Характеристики марки стали

Более полное использование шлака для удаления примесей осуществляют обработкой металла синтетическим шлаком в условиях разрежения. Ковш с жидким шлаком устанавливают в вакуумную камеру, а сверху подают струю металла. Под влиянием разрежения происходит вспенивание шлака и дробление струи металла на мельчайшие капли, что способствует увеличению поверхности взаимодействия шлака и металла. Продувка металла газо-порошковыми струями осуществляется вдуванием тонкоизмельченных твердых реагентов струей газа.

Это ведет к увеличению поверхности контакта твердых реагентов с металлом и интенсивному удалению примесей. В качестве твердых реагентов используют различные смеси извести, железной руды, плавикового шпата, карбида кальция, графита. Газом-носителем могут являться воздух, кислород, азот, аргон, природный газ. Для удаления фосфора в струе кислорода в металл вдувают твердую смесь, состоящую из извести, железной руды и плавикового шпата. Для удаления серы в металл вдувают в струе аргона смесь извести и плавикового шпата. Плавиковый шпат вводится в состав смесей для повышения жидкотекучести шлака.

Этот метод применяют для введения в струе аргона в металл сильнодействующих реагентов (кальций, магний), которые из-за больших энергий взаимодействия и выделения большого количества тепла обычными способами вводить в металл нельзя [4,5]. Разливка стали Разливка стали является важным этапом сталеплавильного производства. Технология и организация разливки часто определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков. Выплавленную качественную сталь можно испортить неправильно организованной разливкой. При разливке выплавленную сталь выпускают в разливочный ковш и далее разливают в металлические формы — изложницы или направляют на машины непрерывной разливки. В результате затвердевания получают стальные слитки, которые затем подвергают обработке давлением (прокатке, ковке). Изложницы представляют собой чугунные формы, используемые для изготовления слитков. Они могут быть с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечным сечениями (рисунок 33).

Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (уголки, швеллеры, двутавровые балки). Слитки прямоугольного сечения переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготавливают трубы, колеса. Многогранные слитки используют для поковок.

Для прокатки отливают слитки массой 0,2−25 т. Для поковок изготавливают слитки массой до 300 т и более. Обычно углеродистые спокойные и кипящие стали разливают в слитки массой до 25 т. Легированные и высококачественные стали — в слитки массой 0,5−7 т, а некоторые сорта высоколегированных сталей — в слитки массой в несколько килограммов.

По форме продольного сечения изложницы бывают двух типов: — с уширением к верху;. — с уширением к низу. Изложницы, уширяющиеся к верху, изготавливают с дном и применяют для разливки спокойной стали. Изложницы, уширяющиеся к низу, делают без дна (сквозными), при разливке устанавливают на чугунные поддоны и используют для разливки кипящей стали. Применяют два основных способа разливки стали: — разливка в изложницы;

разливка. Разливку в изложницы подразделяют на два вида: — разливка сверху;

разливка [ 4−6]. Разливка сверху. При разливке сверху сталь из ковша непосредственно поступает в изложницы. После заполнения каждой изложницы ковш транспортируют к следующей изложнице и после заполнения ее цикл повторяется. При сифонной разливке, основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько изложниц (от двух до нескольких десятков). Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне центровую, а из нее по каналам в поддоне визложницы снизу.

После наполнения всех установленных на поддоне изложниц ковш транспортируют к следующему поддону. Оба способа разливки широко применяются на практике. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Однозначного ответа на вопрос, какой из них является лучшим, до сих пор нет. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Разливка сверху для рядовых марок стали является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высококачественные и легированные стали, когда для уменьшения потерь дорогостоящего металла при зачистке важно получить чистую поверхность слитка, разливают преимущественно сифоном. Непрерывная разливка стали.

Сущность способа непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на заготовки определенной длины. Разливку ведут до израсходования металла в сталеразливочном ковше. До начала разливки в кристаллизатор вводят временное дно, называемое затравкой [4].

Агрегаты для разливки стали этим методом называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки стали (УНРС). Существует несколько типов машин непрерывной разливки, из которых наиболее распространение получили вертикальные, криволинейные, горизонтальные. В зависимости от количества одновременно отливаемых слитков машины могут быть одноручьевыми, двухручьевыми и многоручьевыми. На машинах непрерывной разливки отливают заготовки квадратного сечения (блюмы), прямоугольного (слябы), круглого и полые круглые заготовки для производства труб. Главные преимущества непрерывной разливки стали перед разливкой в изложницы заключаются: — в повышении выхода годного металла (вследствие отсутствия усадочной раковины в заготовках, полученных при непрерывной разливке);

отсутствии необходимости строительства и эксплуатации обжимных станов (блюмингов и слябингов);

снижении химической неоднородности металла;

уменьшении затрат ручного труда;

улучшении условий труда при разливке;

возможности автоматизации процесса разливки [5, 6]. Блок-схема производства стали 25С2Р[5, 6]Лом 3АПодготовка ДСП к плавке

