуют на поверхности слитка грубые плены, которые приходится зачищать при подготовке слитка к прокатке.

К недостаткам сифонной разливки относятся более сложная подготовка оборудования, дополнительный расход металла на литники и до 1,3%.

Для качественного процесса разливки на рабочей площадке должны быть подготовлены все необходимые материалы и инструменты

- теплоизолирующие материалы для засыпки прибыльных отливок

- окалин, чугунная стружка, мелкая железная руда;

- стаканы, пробницы, ложка для отбора проб металл

Ковш с металлом должен устанавливаться так, чтобы отверстие стакана ковша и воронки цензровой находились на одной вертикальной плоскости

Струя металла в течение разливки должна быть равной, непрерывной и нарастающей. Продолжительность наполнения изложниц и прибыльных надставок должна на регламентироваться температурой металла, маркой стали и соответствовать требованиям ТИ. Уровень наполнения металла следует определять с шаблоном. Уровень должен находиться ниже верхней торцевой поверхности надставки в пределах 120 - 155 мм.

Во время разливки «Контрольная изложница» должна быть приоткрыта, исключая разливку с пегролатуном, остальные - закрыты листами жести

Перед началом разливки проеушенные рамки кладут горизонтально "косынкам" вверх, во все изложницы, кроме одной - "контрольной» изложницы первого куста, которую оставляют для наблюдения и регулирования скорости разливки.

Контрольную изложницу рекомендуется класть более тонкую рамку, после сгорания которой, на поверхность поднимающегося металла бросают сухие куски дерева

Общие требования при разливке.

При подготовке составов и канав для разливки должны применяться.

- поддоны, двух,- трех-, четырех,- шестиместные.

- изложницы уширенные к верху или специальной изложницы для электродов ЭШП и ВДП, для слитков массой от 0,5 до 5,9 тонн

- прибыльные надставки футерованные специальной набивной массой, огнеупорными кирпичами экзотермическими втулками

- для подготовки поддонов, центральных изложниц сталеразливочных ковшей

к разливке должны применяться огнеупорные изделия, в соответствии с «атласом огнеупорных изделий ЗМЗ».

Нормально подготовленным к выпуску считается металл при соблюдении следующих требований:

- все добавки, необходимые для доводки химсостава, должны быть присажены в металл своевременно и в полном объеме,

- на всех марках стали, кроме содержащих кремний более 0,4%, алюминия более 0,1%, титана более 0,1%, контролируется степень раскисленности металла.

Она определяется визуально по пленке кремния на поверхности металла в ложке или спектральным анализом.

Металл, взятый из печи перед выпуском и налитым о стаканчик при застаивании, должен иметь усадку.

Перед выпуском металла, мастер обязан пригласить начальника смены (старшего Мастера), который проверяет правильность расчета добавок, температуру металла и наличие усадки металла в стаканчике, после чего дает разрешение на выпуск металла в ковш

Металл выпускаешься в предварительно подогретый ковш

Выпуск металла из печи производится со шлакам Шлак должен покрывать всю поверхность металла в ковше

Температура металла в ковше должен быть 1550 - 1590оС

Отбор проб металла.

Для отбора проб жидкого металла на химанализ необходимо подготовить ложку, пробницу и ванну с чистой водой.

Литая проба должна плотной без трещин и глубокой усадочной раковиной, без шлаковых включений на поверхности и заливки

Отбор пробы металла из печи необходимо производить с соблюдением следующих требований:

- перед взятием перемешивать металл в печи;

- ошлаковать черпак ложки и погружаемую часть рукоятки,

- по центру ванны погрузить черпак сферической частью вверх в металл на глубину 200 - 250мм, перевернуть ложку и вытянуть из печи.

