Установка печь-ковш

Комбинированные способы внепечной обработки стали, используемые технологические приемы и оценка их практической эффективности. Агрегаты, используемые в процессе внепечной обработки стали: электродуговой подогрев, ковш-печь, установки с вакуумированием.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 28.04.2014
Размер файла 431,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Новые технологии обработки металла как в сталеплавильных печах (конвертерах), так и главным образом вне их, привели к заметному увеличению масштабов производства стали и сплавов, однородных по свойствам и содержащих ничтожно малое-количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей. Связанное с этим усложнение технологии оправдывается достигаемыми результатами в отношении качества и надежности металлопродукции.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка металла одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами одновременно). К рассмотренным выше простым методам относятся: 1) обработка металла вакуумом; 2) продувка инертным газом; 3) обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твердыми шлаковыми смесями; 4) введение реагентов в глубь металла.

Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: а) необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для компенсации падения температуры металла при обработке в ковше; б) ограниченность воздействия на металл (только десульфурация, только дегазация и т.п.).

Лучшие результаты воздействия на качество металла достигается при использовании комбинированных или комплексных способов, когда в одном или нескольких последовательно расположенных агрегатах осуществляется ряд операций. Для их проведения зачастую необходимо изменять конструкцию ковша и использовать более сложное оборудование.

1. Комбинированные способы внепечной обработки стали

Выбор необходимого оборудования определяется той или иной технологией обработки металла. Несмотря на многоплановость задач, возникающих при решении проблемы повышения качества металла методами вторичной металлургии, используемые при этом технологические приемы немногочисленны:

1) интенсификация процессов взаимодействия металла с жидким шлаком или твердыми шлакообразующими материалами путем организации интенсивного перемешивания (специальной: мешалкой, продувкой газом, вдуванием твердых шлакообразующих материалов непосредственно в массу металла, с помощью электромагнитного перемешивания и т.п.);

интенсификация процессов газовыделения путем обработки металла вакуумом или продувкой инертным газом;

интенсификация процессов взаимодействия с вводимыми в ванну материалами для раскисления и легирования (подбор комплексных раскислителей оптимального состава, введение раскислителей в глубь металла в виде порошков, блоков, с помощью специальной проволоки, с помощью патронов, выстреливаемых в глубь металла, искусственное перемешивание с целью облегчения условий удаления продуктов раскисления и т.д.). Организация перемешивания ванны тем или иным способом (интенсификация процессов массопереноса) является обязательным условием эффективности процесса.

Внепечная обработка металла комбинированными методами может производиться: а) в обычном сталеразливочном ковше с футеровкой из шамота и с вертикальным стопором; б) в сталеразливочном ковше с футеровкой из основных высокоогнеупорных материалов и стопором шиберного типа; в) в сталеразливочном ковше, снабженном крышкой; г) в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства; д) в ковше-печи с крышкой (сводом), через которую олушам электроды, нагревающие металл а процессе его обработки; е) в агрегате тип конвертора с продувкой металла кислородом, аргоном, паром; ж) в агрегате типа конвертора, снабженном оборудованием для вакуумирования расплава и т.д.

По мере совершенствования и развития методов вторичной металлургии обычные сталеразливочные ковши заменяются вспомогательными металлургическими агрегатами, в которых происходит очистка металла от вредных примесей и доводка до нужного состава и температуры. После пребывания в таком вспомогательном агрегате во многих случаях сталь выливают в обычный стале-разливочный ковш, из которого она разливается на слитки или поступает на машины непрерывной разливки.

