Технология конструкционных материалов Преподаватель Очиров Нимя Григорьевич

Технология конструкционных материалов Преподаватель: Очиров Нимя Григорьевич

При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в доменную печь, что предотвращает выброс газов в атмосферу. Шихты засыпают столько, чтобы был заполнен весь рабочий объем печи. Современные печи имеют полезный объем (2000 - 5000) м 3. Высота печей достигает 35 м. Через фурмы 14 в печь поступает нагретый воздух для горения топлива. Воздух предварительно нагревают для уменьшения потерь тепла в печи и снижения расхода кокса. Нагревание происходит за счет теплоты сгорания доменного (колошникового) газа - побочного продукта доменного производства. Газы, образующиеся при окислении углерода кокса, поднимаются вверх. При этом они нагревают шихту, а сами охлаждаются.

Рис. Устройство доменной печи

Схема распределения температур по высоте печи приведена на рис. Шахта печи - расширяющийся книзу конус, что обеспечивает свободное перемещение шихты сверху вниз по мере ее расплавления. В распаре шихта плавится и объем ее уменьшается, а в заплечиках образуется губчатое железо. Жидкий шлак и жидкий чугун стекают в горн. Рис. Схема распределения температур по высоте доменной печи

Прямое восстановление железа из руд Доменный процесс получения чугуна достаточно энергоемкий и материалоемкий. Поэтому наряду с выплавкой чугуна в доменных печах все более широко используют более экономичные процессы прямого восстановления железа из руд с последующей его плавкой в электропечах для получения стали. Рис. Схема установки для прямого восстановления железа из руды после получения металлизованных окатышей

Добытую в карьерах руду обогащают и получают окатыши. Окатыши (рис. 1. 3) из бункера 1 по грохоту 2 поступают в короб 10 шихтозавалочной машины и оттуда в шахтную печь 9, работающую по принципу противотока. Просыпь от окатышей из грохота 2 попадает в бункер 3 с брикетировочным прессом и в виде окатышей вновь поступает на грохот 2, подающий их в загрузочное устройство. Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу 8 подают смесь природного и доменного газов, подвергнутую в установке 7 конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород и окись углерода. В восстановительной зоне печи «В» создается температура 1000 – 1100 °С, при которой водород и окись углерода восстанавливают железную руду в окатышах до твердого губчатого железа. В результате содержание железа в окатышах достигает 90 – 95 %. Для охлаждения железных окатышей по трубопроводу 6 в зону охлаждения «О» печи подают воздух. Охлажденные окатыши 5 выдаются на конвейер 4 и поступают на выплавку стали в электропечах. Метод успешно реализовован на Оскольском металлургическом комбинате.

Основные физико-химические процессы при производстве стали Стали – это железоуглеродистые сплавы, содержащие теоретически до 2, 14 % С. Кроме того, сталь содержит постоянные примеси: Mn, Si, S, Р. Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне (табл. 1). Практически в сталях содержится углерода до 1, 5%. Сущность процесса выплавки стали – проведение окислительной плавки (из передельного чугуна и стального лома) с целью удаления избытка углерода и постоянных примесей. Углерод и примеси окисляются и переводятся в шлак или газообразные продукты химических реакций. Шлак удаляется с поверхности жидкой ванны, а газы улетучиваются. Химический состав переделного чугуна и низкоуглеродистой стали, %

Рис. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

Весь процесс выплавки стали занимает 25 – 50 мин. Преимущества конверторной плавки: 1) Высокая производительность – при емкости конверторов 300 – 350 тонн производительность составляет 400 - 500 т/час, то есть в 5 – 6 раз больше, чем у мартеновских и электрических печей. 2) Низкие капитальные затраты; 3) Малые расходы на электроэнергию, топливо (источником тепла здесь является окисление примесей); Недостаток плавки в кислородном конверторе: 1) Трудно и невыгодно выплавлять высоколегированные стали (содержащие более 2 – 3 % легирующих элементов).

Выплавка стали в электрических дуговых печах Источником теплоты является электрическая дуга, горящая между электродами и металлической шихтой. Емкость этих печей составляет от 0, 5 до 200– 400 тонн. Плавильная электропечь (рис. ) питается трехфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы. Электрический ток от трансформатора кабелями 7 подводится к электрододержателям 8, а через них – к электродам 9 и ванне металла. Между электродами и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 160 – 600 В, сила тока 1 – 10 к. А. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путем перемещения электродов. Стальной кожух 4 печи футерован огнеупорным кирпичом 7, основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подину 12 печи набивают огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6 из огнеупорного кирпича. Для управления ходом плавки имеются рабочее окно 10 и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.

Рис. Схема дуговой плавильной электропечи

Печь загружают при снятом своде. Механизмом 11 печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. Вместимость этих печей 0, 5 – 400 т. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных с кислой. Преимущества плавки в дуговых печах: 1) Возможность регулирования теплового режима за счет изменения параметров электрического тока. 2) Можно создать любую атмосферу в рабочем пространстве печи (окислительную, восстановительную, нейтральную, вакуум), что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений – продуктов раскисления. 3) Возможность получения чистой от неметаллических включений сталь. Недостатки плавки в дуговых печах: 1) Большой расход электрической энергии. 2) Высокая стоимость графитовых электродов. 3) В связи с наличием в печи графитовых электродов выплавка сталей с низким содержанием углерода не производится. Область применения дуговых сталеплавильных печей: выплавка высококачественных конструкционных, инструментальных и специальных сталей.

Выплавка стали в индукционных электрических печах Плавка ведется в тиглях, изготовленных из основных (магнезит) или Рис. Схема индукционной тигельной плавильной печи кислых (динасовый порошок) огнеупорных материалов (рис. 1. 6). Вокруг тигля 4 расположен индуктор

3. Через индуктор проходит переменный ток либо промышленной частоты (50– 60 Гц) либо повышенной частоты (500– 10000 Гц), либо высокой частоты (10– 1000 к. Гц). В металле 1, находящемся внутри тигля, индуктируются (наводятся) вихревые токи (токи Фуко), которые нагревают и расплавляют металлическую шихту. Для уменьшения потерь теплоты печь имеет съемный свод 2. Шихтовые материалы загружают сверху. Для выпуска плавки в разливочный ковш печь наклоняют в сторону сливного желоба. Максимальная емкость таких печей – до 30 тонн. Достоинства плавки в тигельных индукционных печах: 1) Нет графитовых электродов, являющихся источником углерода. Поэтому можно выплавлять стали с низким содержанием углерода (и даже безуглеродистые сплавы). 2) Под действием электромагнитных сил происходит интенсивная циркуляция (перемешивание) жидкого металла и выравнивание химического состава стали. 3) Тигли можно помещать в камеры, в которых создается любая атмосфера (окислительная, восстановительная, нейтральная, вакуум). 4) Малый угар легирующих элементов. 5) Хорошие условия для дегазации и раскисления.

Недостатки плавки в индукционных печах: 1) Малая вместимость тиглей (до 30 тонн). 2) Значительный расход электроэнергии. 3) Высокая стоимость электрооборудования. 4) Низкая стойкость футеровки тиглей (до 250 плавок в сравнении с 2000 в кислородных конверторах). 5) Температура шлака в этих печах недостаточна для протекания металлургических процессов между металлом и шлаком. Область применения индукционных сталеплавильных печей: выплавка высококачественных легированных сталей.