Технология плавки в открытых дуговых печах

Значительное повышение технико-экономических показателей производства и одновременно улучшения качества стали могут быть получены при внепечном рафинировании жидкой стали с приминением вакуума, кислорода и инертности газов, порошков металлов, сплавов и соединений, синтетического шлака.

Особенностью внепечного рафинирования металла является использование наиболее благоприятных физических и физико-химических условий удаления из металла примесей стали необходимого состава. При внепечном рафинировании по сравнению с условиями протекания процессов в пчи наблюдается следующее:

1 Увеличение скорости взаимодействия металла со шлаковой или газовой фазой вследствие значительного увеличения контактной поверхности между фазами, а также в результате механического перемешивания, способствующего дроблению стали на малые объемы с большой поверхностью.

2 Повышение интенсивности массопереноса внутри металла вследствие увеличения градиента концентраций с уменьшением объема при постоянной разности концентраций в центре этого объема и на межфазной поверхности.

3 Улучшение термодинамических условий удаления примесей в результате изменения состава газовой фазы или создания вакуума, обработки шлаком с оптимальными физико-химическими свойствами.

В зависимости от применяемых методов внепечное рафинирование позволяет успешно решать следующие задачи:

1 Обезуглероживание металла до очень низких концентраций углерода (< 0,02%) в результате обработки в вакууме, продувки кислородом вместе с инертными газами.

2 Глубокое рафинирование металла от серы в результате обработки шлаком или введения в металл десульфурирующих добавок.

3 Раскисление с получением стали с млым содержанием неметаллических включений регулируемой формы и размеров в результате вакуумирования или обработки порошками металлов и других материалов.

4 Удаление из металла водорода вакуумированием.

5 Получение металла заданного состава с регулированием содержания раскислителей и легирующих элементов в узких пределах, а также с уменьшением их угара; это достигается вакуумированием, введением раскислителей и легирующих при низком окислительном потенциале, контактирующих с металлом шлаковой или газовой фаэ.

6 Выравнивание состава и температуры металла в объеме ковша, регулирование температуры продувкой инертным газом, дополнительным нагревом в ковше.

Внепечное рафинирование осуществляют различными методами, их использование позволяет превратить дуговую печь в агрегат по расплавлению шихты и получению полпродукта, обеспечить максимальную производительность электрических печей и создать оптимальные условия для поточного производства продукции высокого качества.

Наибольшее применение получили методы рафинирования в ковше (так называемая ковшевая металлургия).

2.2 Внепечное вакуумирование стали

плавка дуговой печь шихтовый

Внепечное вакуумирование стали яыляется наиболее массовым методом обработки металла. Такую обработку вначале применяли для удаления из металла водорода и при производстве флокеночувствительных сталей для предупреждения образования флокенов. Затем были выявлены другие, не менее важные возможности вакуумирования: раскисление углеродом со значительным снижением содержания в стали оксидных неметаллических включений, глубокое обезуглероживание металла до содержания углерода < 0,01%, получение узких пределов содержания в стали элементов, окисляющихся при обычной плавке (например, углерода ± 0,01%, кремния и марганца ± 0,03%), уменьшения расхода раскислителей и легирующих.

а - без принудительного перемешивания; б - с элеетромагнитным перемешиванием; 1 - ковш с металлом; 2 - вакуумная камера; 3 - крышка вакуумной камеры; 4 - смотровое окно; 5 - индуктор буфера для ферросплавов

Рисунок 4. Схема установок вакуумирования в ковше

Вакуумирование стали можно проводить разными способами:

1) в ковше;

2) переливом из ковша в ковш (вакуумирование струи);

3) обработкой в специальных камерах.

Вакуумирование в ковше. Вакуумирование в ковше является наиболее простым способом обработки стали вакуумом. Впервые в промышленных условиях этот способ был применен в 1952 г. в СССР на Енакиевском металлургическом заводе. Вакуумирование в ковше осуществляют в установках, состоящих из вакуумной камеры и соединенной с ней вакуум-проводами насосной станции (рисунок 4). Для вакуумирования стали ковш с металлом, слитом из печи вместе со шлаком, устанавливают в вакуумной камере, которую герметически закрывают крышкой. С понижением давления в камере происходит процесс дегазации стали, вызывающий перемешивание металла и шлака выделяющимися пузырями газа.

Вакуумирование раскисленной стали в ковшах емкостью 12-22 т при остаточном давлении 2-4,5 кПа вызывает понижение содержания водорода в стали на 3-18·10^-4%, а в 12-т ковшах при остаточном давлении 0,25-0,60 кПа-на 1,2-3,3·10^-4% (конечное содержание водорода 4,3-5,6·10^-4%). Кислород и азот из металла практически не удаляются.

При вакуумировании нераскисленной стали происходит удаление и кислорода из металла. Например, в результате вакуумной обработки в ковшах емкостью 10-т мартеновских плавок низкоуглеродистой стали в течение 8-10 мин при давлении 0,07-0,4 кПа содержание кислорода снижалось с 0,018-0,043 до 0,002-0.009%, а углерода на 0,02-0,09%. Однако эффективность вакуумирования в ковше уменьшается с увеличением массы стали вследствие значительного повышения ферростатического давления и развития процессов дегазации и раскисления углеродом лишь в верхнем слое металла. Для вакуумирования большой массы металла (50-100 т и более) этот способ непригоден.

