НМетАУ
Национальная Металлургическая Академия Украины
Кафедра технологического проектирования
Курсовая работа
По дисциплине "Введение в специальность"
На тему: "Производство стали"
Выполнил:
Студент группы ПМ - 99
Брез А. П.
Проверил:
Проф. Друян
В. М.
Содержание
. | |стр | |Введение |3 | |Производство стали |3 | |Шлаки сталеплавильных процессов |3 | |Основные реакции сталеплавильных процессов |4 | |Окисление углерода |4 | |Окисление и восстановление Mn |5 | |Окисление и восстановление Si |5 | |Окисление и восстановление P |5 | |Десульфация стали |5 | |Газы в стали |6 | |Раскисление стали |6 | |Производство стали в конвертерах |7 | |Кислородно-конвертерное процесс с верхней продувкой |8 | |Кислородно-конвертерное процесс с донной продувкой |10 | |Конвертерный процесс с комбинированной продувкой |10 | |Производство стали в мартеновских печах |11 | |Производство стали в электропечах |12 | |Выплавка стали в кислых электродуговых печах |13 | |Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах|13 | | |14 | |Плавка стали с рафинированием в ковше печным шлаком |14 | |Плавка стали в индукционной печи |15 | |Разливка стали |15 | |Разливка стали в слитки |15 | |Пути повышения качества стали |16 | |Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата |18 | |Производство стали в вакуумных печах |18 | |Производство стали в индукционных печах |19 | |Производство стали в вакуумных дуговых печах |20 | |Плазменно-дуговая плавка |21 | |Заключение |22 | |9. Список рекомендуемой литературы | |
Введение:
Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.
Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.
Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.
Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.
Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.
Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.
Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна – углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава. [pic]
Производство стали
Шлаки сталеплавильных процессов. Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; V2O5 и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные (Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; V2O3 и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.
Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:
1. Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей; 2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу; 3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу; 4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.
Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов. Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата, боксита и др.
[pic]
Основные реакции сталеплавильных процессов.
Сталь получают из чугуна и лома методом окислительного рафинирования (т. е. очищения). Кислород для окисления содержащихся в них примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора и др.) поступает либо из атмосферы, либо из железной руды или других окислителей, либо при продувки ванны газообразным углеродом.
Окисление углерода. Особенность окисления углерода заключается в том, что продуктом этой реакции является газообразный СО, который, выделяясь из металлической ванны в виде пузырей, создает впечатление кипящей жидкости. Реакцию окисления углерода, растворенного в металле можно написать в следующем виде: [C] + [O] = {CO}; K = [pic] где [C]; [O] - концентрации растворенных в металле углерода и кислорода. Как следует из уравнения для константы, при заданном значении рсо произведение концентрации углерода и растворенного кислорода есть величина постоянная. Следовательно, от концентрации углерода зависит концентрация кислорода в металле. Чем выше содержание углерода в металле, тем ниже содержание кислорода в нем и наоборот.
Окисление и восстановление марганца. Марганец как элемент, обладающий высоким сродством к кислороду, легко окисляется как при кислом, так и при основном процессах. Реакции окисления и восстановления марганца можно представить следующим образом: [Mn] + [O] [pic](MnO); [Mn] + (FeO) [pic](MnO) + [Fe]
Как показывают расчетные и экспериментальные данные, с повышением температуры и основности шлака концентрация марганца в металле увеличивается. Это указывает на то, что реакция окисления марганца достигает равновесия, и окислительный процесс сменяется восстановительным. Поскольку почти все стали содержат марганец, то его восстановление в процессах плавки - явление желательное.
Окисление и восстановление кремния. Кремний обладает еще большим сродством к кислороду, чем марганец, и практически полностью окисляется уже в период плавления. Окисление кремния происходит по реакциям:
[Si] + 2[O] = (SiO2); [Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2 [Fe]
При плавке под основным шлаком SiO2 связывается в прочный силикат кальция (CaO)2•SiO2, что обеспечивает почти полное окисление кремния, содержащегося в шихте. При кислом процессе поведения кремния иное: при горячем ходе кислого процесса имеет место интенсивное восстановление кремния.
Окисление и восстановление фосфора. Фосфор в стали является вредной примесью, отрицательно влияющей на ее механические свойства. Поэтому содержание фосфора в стали в зависимости от ее назначения ограничивается пределом 0,015 - 0,016 %. Окисление фосфора можно представить следующим образом:
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]; (P2O5) + 3(FeO) = (FeO)3• P2O5; (FeO)3•P2O5 + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 3(FeO); 2P + 5(FeO) + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 5Fe.
Уравнение константы можно записать в следующем виде:
K = [pic]
Откуда коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком:
L = (P2O5)/P2 = K[pic](FeO)5 [pic](CaO)4
Десульфация стали. Сера, также как и фосфор, является вредной примесью в стали. Удаление серы можно представить в виде реакции
Feж + [S] +(CaO) = (CaS) + (FeO).
Уравнение для константы имеет вид:
К = [pic]
Коэффициент распределения серы
L = (S)/[S] = K(CaO)/(FeO).
Из уравнения следует, что повышение основности и снижение окисленности шлака способствует десульфации. Положительную роль оказывает также повышение температуры металла и активное перемешивание ванны. Повышению степени удалении серы способствуют элементы, образующие сульфиды, более прочные, чем сульфид железа. К таким элементам относятся редкоземельные металлы.
Газы в стали. Газы (кислород, водород и азот) содержаться в любой стали. Газы даже при содержании их в сотых и тысячных долях процента оказывают отрицательное влияние на свойства металла. Растворимость кислорода в стали характеризуется реакцией: [pic]. В готовом металле содержание кислорода должно быть минимальным. Растворимость водорода и азота в металле починяется закону Стивенса:
[pic]; [pic], где pH и pN - парциальные давления газов; KH и KN - растворимость водорода и азота при парциальном давлении соответствующего газа равном, 0,1 МПа. Уменьшение растворимости при переходе из жидкого в твердое состояние при кристаллизации стали вызывает выделение газов из металла, что является причиной образования ряда дефектов, например, флокенов[1], пористости в слитках готовой стали и т. п. В присутствии некоторых элементов в металле могут образовываться их соединения с азотом - нитриды. Наличие нитридов в кристаллической структуре многих сталей отрицательно влияет на свойства металла. Азот и водород успешно удаляются из жидкой стали в результате реакции окисления углерода. Образующийся по этой реакции СО, собирается в пузырьки, которые вырываются на поверхность металла, пробивают находящийся под металлов слой жидкого шлака и выходят в атмосферу. В результате этого создается впечатление кипения жидкой ванны. Всплывающие пузырьки СО захватывают по пути вверх некоторое количество других газов - H2 и N2 (рис 1). Чем энергичнее протекает кипение металла, тем меньше содержание газов и тем лучше качество металла. Для удаления H2 и N2 применяют также вакуумную обработку, продувку ванны нейтральным газом (аргоном) и др.
Страницы: 1, 2, 3