2. Агрегаты для внепечной обработки стали

В процессе внепечной обработки стали происходит охлаждение металла, что, естественно, ограничивает продолжительность обработки. Компенсация теплопотерь осуществляется различными способами. В этом плане агрегаты, используемые для целей внепечной обработки стали, условно можно разбить на несколько групп:

1) агрегаты без дополнительного подогрева или подачи тепла в процессе обработки. К таким агрегатам относятся установки для обработки вакуумом различными методами, установки введения в металл реагентов в виде порошка, проволоки, блоков, установки типа накрытого крышкой ковша при продувке металла инертным газом;

агрегаты, в которых подвод тепла осуществляется в результате окисления железа и примесей при продувке кислородом (например, конвертер АОД-процесса, конвертер VODC, RH-OB, RHO и др.);

агрегаты, в которых подвод тепла осуществляется с помощью электроэнергии.

2.1 Электродуговой подогрев металла

Наиболее распространенными способами, позволяющими подогреть металл в процессе обработки, являются ASEA-SKF-процесс, внедренный в Швеции в 1964 г. и более простой Finkl-процесс (США). Установка ASEA-SKF (рисунок 1) 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 вакуумплотной крышкой, соединенной с системой вакуумных насосов. Ковш перемешают под одну и другую крышки по мере необходимости нагрева после присадки шлакообразующих и последующего вакуумирования. Такой способ, конечно, сложен и дорогостоящ, однако высокое качество металла оправдывает затраты и поэтому он получил достаточно широкое распространение.

Рисунок 1 - Схема процесса ASEA-SKF: а - вакуумирование; б - подогрев; 1 - перемешивающий индуктор; 2 - электроды; 3 - шиберный затвор

По некоторым данным качество стали, обработанной на установках этого типа, может быть сравнимо с качеством стали электрошлакового переплава. В нашей стране установки типа ASEA-SKF работают в сталеплавильных цехах некоторых заводов тяжелого и энергетического машиностроения, где отливаются крупные слитки для изготовления роторов турбин электростанций и других ответственных изделий.

Если в методе ASEA-SKF используется индукционное перемешивание, то в Finkl-процессе перемешивание осуществляется более простым способом - продувкой аргоном; при этом ковш находится в стационарном положении, что упрощает обработку металла при производстве его в больших количествах. Установки типа ASEA-SKF - это уже не просто ковши, а металлургические агрегаты, в которых проводятся определенные металлургические операции. Сам процесс становится по существу дуплекс-процессом: печь (или конвертер) - вторичный агрегат.

2.2 Процесс ковш-печь

В мировой практике получает все большое распространение процесс названный процессом ковш-печь. В зарубежной литературе пропах получил наименование LF-npouecc (Ladle-Furnacei, в отечественной литературе часто используют аббревиатуру АКОС (агрегат комплексное обработки стали!. Процесс включает перемешивание путем продувки металла аргоном в ковше, дуговой подогрев и обработку металла синтетическим шлаком в процессе перемешивания аргоном. Процесс обеспечивает не только получение металла заданного химического состава и температуры, но и снижение количества неметаллических включений в результате удаления серы и кислорода, что привело к значительному улучшению механических свойств. Такой агрегат может быть установлен в любом сталеплавильном цехе.

Типичная конструкция установки LF (печь-ковш) доказана на рисунке 2. В ковше наводится рафинировочный шлак, и в него сверху опускают электроды системы электродугового нагрева таким образом, чтобы обеспечить достаточно эффективную теплопередачу и одновременно защитить огнеупоры ковша от дуги. При этом остаточные оксиды железа в шлаке восстанавливаются углеродом графитовых электродов.

Рисунок 2 - Установка типа ковш-печь (LF): 1 - шиберный затвор; 2 - тележка; 3 - основной ишак; 4 - смотровое окно; 5 - электроды; 6 - бункеры ддя хранения легаруюпшх добавок; 7- инертная атмосфера внутри печи; о - нагрев погруженной дутой; 9 - жидкая ставь; 10 - перемешивание инертным газом; 11 - пористая пробка

На рисунке 3 показан вариант установки типа ковш-печь, предусматривающий возможность перемешивания металла аргоном под слоем синтетического шлака, вдувание порошкообразных реагентов и подогрев расплава одновременно. Для обозначения процессов и установок сочетающих обработку металла с подогревом его с помощью электрических дуг, за рубежом часто используют аббревиатуру АР (от англ. Arc-Process).

