Разработка технологии выплавки, внепечной обработки и разливки заданной марки стали

Характеристика заданной марки стали и выбор сталеплавильного агрегата. Выплавка стали в кислородном конвертере. Материальный и тепловой баланс конвертерной операции. Внепечная обработка стали. Расчет раскисления и дегазации стали при вакуумной обработке.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Московский Государственный институт Стали и Сплавов

Кафедра металлургии стали

Учебное пособие

по курсу: Металлургия стали

Разработка технологии выплавки, внепечной обработки и разливки заданной марки стали

Москва, 1998

Введение

Эффективность производства металлопродукции в значительной мере определяется выбором технологической схемы производства стали. В свою очередь выбор технологической схемы зависит от производства заданной марки стали и требований, предъявляемых к качеству стали, а также существующего в условиях данного производства технологического оборудования (системы подготовки шихтовых материалов, типов сталеплавильных агрегатов, оборудования для внепечной обработки, наличия установок непрерывной разливки). Требования к выплавляемой стали регулируются Государственным Стандартом (ГОСТ) и (или) техническими условиями (ТУ), согласованными с заказчиком.

В качестве задания на курсовую работу студенту предлагается разработать и обосновать технологическую схему производства определенной марки стали в соответствии с ГОСТом или ТУ. В отдельных случаях могут быть сформулированы дополнительные условия выполнения курсовой работы экономического, технологического и экологического характера.

Отчет о курсовой работе должен содержать следующие разделы:

характеристику заданной марки стали, производственную продукцию (лист, сорт, заготовки и т.д.), требования (ГОСТ, ТУ) к свойствам стали;

выбор сталеплавильного агрегата, его характеристика и расчет основных его параметров;

материальный и тепловой баланс выплавки стали в сталеплавильном агрегате;

расчет производительности агрегата;

материальный и тепловой баланс раскисления и легирования стали;

характеристика основного используемого оборудования и описание технологии внепечной обработки стали;

расчеты степени рафинирования стали при внепечной обработке;

расчет температуры металла на основных этапах технологии;

выбор типа машины непрерывного литья заготовок, расчет радиуса металлургической длины, описание технологии разливки и производительности МНЛЗ;

заключение, состоящее из технологической схемы с указанием количества и вида расходуемых материалов, состава и температуры металла на всех этапах производства, а также таблицы, содержащей расходные коэффициенты.

1. Характеристика заданной марки стали выбор сталеплавильного агрегата

Дается характеристика марки стали по степени легирования и назначению. Приводится химический состав и основные требования по служебным свойствам в соответствии с ГОСТом. На основании анализа влияния примесей на свойства стали обосновываются требования ТУ. Дается характеристика металлопродукции из стали заданной марки.

В виде таблицы дается сравнительная характеристика основных сталеплавильных агрегатов, их преимущества и недостатки. В таблице необходимо отразить производительность агрегата, расходные коэффициенты, возможности рафинирования соотношения лом-чугун, экологию производства. Основные параметры агрегата рассчитываются на ЭВМ и демонстрируются схемой.

2. Выплавка стали в кислородном конвертере

Выплавка стали в конвертерах производится из жидкого чугуна с добавлением некоторых количеств металлолома при продувке технически чистым кислородом. Нагрев металла осуществляется за счет тепла, выделяющегося при экзотермических процессах окисления железа и его примесей. Целью процесса является получение металла с заданным содержанием углерода и температурой; при этом регламентируется содержание ряда других примесей (серы, фосфора и т.п.). Для получения шлака необходимой основности в шихту вводят известь. Продуктами плавки являются жидкие сталь и шлак, а также выделяющиеся из конвертерной ванны газы.

2.1 Используемые шихтовые материалы и предварительная оценка состава стали перед выпуском

Составляется таблица (табл.1), в которой отражается средний состав шихтовых материалов, количество удаленных примесей, состав металла перед выпуском. Расчет ведется на 100 кг металлической шихты. Средний состав шихты рассчитывается по уравнению:

(1)

где - среднее содержание i-го компонента, а также его содержание в чугуне и в ломе, %

- доля лома в металлической части шихты.

Таблица 1. Изменение состава при выплавке стали

Источник	С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N и др.
Состав стали по ГОСТу (ТУ)
чугун
металлолом
средний состав шихты
состав стали перед выпуском
окислилось примесей
окончательный состав стали

Примечание: состав других используемых материалов приведен в приложении.

Важнейшим моментом при составлении таблицы является установление состава металла перед выпуском из конвертера. Предварительная оценка производится следующим образом:

а) Содержание углерода оценивается по среднему марочному составу за вычетом углерода, вносимого ферросплавами в предположении, что повышение содержания марганца и хрома на 0,1% при использовании высокоуглеродистых ферросплавов сопровождается увеличением содержания углерода на 0,01%, при использовании среднеуглеродистых - на 0,003%, малоуглеродистых - на 0,001%. При этом принимаем, что содержание хрома перед выпуском составляет - 0,05%

б) В условиях кислородной продувки кремний окисляется до следов

в) Содержание марганца на выпуске оценивается по окисленности шлака через константу равновесия реакции [Mn]+(FeO)=(MnO)+Fe:

(2)

и уравнение материального баланса

(3)

Заменяя (MnO) из уравнения (2), получаем

(4)

где G_шх, G_м, G_шл - количество металлошихты, жидких металла и

шлака перед выпуском из конвертера, кг

[Mn]_шх, [Mn]_м - содержание марганца в металлошихте и в металле

перед выпуском из конвертера, %

(Fe)_общ - содержание железа в конечном шлаке

_FeO, _MnO - соответствующие коэффициенты активности в

конечном шлак

55, 56, 71 и 72 - соответственно атомный и молекулярный вес Mn, Fe, MnO и FeO

В оценочных расчетах предполагается:

t^o_мет на выпуске - 1650С; выход жидкой стали (отношение массы жидкой стали к массе металлошихты) - 0,9; количество шлака - 12% от веса металлошихты.

Содержание железа в шлаке определяется через основность шлака, содержание углерода в металле и его температуру

(Fe)_общ=(4В++10^-6(t^o)²+1,25) (5)

где - основность шлака

В соответствии с теорией регулярных ионных растворов:

(6)

где х_Si - мольная доля SiO₂ в шлаке. По литературным данным в

сталеплавильных шлаках эта величина колеблется в пределах 0,13-0,16 при основности 3 и 0,15-0,18 при основности 3,5

г) Содержание фосфора перед выпуском можно рассчитать через коэффициент его распределения между металлом и шлаком L_p:

(7)

Уравнение баланса фосфора имеет вид:

(8)

Отсюда

(9)

При оценке содержания фосфора в металле перед выпуском стали принимаем (CaO)_шл=45-47%

д) Содержание серы перед выпуском оценивается по балансовому уравнению, где в приходной части баланса, помимо серы металлошихты, учитывается сера, попадающая в конвертер с миксерным шлаком:

(10...