Огляд існуючих способів виробництва сталі

 

Перевірка хімічного складу металу представлена у таблиці 5.9.

 

 

 

 

 

Таблиця 5.9. Перевірка хімічного складу металу

Джерело надходження	кг	Вміст елементів, %
		С	Mn	Si	Cr	Ni	Co	Cu	P	S
Метал 1-го періоду	98,8643	0,81435	0,07102	-	-	-	-	–	0,01439	0,02462
	0,9082	–	0,00348	0,6525	0,00348	-	-	-	0,00044	0,00044
	1,8128	0,0174	1,476	0,0261	-	-	-	-	0,00174	0,00052
	2,3791	0,01139	–	0,04558	1,48132	-	-	-	0,00068	0,00068
	0,1579	0,00023	–	-	-	0,1476	0,00106	0,0015	-	0,00005
Кокс	0,2726	0,1355	-	-	-	-	-	-	-	0,00522
Переходить до шлаку	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,0222
Склад металу згідно ГОСТу	–	0,9-1,0	1,4-1,7	0,55-0,85	1,4-1,7	н.б. 0,30	н.б. 0,25	н.б. 0,25	н.б. 0,027	н.б. 0,02
римано	104,3947	0,97887	1,5505	0,7241	1,4848	0,1476	0,00106	0,0015	0,0173	0,00934

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 ТЕХНОЛОГІЯ ВИПЛАВКИ СТАЛІ ШХ20СГ

 

Виробництво шарикопідшипникових сталей здійснюють методом повного окислення з вуглецевої шихти або переплавом власних відходів заводу без окислення. Високі вимоги, які пред'являються до сталі за вмістом шкідливих домішок, порівняно невелика кількість вводиться легуючими добавками, визначають доцільність виробництва підшипникової сталі на свіжій шихті; відходи цієї сталі використовують на плавках більш легованих сталей. При достатній кількості відходів підшипникову сталь можна виплавляти і методом переплаву. До підшибникових сталей  пред'являють особливо підвищені вимоги за вмістом неметалічних включень. Прокат повинен мати гарну поверхню без дефектів. Тому виплавка і розливання підшипникових сталей повинні проводитися з особливою ретельністю.

 Під час виплавки сталі марка ШХ20СГ ми одержуємо такий вміст провідних елементів, %:

вуглецю 0,95...1,1;

хрому 1,9...2,1;

кремнію 0,6...0,8%;

марганцю 1,3...1,5;

сірки менше 0,015;

фосфору менше 0,02.

 Розрахунок та підготовка шихти

Шихту електроплавки сталі  марки ШХ20СГ можна розділити на металеву частина: металобрухт, не леговані відходи, чавун, феросплави, і неметалічну: вапно (або вапняк), розріджувачі шлаку, окислювачі.

Розрахунковий вміст кремнію в заваленні не повинен перевищувати 0,35 %, марганцю – 0,3% , а домішок, які не видаляються при плавці, допустимих меж їх вмісту в сталі, що виплавляється.

 Основа металевої частини шихти для виплавки сталі марки ШХ20СГ - сталевий брухт. Його частка становить 75%. При виплавці сталі марки ШХ20СГ використовують 20 - 30% дрібного брухту, близько 30% великого та 30 - 40% брухту середнього розміру. Також використовують лом заліза – не більше 20%, відходи власного виробництва, не леговані алюмінієм, титаном, цирконієм- не більше 3%, чавун - 15-25%.

Очищення і  заправка печі. Підготовка її до плавки

Плавка проводиться лише за відсутності пухкої або нерівній подини і відкосів, залишків шлаку  в печі.  Верхній шар подини піддається механічній дії шихти  під час завалювання, впливу електричних  дуг в період плавлення і рідкого  металу в період кипіння і в  відновлювальний період плавки, що обумовлює його пошкодження звід повинен мати ущільнення у вигляді  економайзерів або інших пристроїв  і не мати додаткових отворів, не передбачених технологією виплавки металу. Подина і укоси електропечей  заправляють  сумішшю дрібнозернистого магнезитового  порошку і доломіту, у співвідношенні 1:1 або тільки магнезитовим порошком. Тривалість заправки 10-15 хвилин.