Рисунок 3 - Схема установки (Arc-Process): 1 - ковш; 2 - крышка-свод; 5 - бункеры для ферросплавов и флюсов; 4 - фурма для подачи в металл аргона (или азота) для продувки металла и перемешивания; 5 - электроды; 6 подача аргона для создания безокислительной атмосферы над ванной; 7 - фурма для вдувания порошкообразных реагентов (силикокальция и др.) в глубь металла; 8 - безокислительная атмосфера; 9 - шлак (обычно система CaO-SiOrAkOj)

2.3 Установки с вакуумированием металла

внепечной сталь вакуумирование электродуговой

Разновидностью комбинированного процесса с обработкой металла и вакуумом, и продувкой аргоном, и синтетическими шлаковыми смесями при одновременном подогреве дугами может служить VAD-процесс (от англ. Vacuum Arc Degassing).

Агрегат состоит (рисунок 4) из камеры, установленной на самодвижущейся тележке, и вакуумного трубопровода в стационарном своде (а не корпусе камеры). Технология поведения операции следующая:

1) помещение ковша в VAD - камеру и продувка аргоном в течение 3 мин (без вакуума);

2) отбор пробы на химический анализ и перемешение камеры на участок скачивания шлака (содержащего FeO и Р2О5). Перемешение камеры с ковшом к VAD-устройству, накрывание сводом и вакуумирование с подогревом (или без подогрева), Подогрев осуществляется с помошью электродов, опускаемых через свод;

одновременно с вакуумированием наводится (присадкой CaO, CaF2 и Аl) новый шлак и продолжается продувка аргоном;

после 20-25 мин такой обработки под вакуумом производится корректировка химического состава и температуры (электроподогревом);

5) после достижения необходимых параметров вакуумирование прекращается и камера с ковшом транспортируется на разливочную площадку.

Рисунок 4 - Схема VAD-процесса

1-вакуумная фурма для замера температуры и отбора проб; 2 - телескопическая труба для вакуум-плотной герметизации электродов; 3 - водоохлаждаемый токоподвод; 4 - зажимное приспособление для электрода; 5 - шлюзовое устройство для ввода в вакуум-камеру легирующих добавок; 6 - направляющая колонка для управления электродами; 7 - смотровое стекло с ротором; 8 - теплозащитный экран; 9 - подключение вакуума; 10 - вакуум камера; 11 - сталеразливочный ковш; 12 - пористый блок для продувки инертными газами

В тех случаях, когда требуется получать менее 0 004% S у металл дополнительно вдувается порошок СаС2 или силикокальций. Фурма погружается на глубину 2,5 м, продолжительность вдувания 15 мин, содержание серы до окончания процесса вдувания 0,001%. Фурму для вдувания обычно изготавливают из цельнотянутой трубы с нанизанными на нее катушками из огнеупорного материала, содержащего 60% Al2O3, навинчивающейся пробки (80% Al2O3) и вставки на месте выхода струи (95% Al2O3). Получаемая сталь может быть предназначена для изготовления крупных емкостей для сжиженного газа, арктических трубопроводов, буровых морских платформ, атомных электростанций, специальных установок химической и нефтехимической промышленности и других изделии ответственного назначения.

Подробное исследование технологии обработки по способу VAD проведено на одном из заводов Японии. На заводе имеется 50-т установка VAD, металл на которую поступает с дуговой печи или из кислородного конвертера. Легирующие элементы и флюсы присаживаются в ковш под вакуумом, металл продувают аргоном через пористую пробку. Полный цикл обработки стали в установке длится 140 мин, из них первые 80 мин - подогрев металла с 1540 до 1640°С при давлении 26,6 кПа, затем 40 мин - дегазация при давлении менее 1,3 кПа и последние 20 мин - снова подогрев и доведение температуры металла до 1600°С.

