Технологические процессы производства стали

Поперечные  горячие трещины образуются при зависании слитка в изложницы в процессе затвердевания. Для предупреждения возникновения этого дефекта необходимо плотное прилегание прибыльной надставки к верхней части изложницы и не использовать изложницы с дефектами на их стенках.

Продольные  трещины возникают при разрыве тонкой корочки затвердевшего металла при его кристаллизации. Возможно, образование горячих продольных трещин и на гранях слитка в результате плохого центрирования струи жидкого металла при разливке сверху. Для устранения появления продольных трещин необходимо поддерживать оптимальную скорость разливки, предотвращать сильный перегрев жидкой стали, а также применять изложницы с погнутыми и волнистыми стенками. Для исключения появления этого дефекта необходима своевременная посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии вакуумирования.

 

ВНЕПЕЧНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ

Способы внепечной обработки стали

Стали, выплавляемые в конвертерах, электро- и мартеновских печах, в значительной мере насыщены различными газами. В периоды остывания  и кристаллизации из стали выделяются газы даже после ее охлаждения, а часть их остается в металле и вызывает снижение качества готовых изделий (образование пузырей, микроскопических усадочных раковин и волосовин, флокенов, старение стали, снижение магнитных свойств и др.).

Один из способов повышения качества стали – дегазация, т. е. удаление водорода, оксида углерода, азота и уменьшение содержания неметаллических включений.

Дегазация стали  ведется по двум основным направлениям:

1) внепечное  вакуумирование, когда из небольших  порций жидкого металла или  всей плавки одновременно непрерывно откачивают газы вакуумными насосами;

2) невакуумная  дегазация, заключающаяся в обработке  стали газообразными или твердыми  реагентами.

Вакуумная обработки стали

Вакуумная обработка  – относительно простой метод  внепечной обработки. После вакуумной обработки содержание в металле газов и неметаллических включений уменьшается в несколько раз. Для крупных слитков применяется вакуумирование струи металла при заполнении изложницы; этот способ еще более совершенный, так как устраняется вторичное окисление при разливке дегазированного металла из ковша по изложницам.

При вакуумировании происходит самораскисление стали  со снижением содержания углерода и  кислорода, что обеспечивает получение  стали с заданным химическим составом.

Известны следующие  способы вакуумирования стали (рис. 11): в сталеразливочном ковше; струйный; порционный; циркуляционный.

Ковшовое вакуумирование заключается в установке сталеразливочного  ковша с металлом в герметически закрытой вакуумной камере, в которой  создается разрежение. Ковш для переливания стали устанавливают в вакуумную камеру с разрежением 0,27-0,67 кПа. При понижении давления растворимость в металле кислорода, водорода и других газов резко снижается. Бурно выделяющиеся газ увлекают с собой и неметаллические включения. Недостаток этого способа – сравнительно низкая эффективность и большие потери тепла.

Струйное вакуумирование основано на дегазации струи металла  в вакууме при переливании  его из ковша в ковш, при выпуске  из печи и при разливке стали. Этот способ наиболее эффективен при разливке стали на тяжелые слитки.

Рис. 4.1. Способы  вакуумирования стали

а – в сталеразливочном ковше; б – струйный; в – порционный; г – циркуляционный.

Порционное  вакуумирование заключается в многократном засасывании небольших порций металла (~10 % от массы металла в ковше) из ковша в вакуум-камеру с последующим перемешиванием каждой порции после вакуумирования с металлом в ковше. Поток стали, выходящий из вакуум-камеры, достигает дна ковша, отражается от него и направляется вверх, перемешиваясь со всей массой металла. Глубину погружения всасывающего патрубка в металл изменяют путем подъема ковша или опускания камеры. Полного вакуумирования достигают трех-четырехкратным прохождением жидкой стали через вакууматор. Длительность цикла дегазационной обработки составляет примерно 20 мин.

Порционное  вакуумирование – один из наиболее прогрессивных способов вследствие высокой степени и скорости дегазации, возможности обогрева камеры во время  процесса, небольших эксплуатационных расходов.

Циркуляционное вакуумирование – наиболее целесообразный непрерывный процесс; для обработки плавки используют агрегаты относительно небольших размеров.

