ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
«ГУБЕРНАТОРСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО – ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
По специальности 22.02.01 «Металлургия черных металлов»
«Технология выплавки высокомарганцевой стали 45Г17Ю3 в современных электропечах»
(пояснительная записка на 62 листах)
Выполнил_________________________________
Руководитель______________________________
Консультанты_____________________________
__________________________________________
__________________________________________
__________________________________________
Г. Балаково
Г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Раздел I. Общая часть.
1.1.Обоснование проекта.
1.2.Технология выплавки стали в дуговых печах.
1.3.Расчет материального баланса плавки стали марки 14ХГЛ в основной дуговой сталеплавильной печи с двумя шламами.
1.4.Мероприятия по экономии материальных и топливо энергетических ресурсов.
Раздел II. Специальная часть.
2.1 Технология выплавки высокомарганцевой стали 45Г17Ю3 в современных электропечах.
2.2 Выплавка стали 45Г17Ю3 методом окисления примесей.
2.3 Выплавка стали 45Г17Ю3 методом переплава легированных отходов.
2.4 Сравнительная характеристика методов выплавки высокомарганцевой стали 45Г17Ю3.
Раздел III. Организация производства
3.1 Организация работы мастера при выплавки стали 45Г17Ю3.
Раздел IV. Экономика производства.
Раздел V. Мероприятие по охране труда и охране окружающей среды.
5.1Мероприятие по охране труда и защите окружающей среды при выплавке стали 45Г17Ю3.
Заключение.
Список используемой литературы.
Введение
Электрометаллургия - отрасль техники, занимающаяся восстановлением металлов из их окислов и получении стали и сплавов различного состава с использованием электрической энергии как источника тепла. Электрическая печь имеет ряд существенных преимуществ перед другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные стали, нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в эликртрических печах.
В электропечи можно получать сталь с низким содержанием серы и фосфора, можно полнее расскислить металл, обеспечить низкое содержание в стали не металлических включений. В электропечи значительно меньше потери легирующих элементов, вводимых в виде ферросплавов, значительно выше использование ценных составляющих, вносимых отходами легированных сталей.
В электропечах легко осуществить быстрый подъем и точное регулирование температуры металлической ванны в узких пределах. В ней можно проводить все металлургические процессы, создавая окислительную, восстановительную или нейтральную атмосферу, можно выплавлять сталь любого состава.
Расчеты показывают, что себестоимость легированной стали, выплавленной в ДСП-l00, ниже, чем себестоимость той же стали, выплавленной в 100 т. мартеновских печах, себестоимость углеродистой и малолегированной стали может быть даже значительно ниже мартеновской. Выплавка сталей мартеновского сортамента, в мощных дуговых печах более выгодна, чем выплавленная в мартеновских печах.
Большое распространение среди высокомарганцевых сталей получила сталь 45Г17ЮЗ. Она используется для изготовления литых деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками и большими удельными давлениями.
Сталь 45Г17ЮЗ имеет следующий состав:0.40-0.50%С; не более 0.60%Si; 16.0-18.0%Мп; не более 0,030%S; не более 0.040%Р; не более 0.50%Cr; нe более 0.50%Ni;2.40-З.60%Аl.
Развитие промышленности и сельского хозяйства России, увеличение добычи руд черных и цветных металлов и других полезных ископаемых, расширение объемов строительства, совершенствование и реконструкция транспортной системы потребуют существенного роста производства горнорудного, обогатительного, металлургического, сельскохозяйственного, транспортного и строительного оборудования. Это в свою очередь будет способствовать повышению спроса на высококачественные отливки из износостойких сталей, одной из самых распространенных среди которых является высокомарганцевая сталь 45Г17ЮЗ. Из этой стали получают отливки, прокат (рельсы, плиты, листы, прутки) и кузнечные заготовки. Основными потребителями этой стали являются сельскохозяйственное и транспортное машиностроение, заводы горнорудного и обогатительного оборудования, металлургическая и оборонная промышленность. Из стали 45Г17ЮЗ получают в литом или горячедеформированном виде: трубы для магистральных трубопроводов, немагнитные бандажные кольца для электродвигателей.