Для десульфурации стали использовали шлаки, содержащие при пересчете компонентов на квазитройную систему 50 - 70% СаО, 20 - 35% Al2O3 и 10% SiO2. По результатом испытаний наибольший коэффициент распределения (S)/[S], превышающий 600, был достигнут в области существования в жидкой фазе и извести и три силиката кальция. Перед обработкой из ковша скачивали печной шлак, поэтому суммарное содержание оксидов железа и марганца в шлаке для десульфурации не превышало 1%. Примерный оптимальный состав шлака, %: 60 СаО, 30 Al2O3 и 10 SiO2. Считается, что в качестве основы для расчетов десульфурации металла, раскисленного алюминием, может быть принята реакция 3 (СаО) + 2 [Al] + 3 [S] = 3 (CaS) + Al2O3

2.4 Установки с индукционным подогревом и перемешиванием

Помимо установок с дуговым подогревом разрабатываются установки с использованием методов индукционного нагрева (и перемешивания). В качестве примера на рисунке 5 показана схема агрегата, разработанного SCRATA (Steel Casting Research Trade Association. ЮАР). Процесс назван LMR (от англ. Ladle Metal Refining). Процесс особенно удобен для получения сравнительно небольших порций легированных (например, 13% Сr и 4% Ni) сталей, когда требуется гарантированно низкое содержание примесей.

Рисунок 5 - Установка рафинирования легированных сталей с индукционным нагревом и перемешиванием аргоном: 1 - арматурный слой футеровки; 2 - крышка-свод; 3 - магнезитовые панели (рабочий слой футеровки); 4 - пористая пробка для подачи аргон; 5 - индуктор; 6 - промежуточный слой футеровки.

2.5 Установки с использованием топливных горелок

Предпринимались попытки использовать в процессе внепечной обработки и такой традиционный способ нагрева, как топливные горелки. Так, на заводе Holmstad (Швеция) с 1986 г. работает 50-т печь-ковш с двумя топливно-кислородными горелками мощностью по 50 МВт, в которой обрабатываются плавки из 50-т дуговой печи. В процессе обработки металл продувается инертным газом. Горелки установлены в крышке ковша. Период нагрева продолжается 12 мин, и за это время температура металла увеличивается примерно на 15°С со средней скоростью 0,95°С/мин при подводимой энергии 80 кВт-ч. Общее количество подводимой энергии 800, усвоенной 280 кВт-ч, что соответствует среднему к.п.д. 35%. В процессе нагрева к.п.д. изменяется с 20 до 45%. Возможно снижение температуры выпуска стали из дуговой печи примерно на 50°С (при расходе энергии в установке печь-ковш 25 - 30 кВт-ч/т).

2.6 Установки ковш-печь на постоянном токе

Одна из первых в мире установок такого рода была пущена в 1981 г. в Болгарии. Работа таких установок (в начале 6-т полупромышленной, а затем 20-т промышленной) показала, что переход на постоянный ток позволяет повысить эффективность нагрева, ликвидировать шум от дуги, уменьшить эрозию футеровки. Промышленное развитие вначале получил вариант установки с подводом постоянного тока графитированными электродами, один из которых является катодом, а два другие - анодом (рисунок 6).