Способ заключается  в непрерывном вакуумировании металла, подаваемого в вакуум-камеру. Подъем металла происходит в результате эжектирующего действия инертного  газа (аргона), подаваемого к всасывающему патрубку. Пузырьки газа, попадая со сталью в разреженное пространство вакуум-камеры, разбрызгивают сталь, и газы, содержащиеся в металле, высвобождаются и вместе с инертным газом удаляются насосом. Интенсивность циркуляции достигает 45-50 т/мин и дегазация плавок массой 200-300 т составляет 12-15 мин.

Разливка стали в среде инертных газов

Разливку стали  в инертной атмосфере, например, аргоне, применяют для защиты металла  от окисления, что особенно важно  для ряда легированных сталей. На изложницу  устанавливают специальное устройство, обеспечивающее герметизацию стыка между ковшом и изложницей. В это устройство подают аргон под небольшим избыточным давлением. Он вытесняет из изложницы воздух и предохраняет металл от окисления. Содержание кислорода в стали при этом уменьшается примерно в 1,5 раза.

Обработка стали в ковше синтетическим шлаком

Обработка стали  в ковше синтетическим шлаком – простой и дешевый способ значительного улучшения качества металла. В ковш заливают выплавленный в электрической печи специальный  синтетический шлак, содержащий до 55 % СаО, 40 % А1₂О₃ и другие компоненты при минимальном содержании FeO. Затем в ковш выпускают металл из сталеплавильной печи. В образующейся металлошлаковой эмульсии благодаря огромной поверхности контакта реакции рафинирования металла протекают с очень большой скоростью.

Содержание  серы уменьшается в два-три раза, значительно повышается чистота  стали по неметаллическим включениям; одновременно повышается производительность мартеновских печей, так как часть  операций выполняют в ковше. Этот способ находит все более широкое применение для рафинирования кислородноко-конвертерной и мартеновской стали, а также электростали, выплавленной в крупных дуговых печах с большой глубиной ванны, где процессы рафинирования затруднены.

 

ОХРАНА  ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 

 

Общие положения

При работе в  сталеплавильных цехах охране труда  и технике безопасности уделяется  очень большое внимание ввиду  сложных и тяжелых условий  труда, присущих этому производству. Так, в процессе выплавки и разливки стали металлурги имеют дело с жидким металлом и шлаком. Нарушение правил обращения с этими расплавами может вызвать взрывы, опасные для жизни ожоги и др. Тяжелая физическая работа в непосредственной близости от источников тепла приводит к перегреву организма, и нужно принимать меры по защите рабочих от теплоизлучений.

Поведение работающих в сталеплавильных цехах регламентировано рядом правил техники безопасности, знание и выполнение их обязательно. Вновь поступающие рабочие проходят подробный инструктаж по общим вопросам техники безопасности, наиболее важные особенности объясняются непосредственно на рабочем месте. В первое время до получения устойчивых трудовых навыков вновь принятый рабочий находится под постоянным наблюдением мастера, бригадира.

Все рабочие  получают в цехе специальную одежду, обувь, рукавицы и различные защитные приспособления (каски, очки и пр.).

Тип спецодежды должен соответствовать условиям труда  на каждом конкретном месте. Пришедшая  в негодность одежда и обувь должны своевременно заменяться. 

 

Основные источники опасности

 

Главное правило  при работе с жидким металлом и  шлаком состоит в том, чтобы не допускать их контакта с водой  и влажными материалами. При 1500-1600 °С вода, мгновенно превращаясь в  пар, ведет себя как взрывчатое вещество. Особенно опасно, когда влажные материалы оказываются прикрытыми слоем металла (шлака). По этому заправочные материалы, сыпучие, ферросплавы должны быть предварительно просушены или прокалены.

Работа с  газами.

В сталеплавильных  цехах широко используют газообразное топливо, кислород и другие газы. Большинство горючих газов способно образовать с воздухом взрывоопасные смеси Особенно опасны в этом отношении коксовый газ, содержащий до 50 % водорода, и природный газ, состоящий в основном из метана. Доменный газ устойчивее к взрывам, но содержит высокие концентрации СО – ядовитого вещества. В ряде случаев может быть опасен и технический кислород. Он обладает способностью воспламенять, даже при комнатной температуре, различные масла и материалы пропитанные ими. Поэтому нельзя работать с кислородом в замасленной одежде. Даже чистая одежда, пропитанная кислородом, может воспламениться от огонька спички при курении.

