35568

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

Конспект

Производство и промышленные технологии

Курс лекций Технология производства стали в электрических печах ГОУ СПО Красносулинский металлургический колледж г. Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине Технология производства стали в электрических печах для студентов 3 курса специальности 150108 – Порошковая металлургия композиционные материалы покрытия СОДЕРЖАНИЕ АННОТАЦИЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.

Русский

2013-09-17

1.01 MB

45 чел.

Федеральное агентство по образованию

ГОУ СПО «Красносулинский металлургический колледж»

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ»

150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»

               

               

Красный Сулин

2007г.


Курс лекций «Технология производства стали в электрических печах» /ГОУ СПО «Красносулинский металлургический колледж» г. Красный Сулин, 2007г. 41 стр.

Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине «Технология производства стали в электрических печах» для студентов 3 курса специальности 150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»  


СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ…………………………………………………………………..4

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..5

РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ……………………………………………….................................................9 

РАЗДЕЛ 2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ……………..14

РАЗДЕЛ 3. РАЗЛИВКА И КАЧЕСТВО ЛИТОЙ СТАЛИ………………....24

РАЗДЕЛ 4. ВНЕПЕЧНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ……………….....34

РАЗДЕЛ 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ………………………………………37

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА…..……………………………………...41


АННОТАЦИЯ

В ГОУ СПО «КМК» при подготовке учащихся по специальности 150108 – «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»» предусматривается  изучение дисциплины «Технология производства стали в электрических печах».

Рабочая программа рассчитана на 28 часов (из них 4 часа – практические занятия) для базового уровня среднего профессионального образования.

Основной целью курса является изучение теоретических и технологических основ производства стали в электросталеплавильных печах.

В результате изучения дисциплины студент должен

иметь представление:

- об основных тенденциях и направлениях развития современной электрометаллургии;

знать и уметь использовать:

- теоретические основы металлургических процессов;

- способы подготовки исходного сырья к плавке;

- технологические процессы получения стали методами электрометаллургии, методы интенсификации производства.

Для закрепления теоретических знаний и развития практических навыков студентов учебным планом предусматривается практические занятия.

Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине «Технология производства стали в электрических печах» в помощь студентам при изучении курсов по технологии конструкционных материалов, а также других технических и естественнонаучных дисциплин.


ВВЕДЕНИЕ

Значение металлов в современной жизни очень велико. Несмотря на то что химические материалы – пластмассы, синтетические смолы и др. получают все большее распространение, роль металлов не только не уменьшается, но еще более возрастает в связи с освоением космического пространства, разработкой природных богатств земли, находящихся на ее поверхности и под дном океана, с развитием производства атомной энергии, транспорта, связи, микро- и радиоэлектроники и т. д.

Железо является одним из самых распространенных элементов на земле. Его доля составляет ~4 % массы всей верхней части земной коры. Атомная масса железа 55,84, атомный номер 26, плотность 7,86 г/см3, температура плавления 1540° С. Чистое железо – серовато-беловатого цвета, обладает пластичностью и магнитными свойствами.

Добыча железа началась, по крайней мере, за два тысячелетия до нашей эры. Получение чистого железа, его сплавов стало возможным благодаря опыту, накопленному древними металлургами по выплавке меди и ее сплавов с оловом, серебром, свинцом и другими легкоплавкими металлами.

Плавку железа в древности производили в ямах – горнах, обмазанных глиной или выложенных камнем. В горн загружали дрова и древесный уголь. Через отверстие в нижней части горна нагнетали с помощью кожаных мехов воздух. На смесь древесного угля и дров засыпали измельченную железную руду. Сгорание дров и угля проходило интенсивно. Внутри горна достигалась относительно высокая температура.

Благодаря взаимодействию угля и оксида углерода СО, образовавшегося при сгорании угля, с оксидами железа, содержавшимися в руде, железо восстанавливалось и в виде тестообразных кусков накапливалось на дне горна. Куски были загрязнены золой, шлаком, выплавлявшимся из составляющих руды. Такое железо называли сыродутным. Из него необходимо было удалить примеси прежде, чем приступить к изготовлению изделий. Разогретый металл ковали и на наковальне выжимали остатки шлака, примесей и др. Отдельные куски железа сваривали в единое целое.

Такой способ существовал вплоть до XII-XIII вв. Когда стали использовать энергию падающей воды и приводить в движение меха механическим способом, удалось увеличить объем воздуха, подаваемого в горн. Горн сделали больше, стенки его выросли из земли, он стал прообразом доменной печи – домницей. Домницы имели высоту в несколько метров и сужались кверху. Сначала они были квадратными, потом стали круглыми. Подачу воздуха производили через несколько фурм. В нижней части домницы имелось отверстие, замазываемое глиной, через которое после окончания плавки вынимали готовое железо. Улучшение технологии плавки, обкладки стенок домницы природным огнеупорным камнем позволили значительно повысить температуру в горне. На дне печи образовывался жидкий сплав железа с углеродом – чугун. Вначале чугун считали отходом производства, так как он был хрупким. Позже заметили, что чугун обладает хорошими литейными свойствами и из него стали отливать пушки, ядра, архитектурные украшения.

В начале XIV в. из чугуна научились приготовлять ковкое железо, появился двухступенчатый способ производства металла. Куски чугуна переплавляли в небольших тиглях – горнах, в которых. удавалось получать высокую температуру и создавать окислительные условия в области фурм. Благодаря окислению из чугуна выжигали большую часть углерода, марганца, кремния. На дне тигля собирался слой железной массы – крица. Масса была загрязнена остатками шлака. Ее извлекали из тигля клещами или ломом и тут же в разогретом состоянии подвергали ковке для выдавливания загрязнений и сваривания в один прочный кусок. Такие горны назывались кричными. Они обладали большей производительностью, чем сыродутные, и давали металл более высокого качества. Поэтому со временем получение сыродутного железа было прекращено. Выгоднее было получать железо из чугуна, чем непосредственно из руды.

По мере улучшения качества железа возрастали и потребности в нем в сельском хозяйстве, военном деле, строительстве, промышленности. Возрастало производство чугуна, домницы увеличивались в размерах, постепенно превращаясь в доменные печи. В XIV в. высота доменных печей достигала уже 8 м.

Ускоренное развитие металлургии началось после замены древесного угля коксом. Вырубка лесов для получения древесного угля, привела к тому, что уже в XV в. в Англии было запрещено использовать древесный уголь в металлургии. Применение кокса не только удачно решило проблему топлива, но и благоприятствовало росту производительности доменных печей. Благодаря повышенной прочности и хорошей теплотворной способности кокса стало возможным увеличение диаметра и высоты печей. В 1828 г. был выдан патент на применение в доменных печах подогретого воздуха. Эта мера позволила значительно снизить расход кокса, повысить производительность и температуру в горне печей. Позднее были успешно проведены опыты по использованию доменного колошникового газа для подогрева дутья. Раньше все газы выбрасывались в атмосферу, теперь колошник стали делать закрытым и улавливали отходящие газы. Многие операции доменного процесса были механизированы.

Одновременно совершенствовался и способ получения стали. Кричный способ уже не мог удовлетворить потребности в железе. Прочность сталям придавал углерод. Науглероживание кричного железа производили либо в твердом состоянии, либо сплавлением с чугуном в маленьких тиглях. Но такие методы не могли дать много стали. В конце XVIII в. на металлургических заводах появился новый процесс – пудлингование. Сущность процесса пудлингования заключалась в том, что топка была отделена от ванны, в которой расплавляют чугун. По мере окисления примесей из жидкого чугуна выпадали кристаллы твердого железа, которые накапливались на поду ванны. Ванну перемешивали ломом, намораживали на него тестообразную железную массу (до 50 кг) и вытаскивали из печи. Эту массу – крицу обжимали под молотом и получали железо.