Завантаження  шихти

Завантаження шихти в  піч проводиться через робоче вікно. На подину печі завантажується половина металевого лому (кокс, електродний бій), в центр - великий, на укоси середній, а зверху - дрібний лом, що залишився.

Період плавлення

Плавлення шихти проводиться  відповідно до затвердженого електричним  режимом плановї витратою електроенергії в період плавлення.  У період плавлення головним завданням є – якомога швидше розплавити завалення та перегріти метал до температури 1555-1575°С. У цей період більшу частину часу піч працює з максимально допустимою потужністю. Наприкінці плавлення для його прискорення великі шматки шихти, що лежать на схилах подини, підрізають киснем. Закінчення розплавлення шихти визначається промацування подини залізним гребком: при повному розплавлюванні він вільно переміщається по подині.  У такому випадку беруть пробу для аналізу хімічного складу сталі. Для того, щоб полегшити проведення окислювального періоду і скоротити його тривалість, бажано до кінця періоду плавлення прибрати з металу можливо велику частину фосфору. Сумарна реакція процесу дефосфорації описується рівнянням:

 

2[Р]+5(FеО)+4(СаО)=(4СаО·Р2O5)+5[Fе]                      (6.1)

Після закипання металу шлак скачують, не вимикаючи піч, щоб не охолодити метал. Видалення шлаку дозволяє видалити з ванни печі основну частину фосфору. На цьому період плавлення закінчується.

Окислювальний період

Під час окислювального періоду вноситься 42,2 кг/т залізної руди і 23,36 кг/т вапна. За рахунок залізної руди відбувається окислення розплаву, момент внесення в розплав перші порції залізної руди вважається початком окисного періоду. Залізна руда і вапно вносяться у ванну таким чином, щоб забезпечити рівномірне і інтенсивне кипіння ванни без викиду металу і шлаку. При цьому температуру розплаву необхідно підвищувати. У період «кипа» шлак повинен бути пінистим, рідкотекучим і самопливом витікати через робоче вікно печі.  Протягом окисного періоду окислюється С - 0,42%, Mn - 0,3%, Si - 0,305% - практично повністю, Р - 0,02824%, S - 0,00876%, вміст фосфору в кінці окисного періоду не повинно перевищувати зміст його у марці сталі з урахуванням внесення фосфору внесеного феросплавами в окислювальний період.

Найбільш сприятливі умови  для видалення сірки мають  місце у відновному періоді:

 

[Fe]+[S]+(CaO)=(CaS)+(FeO)                                     (6.2).

 

Проте в завершальному  етапі періоду плавлення і  окислення, завдяки наявності основного, рідкорухомого шлаку, достатньо  високій температурі та інтенсивному перемішуванню киплячої ванни, також  складаються цілком задовільні умови  для десульфурації металу. Хімічний склад шлаку по розплавлюванні шихти  коливається в наступних межах, %:

30-45 СаО; 15-25 SiO₂; 5-10 MgO; 5-10  MnO; 3-5 Al₂O₃; 8-20 FeO+Fe₂O₃; 0,7-1,2 P₂O₅; 0,2 S.

Вся тривалість окисного періоду  складає близько 30 - 80 хвилин. Метал кінця окислювального періоду складе m_ме = 98,8643 кг, а шлаку 5,375 кг.

Відновний період

 У відновлювальний  період плавки відбуваються розкислювання,  десульфурація, легування і доведення  металу по хімічному складу  і температурі. Отримання щільного зливка спокійної сталі досягається введенням в метал елементів - розкислювачів. У відновному періоді створюється найбільш сприятливі умови для десульфурації: наявність високоосновного, добре розкисленого шлаку і підвищена температура. (FеО) безперервно виводиться у шлак.

Тривалість відновного періоду  становить до 40 хвилин.