Получение литой пробы и направление её в ее экспресс - лабораторию необходимо производить с соблюдением следующих требований:

- из ложки непрерывной струей металл заливают в сухую чистую от посторонних предметов (песка, шлака итд) пробу, не доливая примерно 10 мм до её верхнего края;

- после застывания проба металла: извлекается из пробницы и помещаться в ванну с водой;

- после охлаждения пробу сушат, осматривают и с сопроводительной запиской направляют в экспресс - лабораторию

В сопроводительной записке к пробе, направляемой в экспресс - лабораторию, мастер обязан указать, номер печи и пробы, элементы которые следует определить время отбора пробы.

Отбор проб жидкого металла по ходу плавки и их количества производится по указанию мастера по плавке или старшего мастера.

сталь легирование аппарат трайб

2.2 Достоинства использовании трайб-аппарата при раскеслении и легировании металла

Один из распространенных вариантов раскисления металла - подача в него алюминиевой проволоки с одновременной продувкой газом для перемешивания ванны. Высокая скорость подачи проволоки, сравнительно небольшая инерционность подающего устройства обеспечивают усвоение реагентов алюминия до 70 %

В начале 1980-х годов получил распространение способ введения в сталь легирующих и модификаторов, упакованных в стальную оболочку толщиной 0,2 - 0,4 мм, в виде так называемой "порошковой" проволоки круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Наряду с продувкой металла порошка через верхнюю фурму, порошковую проволоку широко применяют для десульфурации стали. При этом эффективность использования кальцийсодержащих материалов повышается, так как исключаются вынос непрореагировавшего порошка пузырьками аргона на поверхность расплава и его сгорание в слое шлака; соответственно улучшаются экологические показатели. Кроме того, уменьшается расход порошкообразных реагентов, упрощается конструкция, сокращаются габариты и металлоемкость оборудование.

Трайб-аппарат устройство, с помощью которого порошковая проволока вводится в состав расплава металла или сплава в процессе внепечной обработки В зависимости от используемого в проволоке наполнителя аппараты могут применятся в процессах легирования, модифицирования и раскисления. С помощью трайб-аппаратов проволоку с заданной скоростью вводят в расплав при доводке металлов на установках такого типа, как «ковш печь». Для этого способа ввода характерно такое свойство, как низкий тепловой поток на реагент у стартовой точки взаимодействия, что предотвращает его потерю в верхних горизонтах расплава. Если для других способов возможен перерасход добавок, то применение трайб-аппаратов снижает потери за счет плавления элементов в нижних слоях, что увеличивает время контакта и позволяет эффективнее использовать добавки с низкой растворимостью и не имеющие достаточно высокой точки плавления

Из-за того, что современные трайб-аппараты способны подавать проволоку со скоростью широкого диапазона, обеспечивая, при необходимости, плавное ее регулирование, а также по причине компактных размеров и возможности применения без изменения действующей технологии, использование этого оборудования показало себя как весьма эффективный метод модернизации производства.

2.3 Технология обработки металла с применением трайб-аппарата

В настоящее время все большее количество технологических операций по получению сталей переносится на агрегаты внепечной обработки «ковш -печь» вакууматор. Однако эффективная работа данных агрегатов не может быть обеспечена без применения «ачественнои паро5пковой проволоки, а также современных, высокотехнологичных и надежных трайб-аппарат.

Технологический процесс подачи проволоки заключается в следующем:

-проволока заправляется в аппарат;

-на пульте задается необходимое количества проволоки в метрах;

-наводится направляющая (если она имеется)и происходит подача проволоки в ковш;

-по окончании процесса при необходимости производиться реверс проволоки (если направляющая поворотная или откидная).

Система имеет два органа управления:

- местный пост оператора - для управления устройством во время заправки проволоки необходимой присадкой;

- панель оператора - для управления заданием и подачей необходимой присадки в ковш с металлом;

Система управления обеспечивает два режима работы:

-автоматический,

-ручной

Ручной режим управления является аварийным режимом Включение двигателя для подачи проволоки с присадкой осуществляется прямым пускам Данный режим применяется в случае выхода из строя частотного преобразователя. При выходе из строя контроллера, отсчет метража в ручном режиме возможен только визуальный. Наличие данного режима обусловлена требованием металлургического производства с целью выхода из непредвиденных аварий во время цикла изготовления марки стали с наименьшими затратами. Выбор режимов работы осуществляется с лицевой панели электрошкафа переключателем режимов.