В 1856 г. Генри Бессемер в Англии разработал наиболее производительный способ получения стали из чугуна – продувкой воздухом жидкого чугуна в конвертере, выложенном изнутри кремнеземистым кирпичом. В бессемеровских конвертерах перерабатывали чугуны с повышенным содержанием кремния. Процесс шел быстро: 15-18 т чугуна превращались в сталь в течение 15-20 мин. Для переработки чугуна с повышенным содержанием фосфора Томасом был предложен конвертер с футеровкой из оксидов кальция и магния.

В 1864 г. в Европе появились первые мартеновские печи, в которых расплавление чугуна, окисление его примесей производили в подовых (отражательных) печах. Печи работали на жидком и газообразном топливе. Газ и воздух подогревали теплом отходящих газов. Благодаря этому в печи развивались настолько высокие температуры, что стало возможным на поду ванны иметь не только жидкий чугун, но и поддерживать в жидком состоянии более тугоплавкое железо и его сплавы.

В мартеновских печах начали получать из чугуна сталь любого состава и использовать для переплава стальной и чугунный лом. В начале XX в. появились электрические дуговые и индукционные печи. В этих печах выплавляли легированные высококачественные стали и ферросплавы. В 50-х годах XX в. начали использовать процесс передела чугуна в сталь в кислородном конвертере продувкой чугуна кислородом через фурму сверху. Сегодня это наиболее производительный метод получения стали. В последние годы появились значительно усовершенствованные по сравнению с прошлым процессы прямого получения железа из руды.

Развитие сталеплавильного производства повлекло за собой и развитие нового оборудования для горячей и холодной обработки стали. В конце XVIII в. появились прокатные станы для обжатия слитков и проката готовых изделий. В первой половине XIX в. начали применять крупные паровые и воздушные молоты для ковки тяжелых слитков. Последняя четверть XIX в. ознаменовалась появлением крупных прокатных станов и станов для непрерывной прокатки с электрическими приводами.

В России до XVII в. производство железа носило кустарный характер. Выплавкой железа занимались отдельные крестьянские семьи или совместно несколько крестьянских дворов. Строили домницы на землях Новгородчины, Псковщины, в Карелии. В 1699 г. был построен Невьянский завод. Бурное производство чугуна началось при Петре I. Демидовыми на Урале была построена колоссальная по тем временам печь высотой в 13 м, выплавлявшая в сутки 14 т чугуна.

В 1763 г. М. В. Ломоносовым написан труд: «Первые основания металлургии или рудных дел». Эта книга в течение многих лег являлась единственным пособием для русских инженеров и техников.

Развитие капитализма в России в конце XIX в. вызвало подъем в черной металлургии, особенно в южных районах (Украина). В 1870 г. русский купец Пастухов построил в г.Сулине завод для выплавки чугуна на донецком антраците. В местечке Юзовка (ныне г. Донецк) был пущен крупнейший по тому времени металлургический завод. Бурное развитие металлургия Юга получила с открытием залежей железных руд Кривого Рога. В сочетании с запасами донецких углей это стало основой развития горнорудной промышленности Юга России. В отличие от заводов Урала южные заводы были оборудованы более крупными агрегатами. В доменные печи загружали кокс и выдавали в сутки примерно в шесть-семь раз больше чугуна, чем в печах, работающих на древесном угле.

В 1870 г. на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде заработали первые мартеновские печи, а в Донбассе в сталелитейных цехах появились и конвертеры. В 1910 г. была установлена первая дуговая сталеплавильная печь, а в конце 1917 г. под Москвой стал работать электрометаллургический завод с несколькими электропечами.

В годы гражданской войны развитие металлургии было приостановлено, и только в 1926 г. был достигнут уровень 1913 г. – максимальной дореволюционной выплавки стали 4,3 млн. т.

Интенсивное развитие черная металлургия в СССР получила в годы первых пятилеток. Были построены крупнейшие в мире, построены новые заводы высококачественных   сталей. В 1940 г. производство стали достигло 18,5 млн. т и проката 13,1 млн. т.

Великая Отечественная война нанесла серьезный урон южным заводам СССР. Большая часть оборудования металлургических заводов была эвакуирована на Восток. Металлурги страны создали в короткие сроки базу для наращивания всех видов вооружений и уже в 1943 г. Советский Союз значительно превосходил врага по производству танков, орудий, самолетов и другой техники.

В послевоенные годы черная металлургия быстро оправилась от потерь. К 1950 г. уровень выплавки черного металла в полтора раза превысил довоенный. Все последующие пятилетки характеризуются последовательным наращиванием объемов производства, строительством новых заводов и цехов. Появились кислородные конвертеры емкостью до 350 т, 900-т мартеновские печи, двухванные сталеплавильные агрегаты, 200-т дуговые электропечи, доменные печи с полезным объемом 5000 м3. Построены непрерывные станы для получения листа, сортового проката, труб, установки для непрерывной разливки стали (УНРС).

В последнее время получила развитие специальная металлургия высококачественных сталей и сплавов: процессы получения стали на установках электрошлакового (ЭШП), вакуумного   индукционного  (ВИП), вакуумно-дугового   (ВДП), электронно-лучевого  (ЭЛП), плазменно-дугового  (ПДП) переплавов, широко применяются такие методы, как обработка жидкой стали в ковше синтетическим шлаком и аргоном, вакуумирование жидкого металла.


РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.

 

1.1. Сущность процесса

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

.

Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.

Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит . Фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение . Оксид кальция – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает и переводит его в шлак:

.

Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке . Для повышения содержания в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками .

Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

.

Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.

При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки . Все это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап - основной в процессе выплавки стали.

Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида (), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция :

Образующееся соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: , которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество.

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: ,

Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

 Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция) в период до семидесятых годов XX века являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Температура факела пламени достигает 1800 0C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:

- скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

- скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора.

В мартеновских печах в нашей стране выплавляют до 20 % всей стали. Доля мартеновского способа производства стали в последние годы сократилась за счет развития кислородно-конвертерного и электросталеплавильного производства.

 Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933-1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака.

Кислород через водоохдлаждаемую фурму проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Кислородно-конвертерный процесс наиболее высокопроизводительным способом выплавки стали. Его другие достоинства: простота устройства конвертера, отсутствие топлива, меньшие затраты на строительство цехов.

Производство стали в электропечах. Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Выплавка в дуговых электрических печах – главный способ производства высококачественных конструкционных, коррозионностойких и других сталей и сплавов. Более высокое по сравнению с мартеновской и конвертерной качество электростали объясняется ее более высокой чистотой по сере и фосфору и неметаллическим включениям, хорошей раскисляемостью.

Вместе с этим электросталь стоит дороже, чем мартеновская и конвертерная.

Применение кислорода повышает производительность на 15-25 % и снижает расход электроэнергии на 10-15 %.

Преимуществами индукционных печей по сравнению с дуговыми является возможность выплавки сталей с очень низким содержанием углерода (так как нет науглероживания от электродов), очень малый угар легкоокисляющихся элементов; сталь характеризуется пониженным содержанием азота и высокой чистотой по неметаллическим включениям. Индукционные печи имеют высокую производительность и высокий -электрический к. п. д.

Недостатками индукционных печей являются их малая вместимость по сравнению с дуговыми печами, высокая стоимость электрооборудования, низкая стойкость основных тиглей (10-100 плавок).


РАЗДЕЛ 2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Тема 2.1. Электрометаллургия стали

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:

а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;

б) можно получать высокую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Первая дуговая сталеплавильная печь в России была установлена в 1910 г., а в конце 1917 г. под Москвой стал работать электрометаллургический завод с несколькими электропечами.

В основе превращения электрической энергии в тепловую могут лежать процессы теплогенерации, происходящие:

1) при прохождении электрического тока через газ;

2) при воздействии электрического тока на магнитное поле и создании вихревых токов в металле;

3) при перемагничивании и поляризации диэлектриков;

4) при прохождении электрического тока через твердое (а иногда и жидкое) тело, обладающее электропроводностью;

5) за счет кинетической энергии электронов среды, участвующей в процессе.