Розкислення і  легування сталі

 Розкислювання сталі  марки ШХ20СГ проводиться в  такий спосіб.  Спочатку вводиться  феромарганець марки ФМн1,0А з  розрахунку на нижню межу і  феросиліцій марки ФС75, ферохром  ФХ50А на нижню межу марочного  вмісту, а потім алюміній - 0,4 кг/т.  Після розкислення металу наводиться  рафінувальний шлак з плавикового  пшата 7,1233 кг/т, вапна 28,493 кг/т  і шамотного бою 11,8721 кг/т. 

 Після розплавлення  шлакоутворюючої суміші розплав  перемішується протягом 5 - 7 хв.

 Після легування сталі   проводять випуск металу та  шлаку з печі в пічної ківш, в якому встановлено склянку  з отвором більшого діаметру.  Потім у сталь з пічного ковша через отвір в склянці переливають в розливний ківш, в який попередньо завантажують феронікель і алюміній для кінцевого розкислення.

 Перед випуском металу  з печі береться проба на  хімічний аналіз. Випуск плавки проводиться через випускний отвір, тривалість випуску не більше 5 хвилин.

Загальна тривалість періоду  рафінування сталі в печі складає  від 50 до 90 хв. Остаточне розкислення  металу проводиться  алюмінієм безпосередньо  перед випуском присадкою його в  піч  в розмірі 0,7 - 1,5 кг/т, або в  ківш перед випуском плавки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

Сталь ШХ20СГ - це конструкційна підшипникова сталь. Конструкційна сталь - це сталь, яка застосовується для виготовлення різних деталей, механізмів і конструкцій в машинобудуванні, будівництві  та характеризується певними механічними, фізичними і хімічними властивостями. Шарикопідшипникову сталь застосовують головним чином для виготовлення кульок, роликів і кілець підшипників.

Найбільш поширеними способами  виробництва шарикопідшипникових  сталей є: основний мартенівський, кислий мартенівський та електродуговий. Електродугова сталеплавильна піч – найбільш оптимальний спосіб виплавки конструкційної шарикопідшипникової сталі. Вибір електродугової сталеплавильної печі обумовлений наступними перевагам:

• можливість регулювання окисно-відновних властивостей середовища по ходу плавки, а також забезпечення в печі відновної атмосфери і безокисного шлаку, що зумовлює малий угар легуючих елементів;
• швидкий нагрів металу, пов'язаний з введенням теплової потужності в самому металі. Це дозволяє вводити в піч великі кількості легуючих елементів;
• плавне і точне регулювання температури сталі;
• більш повне, ніж в інших печах, розкислення металу, отримання його з низьким вмістом неметалічних включень;
• отримання сталі з низьким вмістом сірки.

Також необхідно звернути увагу на такі фактори:

1. Необхідно вдосконалення  критеріїв оцінки якості металу  і готових виробів, а також  повсюдне застосування неруйнівних  методів контролю.

2. Необхідно розробити  і застосовувати єдину методику  для оцінки експлуатаційних властивостей  підшипникових сталей, узгоджену  між представниками металургійної та підшипникової промисловості.

3. Сортамент існуючих  підшипникових сталей доцільно  удосконалювати шляхом введення  в стандарт нових марок з  молібденом і ванадієм.

5. Найпрогресивнішою технологією,  володіє найкращим співвідношенням  ціна-якість є спосіб вакуумування металу в стовпі рідкого шлаку. Таким чином, докладне вивчення технології електродугової плавки, та техніко-економічних показників електродугових цехів доводять перспективність даного методу, та необхідність його розвитку на підприємствах Запоріжжя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАННОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е. Электрометаллургия стали и ферросплавов: ученик для вузов М.: «Металлургия», 1984 г. 568 с.
2. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферроспалавов. М.: «Металлургиздат», 1963 г. 640 с.
3. Свинолобов М.П., Бровкін В.Л. печі чорної металургії: навчальний посібник. – Дніпропетровськ: пороги, 2004. – 154 с.
4. Воденніков С.А., Галицкий Ю.П., Воденнікова О.С. Теорія та технологія електросталеплавильного виробництва: навчальний посібник. – Запоріжжя: Видавництво Запорізької державної академії, 2010 р. – 246 с.
5. Сергеев Г.Н., Тулин Н.А. Эфектвность выплавки электростали. М., «Металлургия», 1977 г. 192 с.