В автоматическом режиме задание может быть введено с панели оператора, либо с дистанционного компьютера. Выбор места установки панели оператора согласовывается с заказчиком. На дисплей панели оператора выводится полная информация о состоянии подачи доволоки с присадкой

Функции системы управления

-ввод задания (задается в кг, либо вводится метраж. Система может сама пересчитать задание либо из веса в метраж, либо из метража в вес.),

-ввод исходных данных заводится исходный вес, либо исходный метраж бухты с присадкой. Система сама делает пересчет исходного веса в метраж и наоборот ),

- независимый подсчет текущего метража или веса присадки по двум ручьям;

- вычисление остатка бухт;

- контроль состояний работы,

- возможность автоматической отмотки висячей проволоки после завершения подачи на заданную длину;

- возможность подачи проволоки удержанием кнопки подачи;

- ввод задание скорости подачи,

- ввод задание скорости толчковой подачи для заправки проволоки;

- вывод состояний работы на дисплей панели оператора

Наличие двух комплектов тянущих роликов задающего устройства обеспечивает одновременную (или раздельную) подачу в ковш через трубную проводку проволоки двух видов Параметры процесса подачи (расчетную длину и скорость) устанавливают на цифровом табло и контролируют мерительным роликом.

Для современной технологии обработки стали требуется аппарат, способный использовать одновременно порошковые и цельнометаллические проволочки разных диаметров с разными скоростями, например для высоколегированных высококачественных сталей необходимо вводить в определенный период до четырех видов проволоки разных составов.

Шлаковая корка или отдельные плавающие куски шлака иногда вызывают задержку проволоки на поверхности расплава При входе в шлак проволока меняет направление, спутывается и застревает в нём. В связи с этим разработаны и применяются разные варианты направляющих устройств, обеспечивающих прохождение проволоки в глубь ванны.

Обработка металла порошковой или алюминиевой проволокой может бьть использована в сочетании о другими технологическими приемами (например, с инжекцией газопорошковой смеси, нагревом или вакуумированием) или в качестве самостоятельного средства внепечной обработки жидкой стали. Помимо обработки в ковше порошковую проволоку можно применять для ввода модификаторов в струю металла при выпуске из ковша, а промежуточный ковш и в кристаллизатор МНЛЗ.

2.4 Устройства установки трайб-аппарат

Трайб-аппарат, состоит из собственно устройства (механизма) подачи проволоки и шкафа (системы) управления. Система управления трайб-аппаратом состоит из преобразователя частоты, контроллера электроавтоматики, панели управления, другой аппаратуры. В конструкцию также входит механизм ручного прижима либо пневматического режима.

Принцип работы трайб-аппарата основан на протягивании проволоки через направляющие вследствие прижима ее прижимными роликами к приводным роликам

Стальная оболочка проволоки выполняет несколько функций:

- защищает порошкообразные реагенты от взаимодействия с атмосферой и влагой во время хранения и транспортировки;

предохраняет от окисления при прохождении через слой шлака на поверхности металла,

- обеспечивает соответствующую жесткость, необкодимую для прохождения металлического и шлакового слоев;

- задерживает быстрый непосредственный контакт реагентов с жидкой сталью, что позволяет путем изменения скорости введения проволоки, и толщины ее оболочки регулировать глубину погружения легирующих добавок.

Существует ряд вариантов конструкции трайб-аппаратов. По способу подачи они, к примеру, могу быть однодорожечными, двухдорожечными, четырехдорожечными. Их также называют "одноручьевыми", "двухручьевыми" и т.п.

В большинстве случаев трайб - аппараты имеют два ручья: для ввода алюминиевой катанки и проволоки, наполненной порошкообразным реагентом, чаще всего силикокальцием. Подача проволоки современным Трайб-аппаратом осуществляться при помощи двух-трех пар роликов. Один и ряд роликов получает вращения от электропривода, другой прижимаете к проволоке посредством пружин или пневмоцилиндров.

