Экономические основы технологии производства стали в электропечах

     Поскольку указанные способы широко применяются на практике, то использование того или другого способа разливки регламентируется массой слитка, составом стали и другими факторами.

     Разливка стали в инертной атмосфере. Метод разливки стали, особенно легированной, в инертной атмосфере, например в аргоне, является весьма актуальным для защиты ее от окисления. При этом герметичность стыка между ковшом и изложницей достигают установлением на ней специального защитного устройства, в которое под незначительным избыточным давлением поступает аргон. Вытесняя из изложницы воздух и одновременно являясь инертной средой, аргон защищает расплав от насыщения кислородом, концентрация которого в стали снижается в 1,5 раза.

     Непрерывная разливка стали. Расплав из сталеплавильного ковша поступает в промежуточный ковш, затем из него в водоохлаждаемый кристаллизатор. Интенсивно охлаждаясь в процессе перемещения в нем, металл затвердевает и вытягивается из кристаллизатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Технологическая  схема производства стали в электропечах

Хранение сырьевых материалов

Сырьевой склад; Т, сут.

↓

Окисление примесей и углерода и шлакообразование

Электрическая печь; t, ˚C, t, мин, w, %, P, Па

↓

Выпуск стали и её раскисление(Si, Mn, Al)

Ковш; t, ˚C, t, мин, m, т

↓

Разливка стали

Изложницы; m, т

↓

Хранение готовой продукции

Склад готовой продукции; V, м³, Т, сут, t оC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Характеристика готового вида продукта и его экономическое назначение.
1. Виды и основные технико-экономические показатели

     В зависимости от способа производства, химического состава, структуры, назначения и качества стали классифицируют:

     По назначению: топочная и котельная, для железнодорожного транспорта (рельсовую, для бандажей железнодорожных колес и т.п.), конструкционная (применяется при изготовлении различных металлоконструкций для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.), шарикоподшипниковая, инструментальная (для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станков, деталей кузнечно-штамповочного оборудования и т.п.), рессорно-пружинная, трансформаторная, нержавеющая, орудийная, трубная и др.

     По качеству: обыкновенного качества, качественная и высококачественная. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержанию неметаллических включений и т.п. Например, в сталях обыкновенного качества содержание серы и фосфора допускается до 0,055-0,060%, в качественных сталях – не более 0,040-0,045%, в высококачественных – не более 0,020-0,030%.

     По химическому составу: углеродистые (низкоуглеродистые содержат до 0,3% углерода; среднеуглеродистые–от 0,3 до 0,6%; высокоуглеродистые – более 0,6%), легированные (низколегированные – до 2,5% легирующих добавок; среднелегированные – 2,5-10%, высоколегированные – более 10%), в том числе хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.п.

     По характеру застывания стали в изложницах: спокойные, кипящие и полуспокойные. Поведение металла при кристаллизации в изложницах зависит от степени его раскисленности – чем полнее раскислена сталь, тем спокойнее кристаллизуется слиток.

 

     Основные стандарты производства сталей:

• Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-88);
• Сталь конструкционная (ГОСТ 1414-75);
• Углеродистая качественная конструкционная сталь (ГОСТ 1050-88);
• Инструментальная углеродистая сталь (ГОСТ 1435-90);
• Сталь низкоуглеродистая качественная (ГОСТ 9045-80);
• Сталь конструкционная низколегированная (19281-89).
• Качественная калиброванная сталь (ГОСТ 1051-73);
• Подшипниковая сталь (ГОСТ 801-78)
• Сталь арматурная низколегированная (ГОСТ 5781-82);
• Сталь конструкционная легированная (ГОСТ 4543-71);
• Сталь инструментальная легированная (ГОСТ 5950-73);
• Высоколегированные стали и сплавы коррозийностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72);
• Сталь конструкционная легированная высококачественная специального назначения (ГОСТ 11268-76) и некоторые другие.

     Маркировка стали. Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) Стали углеродистые обыкновенного качества содержат до 0,07% фосфора, 0,06% серы, 0,06...0,49% углерода и в равновесном состоянии имеют ферритно-перлитную структуру. По условиям поставки стали обыкновенного качества классифицируются на три группы, буквенное обозначение которых (кроме А) указывают в начале марки:

• А - поставляемая по механическим свойствам. Группа А подразделяется на А1, А2, А3. Марки углеродистых сталей этой группы: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.
• Б - поставляемая по химическому составу. Группа Б подразделяется на Б1 и Б2. Марки углеродистых сталей этой группы: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.
• В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу. Группа В подразделяется на В1, В2, В3, В4, В5, В6. Марки углеродистых сталей этой группы: ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Индексы углеродистой стали:

• Ст-сталь;
• цифры 1-6 – символический номер марки стали в зависимости от состава и соответственно свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер.
• кп - кипящая сталь;
• пс - полуспокойная сталь;
• сп - спокойная сталь.
• двузначные цифры (в приставках маркировки качественных углеродистых сталей) - содержание углерода в сотых долях % (пример: индекс 10- содержание углерода 0,01%)

     Стали углеродистые конструкционные качественные (ГОСТ 1050-74) содержат не более 0,35% фосфора, не более 0,04% серы, 0,05...0,6% углерода. Эти стали характеризуются высокими пластичностью и свариваемостью. Они могут использоваться без упрочняющей термической обработки или после нее.        Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, .... 85. Двузначные числа в марке показывают содержание углерода в сотых долях процента. Дополнительными индексами могут быть указаны степень раскисления и характер затвердевания стали в изложнице.

