Плавка. Неметаллические покрытия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Четвертый факультет дистанционного обучения

Контрольная работа

По дисциплине: Машины и оборудования

На тему: «Плавка. Неметаллические покрытия»

Проверил:

Белявский Г.И.

Выполнила:

Никулина Анна

Выкса 2006 г.

Содержание

Введение

1. Технология плавки

2. Особенности организации ведения плавки

3. Контролируемые признаки, методы и средства контроля покрытий

Заключение

Список литературы

Введение

Существующие методы контроля хода плавки еще несовершенны, поэтому наряду с автоматическим контролем по ряду косвенных признаков за ходом плавки во многих случаях отбирают также пробы металла на анализ. Для этого пользуются или специальным аппаратом для отбора проб по ходу продувки или прерывают продувку, наклоняют конвертер (производят «по-валку» конвертера) и отбирают пробу. Если оказалось, что для получения содержания углерода, соответствующего требуемой марке стали, нужно продолжать продувку еще некоторое время, конвертер вновь устанавливают в вертикальное положение и продолжают продувку. Эту дополнительную операцию иногда называют «передувкой» или «додувкой», она продолжается обычно несколько десятков секунд.

Многолетний опыт эксплуатации кислородных конвертеров позволил повсеместно установить следующий порядок загрузки шихты: в освободившийся после предыдущей плавки в конвертер загружают лоток с ломом, предварительно взвешивают и доставляют к конвертеру заблаговременно, в момент загрузки лоток с помощью крана наклоняют (опрокидывают) и лом ссыпается в конвертер.

К признакам неметаллических покрытий относятся несколько методов, а также средств контроля. Существует широкая область применения неметаллических покрытий.

плавка шлакообразование металл конвертер

1. Технология плавки

Многолетний опыт эксплуатации кислородных конвертеров позволил повсеместно установить следующий порядок загрузки шихты: в освободившийся после предыдущей плавки конвертер загружают лоток с ломом, предварительно взвешивают и доставляют к конвертеру заблаговременно, в момент загрузки лоток с помощью крана наклоняют (опрокидывают) и лом ссыпается в конвертер. Немедленно после загрузки лома в конвертер заливают необходимое количество жидкого чугуна (состав с чугуновозными ковшами также заранее подается к конвертеру). После окончания заливки чугуна конвертер устанавливают в вертикальное положение, опускают кислородную фурму и начинается продувка. Шлакообразующие и добавочные материалы вводят в конвертер в предварительно измельченном (20--25 мм) виде, эти материалы часто объединяют общим наименованием «сыпучие» материалы. Подачу сыпучих материалов осуществляют тремя способами:

1) все сыпучие загружают в конвертер до заливки чугуна («под чугун») или даже до загрузки лома;

2) сыпучие материалы вводят непрерывно сверху по ходу продувки;

3) часть сыпучих (около половины) присаживают одновременно с началом продувки, остальное количество вводят в течение нескольких минут непрерывно по ходу продувки. Чаще всего используется третий способ. Продолжительность плавки в современном конвертере емкостью 300 т составляет в среднем 42 мин, в том числе, мин:

Типичная диаграмма конвертерной плавки представлена на рисунке 1. Из диаграммы видно, что, начиная с момента начала подачи кислорода в конвертере одновременно идут процессы окисления примесей, нагрева ванны и шлакообразования. Все эти процессы оказывают взаимное влияние, их протекание зависит также от состава и характера шихтовых и шлакообразующих материалов, конструкции фурмы, давления и расхода кислорода и организации продувки. Состав шихтовых материалов

В конвертерном производстве используются чугуны, по традиции часто называемые мартеновскими (или мартеновского состава). Под этим понимается их отличие от бессемеровских (в которых много кремния) и от томасовских (в которых много фосфора).

В принципе в кислородном конвертере можно перерабатывать чугуны с широкими колебаниями состава, однако для организации наиболее простой технологии желательны некоторые ограничения, в частности;

а) содержания кремния. При окислении кремния образуется Si0₂ и выделяется тепло. Образующаяся Si0₂ ускоряет процесс растворения в шлаке извести и процесс шлакообразования в целом, выделяющееся тепло используется для переработки металлического лома. Однако при чрезмерно высоком содержании кремния образуется так много SiO₂, что для создания шлака необходимой основности требуется значительно увеличивать расход извести; кроме того, при высоком, содержании в шлаке SiO₂ снижается стойкость основных огнеупоров. Поэтому стремятся иметь в чугуне кремния не менее 0,3% и не более 0,8%. Необходимо помнить, что невысокое содержание кремния в чугуне обеспечивается при холодном ходе доменной плавки. Однако при этом трудно получить чугун с низким содержанием серы. Поэтому малокремнистые чугуны получают на тех заводах, на которых доменный цех использует чистый по сере кокс;

б) содержания марганца. При решении вопроса о целесообразном содержании в чугуне марганца учитывают ряд моментов:

1) при окислении марганца выделяется тепло;

2) образующиеся окислы марганца снижают температуру плавления основных шлаков и ускоряют шлакообразование;

3) марганец при продувке ванны кислородом почти полностью выгорает, поэтому, чем больше марганца в чугуне, тем больше угар и тем меньше выход стали;

4) повышения содержания марганца в чугуне при переработке в доменном цехе обычных железорудных материалов можно добиться, вводя в состав доменной шихты марганцевую руду, а это удорожает чугун;

в) содержания фосфора и серы. В чугуне должно быть минимальное содержание этих элементов.

К лому, загружаемому в конвертер, предъявляются обычные требования о недопустимости высокого содержания вредных примесей. Кроме того, учитывая опасность повреждения футеровки, размеры кусков лома ограничиваются. Требования, предъявляемые - к качеству шлакообразующих материалов и твердых окислителей -- обычные. Специальным требованием является недопустимость подачи сыпучих материалов в виде пыли, так как пылевидные материалы уносятся отходящими газами.

Окисление примесей и шлакообразование.

При рассмотрении технологии конвертерной плавки необходимо учитывать два непрерывно и одновременно протекающих процесса: интенсивную подачу кислорода (окислительная атмосфера в зоне реакции) и шлакообразование (образование слоя шлака, постепенное повышение его основности и увеличение массы шлака по ходу продувки).

Процесс плавки в кислородном конвертере может быть условно разделен на два периода: 1-й, когда концентрации примесей (С, Si, Mn, Р) достаточно высоки; 2-й, когда в ванне почти не осталось примесей. Во время первого периода интенсивность (скорость) окисления примесей определяется интенсивностью подачи кислорода (т.е. лимитируется внешним массопереносом). Чем выше интенсивность продувки, тем выше скорость окисления примесей. Первый период условно можно назвать периодом внешнедиффузионного лимитирования процесса.

Соотношение между количеством примесей, окислившихся в результате прямого взаимодействия с кислородом и в результате взаимодействия с окислами железа, зависит от условий продувки. Если, не меняя давления кислорода, поднимать фурму, струи кислорода будут «растекаться» по поверхности и преимущественно будет окисляться железо. Многочисленными исследованиями установлено, что чем больше (до известных разумных пределов) расстояние между фурмой и поверхностью металла, тем больше железа в шлаке. Наличие железистого шлака обеспечивает быстрое растворение загружаемой в конвертер извести и формирование жидкоподвижного основного шлака (рис. 2). Процесс растворения извести в шлаке продолжается по ходу всей плавки. Технология ведения плавки должна обеспечить к концу операции полное растворение извести. Из рис. 2 видно, что процессы окисления Si, Mn, С, Р начинаются почти сразу после начала продувки.