Пружинный привод требует периодической ручной регулировки, пневматическое - подключения к цеховым магистралям с осушенным воздухом. Известны конструкции трайб-аппаратов как с верхним, так и с нижним расположением ведущих роликов. В обслуживании более удобны конструкции с нижними ведущими роликами. Трехроликовая схема более предпочтительна, так как позволяет выправлять проволоку и тем самым уменьшать сопротивление её вводу.

2.5 Расчет материального баланса

2.5.1Расчет шихты

Перед завалкой производить полный расчет шихты. Расчет введется на 100 кг шихты для этого подбирается шихта из групп отходов, на основании этого в завалку даются отходы групп Б90, Б1, 3А. химический состав отходов , которые используются в завалку, представлен в таблице 5, содержание компонентов в шихте - в таблице 6. кроме основной металлической шихты в дуговую печь загружают известь в количестве 2,5 кг и 1 кг шамота (таблица 7).

Таблица 5 - Химический состав отходов, которые используются в завалку, %

Наименование	С	Si	Мn	Р	S	Сг	Ni	Ti
Б-1	0,35	0,52	0,7	0,018	0,017	1	0,16	0,02
Б-90	0,35	0,27	0,55	0,035	0,035	1,1	0,3	0,03
3А	0,3	0,3	0,5	0,03	0,03	0,2	0,15	0,3
Кокс	88	6,12	-	-	1,00	-	-	-
Наименование	А1	W	Мо	V	Си	Fe
Б-1	0,02	0,05	0,08	0,04	0,15	-
Б-90	-	-	0,2	-	-	-
3А	0,05	0,08	0,05	0,02	0,2	98,06
Кокс	2,44	-	-	-	-	-

Содержание компонентов в шихте представлены в таблице 6

Таблица 6 - содержание компонентов в шихте

Наименование	Кол-во, кг	С	Si	Мn	P	S	Сг	Ni	Ti
Б-1	30	0,105	1,156	0,21	0,0051	0,0051	0,3	0,048	0,006
Б-90	30	0,105	0,081	0,165	0,0105	0,0105	0,33	0,09	0,009
3А	40	1,12	0,12	0,2	0,012	0,012	0,08	0,06	0,12
Кокс	0,4	0,35	0,024	-	-	0,004	-	-	-
?	100	0,68	0,381	0,575	0,0316	0,0316	0,71	0,198	0,135
Наименование	А1	W	Мо	V	Си
Б-1	0,06	0,015	0,024	0,012	0,045
Б-90	-	-	0,075	-	-
3А	0,02	0,032	0,02	0,08	0,08
Кокс	0,0097	-	-	-	-
?	0,0357	0,047	0,119	0,092	0,125

Остальное составляет железо, 96,18кг.

Таблица 7 - Состав шлакообразующих и огнеупорных материалов, %

Материал	СаО	SiO2	MgO	Сг2О3	A12О3	Fe2O3	Потери при прокаливании
Известь	88,0	1,30	2,00	-	0,80	0,20	7,70
Шамот	0,80	61,2	3,00	-	33,0	2,00	-
Магнезитохромит	2,00	6,50	66,0	10,0	4,0	11,5	-

Выплавка стали в дуговой сталеплавильной печи.

Период плавления

Шлак периода плавления образуется из извести, шамота, составляющих разрушающейся футеровки ванны, стен и свода.

Расчет компонентов, вносимых известью в шлак:

СаО 880,025 = 2,2кг

SiO2 1,3 0,025 = 0,0325кг

MgO 2,00,025 = 0,05кг

А12О3 0,8 0,025 = 0,02кг

Fe2O3 0,20,025 = 0,005кг,

в пересчете на FeO:

Кроме того, выделится в атмосферу за счет потерь при прокаливании:

7,70,025 = 0,1925кг СО2

Расчет составляющих, поступивших в шлак из футеровки ванны ДСП. Тогда шамот внесет в шлак:

СаО 0,80,01 = 0,008кг.