Шлакообразующая известь и доломит

НикельЗавалка металлошихты

Кислород Расплавление шихтыокисление углерода и фосфора

Выдержка расплавленной шихты, восстановление

Раскислители:

ферромарганец и ферросилиций

ФеррохромВыпуск стали в ковш

Ферротитан, ферробор

Разливка стали

Расчет металлошихты

Таблица 3 — Химический состав стали 25С2Р Массовая доля химических элементов, %углеродмарганецкремнийхромсерафосфорникельмедьтитанбор0,20−0,290,5−0,91,2−1,7до 0,30до 0,045до 0,045до 0,30до 0,300,01−0,030,001−0,005Расчетный состав стали 25С2РТаблица 4 — Расчетный состав стали 25С2Р по ГОСТ 10 884–94Массовая доля химических элементов, %углеродмарганецкремнийхромсерафосфорникельмедьтитанбор0,230,71,40,250,0350,0350,200,200,020,003Выплавка стали будет осуществляться на основе стального лома 3А. Ввиду низкого содержания углерода в готовой стали 25С2Р и необходимости сведения к минимуму процессов окислениялегирующих элементов, передельный чугун в шихту не добавляем. Для введения легирующих элементов используются феррохром, никель, ферробор и ферротитан. Для раскисления применяют ферромарганец и ферросилиций. Сталь выплавляется по полному технологическому процессу с окислением. Последовательность ввода компонентов шихты в печь такова: стальной лом и никель — в металлозавалку; ферромарганец и ферросилиций — в начале восстановительного периода; феррохром — после предварительного раскисления; ферротитан и ферробор в ковш перед выпуском стали [4]. Таблица 5 — Химический состав шихтовых материалов, %:CSiMnNiSPCrВTiCuFeЛом А30,40,20,4−0,030,04—-0,199Феррохром ФХ0100,010,05—0,030,0365,00—-34Ферросилиций ФС75 0,175,00—0,020,04——25Ферромарганец ФМн900,51,890,0−0,020,05——7,63Никель Ni1 0,010,002−99,930,0020,001——0,02Ферротитан

ФТи70С05Сн030,30,5—0,030,03—70−29,14Ферробор ФБ170,23,0—0,020,03−17—79,75Состав шлакообразующих материалов представлен в таблице 6. Таблица 6 — Химический состав шлакообразующих материалов

МатериалСаОMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5SCO2Известь89,004,593,002,300,700,120,090,20Доломит53,0039,733,400,071,802,00—В процессе плавления шихты компоненты выгорают. Вследствие чего для расчета необходимо полученные ранее значения в завалку умножить на коэффициент усвояемости компонентов [4]. Таблица 7 — Состав металлошихты с учетом угара элементов при плавке CSiMnSPСu0,4∙0,850,2∙0,550,4∙0,80,03∙0,90,04∙0,50,1∙10,340,110,320,0270,020,1Сравнивая полученные значения после расплавления шихты с принятым составом марки 25С2Р, можно сказать, что в качестве ферросплавов необходимо добавить:

Феррохром;

Ферросилиций;Ферромарганец;

Никель;Ферротитан;

Ферробор.Расчет расхода ферросплавов и технологических газов

Расчет выполнен на 100 т стали. Расчет производится по формуле: Qn — масса ферросплава, кг;Мо — масса стали, т;R1 — содержание легирующего элемента по марке стали, %;R2 — содержание легирующего элемента в стали перед легированием, %;k1 — коэффициент усвоения легирующего элемента, %;k2 — содержание легирующего элемента в ферросплаве, %.Расход Феррохрома ФХ010: Расход Ферросилиция

ФС75:Расход Ферромарганца

ФМн90:Расход Никеля Н1: Расход Ферротитана

ФТи70С05Сн03:Расход Ферробора

ФБ17:Определяем количество железа, вносимого из ферросплавов по формуле: RFe — содержание железав ферросплаве, %.Феррохром ФХ010: Расход Ферросилиций

ФС75:Ферромарганец

ФМн90:Ферротитан

ФТи70С05Сн03:Ферробор

ФБ17:Расчет потребления лома проводим по формуле: Qлом — масса лома, т;Мо — масса стали, т;М1 — содержание железа в готовой стали, т;М2 — количество железа, вносимого в сталь из ферросплавов, т;с1 — коэффициент усвоения железа, %;с2 — содержание железа в ломе, %.Расчет выхода годного металла:

Количество годного металла в процентах:

Проверяемсодержание серы и фосфора в шихте. Сера:S = 105,639∙0,03/100 + 0,405∙0,03/100 + 2,024∙0,02/100 + 0,469∙0,02/100 + 0,206∙0,002/100 + 0,057∙0,03/100 + 0,018∙0,02/100 =0,0323 т или 0,030%Фосфор:

