Электроплавка способ производства стали

Курсовая работа «Электросталеплавильный способ»

СКАЧАТЬ: Kursovoy_3.zip [207,46 Kb] (cкачиваний: 46)

Краткий исторический обзор развития электрометаллургии стали и ферросплавов

2 Специальная часть

3 Расчетная часть

4 Список используемой литературы

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не затрудняет процесс расплавления. Металлизованные окатыши, заменяющие металлический лом, можно загружать в электропечь непрерывно при помощи автоматических дозирующих устройств.

В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.

Краткий исторический обзор развития электрометаллургии стали и ферросплавов.

Развитие современной техники и промышленности основано в основном на применении металла. Получение достаточных количеств металла, обладающего нужными механическими, физическими и физико-химическими свойствами, позволяет сооружать мощные гидроэлектростанции, атомные реакторы и строительные конструкции, а также создавать аппараты химического производства, ракеты и электронно-вычислительные машины.

Интенсивное развитие техники и промышленности способствует увеличению числа применяемых сплавов и изменяет соотношение в удельном объеме производства. Однако первостепенное значение для развития промышленности имеет сталь. Сталеплавильное производство по объему и стоимости продукции превосходит производство других металлов и сплавов вместе взятых. В 1980 г. мировое производство стали превысило 700 млн. т.

Значительный объем производства объясняется широким распространением железных руд (в земной коре содержится железа 4,2%, оно занимает четвертое место после кислорода 49,13%) , относительной легкостью и дешевизной восстановления железа и руд, прекрасными свойствами стали как конструкционного материала. Сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, легко поддается механической обработке и сваривается. Присадками легирующих элементов и термической обработкой можно в широком диапазоне изменять ее механические свойства, а также придавать особые физические и химические свойства. Значение легированных сталей особенно возросло в последние годы в связи с увеличением потребностями в стали с особыми свойствами и производство их равно 10 % от общего производства стали. Мировое производство стали в 1850г. составило 50тыс. т, в 1900г. 29млн. т, а в 1968 г. превысило 0,5 млрд. т.

Первым способом производства стали был процесс, предложенный в 1856г. Генри Бессемером и вызвавший переворот в промышленности и железнодорожном строительстве. Бессемеровский процесс впервые позволил получать жидкую сталь из чугуна, за малое время. В этом способе окисление осуществляется в конверторе продувкой жидкого чугуна воздухом.

Здесь тепловые потери невелики и тепла, выделяющегося в результате окисления примесей хватает для нагрева стали до 1600 С.

В 1864г. Мартен, применил разработанный Сименсом принцип регенерации тепла, построил первую печь, которая позволяла получать жидкую сталь из чугуна и переплавлять стальной лом. Эти 2 процесса в своем первом виде, не обеспечивали удаления фосфора и серы из металла, что ограничивало их применение. В 1879г. С. Томас положил начало выплавки стали основным процессам, предложив футеровать конвертор доломитом. Все эти процессы вместе с томасовским расширили возможности сталеплавильного производства.