Обычно в печах передача тепла происходит двухступенчато – от теплоносителя (электрической дуги и др.) к поверхности материала и от поверхности внутрь его. Первая ступень соответствует так называемой внешней задаче, вторая – внутренней задаче.

В условиях внешней задачи теплопередача осуществляется главным образом в результате теплового излучения и конвекции.

В условиях внутренней задачи теплообмен происходит главным образом в результате теплопроводности (кондукции). Однако в последнем случае при нагреве жидкости преобладает конвективный теплообмен. Ниже несколько подробнее рассматриваются режимы, характерные для внешнего теплообмена.

В связи с тем, что основным способом выплавки стали является кислородно-конвертерный, потребляющий меньшее количество лома по сравнению с мартеновским, возникли предпосылки для более быстрого развития электросталеплавильного производства, работающего на твердой шихте. Вторая важная причина развития выплавки стали в электропечах – все возрастающая потребность в легированных сталях и чистом металле из металлизованных окатышей. Развитие электросталеплавильного способа производства стали будет идти параллельно с кислородно-конвертерным.

На металлургических предприятиях с большим объемом производства низколегированной и трансформаторной сталей в основном применяют дуговые трехфазные электропечи вместимостью 50, 100 и 200 т. На специализированных заводах по производству высококачественной и специальной сталей применяют дуговые электропечи вместимостью 3-100 т, индукционные электропечи обычных конструкций и вакуумные.

Высококачественные слитки (по структуре и поверхности) получают в вакуумных электропечах с расходуемым электродом и в печах электрошлакового переплава. В последнее время для получения сталей для атомной и ракетной техники применяют электронно-лучевые плазменные печи. Ферросплавы выплавляют в дуговых электропечах на специализированных заводах.

Тема 2.2. Производство стали в дуговых печах

Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра.

Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6.

 

Рис. 2.1. Схема дуговой плавильной печи

Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.

В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов:

а) на шихте из легированных отходов (методом переплава),

б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом, чушковый передельный чугун, электродный бой или кокс, для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, частично, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит дальнейшее окисление углерода. После прекращения кипения удаляют шлак. Затем приступают к удалению серы и раскислению металла заданного химического состава. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, выпускают сталь в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали – конструкционные, инструментальные, жаростойкие и жаропрочные.

Тема 2.3. Производство стали в индукционных печах

В индукционных  тигельных плавильных печах выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы.

Вместимость от десятков килограммов до 30 тонн.

Рис. 2.2. Схема индукционной тигельной печи

 

Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 (основные или кислые огнеупорные материалы) с металлической шихтой, через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500…2000 Гц).

При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла, печь имеет съемный свод 2.

Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного желоба.

Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.

В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами.

При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака, наводят шлак из боя стекла SiO2. Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.

В основных печах раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.

В основных печах выплавляют высококачественные легированные стали с высоким содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные, легированные другими элементами стали.

 В печах можно получать стали с незначительным содержанием углерода и безуглеродистые сплавы, так как нет науглероживающей среды.

При вакуумной индукционной плавке индуктор, тигель, дозатор шихты и изложницы, помещают в вакуумные камеры. Получают сплавы высокого качества с малым содержанием газов, неметаллических включений и сплавы, легированные любыми элементами.

 

Тема 2.4. Специальные виды электрометаллургии

Для получения сталей и сплавов особо высокого качества и наиболее ответственного назначения применяют плавку в вакуумных дуговых и индукционных печах, а также электрошлаковый и другие методы переплава.

2.4.1.Электрошлаковый переплав (ЭШП). 

Переплавляемый (рафинируемый) металл подается в установку в виде расходуемого электрода и плавится в слое шлака, нагретого до 2000 °С. Проходя через слой шлака, мелкие капли металла рафинируются. Под слоем шлака накапливается жидкий металл, постепенно заполняя весь кристаллизатор-изложницу.  Затвердевший слиток опускают вместе с поддоном и устанавливают новый поддон для последующей плавки. Для переплава используют переменный ток (около 20 А на 1 мм диаметра электрода) с рабочим напряжением 45-60 В.

Переплавляемые электроды представляют собой кованые или катаные прутки (штанги) круглого или квадратного сечения из рафинируемой стали, обычно выплавленной в электродуговых печах

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Схема электрошлакового переплава представлена на рис.2.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700 ºC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, Высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.

Рис. 2.3. Схема электрошлакового переплава

Получению высококачественного бездефектного металла во многом способствуют также чрезвычайно благоприятные условия кристаллизации. В водоохлаждаемом кристаллизаторе происходит довольно быстрая кристаллизации металла, направленная в основном снизу вверх. Это приводит к получению плотного слитка с однородным строением, без усадочной пористости, зональной ликвации и других дефектов структуры, присущих обычным слиткам. Электрошлаковый переплав является значительно более простым способом по сравнению с другими способами получения высоко качественных сталей.

2.4.2. Плавка в вакуумной дуговой печи

Плавка в вакуумной дуговой печи – по существу переплав стали требуемого состава, выплавленной в открытой дуговой или другой печи. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

Схема вакуумно-дугового переплава представлена на рис. 4.

 

 

Рис. 2.4. Схема вакуумно-дугового переплава

 

Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Изготавливают детали турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 тонн.

2.4.3. Плавка в вакуумных  индукционных  печах

Такая плавка дает возможность выплавлять сталь и сплавы с незначительным содержанием газов и неметаллических включений строго заданного состава. Принцип работы таких печей такой же, что и при открытой индукционной плавке. Различие состоит в том, что печное пространство герметизируется, в нем создается вакуум примерно до 0,133 Па, значение которого уже объяснено раньше. Разливку металла в основном проводят в вакууме. Этот способ не получил широкого распространения. Индукционные вакуумные печи сложны по устройству, стоимость переплава высокая.

2.4.4. Электронно-лучевой переплав (ЭЛП). 

ЭЛП – плавление металла под действием потока электронов, излучаемых высоковольтной пушкой. На облучаемой поверхности их кинетическая энергия переходит в тепловую.

В плавильном пространстве создается глубокий вакуум. На рис. 6. представлена схема электронно-лучевой печи. Печь снабжена шестьюдесятью электронными пушками. Излучаемые электроны направляются на проплавляемый металл (расходуемый электрод) с помощью электромагнитов. Образующийся слиток вытягивается  из кристаллизатора.

Рис. 2.5. Схема электронно-лучевой печи:

1– механизм подачи электрода; 2 – переплавляемый электрод; 3-6 –вакуумные насосы; 7 – механизм вытягивания слитка; 8 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 9 – камера печи; 10 – слиток; 11-12 – электронные пушки и системы фокусирования пучка электронов

Глубокий вакуум и выгодные условия затвердевания в охлаждаемом кристаллизаторе обеспечивают  получение   особо  чистого металла. Электронно-лучевую плавку применяют для выплавки сталей особо высокой чистоты, а также вольфрамовых и других сплавов.

2.4.5.Плазменно-дуговой переплав (ПДП)

ПДП – один из способов получения сталей и сплавов очень высокой чистоты. Схема одного из вариантов плазменной дуговой печи для плавки сыпучей приведена на рис. 7.

Источником тепла является плазменная дуга, образующаяся между расплавляемым металлом и катодом плазмотрона; ее температура может достигать 10000-15000 К. В качестве рабочего газа для образования плазмы применяют аргон или гелий (расход 1-10 л/мин). Металл плавится в верхней части медного водоохлаждаемого кристаллизатора, а образующийся слиток вытягивается вниз. При плавке используют сыпучую шихту – дробленую стружку или прутки.

Рис. 2.6. Схема плазменной дуговой печи:

1– плазмотрон; 2 – плазменная дуга; 3 – плавильная камера; 4 – механизм подачи юо.пеной шихты; 5 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 6 – слиток

Достоинствами являются: высокая температура, высокий коэффициент теплопередачи к расплавляемому металлу, возможность изменения скорости давления в широких пределах, простота обслуживания установки.