Рисунок 6 - Типы установок ковш-печь постоянного тока:

а - все электроды опускают сверху в шлак: 1 - ковш; 2 - свод; 3 - электроды; 4 - шлак; 5 - пористая пробка для подачи аргона;

б - установка с подовым электродом (анодом): 1 - электрод (катод); 2 - подовый электрод (анод - обычно их несколько); 3 - слой шлака; I - вакуум отсос; II - ввод шлакообразуюших, легирующих и раскислителей

Технология рафинирования стали на данной установке включала следующие операции. После опускания свода и электродов расход инертного газа для перемешивания устанавливали 25-30 л/мин, отбирали пробу для химического анализа и измеряли температуру металла. Дуговой нагрев осуществляли при максимальной мощности источника питания. Одновременно с опусканием электродов в ковш добавляли известь и плавиковый шпат (0,8 - 1% от массы стали). Электрическая дуга стабилизируется, что обеспечивает высокий к.пл. нагрева, бесшумность и хорошее экранирование дуги стенками ковша. В течение 35 мин работы средняя скорость нагрева металла достигает 3,5°С/мин с учетом предварительного подогрева футеровки ковша.

После измерения температуры и взятия проб металла в ковш вводят легирующие и при необходимости шлакообразующие, уменьшают напряжение и увеличивают расход аргона до 50 л/мин. Вместо аргона для ряда сталей используют азот, точность регулирования температуры составляет ±5°С. Продолжительность такой обработки составляет не более 65 минут.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Печь-ковш состоит из камеры, установленной на самодвижущейся тележке, и вакуумного трубопровода в стационарном своде. Агрегат внепечной обработки предназначен для скачивания шлака, электродугового подогрева, вакуумирования и перемешивания металла.

    реферат [400,3 K], добавлен 20.06.2010

  • Характеристика агрегата комплексной обработки стали, принципы работы. Знакомство c математическими моделями смешанного типа. Особенности внепечной обработки и очистки расплава в агрегате "ковш-печь". Анализ методов исследования в ковшовой металлургии.

    реферат [916,0 K], добавлен 19.07.2013

  • Классификация и маркировка стали. Характеристика способов производства стали. Основы технологии выплавки стали в мартеновских, дуговых и индукционных печах. Универсальный агрегат "Conarc". Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 11.08.2012

  • Обеспечение качества стали для изготовления отливок в условиях конкуренции на мировых рынках. Химический состав стали 20. Технологические операции, производимые на агрегате "ковш-печь". Типичная конструкция установки. Расчет геометрических размеров.

    реферат [719,8 K], добавлен 21.03.2013

  • Характеристика продукции, выпускаемой заводом. Устройство и технические характеристики дуговой сталеплавильной печи, агрегата внепечной обработки стали "ковш-печь", рудно-термические электропечи средней и малой емкости. Описание процесса плавки металла.

    реферат [1,0 M], добавлен 19.11.2014

  • Задача установки печи-ковша. Расчет параметров продувки металла в ковше аргоном через пористые пробки. Установка сталевоза со стальковшом. Системы подачи ферросплавов и шлакообразующих. Формирование рафинировочного шлака. Химический состав готовой стали.

    курсовая работа [116,6 K], добавлен 21.11.2012

  • Выбор и обоснование футеровки сталеразливочного ковша. Выбор дутьевых продувочных устройств. Расчет основных параметров обработки стали: раскисление и легирование; процесс десульфурации стали в ковше. Технологические особенности внепечной обработки стали.

    курсовая работа [423,1 K], добавлен 21.04.2011

  • Методика исследования газонасыщенности стали и равновесности расплава. Схема установки для изучения кинематической вязкости металлических расплавов. Влияние технологических параметров внепечной обработки на содержание в металле общего кислорода.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 17.10.2012

  • Установки без принудительного перемешивания, с электромагнитным перемешиванием в ковше и с дополнительным подогревом металла. Вакуумирование стали в ковше. Порционный и циркуляционный способы вакуумирования. Комбинированные методы обработки металла.

    курсовая работа [31,1 K], добавлен 15.06.2011

  • Обоснование параметров сталеразливочного ковша. Расчет параметров обработки стали. Определение снижения температуры металла. Расчет количества и состава неметаллических включений. Параметры вакуумной камеры. Обработка металла на установке "Ковш-печь".

    курсовая работа [229,0 K], добавлен 29.10.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.