Наряду с этими процессами, появились первые электросталеплавильные печи. Способ выплавки стали в электрических печах был запатентован еще в 1853г. Пишоном, который разработал конструкцию дуговой печи косвенного действия, т.е. с дугами, горящими между электродами над металлической ванной. В 1879г. Сименс создал печь прямого действия, в которой одним из полюсов электрической дуги явилась металлическая ванна. Однако прототипом современных сталеплавильных печей явилась печь Геру, который в 1899г. изобрел печь прямого действия с 2 электродами, подводимым к металлической ванне. Ток м/у электродами при этом замыкался через ванну, а дуга горела м/у каждым из электродов и металлом или частично покрывающим его шлаком. Первые дуговые печи Геру с 2 электродами были маломощными. Работали они на напряжении 45 В при силе тока 2-3 кА на жидкой шихте и использование их для ведения плавки на тв. завалке вызвало значительные трудности. Первые трехфазные дуговые печи были установлены в 1907г. в США и в 1910г. в России. Вскоре такие печи были построены в ФРГ, Франции и других странах. Широкие возможности в выборе шихты, неограниченный сортамент выплавляемой стали и высокое ее качество, легкость регулирования тепловых процессов, маневренность в последовательности плавок определили распространение трехфазных дуговых печей, которые заняли важное место в сталеплавильном производстве. В дальнейшем трехфазные дуговые печи были в значительной мере усовершенствованы, и в настоящее время они представляют собой крупные легко управляемые агрегаты с высокой степенью автоматизации. Значительные изменения дуговая электропечь претерпела в 60-х годах ХХ в. следствие мощности трансформаторов, совершенствования электрического и технологического режимов плавки производительность дуг.печей в этот период возросла в 2-4 раза по сравнению с производительностью печей аналогичной емкости в 1950-1960 гг. Появилась возможность повысить производительность печей до 100т/ч. Увеличение емкости печей и повышение мощности трансформаторов вызвали значительные улучшения технико – экономических показателей электросталеплавильного производства и определили основные направления его развития. При переходе на мощные трансформаторы разработана новая технология плавки, предусматривающая сокращение восстановительного периода, когда электрическая мощность используется неэффективно. На рубеже XIX и ХХ вв. были созданы и другие электропечи, например индукционные. Первая промышленная индукционная печь с железным сердечником была установлена в Гизинге (Швеция) в 1900 г. Дальнейшего развития эти печи не получили, с 1925 г. в промышленности использовали индукцилнные печи без сердечника. Благодаря развитию атомной энергетики, произошло улучшениу вакуумной техники. Поэтому в 1945-1946 гг. в США было установлено несколько вакуумных индукционных насосов. Несмотря на это, развитие вакуумный индукционный способ получил только в 1950 – 1951 гг. и в дальнейшем связано с развитием ракетной техники и реактивной авиации, требующих применения металлов особой частоты. В 1958 г. были установлены вакуумные индукционные печи с 2,5 – т тиглями, в 1961 г. – 6 — т , в 1968 г. – 15 – т, в 1978 г. – 25 – т.

Развитие индукционных печей вызвало развитие вакуумного дугового переплава в водоохлаждаемого кристаллизатора, позволяющего получать не только очень чистый, но и плотный слиток металла без зональной химической неоднородности. Методом вакуумного дугового переплава получают слитки массой в десятки тонн. Вакуумный дуговой переплав (ВДП) ведут при остаточном давлении 0,2-1,2 Па и такое давление является оптимальным с учетом дегазации металла и условий горения дуги. Дальнейшее понижение давления оказалось возможным при использовании для нагрева металла вместо электрической дуги электронного луча, не требующего для своего прохождения ионизации газов. Это, а также возможность переплавлять самые тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден) и поддерживать жидкую ванну в вакууме в течение любого промежутка времени, способствовали развитию электроннолучевого метода получения металла, промышленное применение которого началось в конце 50 – х годов ХХ в. Наряду с процессами плавки в вакууме были разработаны новые способы электроплавки в обычной атмосфере. Важное значение для развития сталеплавильного производства имеет разработанный в 1952 – 1953 гг. в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР способ электрошлакового переплава (ЭШП) расходуемых электродов, который в настоящее время наряду с ВДП получил широкое применение в качественной металлургии. Высокое качество металла при небольших затратах и простоте производства способствовало быстрому распространению способа ЭШП не только на отечественных заводах, но и на зарубежных. Сегодня находит применение и метод плазмено- дугового переплава (ПДП) стали и тугоплавких металлов с получением слитка в водоохлаждаемом кристалле. Переплав ведут в инертной атмосфере аргона[6].

Источник

Выплавка стали в электродуговых печах – описание и особенности данного процесса

Плавильные электропечи, по сравнению с другими типами печей для плавки металлов, имеют множество преимуществ. Особенности конструкции печей данного типа позволяют получать высокую температуру плавки металла, создавать вакуум, атмосферу различного типа в рабочей камере. Всё это позволяет работать с широким спектром различных металлов, получать сплавы высокого качества с минимальным содержанием неметаллических включений. Электропечи бывают индукционными и дуговыми.

Особенности применения дуговых печей для плавки сталей

Электродуговые печи используются для получения следующих типов сталей:

1. Высоколегированных;
2. Инструментальных;
3. Конструкционных;
4. Специальных оружейных и прочих сплавов.

Благодаря возможности поддерживать высокую температуру плавки, дуговые печи способны плавить практически любые стали и сплавы. Главной особенностью дуговых электропечей является их способ преобразования электрической энергии в тепловую. Он осуществляется за счёт электрической дуги. Именно за счёт дуги появляется возможность достигать таких высоких температурных режимов.

Именно дуговые электропечи постоянного тока являются наиболее популярным оборудованием на современных сталелитейных предприятиях. Особенности конструкции дуговых электропечей позволяет получать однородные сплавы с минимальным количеством неметаллических вкраплений. Кроме сталелитейных предприятий, электродуговые печи используются в специализированных лабораториях. Лабораторные модели отличаются компактными размерами, но по своей конструкции – это полноценные дуговые печи. Они применяются для различного рода физико-химических исследований.