2.4.6. Производство ферросплавов в электрических печах

Различают:

- по конструкции печи подразделяют на открытые (без свода) и закрытые;

- по способу установки – на стационарные и вращающиеся;

- по числу электродов – на трехэлектродные и шестиэлектродные;

- по форме – на цилиндрические и прямоугольные.

В печах закрытой конструкции возможно улавливание отходящих газов. Во вращающихся печах улучшаются условия расплавления шихты. Мощность современных ферросплавных печей составляет 48-63 MB·А с тенденцией к дальнейшему увеличению до 100 MB·А.

Исходные материалы (руду, коксик, металлическую дробленую стружку, кварцит и т. д.) доставляют в отделение железнодорожным транспортом и разгружают в приемные бункера. Подготовленную шихту подают из шихтового отделения в главное здание ленточными конвейерами.

Электропечь закрытого типа с набивными электродами. Подина печи выложена угольными блоками, стены – алюмосиликатными плитами и блоками. Доставку и загрузку электродной массы в кожух электрода производят машиной кранового типа. Непосредственно над печью установлены механизмы перемещения и перепуска электродов и зонт для улавливания газов и пыли с вытяжной трубой.

Для подачи и загрузки шихты в электропечи в цехе установлены три однотипные конвейерные системы с течками каждая из которых обслуживает две смежные печи. В систему входят тракт подачи шихты из шихтового отделения, приемная воронка, стационарный реверсивный конвейер с распределительными течками, расходные бункера и блоки труботечек, установленные на каждой печи.

Шихта из расходных бункеров к электродам подается труботечками, проходящими сквозь свод печи. В труботечках всегда находится  шихта, препятствующая   проходу газов.

Вскрытие летки для выпуска ферросплава из печи осуществляют прожиганием ее электрической дугой. После выпуска летку забивают огнеупорной массой. Эти операции выполняют машиной для вскрытия и забивки летки, управляемой дистанционно Ферросплав выпускают в приемный ковш, установленный вместе со шлаковым ковшом на передаточной тележке. При заполнении приемного ковша шлак по его носку сливается в шлаковый ковш. Передача тележки из печного пролета в разливочный и ее возврат осуществляются канатной лебедкой.

В трансформаторном пролете главного  здания установлены печные трансформаторы, аппаратура управления, охладители масла и оборудование газоочистки с трубами Вентури.

Ненауглероженные ферросплавы повышенной чистоты выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, которые по конструкции подобны дуговым трехфазным электропечам для производства стали.

На ферросплавных печах применяют набивные самоспекающиеся электроды, представляющие собой цилиндрический кожух из листовой стали, набиваемый электродной массой. Массу приготовляют из смеси антрацита (или термоантрацита), кокса, каменноугольного пека или смолы. По мере расхода электрода металлический кожух наращивают путем приварки новых секций. Электроды набивают в среднем один раз в сутки.

Для перемещения электродов применяют механизмы канатного, винтового и гидравлического типов. Недостатками канатных механизмов являются быстрый износ проволочных канатов, работающих в абразивной атмосфере, значительные габариты лебедок, необходимость снабжать механизм специальным постоянно действующим тормозным устройством, ограничивающим скорость опускания электрода при использовании электроприводов переменного тока. Винтовые механизмы имеют низкий к. п. д. и малую стойкость червячных редукторов и винтовых пар. Гидравлические механизмы широко применяют на мощных руднотермических печах вследствие их компактности при большой массе электродов, надежности и ремонтопригодности. Этому способствует также удобство их компоновки с пружинно-гидравлическими механизмами перепуска электродов.

На каждом электроде установлено отдельное гидравлическое подъемно-перепускное устройство, состоящее из двух механизмов перемещения и перепуска электрода. Механизм перемещения электрода обеспечивает его большой ход и требуемое положение в ванне печи, а механизм перепуска — опускание электрода под действием собственного веса на ограниченную величину по мере сгорания.


РАЗДЕЛ 3. РАЗЛИВКА И КАЧЕСТВО ЛИТОЙ СТАЛИ

Тема 3.1. Разливка стали в изложницы

Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.

Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков.

Изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.

Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.

Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.

Сталь разливают в изложницы сверху (рис. 3.1,а) и снизу – сифоном (рис.3.1,б).

В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша 1. При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке.

Рис.3.1. Разливка стали в изложницы

а – сверху; б – снизу (сифоном)

 

К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков, из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы.

Применяется для разливки углеродистых сталей.

При сифонной разливке одновременно заполняются несколько изложниц (4…60). Изложницы устанавливаются на поддоне 6, в центре которого располагается центровой литник 3, футерованный огнеупорными трубками 4, соединённый каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания наполняет изложницу 5.

Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц.

Используют для легированных и высококачественных сталей. 

Тема 3.2. Непрерывная разливка стали

Метод непрерывного литья заготовок является одним из важнейших и перспективных достижений современной металлургии.

Рис. 3.2. Машины непрерывного литья заготовок:

а – вертикальные; б – вертикальные с изгибом заготовок; в – радиальные; 1 – разливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – зона вторичного охлаждения; 5 –тянущая клеть; 6 – устройства для резки заготовок; 7 – затравка; 8 – рольганг; 9 – устройство для изгиба заготовки; 10 – устройство для охлаждения; 11 – отводящий рольганг

В настоящее время этот метод широко применяют в конвертерных, мартеновских и электросталеплавильных цехах, а также на заводах цветной металлургии. Дальнейшее, распространение этого метода предусмотрено перспективными планами развития отечественной металлургии. В последние годы примерно 1/4 всей выплавляемой стали (30-35 млн. т) разливают на МНЛЗ. Достоинствами этого метода являются высокая степень автоматизации и механизации процесса, уменьшение продолжительности и упрощение металлургического цикла, увеличение выхода годного, улучшение качества металла, а также повышение производительности и облегчение условий труда в разливочных отделениях.

Сущность метода заключается в том, что жидкую сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток. Перед началом разливки в кристаллизатор снизу вводят так называемую затравку, которая является дном кристаллизатора; затравка соединена с вытягивающим устройством. Образующийся в кристаллизаторе слиток вытягивают из кристаллизатора при помощи валков с нажимным устройством.. При выходе из кристаллизатора слиток поступает в зону вторичного охлаждения (первичное охлаждение в кристаллизаторе), в которой его поверхность интенсивно охлаждается водой при помощи форсунок, вплоть до полного затвердевания. Затвердевший слиток далее проходит зону резки, в которой его без остановки движения разрезают на заготовки мерной длины при помощи газорезки или летучих гидравлических ножниц. Для обеспечения устойчивого процесса, устранения возможности разрыва и зависания затвердевшей корочки на стенках кристаллизатора ему сообщают возвратно-поступательное движение. Кроме того, на стенки кристаллизатора подают смазку (парафин, рапсовое масло).

Для предотвращения окисления металла в верхней части кристаллизатора создают защитную атмосферу (природный газ, пропан, аргон). Шаг качания кристаллизатора вверх и вниз колеблется в пределах от 10 до 40 мм, а частота – от 10 до 100 циклов в минуту.

В настоящее время наибольшее распространение получили МНЛЗ криволинейного (радиального) типа, используются также МНЛЗ вертикального типа, МНЛЗ с изгибом слитка и в последнее время на заводах как черной, так и цветной металлургии используют МНЛЗ горизонтального типа. МНЛЗ криволинейного типа имеет сравнительно небольшую высоту (10-12 м), в то время как МНЛЗ вертикального типа – до 35-40 м, что вызывает значительные трудности в их строительстве и эксплуатации. МНЛЗ позволяет одновременно отливать от одного до восьми слитков, т. е. могут быть одно-, двух-, четырех-, шести- и восьмиручьевыми.

Скорость разливки (вытягивания слитка) колеблется в пределах от 0,4 до 8-10 м/мин и определяется в первую очередь сечением заготовки. Например, для квадратных слитков сечением 50х50 мм скорость разливки составляет 7-10 м/мин, а слитков сечением 300х300 порядка 0,5-1,2 м/мин.

