Процесс выплавки стали в дуговых печах

Свойства термообработки металла. Подготовка шихтовых материалов к плавке, заправка печи, загрузка шихты в печь. Восстановительный период плавки. Расчёты угара и необходимого количества ферросплавов. Выбор источника питания печи. Расчёт тепловых потерь.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по курсу «Электротехнологические процессы»

на тему: Процесс выплавки стали в дуговых печах



1. Задание для расчёта

Таблица 1

Химический состав выплавляемой стали и элементов шихты

Предназначение	Марка	Содержание, %
		С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Ti
Выплавляемая сталь	1Х18Н9Т	?0,12	?0,8	1,00-2,00	не более	17,0-19,0	8,0-9,5	0.7
					?0.020	?0.035
Шихта	50Х	0.46-0.54	0.17-0.37	0.5-0.8	0.035	0.035	0.8-1.1	?0.3	___
	1Х13	0.09-0.15	?0.60	?0.60	?0.025	?0.030	12.0-14.0	?0.60	___

Ёмкость печи 25 тонн, количество печей - 3.



2. Введение

Применение электрической энергии в качестве источника тепла вместо энергии сжигаемого топлива, обусловливающее возможность получения при этом высокой температуры, определяет теплотехнические, конструктивные и производственно-технические преимущества электропечей.

При использовании электрического тока представляется возможность вести концентрированный нагрев. В этом случае исключаются потери, связанные с передачей тепла от топлива, сгорающего в закрытом пространстве, отпадают затраты энергии на нагрев топлива до температуры сгорания, снижаются потери с отходящими газами.

Нагревание электрическим током позволяет легче осуществлять быстрый подъем температуры, точнее регулировать нагрев. То обстоятельство, что при электронагреве тепло выделяется в самом нагреваемом теле или в непосредственно соприкасающейся с ним среде, позволяет вести процессы нагрева в различной атмосфере, при любом давлении.

Новая техника XX в. - техника высоких давлений и температур, больших скоростей и сильных химических воздействий - потребовала новых материалов для машин, аппаратов и других металлических изделий. Такими материалами и явились высококачественные и специальные стали и сплавы.

Высококачественной называется сталь с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей, обладающая высокими механическими и физическими свойствами.

Особое место среди высококачественных сталей занимают специальные легированные стали, которые содержат легирующие элементы (хром, никель, вольфрам, марганец, кремний, молибден, ванадий, титан, кобальт, цирконий, бор и др.) и благодаря этому обладают особыми свойствами.

Электрическая печь имеет ряд существенных преимуществ перед другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные стали, нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в электрических печах.

В электропечи можно получать сталь с низким содержанием серы и фосфора, можно полнее раскислить металл, обеспечив низкое содержание в стали неметаллических включений. В электропечи значительно меньше потери легирующих элементов, вводимых в виде ферросплавов, значительно выше использование ценных составляющих, вносимых отходами легированных сталей. В электропечи легко осуществить быстрый подъем и точное регулирование температуры металлической ванны в узких пределах. В ней можно проводить все металлургические процессы, создавая окислительную, восстановительную или нейтральную атмосферу, можно выплавлять сталь любого состава.

Развитие производства стали требовало одновременного роста производства ферросплавов. Специальные добавки (марганец, хром, кремний, вольфрам и др.) вводят в сталь для легирования и раскисления в виде сплавов с железом, называемых ферросплавами. Объясняется это тем, что производство чистого марганца, кремния или хрома сопряжено с большими затратами и трудностями; получать же ферромарганец, ферросилиций, феррохром и другие сплавы с железом проще и дешевле.



3. Общие характеристики и расчёт

3.1 Свойства и виды термообработки заданной марки металла

Свойства элементов входящие в сталь:

1. Основные свойства железа. Железо является главным элементом, составляющим основу металлической фазы в процессе плавки и готовой стали. Содержание железа в металлической фазе по ходу плавки обычно повышается, но относительно незначительно - менее чем на 10%, тогда как содержание других примесей изменяется в несколько раз. Переход железа из металлической фазы в другие связан с рядом его физических и химических свойств. Физико-химические свойства железа определяют основные параметры процессов плавки стали температурный режим, режим окислительного рафинирования и т. д., поэтому в общей физико-химической характеристике сталеплавильных процессов важное место занимают данные о свойствах железа и его поведении во время плавки.

Основные физические свойства железа. Температура плавления химически чистого железа составляет 1539°С. Техническое железо, полученное окислительным рафинированием и имеющее высокое содержание кислорода, плавится примерно при 1530°С. Температура плавления стали всегда ниже, чем железа, и зависит от содержания примесей. Металлы (Mn, Cr, Ni, Co, Мо, V и др.) незначительно снижают температуру плавления железа: на 1-3°С при введении 1%, а металлоиды (С, О, S, Р и др.) на 30-80 °С. В процессе плавки температура плавления металла изменяется главным образом в результате изменения содержания углерода. В целом температура плавления металла в начале плавки минимальна, обычно незначительно превышает температуры плавления чугуна (1120-1150°С), а в конце плавки максимальна и при низком содержании углерода составляет 1520-1525°С. Перегрев металла выше температуры плавления в начале плавки для нормального проведения процессов рафинирования необходим не менее 30-50 °С, а в конце плавки, чтобы обеспечить нормальное проведение процессов раскисления-легирования и разливки, этот перегрев обычно требуется в пределах 70-150 °С. В связи с этим температура нагрева металла уже в начале плавки должна быть не менее 1350-1400 °С, а в конце до 1600-1650 °С, иногда и выше.

Теплота плавления железа, по данным В. И. Явойского, 15200 Дж/моль, или 271,7 кДж/кг. Температура кипения железа составляет 2735 °С, а теплота испарения его ~ 352,5 кДж/моль, или 6300 кДж/кг.

Вязкость (динамическая) жидкого железа обычно колеблется в пределах 0,01-0,05 Пас и зависит от температуры и содержания примесей. Чем выше температура, тем меньше вязкость.

Плотность жидкого железа при 1550-1650 °С равна 6,7-6,8 г/см3, при температуре кристаллизации ~ 6,85 г/см3, плотность твердого железа при температуре кристаллизации ~ 7,45 г/см3 (усадка при кристаллизации ~ 8,7%), при комнатной ~ 7,8 г/смэ (общая усадка 14%). Из обычных примесей наибольшее влияние на плотность железа оказывают углерод и кремний, снижая ее, поэтому обычный жидкий чугун имеет плотность 6,2-6,4 г/см3, твердый при комнатной температуре 7,0-7,2 г/см3. Плотность жидкой и твердой стали, занимающей промежуточное положение между железом и чугуном, соответственно 6,5-6,6 и 7,5- 7,6 г/см3.

Теплоемкость и энтальпия. Удельная теплоемкость жидкой металлической фазы практически не зависит от температуры и составляет для чугуна 0,88 кДж/(кгК) и металла конца окислительного рафинирования 0,84 кДж/(кгК). А для твердых материалов она зависит от температуры, но в приближенных расчетах можно принимать средние значения, равные для чугуна 0,745 кДж/(кгК) и стали 0,7 кДж/(кгК).

На 1 т выплавляемой стали обычно выход шлака составляет 100-150 кг, газов 50-100 кг, поэтому расход тепла на нагрев всех трех продуктов плавки (металла, шлака и газов) обычно изменяется в предел...