Науменко А.В. Оборудование и технология производства сплава из стали марки 35Г в условиях предприятия ОАО «Ашинский металлургический завод» - Аша: ЮУрГУ, МПиО; 2013, 87с., 5 ил., библиограф. список 4 страница

Таблица 11 - Распределение расхода воды по зонам ЗВО

Зоны	Распределение по зонам, %
Узкие грани (подбой)	3,4
Широкие грани (подбой)	9,4
Бендер, верх	17,7
Бендер, низ
Сегмент № 1 малый радиус	4,1
Сегмент № 1 большой радиус	4,5
Сегмент № 2, 3 малый радиус	5,5
Сегмент № 2, 3 большой радиус	6,4
Сегмент № 4, 5 малый радиус
Сегмент № 4, 5 большой радиус	4,6
Сегмент №6, 7 малый радиус	2,8

Продолжение таблицы 11

Сегмент №6, 7 большой радиус	3,2
Сегмент № 8,9,10 малый радиус	8,5
Сегмент № 8,9,10 большой радиус	12,9

ü Контроль химического состава и температуры металла в ДСП

Отбор проб металла производят пробоотборниками марок SAE 1200/900, SAE 1200/900 P6 или ПМ-39, ПН-10-900. Замер температуры металла выполняют разовыми термопарами марок TC 360312, CE 36011290 или ПТПР-91-900. Первый замер температуры производят после полного расплавления металлошихты. Последний замер температуры производят не ранее чем за 3 мин до выпуска. Промежуточный контроль температуры металла рекомендуется проводить через 10-15 мин работы под током (в зависимости ступени нагрева), через 1-2 мин после подъема электродов.

При отборе проб и замере температуры в ручном режиме:

- отбор проб стали и замер температуры вручную производят через 1-2 мин после разрыва электрической дуги;

- пробоотборник и термопреобразователь погружают в расплав стали на глубину 2/3 длины пробоотборника;

- время отбора проб - от 5 до 8 сек, время замера температуры – 5 сек;

- пробу охлаждают сжатым воздухом до потемнения, затем в воде до температуры, достаточной для последующего высыхания пробы.

Последнюю пробу отбирают не ранее, чем за 10 мин до выпуска плавки. При необходимости вместе с последней пробой отбирают стержневую пробу для определения газов. Проба металла не должна содержать шлак. В случае появления на пробе шлаковых включений, трещин и других дефектов - пробу бракуют и отбирают новую. Перед взятием пробы металла и шлака из печи прекращается подача кислорода, углеродсодержащего материала и шлакообразующих материалов.

Пробы металла на химический анализ после отбора и охлаждения подручный или сталевар передает по пневмопочте в лабораторию экспресс-анализа и сообщает лаборанту № плавки и № пробы.

1.3.5 Контроль качества продукции.

В процессе обработки металла на АКП фиксируются и заносятся в плавильный журнал и паспорт плавки следующие параметры:

- дата, номер плавки, заданная марка стали;

- номер сталеразливочного ковша и стойкость его футеровки (количество плавок);

- высота свободного борта

- количество минут продувки пробки (на предыдущих плавках)

- количество минут продувки аргоном через донную пробку на данной плавке

- суммарное количество минут продувки на пробке (на предыдущих плавках плюс на данной плавке, по окончании обработки металла на АКП)

- давление аргона на пробку при обработке металла на АКП

- начало, окончание и общая продолжительность обработки (час: мин);

- вес ковша со сталью т;

- вес жидкой стали, т;

- температура металла по ходу обработки, ^оС;

- расход аргона, за обработку (м³);

- вид и количество присаживаемых материалов;

- количество теплоизолирующей смеси;

- химический состав металла по ходу обработки;

- расход электроэнергии, кВт час/т;

- фамилия, имя, отчество мастера смены и сталевара.

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологические параметры выплавки

Рассмотрим технологию выплавки стали 35ГС в дуговой печи с последующей обработкой в ковше-печи в электросталеплавильном цехе № 2 на ОАО «АМЗ». Доводка стали в ковше-печи освобождает от необходимости жестко контролировать содержание серы в металле по ходу плавки в ДСП.

Исходными данными требования к данной марке стали. Состав стали 35ГС согласно ТИ 123-ЭС-01-2011 приведен в таблице 12.