На МНЛЗ получают слитки различного сечения: квадратного (блюмы) со стороной до 520 мм, прямоугольного (слябы) шириной до 2500 мм, а также заготовки для изготовления труб, балок, рельсов, Выход годных заготовок на МНЛЗ составляет 95-97 % от массы жидкой стали.

На МНЛЗ разливают сталь преимущественно массового производства. Годовая производительность МНЛЗ превышает 1 млн. т  стали.


Тема 3.3. Основные тенденции развития процессов и машин неперерывной разливки стали

В металлургической отрасли накопился ряд проблем, нерешённость которых снижает эффективность производства металлопродукции. Прежде всего, это высокие издержки, связанные с большой энерго- и ресурсоемкостью существующих технологий.

Кардинальное решение задачи сокращения затрат возможно путем применения новейших технологий. Наиболее перспективным представляется совмещение непрерывной разливки стали с агрегатами деформации (рис. 3.3).

Проблема объединения МНЛЗ и прокатных станов в единый комплекс является в настоящее время основной в направлении повышения эффективности всего металлургического производства. Объединение процессов существенно сократит производственный цикл, трудозатраты, используемую производственную площадь. Эти причины и определили современные тенденции в прокатном производстве.

На основе анализа в период ближайших 10-15 лет в связи с развитием литейно-прокатных комплексов возможен вывод из эксплуатации или консервация ряда блюмингов и заготовочных станов в России, вывод из эксплуатации устаревших и энергоемких производств и агрегатов.

Совмещение непрерывного литья стальных заготовок с прокаткой возможно при многоручьевых МНЛЗ с несколькими кристаллизаторами. При этом выходящие из кристаллизаторов заготовки должны отрезаться и поочередно задаваться в прокатный стан.

Рис. 3.3. Литейно-прокатный агрегат с совмещенной винтовой и продольной прокаткой конструкции ВНИИМЕТМАШ:
1 - МНЛЗ; 2 - индукционный подогреватель; 3 - загрузочная решетка; 4 - толкатель; 5 - клеть винтовой прокатки; 6 - черновая группа клетей продольной прокатки; 7 - аварийные летучие ножницы; 8 - чистовая группа клетей; 9 - термоупрочняющее устройство; 10 - летучие ножницы; 11 - холодильник.

Создание литейно-прокатных комплексов позволит сократить производственные площади, удельные капитальные и эксплуатационные расходы, существенно снизить расход металла, энергии, топлива, повысить производительность труда и качество продукции, обрабатывать малопластичные и труднодеформируемые стали и сплавы.

Использование агрегата с высокими обжатиями в составе ЛПК позволяет совместить процессы непрерывного литья и прокатки с точки зрения согласования не только их производительности, но и улучшения качества профилей за счет интенсивной проработки крупных непрерывнолитых заготовок по всему сечению и получения однородной мелкозернистой структуры металла, максимально использовать тепло литого металла, снизить металлоемкость оборудования.

Двухвалковый способ непрерывного литья является весьма перспективным из способов совмещения агрегатов разливки и деформации. Еще в 1856 году сэр Генри Бессемер запатентовал простую машину для получения тонких стальных полос непосредственно из жидкой стали (рис. 3.4). С тех пор металлурги во всем мире стремились реализовать этот процесс.

Однако довести идею литья полосы до промышленного внедрения удалось только благодаря современным разработкам – применению компьютерных технологий, современной техники измерений, управления и регулирования, а также созданию необходимых охлаждаемых роликов, специальных видов керамики, систем заливки и защиты металла. Только после этого начались серьезные эксперименты по реализации идеи непрерывной разливки тонких стальных полос.

Преимущество способа литья заготовок, близких по размерам к готовой продукции, заключается в возможности контролирования затвердевания обеих поверхностей полосы.

Конструктивный принцип литья полосы в двухвалковом кристаллизаторе заключается в том, что два ролика с водоохлаждаемыми медными рубашками расположены горизонтально на некотором расстоянии один от другого (зазор между ними определяет толщину отливаемой полосы), и между ними, благодаря торцевым уплотнениям с обеих сторон, размещается ванна жидкого металла, пополняемая через погружной сталеразливочный стакан. При вращении роликов навстречу друг другу жидкий металл втягивается в зазор между ними и кристаллизуется на медной водоохлаждаемой поверхности, как в обычном кристаллизаторе МНЛЗ, образуя полосу, которая вытягивается вниз и быстро затвердевает (рис.3.5).

В декабре 1999 года на заводе г. Крефельд была разлита первая промышленная плавка коррозионностойкой стали аустенитного класса массой 36 т, и получен лист шириной 1100 мм и толщиной 3 мм.

С марта 2000 года устойчиво разливается полный ковш вместимостью 90 т. Жидкая сталь поступает через промежуточный ковш на разливочную машину. Лист с помощью вытягивающих роликов передается на моталку. По окончании разливки рулон разматывается и разделяется на рулоны меньшей массы. Поверхность листа не имеет дефектов. В продольном направлении лист по форме соответствует требованиям к горячекатаному листу, а в поперечном направлении к холоднокатаному. Кромки характеризуются очень высоким качеством.

Рис 3.4. Эскиз, сделанный сэром Генри Бессемером (а), и установка, запатентованная им в 1865 г.

Листы обжимали до толщины 0,8 мм на стане холодной прокатки, отжигали и оценивали по действующим стандартам. Поверхностные дефекты отсутствовали. Благодаря быстрой кристаллизации чистота была выше, чем обычно. В результате возросла коррозионная стойкость. Механические свойства соответствовали свойствам обычного листа, однако относительное удлинение находилось на нижнем пределе. В 2003 году производство коррозионно-стойкой тонкополосовой стали на заводе в г. Крефельд достигло 400 000 т.

Одним из существенных преимуществ нового процесса для всего металлургического производства высококачественной полосы являются менее жесткие требования к качеству стального лома, применяющегося при выплавке сталей в электропечах.

Степень чистоты в отношении величины и количества неметаллических включений выше у полос, полученных на двухвалковых литейно-прокатных агрегатах.

Средняя цена 1 т горячекатаной полосы эквивалентных размеров, полученной по традиционной  технологии, составляет в США 250-300 долл., в Европе 280-290 долл. 1 т полосы из нержавеющей стали, полученной на двухвалковом литейно-прокатном агрегате, будет на 50-150 долл. дешевле тонны полосы, полученной по технологии отливки тонкого сляба. При производстве полосы из низкоуглеродистой стали экономия составит 20-35 долл.т.

Вопросы цены горячекатаной полосы самым тесным образом связаны с качеством получаемого металла.


3.3. Структура и качество литой стали

 

После заполнения жидкой сталью изложницы или кристаллизатора МНЛЗ происходит охлаждение расплава, а затем наступает момент его кристаллизации, т. е. происходит переход металла из жидкого в твердое состояние. Затвердевание металла и формирование слитка представляет собой сложный процесс, при котором протекает ряд различных физических, физико-химических и теплофизических явлений.

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскисленна в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: ,

Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

К числу физических явлений относится усадка, т. е. уменьшение удельного объема металла при переходе его из жидкого в твердое состояние. Удельный объем стали уменьшается примерно на 2,0-5,0 % (в зависимости от содержания в ней углерода), что вызывает появление в слитке усадочной раковины и осевой пористости (рыхлости) в верхней и центральной частях слитка. Этот дефект характерен для слитков спокойной стали (рис. 4.1, в). В слитке кипящей и полуспокойной стали усадка компенсируется наличием газовых пузырей (рис. 4.1, а, б).

К физико-химическим явлениям относится ликвация и уменьшение растворимости газов (водорода и азота) в твердом металле.

Ликвацией называют перераспределение примесей между затвердевающим металлом и расплавом. Процесс затвердевания происходит в течение некоторого промежутка времени и в значительном температурном интервале. Вначале при медленном охлаждении из расплава выпадают сравнительно чистые кристаллы твердого металла. Остающийся незакристаллизованный жидкий металл обогащается примесями и оттесняется к центральной, верхней части слитка. При последующем затвердевании выпадают кристаллы, в значительной мере загрязненные примесями. Это приводит к появлению химической неоднородности слитка как по его высоте, так и поперечному сечению. Наиболее ликвирующими являются такие вредные примеси, как сера и фосфор, поэтому в слитке существуют зоны, обогащенные этими примесями: 1) примыкающая к усадочной раковине; 2) так называемых усов (/\-образной ликвации); 3) V-образной ликвации {рис. 10,в). Такой характер распределения примесей характерен для слитка спокойной стали. Наиболее чистый металл находится в наружной поверхностной зоне, которая кристаллизуется в первую очередь и с достаточно большой скоростью. Кроме того, в слитке спокойной стали кристаллы чистого металла сосредотачиваются в его нижней части, в так называемой зоне отрицательной ликвации.

К физико-химическим явлениям, влияющим на строение слитка, относится также газовыделение как из жидкого, так и затвердевающего металла и сопутствующее ему перемешивание жидкой стали. При формировании слитка кипящей или полуспокойной стали происходит кипение металла в изложнице в результате образования и всплывания пузырей СО. При формировании слитка спокойной стали возможно образование газовых пузырей и пористости в результате выделения водорода.

К теплофизическим явлениям, влияющим на структуру стального слитка, относится теплоотвод через стенки изложницы и образование конвективиых потоков жидкого металла в изложнице. В момент соприкосновения жидкого металла с холодной изложницей происходит быстрое охлаждение металла и его кристаллизация, что приводит к образованию тонкой корочки с мелкими беспорядочно ориентированными кристаллами. В дальнейшем теплоотвод происходит с гораздо меньшей скоростью и имеет направленный характер (перпендикулярно стенке и дну изложницы). Это приводит к формированию зоны довольно крупных столбчатых кристаллов. В центральной части слитка, в которой металл в течение продолжительного времени остается жидким (вследствие малой скорости теплоотвода) образуются беспорядочно ориентированные кристаллы.

Строение слитка кипящей стали. Эффект кипения металла при затвердевании вызван выделением пузырей СО, образующихся при взаимодействии растворенных. в жидкой стали углерода и кислорода. Это явление предопределяет строение слитка кипящей стали (рис. 4.1,а). В затвердевшем слитке имеются следующие зоны:

1. Плотная наружная корочка (толщиной 8-10 мм), образующаяся в момент соприкосновения жидкого металла с холодными стенками изложницы. Корочка состоит из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов.

2. Сотовые пузыри вытянуты перпендикулярно к стенке изложницы. Такое расположение пузырей связано с направлением теплоотвода и ростом столбчатых кристаллов. Сотовые пузыри завариваются при прокатке слитков.

3. Плотный и чистый металл. В этой зоне газовыделения не происходит.

4. Вторичные пузыри (ширина зоны 30-110 мм). В момент их образования верх слитка успевает затвердеть, поэтому газовые пузыри не успевают выделиться из металла. Вторичные пузыри также завариваются при прокатке.

5. Средняя часть слитка, кристаллизующаяся в последнюю очередь и состоящая из беспорядочно ориентированных кристаллов, обогащенных ликвирующими примесями. В этой зоне также имеются (пузыри, особенно в верхней части, причем эти пузыри усадочного происхождения. Верхняя часть этой зоны особенно сильно обогащена ликватами, поэтому ее отрезают. Обрезь составляет 5-10 % от массы слитка, она примерно вдвое меньше, чем у слитка спокойной стали.

Рис. 3.6. Строение слитков кипящей (а), полуспокойной (б) и спокойной (в) стали:

1 – плотная корочка; 2 – сотовые пузыри; 3 – промежуточная плотная зона; 4 – вторичные пузыри; 5 – плотная центральная часть слитка; 6 – усадочная раковина; 7 – зона V-образной ликвации; 8 – зона /\-образной ликвации; 9 – зона отрицательной ликвации

Строение слитка полуспокойной стали. При затвердевании полуспокойной стали выделяется значительно меньше пузырей СО, т.е. она кипит менее интенсивно, чем кипящая. Остающиеся пузыри в слитке в верхней его части компенсируют усадочную раковину (рис. 4.1, б). Вследствие малой продолжительности кипения уменьшается химическая неоднородность. В слитке полуспокойной стали также имеется плотная корочка с мелкими беспорядочно ориентированными кристаллами. Зона сотовых пузырей значительно меньше, и они расположены в верхней части слитка. Вторичные пузыри в слитке отсутствуют. Пузыри концентрируются в головной части слитка. Таким образом, большая часть слитка представляет собой достаточно плотный металл без дефектов. В связи с этим головная обрезь у слитка полуспокойной стали составляет < 6 %, т. е. меньше, чем у кипящей и тем более чем у спокойной стали.

Строение слитка спокойной стали. В слитке спокойной стали (см. рис. 4.1, в) различают следующие структурные зоны: 1) тонкую наружную корку, состоящую из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов; 2) вытянутые столбчатые кристаллы; 3) крупные различно ориентированные кристаллы (центральная зона); 4) беспорядочно ориентированные кристаллы (осевая зона). В этой зоне обычно имеется осевая рыхлость и V-образная ликвация; 5) конус осаждения. Эта зона представляет собой конгломерат сросшихся кристаллов, наименее всего загрязненных примесями. В верхней части слитка имеется усадочная раковина, пустоты и рыхлость. Для слитка спокойной стали характерна незначительная химическая неоднородность, усиливающаяся с увеличением массы слитка.

Дефекты стальных слитков. Основными дефектами стальных слитков спокойной стали являются усадочная раковина, осевая рыхлость и химическая неоднородность, т.е. значительное различие по химическому составу структурных зон слитка. Прибыльную часть слитка, в которой сосредоточена усадочная раковина, отрезают при прокатке и обрезь отправляют на переплав.

Заворот корки (дефект поверхности) образуется при прорыве затвердевшей корочки на поверхности поднимающегося металла в изложнице. Возможно прилипание корочки к стенке изложницы, заворот и заливка ее поднимающимся кидким металлом. В месте заворота корочки скапливаются оксиды, которые препятствуют ее завариванию при прокатке, поэтому в этом месте образуются рванины. Для уменьшения возможности появления заворота корочки применяют различные методы защиты поверхности поднимающегося в изложнице жидкого металла от окисления (разливка в защитной атмосфере, под слоем шлака и др.).

Поперечные горячие трещины образуются при зависании слитка в изложницы в процессе затвердевания. Для предупреждения возникновения этого дефекта необходимо плотное прилегание прибыльной надставки к верхней части изложницы и не использовать изложницы с дефектами на их стенках.

Продольные трещины возникают при разрыве тонкой корочки затвердевшего металла при его кристаллизации. Возможно, образование горячих продольных трещин и на гранях слитка в результате плохого центрирования струи жидкого металла при разливке сверху. Для устранения появления продольных трещин необходимо поддерживать оптимальную скорость разливки, предотвращать сильный перегрев жидкой стали, а также применять изложницы с погнутыми и волнистыми стенками. Для исключения появления этого дефекта необходима своевременная посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии вакуумирования.


РАЗДЕЛ 4. ВНЕПЕЧНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ

4.1. Способы внепечной обработки стали

Стали, выплавляемые в конвертерах, электро- и мартеновских печах, в значительной мере насыщены различными газами. В периоды остывания и кристаллизации из стали выделяются газы даже после ее охлаждения, а часть их остается в металле и вызывает снижение качества готовых изделий (образование пузырей, микроскопических усадочных раковин и волосовин, флокенов, старение стали, снижение магнитных свойств и др.).

Один из способов повышения качества стали – дегазация, т. е. удаление водорода, оксида углерода, азота и уменьшение содержания неметаллических включений.