Относительно высокая хладостойкость отливок позволяет использовать их при весьма низких температурах (-50 С), что имеет важное значение в связи с развитием промышленности и строительства Сибири и на севере нашей страны.
Раздел I. Общая часть
Обоснование проекта
Основной причиной целесообразности производства стали 45Г17ЮЗ является то, что развитие промышленности и сельского хозяйства России, увеличение добычи руд черных и цветных металлов и других полезных ископаемых, расширение объёмов строительства, совершенствование и реконструкция транспортной системы потребует существенного роста производства горнорудного, обогатительного, металлургического, сельскохозяйственного, транспортного и строительного оборудования. Это в свою очередь будет способствовать повышению спроса на высококачественные детали из износостойких сталей, одной из которых является 45Г17ЮЗ.
Второй причиной является относительная дешевизна легирующих элементов марганца и алюминия. Основная масса поставляемого к нам ферромарганца производится в ближнем зарубежье, а именно на Украине и в Грузии; в России марганцевую руду добывают на Урале (Челябинская и Свердловская область). Помимо этого, существует проект разработки. Усинского месторождения марганцевых РУД, которое расположено в Кемеровской области.
Технология выплавки стали в дуговых печах.
На металлургических предприятиях сталь в дуговых печах выплавляется следующими методами:
а). С полным расплавлением из «свежей углеродистой шихты;
б) переплавом легированных отходов без окисления или сплавлением чистых материалов;
в) переплавом легированных отходов с окислением кислорода;
г) смешиванием металла из нескольких печей в одном ковше.
При выплавке стали последним методом, металл из нескольких печей смешивают в одном ковше. При использовании двух печей в одной из них плавка ведётся методом переплава легированных отходов, а в другой с полным окислением.
Независимо от метода выплавки металл может подвергаться внепечной обработке - вакуумированию, продувке нейтральными газами, обработке синтетическими шлаками. Выплавка стали может производится одно - или двушлаковым процессом.
При выборе процесса учитывают качество шихтовых материалов и требования, предъявляемые к готовой стали. Все материалы - металлическая шихта, шлакообразующие и ферросплавы - должны соответствовать требованиям действующих ГОСТов и ТУ. Известь. Разрешается применять только свежеобработанную. Транспортировка и хранение извести должны исключать и увлажнять. Содержание серы в извести допускается; 0,05 % и потери при прокаливании 5%. давление кислорода для продувки металла должно быть ~0,9 МПа. Технологический процесс получения стали в дуговых печах по первому методу состоит из ряда взаимосвязанных и дополняющих друг друга этапов - подготовки шихтовых материалов и плавке, заливки шихты, периодов плавления, окислительного и восстановительного периодов и выпуска стали из печи.
После заправки дуговой печи, удалению остатков металла и шлака предыдущей плавки разгружают шихту, состоящую из железостального лома (до 90%), предельного чугуна (до 10%), электродного боя и 2-3% извести и железной руды.
Шихту составляют из расчета получения по расплавлении ванны металла с содержанием углерода на 0,35-0,40% выше верхнего предела, предусмотренного ГОСТом ТУ для стали данной марки.
В окислительный период электроплавки решаются следующие технологические задачи: снижение содержания фосфора в металле до 0,002% и ниже, возможно полное удаление растворенных в металле газов (азота и водорода) и неметаллических включений нагрев металла до заданной температуры плавления стали. Момент присадки окислителей или начало продувки кислородом при установленной температуре считается началом окислительного периода. В окислительный период происходит окисление углерода, кремния, марганца, фосфора и др. элементов. Образующиеся оксиды SiO2, МпО, Р205 переводит в шлак. Для ускорения окислительных процессов в электропечах присаживается железная руда или подается газообразный кислород. Кислород для интексификации плавки стали в дуговых электропечах начали применять в 1948 г. на 3 металлургических заводах.