Улучшение результатов вакуумной обработки стали в ковше и обеспечение возможности эффективного вакуумирования больших масс стали возможно при использовании принудительного перемешивания металла. В результате перемешивания верхний слой непрерывно сменяется новыми порциями стали, и эффект вакуумирования распространяется на весь объем металла в ковше. При этом создается также возможност вакуумирования нераскисленной стали с последующей присадкой раскислителей в ковш, где они в результате перемешивания равномерно распределяются в объеме металла.

Для повышения эффективности вакуумирования в ковше применяют электромагнитное перемешивание и продувку металла инертными газами. Вакуумную обработку стали с электромагнитным перемешиванием ведут на установках, оборудованных индукторами для создания движущегося магнитного потока (рисунок 4, б). Взаимодействие этого потока с наводимыми им в жидком металле вихревыми токами вызывает перемешивание металла в ковше.

Кожух ковша изготавливают из немагнитной нержавеющей стали.

Вакуумирование в ковшах с электромагнитным перемешиванием успешно применяют для обработки стали массой 70-180 т. Так, при вакуумировании нераскисленной (с раскислением после обработки вакуумом) стали массой 100 т при давлении 13 Па содержание кислорода в металле понижалось с 0,0025-0,0040 до 0,0014-0,0025 5, а водорода с 2,4·10^-4 до < 1,5·10^-4%. Отмечено заметное улучшение качества подшипниковой стали, которое в значительной степени зависит от содержания и характера оксидных включений.

Более простым по оборудованию является способ вакуумирования стали с перемешиванием инертными газами, обычно аргоном. Аргон подают в металл в процессе вакуумирования через установленные на днище сталеразливочного ковша пористые пробки или блоки, изготовленные из высокоглиноземистых (муллит, корунд) или магнезитовых огнеупоров. При продувке аргоном обеспечивается большая интенсивность перемешивания металла, чем при помощи электромагнитных индукторов. К тому же пузыри аргона, являясь готовыми центрами газовой фазы, способствуют развитию реакции окисления, углерода и дегазации стали. Недостатком вакуумирования стали в ковше является охлаждение металла (рисунок 5). Это вызывает необходимость перегрева металла на 40-70 ?С, что снижает производительность дуговых печей и стойкость футеровки.

Для получения очень низкого содержания углерода в стали (? 0,01%) при вакуумировании в ковше разработан способ вакуум-кислородного обезуглероживания, получивший наименование VOD (Vacuum Oxygen Decarburisation англ). Процесс ведут в ковше, устатовленном в вакуум-камере. Внутри камера имеет защитную футеровку из шамота, что позволяет вести продувку металла с кислородом (с возможными при этом выплесками). В днище ковша устанавливают пористую пробку для продувки аргоном. Продувку кислородом производят через вводимую сверху водоохлаждаемую фурму.

плавка дуговой печь шихтовый

1 - вакуумирование в ковше; 2 - порционное вакуумирование; ?t - снижение температуры

Рисунок 5. Потери тепла при вакуумировании

Для обеспечения достаточного разрежения в условиях выделения при продувке кислородом значительного количества газов требуются вакуумные насосы повышенной мощности.

Ковш со сталью, содержащей 0.3-0,5% С, помещают в вакуумную камеру и после создания разрежения начинают продувку кислородом, поддерживая давление на уровне ? 5 кПа и продувая снизу аргоном. После окончания окислительного периода металл в вакууме раскисляют кремнием и алюминием, продолжая продувку аргоном. Образование при продувке шлака из оксидов железа и вводимой в ковш извести в условиях перемешивания аргоном способствует десульфурации. Одновременная продувка кислородом и аргоном в вакууме обеспечивает получение низкого содержания углерода (< 0,01%) при малом угаре лигирующих. Сталь содержит небольшое количество водорода (до 2•10^-4%) и азота (2,4•10^-3%). Вследствие выделения тепла экзотермических реакций окисления во время продувки кислородом происходит нагрев металла, что устраняет возможность его перегрева в печи.

Заключение

В период с 1 июня по 13 июня 2015 года пройдена учебная практика в компьютерных классах факультета металлургии, машиностроения и транспорта Павлодарского государственного университета имени С. Торайгырова.

В результате учебной практики изучены архитектуры ПЭВМ и прикладные программы Microsoft Word, EXEL, СУБД Microcoft Acces. Приобретены практические навыки по созданию текстовых документов, работой с электронными таблицами, рисунками, проектированию и созданию базы данных.

Список использованных источников

1. Симонович С.В. Информатика: базовый курс. - Санкт-Петербург: Питер, 2000. - 640 с.

2. Симонович С.В. WINDOWS: Лаборатория мастера: практическое руководство по эффективным приемам работы с компьютером / С.В. Симонович, Г.А. Евсеев, А.Г. Алексеев - М.: АСТ-ПРЕСС: Инфорком-Пресс, 2000. - 656 с.

3. Внепечная обработка стали: учебник для вузов. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. - М.: МИСИС, 1995. - 256 с.

4. Грачев В.А., Расулов С.А. Металлургия литейного производства: учебное пособие. - Т.: Укитувчи, 1987. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru