Разработка технологии выплавки стали ШХ15 в открытой дуговой печи

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Задание

Назначение стали ШХ15. Дополнительные требования, предъявляемые к ней со стороны заказчика.

Описание технологии выплавки и внепечной обработки.

Расчет металлошихты.

Технологические и физико-химические расчеты, подтверждающие получение заданной марки стали по вредным примесям.

Описание электропечи и установки внепечной обработки.

Описание разливки.

Оценка конкурентной способности произведенного металла.

Воздействие электросталеплавильных печей на окружающую среду.

Индивидуальное задание:

Сталь: ШХ15.

Способ выплавки: плавка на металлизованных окатышах.

Внепечная обработка: АКОС.

Вместимость: 100 т.

1. Назначение стали ШХ15

Сталь конструкционная подшипниковая ШХ15.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 2591-71, ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Проволока ГОСТ 4727-83.

Назначение - шарики диаметром до 50 мм, ролики диаметром до 23 мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.

В данной работе рассматривается производство стали ШХ15 по ГОСТ 801-78.

Хим. состав, %:

С	Mn	Si	Cr	S	P	Ni	Cu
0.95-1.05	0.2-0.4	0.17-0.37	1.3-1.65	0.02	0.027	0.3	0.25

Сталь ШХ15 флокеночувствительна. Поэтому необходимо в технологии выплавки стали обеспечить содержание водорода в готовой стали ниже 2,5 ppm.

Требования к шарикоподшипниковой стали.

Шарикоподшипниковая сталь, применяемая для изготовления шариков, роликов и колец подшипников, должна обладать высокой твердостью, износостойкостью, достаточной упругостью, обеспечивающей надежность работы в условиях знакопеременного напряжения.

Разрушение деталей подшипников происходит под действием сосредоточенных высоких напряжений, поэтому однородность металла, которая обеспечивает равномерность механических свойств, является основным требованием, предъявляемым к подшипниковой стали.

Однородность металла включает в себя:

- минимальное отклонение от среднего химсостава

- однородность микроструктуры

- достаточную чистоту по неметаллическим включениям

Присутствие в стали крупных (более 10-15 мкм) оксидных включений и их строчек уменьшает стойкость стали против усталостного разрушения и понижает долговечность подшипников. Поэтому одним из критериев оценки качества подшипниковой стали, а также возможности ее использования или забракования является балл, характеризующий размеры оксидных включений. Достижение низкого балла по включениям, т.е. присутствие включений более допустимой величины, является одной из главных задач производства подшипниковой стали.

Высокое содержание углерода обеспечивает хорошую стойкость стали против истирания. Повышение содержания хрома, марганца, кремния увеличивает прокаливаемость стали. Содержание никеля и меди в шарикоподшипниковой стали ограничивается 0.3% и 0.25% соответственно, и его желательно иметь минимальным по следующим соображениям. Ограничение в содержании никеля вызвано тем, что при его присутствии снижается твердость закаленной стали. С повышением содержания меди повышаются твердость, предел прочности, предел пропорциональности и покаливаемость стали, но в месте с тем наблюдается ухудшение поведения стали при горячей механической обработке, проявляющееся в образовании мелких поверхностных трещин и надрыву. Кроме того, медь способствует повышению склонности стали к дисперсионному твердению.

В подшипниковой стали не всегда предъявляют высокие требования по содержанию серы. Согласно ряду исследований, сера при содержании до 0.025% даже повышает долговечность подшипников, т.к. относительно мягкие сульфиды обволакивают твердые оксидные включения, уменьшая их отрицательное влияние на образование трещин.

2. Технология выплавки стали ШХ15

выплавка сталь шарикоподшипниковый легирование

Шихтовые материалы:

Металлическая часть:

Основа - металлизованные окатыши(70 %), углеродистый лом СТ3 (30 %).

Шлакообразующие:

При выплавке стали в дуговых печах, для образования основного шлака используются известь и известняк. Для разжижения шлака используются плавиковый шпат, шамотный бой и песок. С целью раннего образования шлака для защиты металла от окисляющего действия атмосферы и науглероживания электродами шлакообразующие вводят во время завалки, а после начала образования колодцев забрасывают под электроды.

Окислители:

Для интенсификации окислительных процессов в металл необходимо вводить кислород. Источниками его могут служить железная руда, окалина и агломерат. Для выплавки заданной марки стали применяем продувку металла газообразным кислородом.

Раскислители и легирующие:

Для раскисления стали и ее легирования раскислители и легирующие элементы применяют в чистом виде или в виде сплавов с железом или друг с другом. При выплавке стали ШХ15 добавляем феррохром ФХ800, ферросилиций ФС65 и металлический марганец Мр1, в количестве 2105, 503 и 210,5 кг соответственно.

Источник углерода:

В качестве дополнительного источника углерода добавляем электродный бой. Количество электродного боя, необходимое для выплавки 100 т стали ШХ15 составляет 113 кг.

Подготовка печи к плавке: Для поддержания огнеупорности футеровки печи в рабочем состоянии необходим ремонт наиболее пострадавших ее участков. После выпуска плавки печь необходимо очистить от остатков шлака и металла, чтобы не происходило уменьшение объема ванны из-за зарастания подины. Остатки металла из углублений подины удаляют повторным сливом или выдувкой сжатым воздухом (кислородом) предварительно заправив задний откос. Остатки неслившегося металла замораживают на заднем откосе. После этого поврежденные участки ремонтируют. Подину, откосы и шлаковый пояс заправляют при помощи заправочных машин сухим или увлажненным водным раствором жидкого стекла (плотностью от 1,10 до 1,25 т/м^3, до 8 % по массе), сухим магнезитовым порошком или смесью магнезитового порошка с порошкообразным науглероживателем (15-30 % по массе).

Загрузка шихты:

Завалка 100 т печи занимает 10-15 минут.

Загрузка производится обычным способом при помощи грейферной бадьи. Для достижения достаточно плотной укладки шихты и хороших условий ее расплавления следует предпочитать применение стального лома разной габаритности.

Непосредственно на дно бадьи загружают часть мелкой шихты. В центральной части загружают крупную шихту вперемешку с шихтой средних размеров. Поверх крупной шихты и вокруг нее, у откосов загружают шихту средних размеров, что способствует более устойчивому горению дуг. Стальной лом на плавку с использованием металлизованных окатышей загружают в печь в один прием. Для обеспечения необходимого содержания углерода в готовой стали добавляют кокс или электродный бой.

Период плавления:

Главная задача периода плавления - как можно быстрее перевести металл в жидкое состояние. Большое тепловосприятие ванны в период плавления позволяет работать в этот период с максимальной мощностью и при максимальном напряжении на дуге. Широкое распространение получила непрерывная загрузка окатышей через отверстия в своде, реже - через отверстия в стене печи. Загрузку начинают после проплавления колодцев в заваленном ранее ломе и образования ванны жидкого металла на подине.

Состав шлакообразующих материалов

Материалы	Состав, %
	SiO2	MgO	Fe2O3	Al2O3	CaO	CaF2
Известь	2,5	3,3	0,6	1,00	92,0	-

Для офлюсования пустой породы металлизованных окатышей и получения шлака с необходимыми физическими и физико-химическими свойствами, обеспечивающими удовлетворительную дефосфорацию, а также, по возможности, малую эрозию основной футеровки, в печь присаживают известь. Она загружается в ванну вместе с окатышами. Общее количество извести должно составлять от 95 до 120 кг на тонну металлизованных окатышей. В период расплавления металлизованных окатышей ванна должна равномерно кипеть. В случае слабого кипения в ванну вводится кислород с интенсивностью до 1000 м/ч. Выделение значительного количества тепла при окислении примесей способствует быстрому увеличению температуры. Часть элементов окисляется в период плавления. После расплавления 35-40 т окатышей шлак должен быть жидкоподвижным и его избыток самотеком стекать через порог рабочего окна. Шлак равномерно спускают по мере плавления окатышей так, чтобы к концу периода плавления основная масса шлака была удалена (шлаковая чаша должна быть заполнена на 50-70%).

Температура металла 1610-1670?С.

Средний состав шихты

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Fe
1,0	0,19	1,36	0,01	0,017	0,09	0,09	0,09	94,19

Состав шлака к концу присадки всех окатышей:

	MgO	SiO2	CaO	FeO
1,5-3	3-12	15-25	40-50	?10

Рассчитаем необходимое количество извести:

Общее количество SiOво время плавления- 4,55%, (в окатышах-3,9%, в ломе-0,65%) или 2976 кг.

, CaO=40% SiO=25% ,тогда масса шлака будет равна: кг, количество извести, необходимое для ошлакования пустой породы:

кг, где 0,92-содержание CaO в извести.

Окислительный период:

После расплавления шихты отбираются пробы металла для определения содержания: C, Mn, Cr, S, P, Cu и Ni. Так как шихта содержит большое количество избыток углерода, необходимо провести частичное окисление с использованием газообразного кислорода. Для уменьшения угара железа продувку ванны кислородом следует начинать после нагрева металла до температуры выше температуры ликвидус на 120-130?С. Окисление ванны производят введением кислорода с интенсивностью от 800 до 2100 м/ч с одновременным спуском шлака. Количество окисленного углерода около 0.3%. Интенсивность продувки принимаем около 25 м³/мин, скорость окисления углерода 0.025%/мин, следовательно, время продувки 12 мин., а расход кислорода 300 м³.

За 5-8 минут до окончания окислительного периода отбирают пробу металла (C, Mn,P), измеряют температуру.

Для уменьшения угара железа продувку ванны кислородом следует начинать после нагрева металла до температуры выше температуры ликвидус на 120-130?С. Кипение ванны способствует удалению водорода и азота из стали.

Температура металла в конце периода 1650 - 1680?С.

Состав полупродукта

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Fe
0,7	0,12	-	0,005	0,008	-	-	-	97,128

Выпуск стали в ковш. Сталь выпускается нераскисленной. Чтобы отсечь печной шлак (который мешает провести десульфурацию, вызывает рефосфорацию, насыщает металл наметаллическими включениями и требует вводить в технологию для отсечки печного шлака), плавку ведут в печи с эркерным выпуском (печь 4-го поколения).

За 10 минут до выпуска металла под печь подают ковш, разогретый до температуры 1000С. Выпускают 25% металла, затем присаживают весь ферросилиций и 50% ферромарганца (что обеспечивает комплексное раскисление металла), весь феррохром. Затем сливают оставшийся металл и на его поверхность кидают несколько лопат извести для защиты металла.

Внепечная обработка стали. Внепечная обработка стали проводится на агрегате комплексной обработки стали (АКОС), состоящем из двух стендов

печь-ковш

порционное вакуумирование

Печь-ковш.

После установки ковша с металлом на стенд печь-ковш берут пробу металла и определяют необходимое количество твердой шлаковой смеси для десульфурации металла. В печь присаживают оставшиеся 50% ферромарганца для обеспечения его марочного содержания. Во время всей обработки металла в печи-ковше металл продувают Ar с целью усреднения его состава и температуры, (расход 0,3 м³/т). Время обработки составляет 15-20 минут. В наиболее завершенном виде установка для доводки металла включает металлическую или футерованную крышку, фурму для продувки металла аргоном, имеющую привод для вертикального перемещения, 2-3 бункера с затворами и течками, установку для ввода алюминиевой проволоки (трайб- аппарат), устройство для вдувания порошкообразных материалов и приспособления для измерения температуры и взятия пробы.

Основным раскислителем при внепечной обработке стали является алюминий, который вводят виде проволоки диаметром 8-16 мм с помощью трайб-аппарата. В последние годы широко применяют порошковую проволоку с силикокальцием, углеродсодержащими, модификаторами, в частности редкоземельными и другими материалами.

Порционное вакуумирование.

Увеличение относительной поверхности жидкого металла в процессе вакуумной обработки с целью повышения ее эффективности может быть достигнуто, если вакуумированию подвергать не всю массу стали в ковше, а отдельными порциями. Для этого был разработан способ порционного вакуумирования с засасыванием в вакуум- камеры одновременно лишь 10-12% всего металла в ковше.

Ковш подвозят под вакууматор, вакууматор опускают в металл (для предохранения вакууматора от попадания в него шлака, патрубок вакууматора закрывают листом металла толщиной 2 мм, который расплавляется под воздеийствием горячего металла, и металл попадает в вакууматор, а шлак нет). Остаточное давление снижается до 50-100 Па, проводят необходимое количество циклов, (их количество рассчитывается заранее). Время вакуумирования составляет 15 минут.

Обработка стали происходит в футерованной вакуум-камере, в которую металл засасывается через футерованный изнутри и снаружи патрубок вследствие создания в камере разрежения. Одновременно засасывается 8-12% общей массы металла в ковше. Уровень металла в вакуум-камере примерно соответствует внешнему атмосферному давлению.

При движении ковша вниз или вакуум-камеры вверх металл вытекает из вакуум- камеры в ковш(остается лишь в патрубке), а при обратном движении вновь засасывается в камеру, где подвергается вакуумной обработке. Таким образом, сталь, находящаяся в ковше и вакуумированная, перемешивается и достигается однородность обработанного металла.

Один цикл обработки, включающий наполнение и освобождение вакуум-камеры до уровня соединения ее с патрубком, продолжается 15-30 с. Количество циклов, необходимое для определенного режима вакуумной обработки (удаление водорода, раскисления углеродом, окисления углеродом, перемешивания), оценивается коэффициентом рециркуляции. Он выражается отношением суммарной массы металла, прошедшего через вакуум - камеру за все время обработки, к массе металла в ковше. Обычно при порционном вакуумировании стали коэффициент рециркуляции равен 3-4. В процессе порционной вакуумной обработки сталь охлаждается. Наибольшее понижение температуры происходит в начале вакуумирования. При нагреве футеровки вакуум- камеры до 1400 ?С оно составляет в первые 1.5-2.0 ?С за цикл. По мере вакуумирования и нагрева футеровки за счет металла потери тепла уменьшаются, и примерно к 40-му циклу снижение температуры металла составляет мене 1 ?С за цикл. Общее снижение температуры стали за время рафинирования составляет 30-40 ?С, что вызывает необходимость перегрева стали в сталеплавильной печи для обеспечения необходимого запаса температуры.

В процессе порционного вакуумирования из стали интенсивно удаляется водород. За 40-45 циклов (коэффициент рециркуляции более 4) при остаточном давлении в камере к концу обработки 0.07-0.15 кПа его содержание понижается до 0.00015-0.00018%. В большей степени водород удаляется при вакуумировании нераскисленной полностью стали, когда он экстрагируется пузырьками образующегося оксида углерода.

Повышение чистоты стали по неметаллическим включениям - одна из главных целей порционного вакуумирования. В связи с этим следует отметить использование порционного вакуумирования подшипниковой стали. Поскольку при работе подшипников их детали соприкасаются отдельными точками рабочих поверхностей, большое значение для подшипниковой стали имеет чистота по неметаллическим включениям. При порционной обработке получают не только меньшее их содержание, но и меньшие размеры в готовой стали.

Технологическая схема плавки.

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

3. Расчет металлошхты

Принимаем состав металлошихты: 70%-металлизованные окатыши, 30%-отходы стали Ст3. Необходимые легирующие и раскислители вводятся в ванну в восстановительный период на АКОСе.

Состав металлошихты,%

		C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Fe
Окатыши	70%	1,39	0,027	1,82	0,002	0,011	-	-	0,002	92,6
Лом Ст3	30%	0,22	0,6	0,3	0,04	0,03	0,3	0,3	0,3	97,9
Средний состав металло-шихты	100 %	1,0	0,19	1,36	0,01	0,017	0,09	0,09	0,09	94,19

Расчетный состав стали ШХ15,(%):

С	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Fe
1	0.3	0.27	0.02	0.027	1.4	0.3	0.25	96.433

Состав ферросплавов, используемых для выплавки стали ШХ15,(%):

Материал	Fe	C	Mn	Si	Cr	S	P	Ni	Cu
ФХ800	21.4	7	-	1.5	70	0.03	0.05	-	-
Мр1	4	0.1	95	0.8	-	0.05	0.05	-	-
ФС65	34.8	0.1	-	65	-	0.03	0.05	-	-

Коэффициенты усвоения:

Легирующий	Содержание	Коэффициент	усвоения, %
Элемент	в стали, %	Из ферросплава	из лома
Марганец	Менее 5.0	90	85
	Более 5.0	85	85
Кремний		75
Хром	менее 3.0 более 3.0	95 95	90 90

Расчет расхода ферросплавов для легирования стали:

Qферросплава=, где:

Q_ст- масса жидкой готовой стали, (т)

[R]_cт, [R]_p - содержание легирующего элемента соответственно в готовой стали и расплаве перед присадкой ферросплава, (%)

А - содержание легирующего элемента в ферросплаве, (%)

Б - коэффициент усвоения легирующего элемента, (%)

1.Для легирования металла марганцем используем металлический марганец Мр1 Определяем необходимое количество марганца:

Q_Mp1=100000*(0.3-[Mn]')*100/95*90

[Mn]'- количество марганца в металле перед присадкой ферросплава, %

[Mn]' -количество Mn перед выпуском из ДСП

Q_Мр1=100000*(0.3-0.12)*100/95*90=210,5 кг

2.Количество феррохрома:

Q_ФХ800=100000*(1.4-[Cr]')*100/70*95

Q_ФХ800= 2105 кг

3.Количество ферросилиция:

Q_ФС65=100000*(0.27-[Si]')*100/65*75

[Si]'_Мр1=210,5*0.8*0.75/100=1,3 кг [Si]'_ФХ800=2105*1.5*0.75/100=23,68 кг

[Si]'=1,3+23,68=25 кг или 0,025% Q_ФС65=503 кг

4. Количество железа

Коэффициенты усвоения железа:

Из лома	из ФХ800	из Мр1	из ФС65	Из окатышей
96%	96%	100%	100%	93%

Всего внесено железа:

Fe_{окатыши}=70000*0.93*0.926=60283 кг,

Fe_ФХ800=2105*0.214=450 кг, Fe_ФС65=503*0.348=175 кг, Fe_Мр1=210,5*0.04=8 кг

Fe_общ.=60283+450+175+8=60916 кг или 60,92%

Потребность в ломе стали Ст3 Q_Ст3=100000*(96,433-60,92) *100/97,9*96=37786 кг

Расход металлошихты на плавку, кг:

Материал	Кол-во, кг.	C	Si	Cr	Mn	S	P	Cu	Fe
Окатыши	70000	973	1274	-	19	1,4	7,7	1,4	64820
Ст3	37786	83	113	113	227	15	11	113	36992
Мр1	210,5	0,2	1,7	-	200	0,1	0,1	-	8
ФХ800	2105	147	32	1470	-	0.63	1	-	450
ФС65	503	0.5	325	-	-	0,15	0,25	-	175
Всего	110604,5	1317	1745,7	1583	446	17,28	20,05	114,4	102445

Количество углерода, внесенное в завалку 973+83=1056 кг, что составляет 1% от завалки. В стали ШХ15, по ГОСТу должно содержаться (0.95-1.05)% С, следовательно, необходимо науглероживание, т.к. при продувке кислородом часть углерода окислится.

В окислительный период окисляется - 0.3% С, останется 1-0,3=0,7%С, т.е.739 кг, в восстановительный период вносится 148 кг, следовательно, всего 887 кг или 0,84%.

По ГОСТу в стали должно содержаться 1000 кг углерода.

Необходимое количество кокса: кг

Выход годного:

R=Q_мет./Q_шихты*100=100000/110604,5*100=90,4%

5. Технологические расчеты

Данную сталь целесообразно подвергнуть вакуумированию и продувке аргоном для уменьшения содержания растворённых в ней газов. Продувка металла так же будет способствовать более полному удалению образовавшихся неметаллических включений и усреднению состава.

Определим растворимость водорода в стали.

Т=1550 С=1823 К

Дж/моль

Вакуумная обработка (дегазация)

Определение минимально возможной доли газов, растворенных в стали, после выдержки в вакууме при T=1873K.