С 1952 г. на заводе «Днепроспецстали», при этом коренным образом изменилась технология выплавки стали ряда марок ответственного назначения, особенно сталей с высоким содержанием хрома и никеля и с низким содержанием углерода. Так, коррозиестойкая сталь lХ18Н9Т до применения кислорода позволило резко увеличить долю отходов стали lХ18Н9Т В шихте и довести их до 70-80%. В дальнейшем диапазон марок стали был расширен кислород стали применять при выплавке трансформаторной,легированной,конструкционной,шарикоподшипниковой, быстрорежущий и др. сталей. В связи с этим значительно увеличилась производительность электропечей и улучшилось качество стали. Продувку ванны кислородом осуществляют с помощью кислородных труб или водо-охлаждаемых кислородных фурм, автоматически управляемых с пульта управления, скорость окисления углерода при продувке ванны кислородом возрастает в 3-5 раз. Разнообразный кислород целесообразно подавать под давлением 10,5-1,2 МПа, что обеспечивает его глубокое проникновение в металл и получение развития поверхности.
Энергичное равное кипение ванны в окислительный период обеспечивается тогда, когда железная руда вводится в достаточно нагретую ванну. При низкой температуре металла и небольшом содержании металла и небольшом содержании углерода кипение протекает всяко.
К концу окислительного периода, химический состав шлака находится в следующих пределах %; СаО 35 - 50; Si02 10 -20; МпО 4 -12; MgO 4 -15; Аl2Оз 3 -7; FeO 12 - 30; Р205 0,4 -1,5. нижний предел содержания FeO в шлаке характерен для плавок среднеуглеродистых сталей, верхний предел относится к плавкам низкоуглеродистой стали(0,06 - 0,08% С).
Ускорение резино-химических процессов в окислительный период можно получать путём вдувания материалов в порошкообразном виде. Получила распространение смеси порошкообразных материалов, содержащая 75% извести, 13% окалина, 10% плавленого шпата.
Процесс рафинирования металла под одним шпатом восстановительного периода применяется при выплавке упрощённого (мартеновского) сортамента - обычно это углеродистые и низколегированные стали с Cr, Si, Mn, Ni. В зависимости от требуемого содержания углерода в марочном составе в шихту задается до 25-30% чушкового чугуна. Для того, чтобы совместить дефосфорацию металла с периодом расплавления, во время завалки его в печь вводит 2-3% извести и до 1,5% железной руды или агломерата. После расплавления шихты из печи самотеком делается максимальное количество шлака и начинается продувка ванны кислородом, подаваемым через сводовую фурму. Если содержание фосфора в металле перед продувкой кислородом повышенное, в печь загружают известь и плавиковый шпат. Продувку ведут до заданного содержания углерода в металле. После прекращения продувки в печь вводят силикомарганец и ферромарганец и при необходимости феррохром в количествах, обеспечивающих получение заданных содержании марганца и хрома. Затем сталь выпускают в ковш, куда для получения требуемого содержания кремния и раскисления вводят ферросилиций и алюминий. Восстановительный период является наиболее важным и последним периодом плавки, во время которого необходимо: расскислить металл и удалить как можно большее количество кислорода; осуществить достаточно глубокую десульфурацию металлической ванны, довести химический состав металла до требуемого состава готовой стали.