Производство стали в электродуговых печах

Особенности работы дуговой печи для производства стали заключаются в следующем:

1. В качестве источника питания дуговая электропечь использует трёхфазный переменный ток;
2. Стандартная печь имеет три электрода из специальной графитизированной массы;
3. Электрический ток проводится от трансформатора к электрододержателям за счёт специального кабеля. Через электрододержатель ток подводится к электродам и ванне металла;
4. Между электрической шихтой и электродами при запуске печи возникает электрическая дуга. За счёт электродуги электрическая энергия превращается в тепловую, которая и передаётся металлу, который при этом плавится.

Рабочее напряжение в дуговых печах при выплавке стали может колебаться в пределах 160-600 В. Длина дуги автоматически регулируется за счёт перемещения электродов. Для того чтобы следить и управлять процессом плавки, предусмотрено специальное рабочее окно. В зависимости от потребностей конкретного металлургического производства, вместимость дуговых печей для производства стали может составлять от 0,5 до 400 тонн. Лабораторные модели значительно меньше.

С помощью дуговых электропечей можно производить два типа плавки. Первый тип заключается в переплавке шихты из легированных отходов. Для второго типа плавки используется углеродистая шихта.

Особенности процесса плавки в дуговых печах

Плавка металлов или сплавов с использованием шихты из легированных отходов проводят без окисления примесей. При этом шихта, которая используется в процессе, не должна иметь больше примесей фосфора, марганца и кремния, чем выплавляемая в процессе сталь. В процессе плавки большинство примесей окисляются, да и сама шихта может содержать большое количество оксидов. Обязательной процедурой, которую следует проводить после того, как шихта расплавится, является удаление серы. Для этого нужно навести основной шлак. При необходимости, получаемый сплав нужно науглероживать, доводя его тем самым до нужного химического состава.

После науглевоживания получаемого сплава нужно провести диффузионное раскисление. Для этой процедуры на шлак нужно подавать молотый кокс, алюминий и ферросилиций. Именно таким образом происходит выплавка высококачественных легированных сталей из различных отходов машиностроительных предприятий.

Для того чтобы выплавить конструкционную сталь, нельзя применять шихту из легированных отходов. Для этого используют только углеродистую шихту. Состав шихты, которая используется для производства конструкционной стали в электродуговых печах, должен быть следующим:

1. 90% стального лома;
2. До 10% передельного чушкового чугуна;
3. Кокс или электродный бой, который понадобится для науглероживания металла;
4. Известь в количестве 2-3% от общего состава шихты.

После того, как шихта будет загружена, нужно опустить электроды и включить ток. Под воздействием электрической дуги шихта начнёт плавиться. Расплавленный металл начнёт собираться на подине печи. Во время плавления железо, кремний, фосфор, марганец и часть углерода начнёт окисляться. Начнёт образовываться шлак железистый, за счёт которого из сплава будет удаляться фосфор.

После того, как сплав будет нагрет до температуры 1500-1540 градусов Цельсия, в него загружают руду и известь, после чего металл доводят до так называемого периода «кипения». За счёт этого будет производиться дальнейшее окисление углерода. После этого происходит процедура удаления серы и раскисления металла. Железистый шлак удаляется, после чего в расплав подаётся силикомарганец и силикокальций. Они нужны в качестве раскислителей. После этого в расплав добавляется раскислительная смесь. Она состоит из плавикового шпата, извести, молотого кокса и ферросилиция. В процессе раскисления шлак приобретает белый цвет. Данный процесс раскисления под белым шлаком должен продолжаться от 30 до 60 минут.

Достоинства электрических дуговых печей

Дуговые печи пользуются огромной популярностью на крупных сталелитейных предприятиях. Выплавка сталей в дуговых печах популярна из-за следующих преимуществ:

1. Имеется возможность получать ряд тугоплавких и высококачественных сталей, которые имеют минимальное количество различных примесей неметаллического происхождения;
2. Можно работать в различных режимах, используя как жидкую, так и твёрдую завалку;
3. В процессе производства получается минимальный угар металла;
4. Дуговые печи имеют простую конструкцию, относительно компактны, их обслуживание не отнимает много времени.

Кроме ряда достоинств, у дуговых печей имеется один существенный недостаток – нет возможности выплавлять металлы и сплавы с очень низким содержанием углерода. Больше существенных недостатков у дуговых печей нет.

Источник