Р = 105,639∙0,04/100 + 0,405∙0,03/100 + 2,024∙0,04/100 + 0,469∙0,05/100 + 0,206∙0,001/100 + 0,057∙0,03/100 + 0,018∙0,03/100 =0,0434 т или 0,041%Количество серы лежит в допустимых пределах, а излишки фосфора будут удалены на этапе окисления. Окислительный период.Известно, что 30% элементов окисляются кислородом (FeO), а остальные 70% - газообразным кислородом, вдуваемым в жидкий металл [4]. Определение кислорода, необходимого для окисления элементов шихты. К концу окислительного периода в металле должно остаться 0,23% углерода. Тогда останется в металле углерода:

За окислительный период должно окислиться (106,35∙0,34)/100 — 0,245 = 0,117 тОкисление углерода происходит по реакции:[C] + ½{O2} →{CO}Расчет количества кислорода, необходимого для окисления элементов определяем по формуле: mi- масса окисляющегося элемента i, кг;υi, υO2 — стехиометрические коэффициенты элемента i и кислорода;μi — молекулярная масса элемента i;μO2 — молекулярнаямасса кислорода. Расчет количества образующегося оксида определяем по формуле:υij — стехиометрический коэффициент оксида;μij- молекулярная масса оксида. Потребуется кислорода на окисление углерода:

Образуется {СО}Окисление углерода оксидом железа (FeO) происходит по реакции:[C] + (FeO) → [Fe] + {CO}Тогда количество оксида железа составит:

Образуется {СО}К концу окислительного периода в металле должно остаться 0,035% фосфора. Тогда останется в металле фосфора:

За окислительный период должно окислиться0,0434 — 0,0372 = 0,0062 тОкисление фосфора происходит по реакции:

2[Р] + 5/2{O2} →(P2O5)Потребуется кислорода на окисление фосфора:

Образуется (P2O5)Окисление фосфора оксидом железа (FeO) происходит по реакции:

2[Р] + 5(FeO) → (P2O5) + 5[Fe]Тогда количество оксида железа составит:

Образуется (P2O5)Количество кислорода необходимое для получения (FeO):[Fe] + ½{O2} → (FeO)При этом потребуется железа:

Итого количество кислорода, необходимое на окислительный период: [4]. Глава 4 Экономический расчет себестоимости стали (на 100т) Статья

Количество, тЦена, руб/т[7]Сумма

Лом А3105,6 398 000 845 112,00Феррохром ФХ0100,40 512 500 050 625,00Ферросилиций ФС75 2,2 470 000 141 680,00Ферромарганец ФМн900,4 699 000 042 210,00Никель Ni1 0,206 780 000 160 680,00Ферротитан

ФТи70С05Сн030,571 060 006 042,00Ферробор ФБ170,181 500 002 700,00Кислород 0,163 678 001 276,08Итого:

108,9796―1 250 325,08Заключение

В заключение хочется подчеркнуть основные проблемы отечественной металлургии:

повышенная материалои энергоемкость производства; значительный износ основных производственных фондов, превышающий в целом по отрасли 50%, а по ряду предприятий 70%, невысокий технический уровень производства и связанные с этим качество и конкурентоспособность продукции; несбалансированность подотраслей и отдельных переделов, особенно из-за разрыва связей по межотраслевой и внутриотраслевой кооперации сырья и полуфабрикатов; крайне неудовлетворительная экологическая обстановка в регионах с металлургической промышленностью. Можно выделить следующие основные технологические направления работ по модернизации производства: комплексное использование сырья; более глубокое обогащение руд, максимально возможная переработка накопленного и образующегося металлического лома с целью снижения энергетических затрат; совершенствование структуры сталеплавильного производства путем замены мартеновских печей на современные сталеплавильные агрегаты с разливкой стали на МНЛЗ; минимизация издержек производства, включая транспортные расходы на перевозку сырья и готовой продукции; организация производства отдельных видов металлопродукции, снижающих удельную металлоемкость национального дохода, включая холоднокатаный лист, коррозионно-защищенные металлические изделия, холодногнутые профили и др.; повышение качества стальной заготовки (содержание химических элементов в узких пределах, бездефектная поверхность, качественная макрои микропродукция. Использованная литература

Кудрин В. А. Металлургия стали. Учебник для вузов — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: «Металлургия», 1989 — 560 с. Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для вузов.

6-е изд., перераб. и доп. — М.: «Металлургия», 1986 — 544 с. Кнорозов Б. В. Технология металлов и материаловедение / Б. В. Кнорозов [и др.]- М.: «Металлургия», 1987 — 800 с. Рябов А. В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах: Учебное пособие / А. В. Рябов, И. В. Чуманов, М.В. Шишимиров- М.: «Теплотехник», 2007 — 192 с. Казармщиков И. Т. Производство металлических конструкционных материалов: Учебное пособие. — Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. — 247 с. Дюдкин Д. А. Производство стали. Т1.

Процессы выплавки, внепечной обработки, непрерывной разливки / Д. А Дюдкин, В.В. Кисиленко- М.: «Теплотехник», 2008 — 528 с.

http://www.infogeo.ru/metalls/price/