Поверхностное натяжение стали, содержащей углерод и кислород:

у = 1350 мДж/м²; K_H = 0,0023;

P_min = 2?= 2= 861,18 Н/м² = 0,00876 атм.

Перейдем от давлений к концентрациям. При 1873К для водорода:

_Н?= 0,0023?= 0,000215 %,

6. Описание электропечи

Описание электропечи и установки внепечной обработки. Определение производительности участка.

Из-за необходимости тщательного скачивания шлака после проведения окислительного периода для выплавки заданной марки стали используют сверхмощные ДСП четвертого поколения, имеющие водоохлаждаемый цилиндрический кожух и плоский металлический водоохлаждаемый свод, за исключением центральной кирпичной секции, для установки комбинированных электродов (комбинированный свод). Выпуск металла - эркерный, форма рабочего пространства - овальная. ДСП оборудована устройством электромагнитного перемешивания. Конструкция современной ДСП в процессе эксплуатации должна учитывать следующие факторы:

1. Использование высокой удельной мощности печного трансформатора, составляющей 800-900 кВА/т для 100-т печей.

2. Необходимость обязательного наведения в период расплавления шихты и поддержания на протяжении всего периода расплавления основного пенистого шлака для экранирования электрических дуг и уменьшения тепловых нагрузок на футеровку печи. Это позволяет вести плавку на более длинных электрических дугах и более высоком напряжении, что обеспечивает возможность поддерживать коэффициент мощности в пределах 0.8-0.85 и работать на более экономичных электрических режимах.

3. Обеспечение выпуска металла из печи в ковш без шлака и оставления в печи части жидкого металла(10-15%). В конструкционном отношении это обеспечивается с помощью эркера. Для заправки откосов и подины предусматривается периодически сливать металл из печи полностью после работы ДСП в течение 4-6 дней.

4. Целесообразность интенсификации периода расплавления твердой шихты за счет применения топливно-кислородных горелок. Помимо ускорения расплавления, это обеспечивает экономию удельного расхода электроэнергии.

5. Обязательное использование водоохлаждаемых элементов стен и свода, обеспечивающих возможность продлить срок службы футеровки при наличии высоких тепловых нагрузок.

6. Обеспечение максимально возможного быстродействия основных механизмов печи за счет использования гидравлических приводов.

7. Преимущественное использование для раскрытия рабочего пространства для загрузки шихты сверху конструкции печи с отворачивающимся сводом, как более компактной и занимающей меньшую площадь в цехе.

8. Максимально возможную механизацию всех трудоемких операций по обслуживанию печи.

9. Оснащение плавильного агрегата автоматической системой управления технологическим процессом с обязательным использованием автоматического регулирования электрического и теплового режимов плавки с применением ЭВМ.

Техническая характеристика печи:

Вместимость, т	100
Мощность, МВА	80
Сила тока, кА	77.5
Диаметр электрода, мм кожуха	610 6640
Удельный расход электроэнергии, кВтч/т	400
Расход воды, м3/ч	700
Масса металлоконструкций, т	485
Габаритные размеры: высота длина ширина	20.8 15.5 9.8

Расчет производительности ДСП.

Вместимость печи: 100 т.

Длительность плавки:

?_плавки = ?_{подготовки} + ?_{расплавления} + ?_окисл = 0,2 + 0,6 + 0,3 = 1,1 час.

Суточная производительность:

Годовая производительность:

8760 - годовой фонд времени, ч/год;

Пр - величина простоев печи по техническим и организационным причинам, составляющая 5…10 % на печах разной конструкции и различной вместимости (принимаем 5 %).

Внепечная обработка (АКОС)

Агрегаты комплексной обработки стали предназначены в первую очередь для сокращения времени внепечного рафинирования.

АКОС это - универсальная система, использую которую можно проводить несколько видов обработки. Конструктивно она выполнена в виде неподвижного ковша, к которому попеременно транспортируются различные устройства, либо ковш перемещается под соответствующий стенд. Возможно так же использование одного агрегата, позволяющего одновременное проведение нескольких видов обработки.

В АКОС можно добиться следующих результатов:

Ш вынос максимального количества операций из печи в ковш

Ш вынос ферросплавов в печь-ковш 2 5%

Ш рафинирование от серы за счет различных шлаковых смесей до 0,002 0,003 %

Ш снижение водорода до 1,5 ppm

Ш снижение азота до 50 ppm

Ш снижение НВ до 1 1,5 баллов

Описание агрегата для комплексной обработки стали.

Установка состоит из ковша, кожух которого изготовлен из немагнитной нержавеющей стали, устанавливаемого после слива в него металла на сталевоз с индуктором для электромагнитного перемешивания. Ковш оборудован двумя съемными крышками: крышкой-сводом с тремя электродами для дугового обогрева и вакуумной крышкой, соединенной с системой вакуумных насосов. Ковш перемещают под одну и другую крышки по мере необходимости нагрева после присадки шлакообразующих и последующего вакуумирования.

Технические характеристики ковша, 100т

параметры	значение	размерность
Число плавок в сутки	28
Время обработки	37	минуты
Расход электроэнергии	35	кВт*ч
Расход электродов	0,35	кг/т
Максимальная скорость нагрева	6	?С/мин
Расход газа для продувки	0,5
Расход огнеупоров	3,3	кг/т
Стойкость продувочной фурмы	10	плавок

Схема агрегата комплексной обработки стали.