Дегазация стали ведется по двум основным направлениям:

1) внепечное вакуумирование, когда из небольших порций жидкого металла или всей плавки одновременно непрерывно откачивают газы вакуумными насосами;

2) невакуумная дегазация, заключающаяся в обработке стали газообразными или твердыми реагентами.

4.2. Вакуумная обработки стали

Вакуумная обработка – относительно простой метод внепечной обработки. После вакуумной обработки содержание в металле газов и неметаллических включений уменьшается в несколько раз. Для крупных слитков применяется вакуумирование струи металла при заполнении изложницы; этот способ еще более совершенный, так как устраняется вторичное окисление при разливке дегазированного металла из ковша по изложницам.

При вакуумировании происходит самораскисление стали со снижением содержания углерода и кислорода, что обеспечивает получение стали с заданным химическим составом.

Известны следующие способы вакуумирования стали (рис. 11): в сталеразливочном ковше; струйный; порционный; циркуляционный.

Ковшовое вакуумирование заключается в установке сталеразливочного ковша с металлом в герметически закрытой вакуумной камере, в которой создается разрежение. Ковш для переливания стали устанавливают в вакуумную камеру с разрежением 0,27-0,67 кПа. При понижении давления растворимость в металле кислорода, водорода и других газов резко снижается. Бурно выделяющиеся газ увлекают с собой и неметаллические включения. Недостаток этого способа – сравнительно низкая эффективность и большие потери тепла.

Струйное вакуумирование основано на дегазации струи металла в вакууме при переливании его из ковша в ковш, при выпуске из печи и при разливке стали. Этот способ наиболее эффективен при разливке стали на тяжелые слитки.

Рис. 4.1. Способы вакуумирования стали

а – в сталеразливочном ковше; б – струйный; в – порционный; г – циркуляционный.

Порционное вакуумирование заключается в многократном засасывании небольших порций металла (~10 % от массы металла в ковше) из ковша в вакуум-камеру с последующим перемешиванием каждой порции после вакуумирования с металлом в ковше. Поток стали, выходящий из вакуум-камеры, достигает дна ковша, отражается от него и направляется вверх, перемешиваясь со всей массой металла. Глубину погружения всасывающего патрубка в металл изменяют путем подъема ковша или опускания камеры. Полного вакуумирования достигают трех-четырехкратным прохождением жидкой стали через вакууматор. Длительность цикла дегазационной обработки составляет примерно 20 мин.

Порционное вакуумирование – один из наиболее прогрессивных способов вследствие высокой степени и скорости дегазации, возможности обогрева камеры во время процесса, небольших эксплуатационных расходов.

Циркуляционное вакуумирование – наиболее целесообразный непрерывный процесс; для обработки плавки используют агрегаты относительно небольших размеров.

Способ заключается в непрерывном вакуумировании металла, подаваемого в вакуум-камеру. Подъем металла происходит в результате эжектирующего действия инертного газа (аргона), подаваемого к всасывающему патрубку. Пузырьки газа, попадая со сталью в разреженное пространство вакуум-камеры, разбрызгивают сталь, и газы, содержащиеся в металле, высвобождаются и вместе с инертным газом удаляются насосом. Интенсивность циркуляции достигает 45-50 т/мин и дегазация плавок массой 200-300 т составляет 12-15 мин.

4.3. Разливка стали в среде инертных газов

Разливку стали в инертной атмосфере, например, аргоне, применяют для защиты металла от окисления, что особенно важно для ряда легированных сталей. На изложницу устанавливают специальное устройство, обеспечивающее герметизацию стыка между ковшом и изложницей. В это устройство подают аргон под небольшим избыточным давлением. Он вытесняет из изложницы воздух и предохраняет металл от окисления. Содержание кислорода в стали при этом уменьшается примерно в 1,5 раза.

4.4. Обработка стали в ковше синтетическим шлаком

Обработка стали в ковше синтетическим шлаком – простой и дешевый способ значительного улучшения качества металла. В ковш заливают выплавленный в электрической печи специальный синтетический шлак, содержащий до 55 % СаО, 40 % А12О3 и другие компоненты при минимальном содержании FeO. Затем в ковш выпускают металл из сталеплавильной печи. В образующейся металлошлаковой эмульсии благодаря огромной поверхности контакта реакции рафинирования металла протекают с очень большой скоростью.

Содержание серы уменьшается в два-три раза, значительно повышается чистота стали по неметаллическим включениям; одновременно повышается производительность мартеновских печей, так как часть операций выполняют в ковше. Этот способ находит все более широкое применение для рафинирования кислородноко-конвертерной и мартеновской стали, а также электростали, выплавленной в крупных дуговых печах с большой глубиной ванны, где процессы рафинирования затруднены.


РАЗДЕЛ 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

5.1. Общие положения

При работе в сталеплавильных цехах охране труда и технике безопасности уделяется очень большое внимание ввиду сложных и тяжелых условий труда, присущих этому производству. Так, в процессе выплавки и разливки стали металлурги имеют дело с жидким металлом и шлаком. Нарушение правил обращения с этими расплавами может вызвать взрывы, опасные для жизни ожоги и др. Тяжелая физическая работа в непосредственной близости от источников тепла приводит к перегреву организма, и нужно принимать меры по защите рабочих от теплоизлучений.

Поведение работающих в сталеплавильных цехах регламентировано рядом правил техники безопасности, знание и выполнение их обязательно. Вновь поступающие рабочие проходят подробный инструктаж по общим вопросам техники безопасности, наиболее важные особенности объясняются непосредственно на рабочем месте. В первое время до получения устойчивых трудовых навыков вновь принятый рабочий находится под постоянным наблюдением мастера, бригадира.

Все рабочие получают в цехе специальную одежду, обувь, рукавицы и различные защитные приспособления (каски, очки и пр.).

Тип спецодежды должен соответствовать условиям труда на каждом конкретном месте. Пришедшая в негодность одежда и обувь должны своевременно заменяться.

5.2.Основные источники опасности

Главное правило при работе с жидким металлом и шлаком состоит в том, чтобы не допускать их контакта с водой и влажными материалами. При 1500-1600 °С вода, мгновенно превращаясь в пар, ведет себя как взрывчатое вещество. Особенно опасно, когда влажные материалы оказываются прикрытыми слоем металла (шлака). По этому заправочные материалы, сыпучие, ферросплавы должны быть предварительно просушены или прокалены.

5.2.1. Работа с газами.

В сталеплавильных цехах широко используют газообразное топливо, кислород и другие газы. Большинство горючих газов способно образовать с воздухом взрывоопасные смеси Особенно опасны в этом отношении коксовый газ, содержащий до 50 % водорода, и природный газ, состоящий в основном из метана. Доменный газ устойчивее к взрывам, но содержит высокие концентрации СО – ядовитого вещества. В ряде случаев может быть опасен и технический кислород. Он обладает способностью воспламенять, даже при комнатной температуре, различные масла и материалы пропитанные ими. Поэтому нельзя работать с кислородом в замасленной одежде. Даже чистая одежда, пропитанная кислородом, может воспламениться от огонька спички при курении.

При эксплуатации газового хозяйства цеха нужно постоянно следить за герметичностью газопроводов, исправностью запорной и распределительной арматуры. На пути газовой разводки не должно быть застойных участков, все помещения, где имеется газовая арматура, должны хорошо вентилироваться. Утечки горючих газов контролируются специальными приборами. Запрещается использовать для этой цели факелы или другие источники открытого огня.

5.2.2. Работа с механизмами.

Над многими рабочими местами в цехе перемещаются мостовые краны с различными грузами, в том числе с жидким металлом. На рабочих площадках, в разливочных пролетах сталеплавильных цехов двигаются завалочные машины, составы с шихтой и изложницами, ковши с жидким чугуном. В этих условиях по избежание несчастных случаев необходимо повышенное внимание работающих ко всем видам цехового транспорта.