Началом восстановительного периода считается момент начала науглероживания или присадки раскислителей, а при отсутствии этих операций - начало присадки шлакообразующих. Помешать концентрацию кислорода в металле в восстановительный период плавки можно двумя путями - раскислением шлака или раскислением самого металла. Раскисление шлака (так называется диффузионное) основано на законе распределения кислорода между шламом и металлом. Для диффузионного раскисления стали применяют кокс или электродный бой. При определенных условиях, могут применяться порошки ферросилиция, алюминия и других раскислителей. В зоне дуг протекает химическая реакция образования карбида кальция:
(СаО) + 3Ств=(СаС2) + {СО}
который взаимодействует с FeO шлака по реакции:
(СаС2)+ 3 (FeO) =3[Fe] + 2 {СО} + (СаО)
образующийся под электродами карбид кальция диффузирует по всему объему шлака. В зависимости от содержания карбида кальция конечные шлаки восстановительного периода разделяются на белые и карбидные шлаки, содержащие <2% СаС2 относятся к белым шлакам, а >2% -карбидным. Ниже приводятся примерные составы белого и карбидного шлаков; %белого
СаО 52-62; Si02 10-20; FeO до 0,8; МпО 6-10; Аl2Оз 1,5-3,0; CaF2 5-10; СаС2 до 1,5; карбидного (масс %)- СаО 55-65; Si02 10-15; FeO до 0,5; МпО до 0,3; Mg0 6-10; Аl2Оз 2-3; CaF2 8-12; СаС2 2-4.
Белые и карбидные шлаки наводят следующим образом, после смачивания окислительного шлака на зеркала металла загружают шлаковую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата, как только смесь расплавится и образовавшийся шлак покроет всю поверхность ванны, на него задают в соответствующих количествах известь, плавиковый шпат и молотый коксик. для получения карбидного шлака количество коксика в смеси увеличивается. При просветлении шлака, связанном с уменьшением содержания FeO в нем, в смесь добавляют 45 или 75%-ный ферросилиций. Карбидный шлак вязкий и плохо отделяется от его науглероживающие действия на металл: 3 (FeO) + (СаО2) =3[Fe] + (СаО) + 2 {СО}.
При раскислении металла под карбидным шлаком из кремнезема шлака восстанавливается кремний: 3 (Si02)+ 2 (СаС2) =3[Si] + 2/Са+4{СО}.
Согласно реакции
3(Si02)+2(CaC2)=3[Si]+2(Ca)+4{CO} содержание кремния в металле может увеличиваться до 0,10%
Поверхностно активными компонентами белого и карбидного шлаков являются СаС2 и CaF2, а неактивными СаО и АI2Оз. Практические данные подтверждают эти положения с увеличением концентрации СаС2 и CaF2 в карбидном шлаке сильнее смачивающем металл, загрязненность стали неметаллическими включениями заметна возрастает. При работе на белых шлаках чистота стали по экзонным включениям существенно увеличивается. Плохо также отделяется от металла шлак с высоким содержанием CaF2, поэтому плавиковый шпат часто заменяют боем шамота.
Под белым шпаком выплавляют низкоуглеродистые конструкционные и высоколегированные стали, под белым или слабо карбидным -среднеуглеродистые стали, под карбидным- высокоуглеродистые стали.
В последние годы в электросталеплавильных цехах все большее число сталей как обыкновенного качества, так и качественных выплавляют без восстановительного периода, заключительные этапы рафинирования передаются на агрегатную обработку.
Особенности технологии выплавки стали методом переплава состоит в следующем. На металлургических предприятиях отходы легированной стали, разливаемой в изложницы, могут достигать 25-30% с накоплением этих отходов близких по химическому составу сталей ведут плавки методом переплава без окислительного периода. При ведении плавки методом переплава отсутствуют условия для удаления фосфора из-за низкого содержания FеО в шлаке, поэтому суммарное содержание фосфора в шихтовых материалах не должно превышать его концентрации в готовой стали. Необходимое количество остальных элементов в шихте определяется с учетом состава выплавленной стали и того, что в период плавления они выгорают в следующих количествах %: Al-I00; Ti 80-90; Si 40-60; V-15-25; Мп 15-25; Cr 10-15.