     В углеродистых инструментальных сталях (ГОСТ 1435-74) буква «У» в обозначении марки означает "углеродистая сталь", а цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента.

     Углеродистые  инструментальные стали могут выпускаться  качественными (содержание серы не превышает 0,03%, фосфора - 0,035%) и высококачественными (с содержанием серы не более 0,02% и фосфора - 0,03). В конце марки высококачественных углеродистых инструментальных сталей ставится буква А.

     Классификация легированных сталей по количеству легирующих элементов:

• высоколегированная — общая масса легирующих элементов более 10%;
• среднелегированная — общая масса легирующих элементов более 2,5-10%;
• низколегированная — общая масса легирующих элементов до 2,5%.

     По назначению:

• I — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии;
• II — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов давлением при температурах выше 300°С.

     При маркировке легированной стали используют буквенные обозначения легирующих элементов. Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали. В марке содержание легирующего элемента, если оно превышает 1...1,5%, указывается цифрой (массовая доля в целых процентах), стоящей после соответствующей буквы. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%. Исключение сделано для некоторых элементов (V, Ti, Mo, Nb,Zr, В, N и др.), присутствие которых в сталях даже в тысячных долях процента оказывает существенное влияние на свойства стали (микролегирование).

     Сталь, производимая в электропечах, является более дорогой и качественной. Этим способом изготавливают преимущественно высококачественные, легированные, высоколегированные стали, инструментальные, конструкционные, коррозионностойкие, жаростойкие и другие специальные стали и сплавы.

     Основные технико-экономические показатели:

П=

где П – годовая производительность, тонн стали в год; Т –продолжительность плавки, ч.; а –выход годных слитков; n – число рабочих суток в году; b – масса металлической шихты на одну плавку.

     Себестоимость электростали будет определяться расходом металлической шихты на 1 тонну годных слитков и стоимости передела. Она включает также расход энергии, электродов, огнеупоров, изложниц, зарплату персоналу.

     Основные технико-экономические показатели электросталеплавильного способа производства:

Вместимость плавильного агрегата, т. – 200-300;

Выход годного (стали),% - 92-98;

Длительность плавки, ч. - 6-10;

Готовая производительность, тыс. т. слитков - 400-600;

Условного топлива, кг. - 8-17;

Электроэнергии, кВт*ч - 500-700;

Удельный вес металлолома в шихте, % - До 100.

2. Области применения стали

     Сталь применяется во всех отраслях общественной жизни, в каждой отрасли народного хозяйства. Сталь используется в различных конструкциях в машиностроении, строительстве, на транспорте, в химической, энергетической и других отраслях промышленности. Различные виды сталей находят свои области применения.

    Изделия из углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества широко применяются в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций, а также для выполнения кровельных работ. Среднеуглеродистые стали (Ст5, Ст5Г), обладающие большей прочностью, чем низкоуглеродистые, предназначены для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных машин.

     Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали идут на изготовление деталей сложной конфигурации методом холодной штамповки. Из них изготавливают болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали неответственного назначения. Если детали из этих сталей эксплуатируются в условиях изнашивания поверхности, то их подвергают поверхностному упрочнению цементацией или нитроцементацией.

Среднеуглеродистые используются после нормализации, улучшения и поверхностной закалки используются для изготовления деталей, от которых требуется сочетание высокой прочности с вязкостью сердцевины (оси, валики, винты, шайбы, втулки, коленчатые валы и др.).

     Стали высоким содержанием углерода обладают повышенными прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки. Из таких сталей изготавливают детали, работающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки, крановые колеса, диски сцепления и впускные клапаны компрессоров, а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959-79).

     Инструментальные углеродистые стали применяются для производства молотков, стамесок, долот, зубил. Из сталей изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов. Стали используются для изготовления инструмента, работающего без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).

     Области применения легированных сталей разнообразны, но все они используются исключительно для изготовления высокопрочных деталей повышенной точности, таких как детали машин и механизмов, работающие при экстремальных нагрузках – валы, оси, рычаги, поршни и др.

     Легированная конструкционная сталь применяется для производства поршневых пальцев, распределительных валов, толкателей, крестовин, карданов, клапанов, мелких деталей, работающих в условиях износа при трении; для мелких деталей высокой прочности, для валов, деталей турбин и крепежа, работающих при повышенной температуре; для тяжелонагруженных деталей, работающих при больших скоростях и ударных нагрузках.

 

3. Основные производители стали