Удаление серы

Как известно, для удаления серы желательно обеспечить контакт металла с высокоосновным малоокисленньим шлаком. Условия ведения конвертерной плавки -- окислительные, в шлаке много окислов железа, поэтому добиться в конвертере высокой степени десульфурации трудно. Однако определенная часть серы по ходу плавки удаляется -- частично в шлак, частично в газовую фазу.

Наиболее благоприятные условия удаления серы в самый начальный момент операции, так как в металле содержится много углерода и кремния, а они повышают коэффициент активности серы. Однако этот начальный момент очень кратковременен, основность шлака в начальный период плавки еще мала.

Таким образом, к концу, первого периода из металла удаляется практически - весь содержавшийся в шихте кремний, большая часть марганца, почти весь углерод и определенная часть фосфора и серы. К моменту окончания первого периода уровень ванны снижается. Вообще при продувке металла в конвертере уровень ванны -- понятие условное. Точно известен обычно уровень ванны (без шлака) лишь в момент окончания, заливки чугуна. На некотором расстоянии от этого уровня устанавливается нулевая отметка положения фурмы (обычно на 700--800 мм выше уровня металла до начала продувки). Ниже этого нулевого уровня фурма не должна опускаться даже при отказе механизма перемещения фурмы. В начале первого периода фурма поднята на высоту 1000--1200 мм от нулевого уровня. Во время обезуглероживания фурма находится на расстоянии 700--800 мм от нулевого уровня (т. е. примерно на 1,5 м от уровня металла до начала продувки). Однако во время интенсивного обезуглероживания ванна вскипает, и ее уровень повышается более чем на 2 м, т.е. фурма оказывается в зоне шлакометаллической эмульсии. В этот момент в реакционной зоне процессы рафинирования протекают преимущественно на поверхности капель, составляющих область шлакометаллической эмульсии.

Существующие методы контроля хода плавки еще несовершенны, поэтому наряду с автоматическим контролем по ряду косвенных признаков за ходом плавки во многих случаях отбирают также пробы металла на анализ.

При продувке через дно по сравнению с продувкой сверху - несколько изменяется ход реакций окисления углерода, марганца и фосфора, а также окисленность ванны, наблюдается иной, характер пылеобразования.

1. Окисление углерода. При данной продувке резко возрастает интенсивность перемешивания, увеличивается величина поверхности газ - металл (то сравнению с верхней продувкой в 10 -- 20 раз). Дополнительную поверхность представляют также частицы извести, вдуваемые в металл струей кислорода. Все это существенно облегчает условия образования и выделения окиси углерода, в результате чего возрастает скорость обезуглероживания. Поскольку, помимо кислорода, в ванну поступают углеводороды, образующие Н₂, Н₂О и СО₂, состав пронизывающих ванну пузырьков отличается меньшим парциальным давлением окиси углерода р_со - Уменьшение р_со одновременно с облегчением условий зарождения пузырьков СО позволяет без существенного переокисления ванны получать в конце операции металл с содержанием углерода менее 0,05 %.

Примерно (так же, как и при верхней продувке, при - высоких концентрациях углерода интенсивность обезуглероживания определяется скоростью подвода окислителя. При содержании углерода менее 0,10 % процесс обезуглероживания начинает лимитироваться также массопереносом в жидком металле, скорость окисления углерода лимитируется уже диффузией углерода из объема в ванны к поверхности пузырей; при этом на окисление углерода расходуется уже не весь кислород и начинается интенсивное окисление железа (железо окисляется я а протяжении всей продувки, однако образующиеся при этом окислы железа немедленно взаимодействуют с углеродом). При низких концентрациях углерода интенсивность его массопереноса к месту реакции становится меньше интенсивности процесса окисления железа и окислы железа, не успевшие прореагировать с углеродом, уходят в шлак. Избежать этого можно следующими способами: а) понизив интенсивность подачи кислорода; б) рассредоточив подачу дутья (очень много фурм малого сечения каждая); в) «разбавив» кислород инертным газом. Первые два способа практически трудно осуществимы, третий используется на практике, кислород разбавляется аргоном или азотом.