При эксплуатации газового хозяйства цеха нужно постоянно  следить за герметичностью газопроводов, исправностью запорной и распределительной арматуры. На пути газовой разводки не должно быть застойных участков, все помещения, где имеется газовая арматура, должны хорошо вентилироваться. Утечки горючих газов контролируются специальными приборами. Запрещается использовать для этой цели факелы или другие источники открытого огня.

Работа с  механизмами.

Над многими  рабочими местами в цехе перемещаются мостовые краны с различными грузами, в том числе с жидким металлом. На рабочих площадках, в разливочных  пролетах сталеплавильных цехов двигаются завалочные машины, составы с шихтой и изложницами, ковши с жидким чугуном. В этих условиях по избежание несчастных случаев необходимо повышенное внимание работающих ко всем видам цехового транспорта.

Краны, завалочные машины, самоходные тележки сталевозов и др. должны быть оборудованы системой световой и звуковой сигнализации. В цеховых помещениях предусматриваются габариты безопасности для свободного пропуска работающих транспортных средств.

Там, где это  возможно, действующие механизмы  изолируют oт цехового персонала. Для этой цели широко используют различные ограждения или даже отдельные помещения. Так, ограждению подлежат приводы перекидных устройств, вентиляторов, различные лебедки, транспортеры, подъемники

При операциях, выполняемых при помощи мостовых кранов нужно стремиться к максимальной автономности их действий; переноску грузов осуществлять по возможности без участия подкрановых рабочих. Для этого краны оборудуют различными приспособлениями способными самостоятельно захватывать грузы. При ручном выполнении такелажных операций необходимо четкое взаимопонимание машиниста крана и подкрановых рабочих.

Защита от тепловых излучений.

Сталеплавильный цех относится типу «горячих», производственный процесс в нем сопровождается очень большими тепловыделениями. Основная доля приходится на тепло, излучаемое жидкими металлом и шлаком, плавящимися материалами, поверхностями огнеупоров, нагретых до 1000-1700 °С, значительно меньше доля конвективного тепловыделения с массами горячего воздуха и газов.

Основная защита от излучений – теплоизоляция поверхностей, экраны, ограждающие источники тепла. Так, при отборе проб из печи используют подвижные экраны, принимающие основную часть лучистого тепла. Снижает тепловое воздействие на организм человека и правильно выбранная спецодежда. Сейчас ее изготовляют из толстых суконных и войлочных материалов, успешно испытывается и одежда с теплоотражающей поверхностью.

Для защиты глаз от светового излучения высокотемпературных  поверхностей используют светофильтры синей и фиолетовой окрасок. Сталеплавильщики применяют очки различных конструкций, рамки, темные участки стекол в кабинах кранов, завалочных машин.

Важное значение имеет питьевой режим работников горячих цехов. Потери влаги, иногда очень значительные, должны восполняться за счет подсоленной газированной воды, кваса, минеральной воды и др. Ведутся исследования, как по разработке новых составов питьевых растворов, так и по рациональному режиму их употребления.

Производственные  шумы

В сталеплавильных  цехах есть много источников сильного шума: форсунки и горелки печей, кислородные фурмы, пароэжекторные насосы, вентиляторы, движущийся транспорт. Шум от многих источников ликвидировать нельзя, но ослабить его интенсивность – задача соответствующих служб завода. В частности, возможна звукоизоляция многих стационарных источников шума, вплоть до сооружения отдельных помещений. В ряде случаев следует применять индивидуальные средства защиты работающих от шума.

 

Некоторые правила  техники безопасности на участках цехов

 

Сталеплавильное отделение. Зону действия печей следует огораживать щитами, закрывающими проемы между корпусом и рабочей площадкой. Пуску плавки, повороту печи должны предшествовать звуковые сигналы, предупреждающие обслуживающий персонал. Все операции по управлению плавкой производятся дистанционно, со специальных пультов.

Перемещение составов с шихтой по рабочей площадке производится с  небольшой скоростью в присутствии  специально выделенных людей. Завалочные машины во время движения должны автоматически  подавать звуковые сигналы. Габариты безопасности и пространство между рельсами завалочной машины нельзя занимать посторонними предметами. Перед началом завалки шихты сталевар обязан тщательно осмотреть лом, обращая особое внимание на качество его укладки, наличие взрывоопасных предметов.