7. Описание разливки

Подачу металла из сталеразливочного ковша в промковш осуществляют через кварцевую погружаемую трубу с подводом аргона. Трубы устанавливают после открытия шибера и слива не более 10 т металла из сталеразливочного ковша. В процессе работы защитная труба должна быть расположена вертикально, без перекоса. После наполнения промковша подача аргона в аргонный коллектор или защитную трубу регулируют таким образом, чтобы вокруг погруженной под зеркало металла трубы не было оголения металла. В промковш производят дополнительную присадку теплоизолирующей смеси на оголенные участки. Погружение трубы под зеркало металла в промковш должно быть не менее 100 мм.

Запуск ручьев производят после наполнения промковша металлом до уровня не менее 500 мм (15 т). Рабочий уровень металла в промковше в процессе разливки должен быть на расстоянии не более 100 мм от аварийного носка (20-23 т).

По ходу разливки осуществляют импульсную подачу аргона в пористую вставку стакана-дозатора промковша. Вторичное охлаждение производится водовоздушной смесью. Температура поверхности заготовок перед посадом в печь замедленного охлаждения должна быть не менее 600⁰С.

Дано: Ковш -100 тонн; количество ручьев - 6; размеры заготовки - 200х200 мм.

Расчет корочки на выходе из кристаллизатора.

, мм

Q_KP - тепловой поток в кристаллизаторе, Дж/с

= 7200 кг/м³

q - скрытая теплота кристаллизации

q = 420 кДж/кг

Р - периметр заготовки, м

Р = 0.8 м

Q_KP = Q_УД * S

Q_УД = 0.85 * 10⁶ Вт/м² S = 2* (a + b) * L = 0.8 м²

-скорость вытягивания

=0,021м/с

мм

Расчет согласования скорости вытягивания и скорости разливки.

G - вес одного погонного метра заготовки

G = *S*1м = 7.2*0.04= 0.288т/м.

_{ВЫТЯГИВАНИЯ} = G*_{РАЗЛИВКИ} = 0.288*1.26 = 0.36 т/мин. = 0.006 т/сек.

Скорость разливки = Скорость вытягивания

Q = = 22.5316*d²

0.006 = 22.5316*d²; d = 16 мм.

Расчет радиуса радиальной машины.

R_O =

K-коэффициент затвердевания, мм/мин

K=28-30 мм/мин

И-коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО, (И=07-0,85)

е-величина допустимой деформации металла в интервале хрупкости,

(0,15-0,3)*10

R=м

При базовом радиусе МНЛЗ R_O = 8 м участок затвердевания (металлургическая длина) машины составит

L_M = 12.56 м.

Полное время затвердевания заготовки составит

12мин.

Необходимая минимальная металлургическая длина при скорости вытягивания слитка = 1.26 м/мин. Составит

L = = 1.26*12 = 15 м.

Необходимая минимальная металлургическая длина слитка больше чем участок затвердевания (металлургическая длина), следовательно, необходимо либо увеличить радиус машины, либо уменьшить скорость вытягивания слитка. Сохраняя скорость вытягивания 1,26 м/мин., так как она определяет производительность установки, рассчитаем базовый радиус установки

R==9,5?10 м.

Расчет производительности МНЛЗ.

Р=, т/год

Р - производительность

1440 - минут в сутках

М - масса жидкого металла, т

Ф - фонд рабочего времени (около 300 суток)

n - количество плавок в одной серии (около 7)

t_разл.=М / а*в*- время разливки

число ручьев (принимаем =6) а и в =0.2 м- размеры заготовки

=7.2 т/м³-плотность жидкой стали

-скорость вытягивания (принимаем=1,26 м/мин.)

t_подг. - время подготовки (около 80 мин.)

Р=т/год.

Р0.7 млн. т в год

8. Оценка конкурентной способности произведенной марки стали

СТАТЬЯ	ЕД. ИЗМ.	НОРМА, кгггкгккг/тонну	ЦЕНА, $/тонну	СУММА, $
СЫРЬЕ И ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Углеродистый лом	т	0,377	275	103,8
Металлизованные окатыши	т	0,7	130	91
ФС65	т	0,005	225	1,125
ФМр1	т	0,002	430	0,86
ФХ800	т	0,021	590	12,39
ДОБАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Известь	т	0,05	40	2
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Термопары	шт	0,03	0,04	0,001
Пробоотборники	шт	0,03	2,8	0,084
Гильзы кристаллизатора	шт	0,009	0,2	0,002
Шлаковая чаша	шт	0,24	1	0,24
ЭНЕРГОРЕСУРСЫ
Кислород		5	0,05	0,25
Электроэнергия на выплавку	кВт*ч	400	0,004	1,6
Электроэнергия на внепечную обработку	кВт*ч	35	0,004	0,14
Вода техническая оборотная		0.1	9,53	0,95
Аргон		2	1,5	3
ЭЛЕКТРОДЫ ГРФИТИРОВАННЫЕ
Электроды, 500мм	т	0,002	254	0,51
Электроды на печь-ковш	т	0,35	180	63
ОГНЕУПОРЫ
Огнеупоры	т	0,0066	175	1,155
Кирпич	т	0,0008	30	0,024
ИТОГО условно перемен.				290,281
ОПЛАТА ТРУДА ПО ЦЕХУ				2,15
РЕМОНТНЫЙ ФОНД				1,56
СОДЕРЖАНИЕ ОСН. СРЕДСТВ				0,96
АМОРТИЗАЦИЯ				3,54
ОБЩЕЗАВОДСКИЕ РАСХОДЫ				5,35
ИТОГО постоянных затрат				13,56
СЕБЕСТОИМОСТЬ				303,841