SiO2 61,20,01 = 0,612кг.

MgO 3,00,01 = 0,03кг.

А1гО3 33,00,01 = 0,33кг.

Fe2O3 2,00,01 = 0,02кг.,

в пересчете на FeO

Расчет составляющих, поступивших в шлак из футеровки стен и свода. Тогда разрушающаяся магнезитохромированная футеровка внесет в шлак:

СаО 2,0 0,00075 = 0,0015кг.

SiO2 6,5 0,00075 = 0,004875кг.

MgO 66,0 0,00075 = 0,0495кг.

А12О3 4,0 0,00075 = 0,003кг.

Сг2О3 10,0 0,00075 = 0,0075кг.

Fe2O3 11,5 0,00075 = 0,008625кг.,

в пересчете на FeO:

Поступлением в шлак золы электродов пренебрегают в связи с низким содержанием золы в современных высококачественных графитированных электродах и сравнительно небольшим расходом электродов.

Расчет поступивших в шлак продуктов окисления металлического расплава производится на основании данных по угару в таблице 8

Таблица 8 - Угары элементов при выплавке стали в ДСП в период плавления, %

Угар	С	Si	Мп	Р	S	Сг	Ni	Ti	Al	w	Mo	V	Cu	Fe
Общий	20	100	70	20	0	20	1,5	100	100	0	0	0	0	2
В шлак	0	100	80	100	0	80	0	100	100	0	0	0	0	20
В улет	100	0	20	0	0	20	100	0	0	0	0	0	0	80

Углерод. Окислится 20% от исходного (см. табл.8) по реакции:

[С]+2(СО)=[СО] или 0,68 Ч0,2 = 0,064кг.

Образуется СО:

Потребуется кислорода на окисление углерода:

0,317 - 0,136 = 0,181кг.

Останется углерода в металле:

0,62 - 0,136 = 0,484кг.

Кремний. Окислится полностью на 100%. При окислении Si по реакции:

[Si] + 2[O]= [SiO2]

На окисление Si потребуется кислорода:

0,816 - 0,381 = 0,435 кг.

Марганец. Принимают, что в период плавления теряется 70% Мп, из этого количества 20% теряется с газами, а 80% переходит в шлак (см. табл. 6).

Всего окисляется марганца:

0,575 0,7 = 0,4025кг.

В шлак перейдет:

Теряется с газами:

Образуется МnО:

С газами теряется: 0,5196 0,2 = 0,1039 кг.

В шлак переходит:

0,5196 0,8 = 0,4156кг.

Потребуется кислорода для окисления Мn ,

0,5196 - 0,4025 = 0,1171 кг.

Сера. Принимаем, что в период плавления сера из шихты не удаляется.

Хром. В период плавления окисляется 20% хрома. 20% окислившегося хрома теряется с газами, 80% переходит в шлак (см. табл. 8).

За период плавления окисляется хрома:

0,710,2 = 0,142кг.

Уносится газами

0,1420,2 = 0,0284кг.

Переходит в шлак:

0,142- 0,0284 = 0,1136кг.

Образуется оксид хрома Сг2Оз:

Уносится печными газами

0,20750,2=0,0415кг.

Переходит в шлак:

0,2075- 0,0415 = 0,1163кг.

Потребуется кислорода для окисления хрома:

0,2075- 0,142 = 0,0655кг.

Никель. Допускается, что во время плавления в зоне электрических дуг испарится 1,5% Ni, испарившийся Ni уносится печными газами в количестве:

0,198 0,015 = 0,0029кг.

Титан. В период плавления окисляется 100% Ti, имевшегося в шихте. Оксид титана полностью переходит в шлак. Образуется оксид титана TiO2:

Потребуется кислорода для окисления титана:

0,225-0,135 = 0,09кг.

Вольфрам 0,047 0,06 = 0,0028кг

Алюминий. Угар алюминия в период плавления составит 100%, при этом образуется глинозема:

Потребуется кислорода для окисления алюминия:

...