2. Окисленность металла и шлака. 'Благоприятные условия протекания реакций обезуглероживания обеспечивают по ходу плавки при донной продувке меньшую окисленность металла и шлака. Если при верхней подаче кислорода концентрация закиси железа ib шлаке по ходу всей плавки составляет не менее 16 -- 25 %, возрастая еще более в конце операции, то при продувке, через дно содержание закиси железа в шлаке не превышает 5--7% и только при низких - концентрациях углерода (<0,10% С) возрастает до 15--25% (рис. 3).

3. Окисление кремния и марганца. Содержащийся в шихте кремний при продувке ванны кислородом окисляется до следов. Это обусловлено наличием основного шлака и окислительным характером газовой фазы. Образующаяся в самом начале продувки завись железа вступает во взаимодействие с равтворенным в ванне кремнием, получившийся при этом кремнезем взаимодействует с компонентами основного шлака, прежде всего с (CaO).

4. Удаление фосфора

Условия для удаления фосфора в эта периоды плавки неблагоприятны и лишь в конце продувки в момент, когда при низких содержаниях углерода окисленность шлака резко (возрастает, условия для дефосфорации становятся благоприятными и фосфор начинает интенсивно переходить в шлак. Получить средне - и высоко-углеродистую сталь с низким содержанием фосфора при работе с использованием е кусковой извести трудно. Приходится (Продувать металл до низких содержаний углерода (т.е. добиваться получения в конце плавки окислительного шлака) и затем науглероживать металл в ковше. Получение низких концентраций фосфора в металле при переделе высокофосфористых чугунов возможно лишь при условии окачивания шлака. При вдувании в конвертер вместе с кислородом тонкоизмельченной извести положение в какой-то мере меняется.

5. Удаление серы. При донной продувке благодаря существенному повышению поверхности контакта газ -- металл возрастает количество серы, удаляемой в процессе продувки в газовую фазу. Удаление серы в шлаковую фазу при донной продувке определяется основностью формирующегося шлака; условия удаления серы - по ходу плавки более благоприятны, чем при верхней продувке, поскольку при донном дутье шлаки менее окислены.

6. Содержание газов. Условия, определяющие содержание газов в стали при продувке снизу, существенно отличаются от условий, соответствующих верхней продувке. Наиболее важных отличий два: а) температура в реакционной зоне при донной продувке благодаря охлаждающему действию слоя защитных газов и вдуваемой извести ниже, чем в реакционной зоне при верхней продувке; б) при продувке сверху некоторое количество атмосферного воздуха обычно эжектируется кислородной струей в полость конвертера. В результате в составе газовой фазы в конвертере содержится некоторое количество воздуха, который является источником поступления азота в металл. Чем выше давление кислорода, тем больше «воронка» в том месте, где струя кислорода входит в металл, тем на большую глубину проникает газометаллическая эмульсия и тем больше ее путь (и продолжительность контакта с металлом) вначале вниз, а потом вверх.

Таким образом, как вследствие снижения температуры реакционной зоны, так и в результате уменьшения подсоса атмосферного воздуха при дутье снизу содержание азота ниже, чем при продувке сверху. Некоторые колебания в содержании азота определяются методами охлаждения ванны и чистотой кислорода. Охлаждение железной рудой исключает местные заметные перегревы ванны, соответственно затрудняется переход азота из газовой фазы в металл. При охлаждении ломом в зонах ванны, находящихся на некотором расстоянии от крупных кусков лома, возможен перепрев ванны. В этих-зонах Процессы растворения азота ускоряются.