Цена стали марки ШХ15 на рынке металлов составляет

Кузнецкий металлургический комбинат: 557$

Средняя цена 550$.

С учетом налогов, отпускная цена продукции будет составлять:

Налог на прибыль 35%

В социальный фонд 38,5%

Чистая прибыль 5,6%

НДС 20%

Отпускная цена:

303,841ґ(0,35+0,056+0,385+1)=544 $ (без НДС).

Показатель конкурентоспособности:

К=I_н.п.I_т.п./I_э.п.

I_н.п - нормативный параметр;

I_т.п - технический параметр;

I_э.п. - экономический параметр

Нормативный показатель характеризует свойства изделия, в том числе экологичность и безопасность. Показатель равен 1 если товар удовлетворяет требованиям стандартов.

I_т.п. = (П_i/П_oi)а_i

П -технические параметры анализируемого образца и аналога на рынке

А - удельный вес параметра.

Принимаем, что технический показатель равен 1.

I_э.п.=С/С₀=544/550=0,98

К=1/0,98=1,02

Показатель больше 1, следовательно, продукция - конкурентоспособна.

Вывод: приведенная калькуляция в соответствие с предложенной технологической схемой выплавки стали марки ШХ15 показывает рентабельность продукции этой марки на рынке.

9. Описание экологической ситуации

В период загрузки печи запыленность газов незначительна и определяется качеством и составом используемой шихты. В период плавления и особенно в последующий период окисления в ДСП с технологическими газами выбрасывается пыль, диоксид углерода, оксиды азота и серы, цианиды. На стадии доводки стали после выпуска шлака уменьшается и количество и запыленность газов.

При применении кислорода в окислительный период происходит интенсивное окисление углерода и количество выделяющихся газов значительно возрастает. Кислород, вводимый в печь под большим давлением через специальные фурмы на поверхность металла, образует при контактировании брызги, которые увеличивают запыленность газа.

По ходу плавки состав образующихся газов, в зависимости от скорости выгорания углерода, изменяется в следующих пределах /4/ :

СО	СО2	Н2	О2	N2
15-25%	5-11%	0,5-35%	3,5-10%	61-72%

Отсюда следует, что содержание СО₂ и Н₂ в газах таково, что делает отходящие газы взрывоопасными. Выход газов составляет на 1 т около 350-450 м³ /4/.

Количество пыли, выносимой из электрических сталеплавильных печей, составляет 0,4-1,0% массы выплавляемой стали. Средняя концентрация пыли в газе находится в пределах 15-30 г/м³, что дает удельный выход пыли, равный 6-9 кг/т стали /4/. Мелкодисперсная пыль образуется в результате испарения металла в районе действия электрических дуг, пары которого конденсируются и взаимодействуют с кислородом и азотом, содержащихся в рабочем пространстве печи. Пыль, выделяющаяся из оксидов железа, и зависит от марки стали. В период расплавления суммарное количество оксидов железа составляет около 80%, в период кипения - 62%.

В цех выделяется значительное количество неорганизованных выбросов, составляет около 40% технологических газов.

Над печью выше электродов ставятся зонты, охватывающие все места пыле- и газовыбросов. Для очистки газов электросталеплавильных печей применяют мокрую очистку, которая осуществляется в форсуночных скрубберах и скрубберах Вентури.

Из пыли извлекают цинк, свинец, оксиды железа (идут в печь), а остальное идет на строительные нужды.

На охлаждение стен и свода печи расходуется вода в количестве 6 - 9 м³/Чч. Для уменьшения расхода воды и лучшего использования теплоты охладителя применяют систему паро-испарительного охлаждения печи. Образующийся в процессе охлаждения стен и свода печи пар используется для производственных нужд. Производство пара (температура пара 204°С при давлении 1,6 МПа) в среднем составляет 7,5 т/ч, расход охлаждающей воды 290 м³/ч /5/.

В последние годы, как за рубежом, так и в отечественной практике ДСП устанавливают в газо-шумозащитных камерах. Такие камеры полностью охватывают не только печь, но и зоны загрузки шихты сверху с помощью бадьи и выпуска металла в ковш, который устанавливается на сталевозе. Камеры подключают к системе газоудаления, которая обеспечивает практически полное улавливание всех неорганизованных выбросов из печи. Размещение ДСП в камере, стенки которой выполнены из звукопоглощающих материалов, снижает уровень шума в цехе с 110 -120 до 70 - 90 ДБ, что является допустимым/6/. Газо-шумозащитные камеры показали себя в качестве надежных элементов, улучшающих экологическую обстановку в электросталеплавильных цехах.

