Производство стали в дуговых электрических печах (стр. 6 из 8)

Методы интенсификации электросталеплавильного процесса.

Применение кислорода. Использование газообразного кислорода в окислительный отрезок времени плавки и в отрезок времени расплавления позволяет существенно интенсифицировать процессы расплавления и окисления углерода.

Применение синтетического шлака. Этот алгоритм предусматривает перенесение рафинирования металла из электропечи в разливочный ковш. Для рафинирования металла выплавляют синтетический шлак на основе извести (52–55%) и глинозема (40%) в специальной электродуговой печи с угольной футеровкой. Порцию, жидкого, горячего, активного шлака (4–5 % от массы стали, выплавленной в электропечи) наливают в первостепенный сталеразливочный ковш. Ковш подают к печи и в него выпускают сталь. Струя стали, падая с большущий высоты, ударяется о поверхность жидкого шлака, разбивается на мелкие капли и вспенивает шлак. Происходит перемешивание стали со шлаком. Это способствует активному протеканию обменных процессов между металлом и синтетическим шлаком. В первую очередность протекают процессы удаления серы благодаря низкому содержанию FeO в шлаке и кислорода в металле; повышенной концентрации извести в шлаке, высокой температуре и перемешиванию стали со шлаком. Концентрация серы может быть снижена до 0,001 %. При данном происходит значительное удаление оксидных неметаллических включений из стали благодаря ассимиляции, поглощению данных включений синтетическим шлаком и перераспределению кислорода между металлом и шлаком.

Обработка металла аргоном. После выпуска стали из печи посредством объем металла в ковше продувают аргон, что подают или посредством пористые пробки, зафутерованные в днище, или посредством швы кладки подины ковша. Продувка стали в ковше аргоном позволяет выровнять температуру и химический состав стали, понизить содержание водорода, удалить неметаллические включения, что в конечном итоге позволяет повысить механические и эксплуатационные свойства стали.

Применение порошкообразных материалов. Продувка стали в дуговой электропечи порошкообразными материалами в токе газаносителя (аргона либо кислорода) позволяет ускорить важнейшие процессы рафинирования стали: обезуглероживание, дефосфорацию, десульфурацию, раскисление металла. В струе аргона либо кислорода в ванну вдуваются порошки на основе извести, плавикового шпата. Для раскисления металла используют порошкообразный ферросилиций. Для окисления ванны и для ускорения удаления углерода и фосфора добавляют оксиды железа. Мелкораспыленные твердые материалы, попадая в ванну металла, имеют немаленькую поверхность контакта с металлом, во хоть отбавляй раз превышающую площадь контакта ванны со шлаковым слоем. При данном происходит интенсивное перемешивание металла с твердыми частицами. Все это способствует ускорению реакций рафинирования стали. Кроме того, порошкообразные флюсы могут употребляться для больше быстрого наведения шлака.

Плавка в кислой электропечи. Кислые электропечи футеруют огнеупорными материалами на основе кремнезема. Эти печи имеют больше глубокие ванны и в связи с данным меньший диаметр кожуха, меньшие тепловые потери и расход электроэнергии. Стойкость футеровки свода и стен кислой печи немаловажно выше, чем у центровой. Это объясняется малой продолжительностью плавки. Печи с кислой футеровкой вместимостью 1—3 т применяются в литейных цехах для производства стального литья и отливок из ковкого чугуна. Они допускают периодичность в работе, т.е. работу с перерывами. Известно, что основная футеровка резво изнашивается при частом охлаждении. Расход огнеупоров на 1 т стали в кислой печи ниже. Кислые огнеупоры дешевле, чем основные. В кислых печах быстрее разогревают металл до высокой температуры, что нужно для литья. Недостатки кислых печей связаны раньше всего с характером шлака. В данных печах шлак кислый, состоящий в основном из кремнезема. Поэтому эдакий шлак не позволяет удалять из стали фосфор и серу. Для того чтобы располагать содержание данных примесей в допустимых пределах, нужно подбирать специальные шихтовые материалы, чистые по фосфору и по сере. Кроме того, кислая сталь обладает пониженными пластическими свойствами по сравнению с главный сталью вследствие присутствия в металле высококремнистых неметаллических включений. Технология плавки в кислой электропечи имеет следующие особенности. Окислительный отрезок времени плавки непродолжителен, кипение металла идет слабо, так как кремнезем связывает РеО в шлаке и тем самым прыть перехода кислорода в металл для окисления углерода снижается. Кислый шлак больше вязкий, он затрудняет кипение. Шлак наводят присадками песка, использованной формовочной земли. Известь присаживают до содержания в шлаке не больше 6—8 % СаО. Раскисление кислой стали проводят, как правило, присадкой кускового ферросилиция. Частично сталь раскисляется кремнием, что восстанавливается из шлака либо из футеровки по реакциям: (SiO2) +2Fe=2(FeO) +[Si]; (SiO2) +2[C]=2CO+[Si]. В различие от основного процесса при кислом ферромарганец присаживают в конце плавки в раздробленном виде в ковш. При таком способе усваивается до 90 % марганца. Конечное раскисление проводят алюминием.

Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали (процессы AOD и VOD)

Широкое распространение получают методы производства низкоуглеродистой коррозионностойкой стали за пределами электропечи. Метод AOD. В электропечи выплавляют основу нержавеющей стали, содержащей заданное число хрома и никеля, с использованием недорогих, высокоуглеродистых ферросплавов. Затем сталь совместно с печным шлаком заливают в конвертер. Футеровка конвертера изготовлена из магнезитохромитового кирпича. Стойкость футеровки до 200 плавок. В нижней зоне футеровки, в третьем ряду кирпичной кладки от днища конвертера. Фурмы представляют собой конструкцию из медной внутренней трубы и наружной трубы из нержавеющей стали, внутренний диаметр фурмы 12—15 мм. Начальное содержание углерода в стали может быть для ферритных хромистых сталей 2,0—2,5 %, а для аустенитных сталей 1,3—1,7 %. В первые 35 мин сталь продувают смесью кислорода и аргона в соотношении 3: 1. Во избежание перегрева металла в о, конвертер присаживают лом — этой марки стали, феррохром и т.п. Затем в течение 9 мин сталь продувают смесью кислорода и аргона в соотношении 1: 1. В это час концентрация углерода снижается до 0,18%. В третьем периоде в продувочном газе ещё больше уменьшают касательство кислорода к аргону до 1: 2, продувку продолжают ещё 15 мин. За это момент содержание углерода снижается до 0,035%. Температура повышается до 1720°С. В конце продувки присаживают известь и ферросилиций для восстановления хрома из шлака. После восстановления шлак, содержащий 1 % Cr2O3, скачивается и после этого наведения нового шлака проводят окончательную продувку аргоном. При данном в шлак переходит сера, ее содержание в металле снижается до 0,010 %. В результате процесса AOD получают высококачественную нержавеющую сталь с низким содержанием углерода, серы, азота, кислорода, сульфидных и оксидных неметаллических включений, с высокими механическими свойствами. Для повышения экономичности процесса аргон частично заменяют азотом. Средняя продолжительность продувки составляет 60—120 мин, расход аргона составляет 10—23 м^3/т, кислорода 23 м^3/т. На рис. 82 представлено трансформирование температуры и состава металла. Степень извлечения хрома составляет 98%.

Метод VOD. Этот приём вакуумно-кислородного обезуглероживания с продувкой аргоном. В основе способа лежит осуществление реакции [C]+[O]=CO, равновесие которой в вакууме сдвигается в правую сторону. Чем ниже парциальное давление СО, тем ниже должна быть остаточная концентрация углерода в стали. При данном создаются благоприятные условия для восстановления оксида хрома углеродом, что позволяет проводить ход обезуглероживания без заметных потерь хрома со шлаком. Коррозионностойкую сталь выплавляют в электропечи с довольно высоким содержанием углерода (0,3—0,5 %) ; сталь выпускают в особый ковш с хромомагнезитовой футеровкой, имеющим в днище фурму для подачи аргона. Ковш устанавливают в вакуумную камеру, откачивают воздух и начинают продувку кислородом сверху сквозь водоохлаждаемую фурму, которую вводят в камеру сквозь крышку. Одновременно производится продувка аргоном посредством дно ковша. После окончания продувки проводят присадку раскислителей и легирующих для корректировки состава. Расход аргона в данном способе немаловажно ниже чем в AOD (всего 0,2 м^3/т) . Получаемая сталь содержит весьма низкие концентрации углерода (0,01 %) при низком содержании азота. Окисление хрома незначительное. Для удаления серы в ковш загружают известь, что позволяет вслед за тем раскисления и кратковременного перемешивания аргоном снизить концентрацию серы в металле до необходимых пределов. По сравнению с процессом AOD тот самый приём больше сложен и применяется для производства сталей ответственного назначения с низким содержанием углерода. К достоинствам того и иного процесса следует отнести экономию дорогого низкоуглеродистого феррохрома, просто использовавшегося при получении нержавеющей стали в дуговых печах, а кроме того достижение низких содержаний углерода без значительных потерь хрома.

2. Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса производства стали.

Исходя из динамики трудозатрат ,различают 2 возможных варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное . Построим график изменения живого и прошлого труда для определения варианта развития техпроцесса. Мы имеем следующие данные : Тж=1000/(3t² + 1200) и Тп=0,002t² + 0,8:

Таблица 2.1

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тж	0,831	0,825	0,815	0,801	0,784	0,765	0,742	0,718	0,693	0,667
Тп	0,802	0,808	0,818	0,832	0,85	0,872	0,898	0,928	0,962	1
Тж+Тп = Тс	1,633	1,633	1,633	1,633	1,634	1,637	1,640	1,646	1,655	1,667
Тж / Тп	1,036	1,021	0,996	0,963	0,923	0,877	0,827	0,774	0,720	0,667
(Tж) ' = dТж / dТп	1,036	1,021	0,996	0,963	0,923	0,877	0,827	0,774	0,720	0,667