Технологические процессы производства стали

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.

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.

 

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.

 

 

РАЗЛИВКА  И КАЧЕСТВО ЛИТОЙ СТАЛИ 

 

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.

 

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.

 

 

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.