2. Особенности организации ведения плавки

Накопленный за последние годы опыт эксплуатации конвертеров с донной продувкой позволяет отметить следующие особенности организации ведения плавки:

Рассредоточенная подача кислорода и хорошее перемешивание ванны позволяют проводить продувку весьма интенсивно. Продолжительность собственно продувки плавки при использовании для охлаждения железной руды и извести составляет обычно 7--8 мин, а при использовании лома и руды 10--12 мин. Поскольку плавка в конвертере с донной продувкой идет быстрее, соответственно производительность конвертера может быть увеличена (по расчетам не менее чем на 5%); вместе с тем высокая производительность может быть достигнута лишь при высокой стойкости днищ (при равной стойкости футеровки). При низкой стойкости днищ неизбежны существенные затраты времени на смену днищ.

При правильно организованной технологии выход жидкой стали при донной продувке должен быть выше, чем при продувке сверху (за счет уменьшения выноса плавильной пыли и снижения содержания железа в шлаке). Приходится учитывать, однако, что при низких концентрациях окислов железа в шлаке процесс шлакообразования существенно замедляется, соответственно замедляется процесс удаления вредных примесей (прежде всего фосфора).

3. Существенна разница в тепловых балансах операций при продувке снизу и сверху. При продувке сверху определенное количество тепла теряется с водой, охлаждающей фурму.

4. В связи с более интенсивной продувкой, а также с вводом, помимо кислорода, также углеводородов при продувке снизу объем отходящих газов в единицу времени примерно на 20% больше, чем при верхней продувке; в отходящих газах при донной продувке содержится примерно в пять раз меньше плавильной пыли, однако средний размер частиц этой пыли существенно меньше (из ванны с пузырями газа уходят мельчайшие частички, которые «витают» в пузырях).

Работа с продувкой через днище имеет ряд особенностей: в моменты заливки чугуна, отбора проб, выпуска металла и т.п. через фурмы необходимо подавать газ (предпочтительно -- инертный), иначе брызги металла или шлака, попадающие на отверстия фурм, выведут их из строя. В качестве такого инертного газа может быть использован азот (желательно -- аргон). Преимуществом в данном" случае является то, что можно в конце плавки продувать ванну инертным газом. Вместе с тем существенный недостаток заключается в усложнении конструкции: к днищу конвертера должны быть подводы: а) кислорода и кислородно-известковой смеси; б) природного газа (или жидкого топлива); в) инертного газа. При верхней же продувке требуется только подвод кислорода.

Особенности ведения плавки при донной продувке и характер состава отходящих газов требуют весьма тщательного уплотнения между кожухом горловины конвертера и нижней частью устройства ля отсоса и улавливания газов. При такой работе существенно затрудняются возможности организации контроля за ходом операции во время продувки (отбор проб металла, замер температуры). Ведение плавки несколько упрощается при выплавке металла с очень низким содержанием углерода (<0,05%). При производстве стали с более высоким содержанием углерода металл после продувки необходимо науглероживать.

3. Контролируемые признаки, методы и средства контроля покрытий

Заключение

Многолетний опыт эксплуатации кислородных конвертеров позволил повсеместно установить следующий порядок загрузки шихты: в освободившийся после предыдущей плавки конвертер загружают лоток с ломом предварительно, взвешивают и доставляют к конвертеру заблаговременно, в момент загрузки лоток с помощью крана наклоняют (опрокидывают) и лом ссыпается в конвертер. Немедленно после загрузки лома в конвертер заливают необходимое количество жидкого чугуна (состав с чугуновозными ковшами также заранее подается к конвертеру). После окончания заливки чугуна конвертер устанавливают в вертикальное положение, опускают кислородную фурму и начинается продувка. Шлакообразующие и добавочные материалы вводят в конвертер в предварительно измельченном виде, эти материалы часто объединяют общим наименованием «сыпучие» материалы.

К признакам неметаллических покрытий относятся несколько методов, а также средств контроля. Существует широкая область применения неметаллических покрытий, которые я описала в третьем пункте своей работе.

Список литературы

1. Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. Теория прокатки. Справочник.

2. Юдин Е.Я., Белов С.В. Охрана труда в машиностроении. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983.

Размещено на Allbest.ru