При использовании газокислородных горелок в системе происходит смешивание воздуха и газа, сопровождающееся шумом. Для ослабления шума горелок, в зоне смешивания установлен цилиндрический глушитель из металла. Для защиты от шума горения служит звукопоглощающий экран. Для глушения шума на стороне отвода продуктов сгорания эффективна установка глушителей между котлом и дымовой трубой. Трубопроводы - хорошие проводники звуковой энергии, поэтому в местах прохождения труб через перекрытия и стены нужны уплотнения из слои асбеста, минеральной ваты или других упругих материалов. Для гашения вибрации и шума колеблющихся объектов и крепежных деталей трубопроводы следует укреплять на упруго-делепфирующих опорах.

Полученный в ДСП шлак также необходимо утилизировать. Шлак после охлаждения дробится на более мелкие фракции. Из шлака необходимо извлечь корольки металла, которые пойдут с металлоломом опять в печь. Переработанный шлак идет на строительные нужды.

Количество и состав газов, образующихся в процессе плавки в дуговых печах, зависят от состава шихты и количества подаваемого кислорода. В отходящих газах содержится, %(объемн.):

15-25 СО, 5-11 CO₂, 0,5-3,5 H₂, 3,5-10,0 O₂.

Отходящие газы дуговых электропечей отводятся одним из трех способов: от отверстия в своде, через арку рабочего окна или от зонта, расположенного над печью. Удельный выход газов при отсосе через отверстие в своде составляет 80-110 м³/т, а при отводе под зонт - 350-450 м³/т.

Средняя концентрация пыли в газах составляет 40-50 г/м³ ,а удельный вынос 11-12 кг/т стали ( для печи вместимостью 100 т ).

Период максимального пылевыделения длится около 30 минут. Основная масса пыли ( до 70 % ) имеет размер частиц до 3 мкм и состоит из оксидов железа на 60-80% .

Содержание оксидов азота в составе отходящих газов - до 300 г/т стали. Все эти вещества очень вредны для человека. Влияние их на человеческий организм различно. Так, углеводороды - сильнейшие наркотики. Но для создания опасных концентраций в крови нужны высокие концентрации их в воздухе, так как растворимость их в крови человека ничтожно мала. Вызывает головную боль, сонливость, головокружение. CS, COS, CH₂, SO₂, SO₃ -- сильные яды, вызывают тяжелые органические заболевания нервной системы, раздражающе действуют на кожу, дыхательные пути и слизистые оболочки. Азот как газ физиологически индифферентен, но его соединения очень опасны: аммиак (NH₃) -- сильно раздражает верхние дыхательные пути и глаза, также как и NO, действует на центральную нервную систему, NO₂ раздражает легкие, вызывая их отек.

Монооксид углерода (СО) вызывает удушение, CO₂ - возбуждает дыхание, действует как слабый наркотик; в очень высоких концентрациях способен вызвать удушение.

SiO₂(пыль) мало ядовит и мало токсичен (вследствие его малой растворимости), вызывает только медленно развивающиеся изменения в легких.

Щелочные металлы (К, Na), соединяясь с водой, образуют оксиды, которые при контакте с кожей и слизистой оболочкой действуют прижигающим образом и образуют ожоги. Кальций сам по себе не опасен, но его оксид (СаО - известь) оставляет на коже тяжелые ожоги, при попадании в глаза вызывает стекловидный отек. Соединения хрома при небольших концентрациях вызывают легкое раздражение слизистой носа, насморк, чихание. Марганец и его соединения - сильные яды, действующие на центральную нервную систему, вызывая в ней тяжелые органические изменения. Изменения возникают также в легких, печени, крови. Увеличивается заболеваемость воспалением легких.

Fe, FeO, Fe₂O₃ -- несколько токсичны, вызывают усталость, потливость, лихорадку, бронхит, воспаление носоглотки. При очень долгом вдыхании образуется рак легких. P₂O₅ (пыль) обладает местным раздражающим действием, сильное водо-отнимающее средство. Пыль трехсернистого фосфора обладает раздражающими свойствами.

Cписок использованной литературы

Журавлев В. Н., Николаев О. И. Машиностроительные стали. Справочник. - М.: Машиностроение, 1981. - 500 с.

Григорян В. А., Стомахин А. Я., Пономаренко А. Г. и др. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов: Учебное пособие для вузов. -М.: Металлургия, 1989. - 288 с.

Григорьев В. П., Нечкин Ю. М., Егоров А. В. и др. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства.: Учебник для вузов. - М. МИСиС. 1995. - 512 с.

Денисов С. И. Управление и утилизация пылей и газов. - Киев.: Высшая шк., 2002. - 333с.

Никольский Л. Е., Зинуров И. Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов.: Учебное пособие для вузов. - М.: Металлургия. 1993. - 272 с.

Злобинский Б. М., Дрейман Н. И., Климов Ю. А. и др. Борьба с шумом в черной металлургии. - Техника. 1973. - 200 с.

Рынок металлов. №5 2008 г.

Размещено на Allbest.ru