Краны, завалочные машины, самоходные тележки сталевозов и др. должны быть оборудованы системой световой и звуковой сигнализации. В цеховых помещениях предусматриваются габариты безопасности для свободного пропуска работающих транспортных средств.

Там, где это возможно, действующие механизмы изолируют oт цехового персонала. Для этой цели широко используют различные ограждения или даже отдельные помещения. Так, ограждению подлежат приводы перекидных устройств, вентиляторов, различные лебедки, транспортеры, подъемники

При операциях, выполняемых при помощи мостовых кранов нужно стремиться к максимальной автономности их действий; переноску грузов осуществлять по возможности без участия подкрановых рабочих. Для этого краны оборудуют различными приспособлениями способными самостоятельно захватывать грузы. При ручном выполнении такелажных операций необходимо   четкое   взаимопонимание машиниста крана и подкрановых рабочих.

5.2.3. Защита от тепловых излучений.

Сталеплавильный цех относится типу «горячих», производственный процесс в нем сопровождается очень большими тепловыделениями. Основная доля приходится на тепло, излучаемое жидкими металлом и шлаком, плавящимися материалами,  поверхностями  огнеупоров, нагретых до 1000-1700 °С, значительно меньше доля конвективного тепловыделения с массами горячего воздуха и газов.

Основная защита от излучений – теплоизоляция поверхностей, экраны, ограждающие источники тепла. Так, при отборе проб из печи используют подвижные экраны, принимающие основную часть лучистого тепла. Снижает тепловое воздействие на организм человека и правильно выбранная спецодежда. Сейчас ее изготовляют из толстых суконных и войлочных материалов, успешно испытывается и одежда с теплоотражающей поверхностью.

Для защиты глаз от светового излучения высокотемпературных поверхностей используют светофильтры синей и фиолетовой окрасок. Сталеплавильщики применяют очки различных конструкций, рамки, темные участки стекол в кабинах кранов, завалочных машин.

Важное значение имеет питьевой режим работников горячих цехов. Потери влаги, иногда очень значительные, должны восполняться за счет подсоленной газированной воды, кваса, минеральной воды и др. Ведутся исследования, как по разработке новых составов питьевых растворов, так и по рациональному режиму их употребления.

5.2.4. Производственные шумы.

В сталеплавильных цехах есть много источников сильного шума: форсунки и горелки печей, кислородные фурмы, пароэжекторные насосы, вентиляторы, движущийся транспорт. Шум от многих источников ликвидировать нельзя, но ослабить его интенсивность – задача соответствующих служб завода. В частности, возможна звукоизоляция многих стационарных источников шума, вплоть до сооружения отдельных помещений. В ряде случаев следует применять индивидуальные средства защиты работающих от шума.

5.3. Некоторые правила техники безопасности на участках цехов

Сталеплавильное отделение. Зону действия печей следует огораживать щитами, закрывающими проемы между корпусом и рабочей площадкой. Пуску плавки, повороту печи должны предшествовать звуковые сигналы, предупреждающие обслуживающий персонал. Все операции по управлению плавкой производятся дистанционно, со специальных пультов.

Перемещение составов с шихтой по рабочей площадке производится с небольшой скоростью в присутствии специально выделенных людей. Завалочные машины во время движения должны автоматически подавать звуковые сигналы. Габариты безопасности и пространство между рельсами завалочной машины нельзя занимать посторонними предметами. Перед началом завалки шихты сталевар обязан тщательно осмотреть лом, обращая особое внимание на качество его укладки, наличие взрывоопасных предметов.

При ремонтах подины и выпускного отверстия часто пользуются сжатым воздухом. В этих случаях необходимо следить за тем, чтобы не травмировать  рабочих  разливочного  пролета  брызгами  металла и шлака, вылетающими через выпускное отверстие.

Сталевыпускные желоба крупных печей делают съемными, футеруют и сушат их в специально отведенном месте разливочного пролета. Навешивают желоба при помощи консольного крана.

Разливочные пролеты. Сталеразливочные и промежуточные ковши должны подаваться на плавку с исправной футеровкой, хороши просушенными, с тщательно установленным стопором (шибером) Недостаточно просушенный ковш может стать источником тяжелых травм. Плохо набранный и установленный стопор приводит к аварийной разливке, что очень опасно для обслуживающего персонала.

На дно шлаковых чаш можно подсыпать только сухой мусор использовать воду для осаживания шлака запрещается. Нельзя кантовать чаши со шлаком в разливочном пролете цеха. Эту операцию выполняют на специально оборудованных шлаковых дворах.

При разливке стали на МНЛЗ ковш должен быть установлен на стенде. Стопоры (шиберы) сталеразливочного и промежуточных ковшей следует оборудовать средствами дистанционного управления. Необходимо тщательно контролировать системы охлаждения кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения. При появлении течи в полости кристаллизатора возможны проникновение воды под корочку слитка и выброс жидкого металла из кристаллизатора.


ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Кнорозов Б.В. и др. Технология металлов и материаловедение, – М.: Металлургия, 1987.

2. Соколов. Г.А. Производство стали. М.: Металлургия, 1987.

3. Дальский А.М и др. Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987.

4. Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Том 2. Машины и агрегаты сталеплавильного производства. Учебник для вузов – М.: «Металлургия», 1988. – 432 с.

5. Сивак Б., Протасов А. Современное состояние и перспективы разхвития минизаводов по производству сортового проката// Национальная металлургия, 2002, № 2, с.38-43.

6. Ганьжин В. Киселев Ю. Технология XXI века. Перспективы России// Национальная металлургия, 2003, № 1, с.77-87.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57504. Новий Рік - за народним календарем 13 січня. Як святкували і що їли з нагоди свята 207.5 KB
  Як святкували і що їли з нагоди свята Новий рік Маланки Меланки святої Мелани Щедрий вечір 13 січня одне з найпопулярніших в українців як і в інших слов’ян та у більшості народів світу світське свято на якому майже не позначився релігійний християнський вплив за винятком пристосування...
57505. Інформаційна система. Апаратна складова 85 KB
  Зображення на екрані монітора утворюється з окремих елементів зображення пікселів англ. picture element елемент зображення які інколи називаютьточками зображення. Вони забезпечують високу яскравість і контрастність зображення.
57506. Перші весняні квіти. Урок розвитку зв’язного мовлення 67 KB
  Вчити учнів описувати весняні квіти послідовно формувати думки та поєднувати їх у мовленні. Чайковський Вальс квітів€ відео Весняні квіти†Спів соловейка†мультимедійна установка. Квіти Отже сьогодні ми навчимося описувати перші весняні квіти.
57507. Групи слів за значенням: синоніми, антоніми, омоніми, конспект уроку 43 KB
  Мета: поглибити знання про групи слів за значеннямформувати вміння визначати в реченнях і текстах синонімиантоніми й омоніми доречно вживати їх у мовленніутворювати синонімічні ряди добирати антонімічні пари...
57508. Дворцовые перевороты 62.5 KB
  Указ Петра I о престолонаследии. Задание учащимся: рассмотреть таблицу Дворцовые перевороты и ответить на вопрос: Что общего между правителями в эту эпоху Варианты ответов учащихся: Правителями были дальние и близкие родственники Петра I.
57509. Групи слів за значенням (синоніми, антоніми, омоніми, пароніми) 35.5 KB
  Скласти речення до кожної групи слів. Синоніми допомагають точніше висловлювати думку уникнути повторення однакових або співзвучних слів. З одним із слів скласти речення.
57510. Іменники-синоніми. Іменники-антоніми. Багатозначні слова 35 KB
  Мета: удосконалювати вміння вживати в мовленні іменники-синоніми антоніми як засіб увиразнення мовивміти застосовувати в мовленні багатозначні словарозвивати і збагачувати мовлення дітей виховувати інтерес до рідної мови.
57511. Омоніми 91 KB
  Мета: дати учням поняття про омоніми, формувати вміння визначати омоніми в реченнях, пояснювати їхнє лексичне значення, доречно вживати їх у мовленні; удосконалювати орфографічні та пунктуаційні навички.