Таблица 12 – Химический состав стали марки 35ГС, масс. %

Химический элемент	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu
Содержание	≤ 0,37	≤ 0,9	≤ 1,2	≤ 0,070	≤ 0,020	≤ 0,30	≤ 0,30	≤ 0,30

ü Шихтовка плавки

Изначально ДСП загружают при помощи скраповой бадьи, оборудованной зажимом на дне, используя основной и вспомогательный крюки загрузочного крана. Печь и скраповая бадья предназначены для выполнения загрузки за счет двух или трех бадей даже при завалке легковесно­го лома (плотностью менее 0,7 т/м³).Вес лома в бадье должен составлять не более 50 т, объемом не бо­лее ½ бадьи.

Загрузка не должна превышать 90% объема печи во избежание проблем с закрытием свода. Последовательность загрузки лома в бадью - исключительно важна (особенно, первая загрузка или первоначальная загрузка при условии использования Consteel).

При погрузке лома на конвейер должны быть учтены следующие моменты:

Лом должен быть разложен равномерно, его высота должна составлять приблизитель­но 650 мм, что на 150 мм ниже высоты загрузочного конвейера. Если используются чугун и бри­кетированное железо, для получения равномерной загрузки они должны быть разложены на за­грузочном конвейере тем же самым образом. При этом загрузка чугуна и брикетированного же­леза в ДСП должна быть закончена за 15 минут до выпуска для того, чтобы предотвратить любые задержки, вызванные высоким содержанием углерода.

Из-за высокой плотности чугуна и брикетированного железа (ГБЖ), при использова­нии этих материалов загрузка конвейера соответственно увеличивается. Программа АСУ ТП ДСП уменьшит скорость конвейера для того, чтобы соответствовать интенсивности подачи в рамках заданной системы продолжительности загрузки.

Загружаемые на конвейер Consteel чугун и брикетированное железо, дойдут до печи приблизительно через 10 минут. Более крупные, тяжёлые куски скрапа могут поглотить больше тепла во время транспортировки через устройство предварительного подогрева, следовательно, по возможности, они должны быть размещены на верхнем слое.

В зимнее время во избежание примерзания компонентов металлошихты к конвейеру Consteel и блокирования его движения, запрещается оставлять металлошихту на конвейере на дли­тельный период времени (более 1 часа). Перед остановкой печи на ремонт, загрузку шихты вести та­ким образом, чтобы после завалки плавки перед ремонтом конвейер остался пустым. В случае ава­рийных остановок печи на длительный срок (более 1 часа) загруженную шихту снять с открытого участка конвейера на участок складирования металлошихты.

При завалке через конвейер тяжеловесного лома для исключения поломки электродов обя­зательно производить заблаговременно отключение печи и подъем электродов. Отключение произво­дить через промежуток времени с момента захода тяжелого (объемного) лома в горячую зону конвей­ера (под прижимной ролик) до подхода лома к печи. Данное время определяется скоростью конвейе­ра Consteel.

Скорость конвейера, % 100 95 90 85 80 75 70 65 60

Время до печи, мин 5,8 6,1 6,5 6,8 7,3 7,8 8,3 9,0 9,7

Завалка печи бадьей.

Дно бадьи должно быть наполнено слоем легковесного лома без воды или масла; дроб­ленный очищенный лом может использоваться вплоть до 10% от общего объема завалки. Дан­ный слой действует в виде подушки для обеспечения защиты огнеупорного пода печи от воз­можных повреждений из-за тяжеловесных кусков скрапа. А также является неким уплотнением, предотвращающим потери через дно бадьи мелкого лома.

Следующий слой должен содержать самые тяжелые (большие) куски лома вплоть до 15% от загрузки бадьи во избежание поломки электродов при падении лома во время плавления.

Следующий слой лома должен составлять основной объем веса шихты. Это слой лома среднего веса для защиты футеровки и водоохлаждаемых панелей от теплоизлучения дуги.

Последний слой – это легковесный лом малого размера, необходимый для облегчения зажигания и выравнивания дуги.

Максимальный размер лома для загрузки бадьи не более 1000×500×500 мм с массой не более 1000 кг.

Расчет ведем на 100 кг металлошихты. Среднее содержание хрома в шихте для большинства выплавляемых марок стали не должно превышать 1 %. В противном случае образующиеся соединения оксидов хрома сильно понижают жидкотекучесть шлака, что затруднит ведение плавки.

В качестве шихты используем собственные отходы стали марки Ст3сп, образовавшиеся в ходе обработки сляб в ЛПЦ – 1, а также отходы стали марки 65Г. Исходя из этого, зададим в шихту 70 кг отходов стали Ст3сп и 30 кг отходов стали 65Г. Данные о фактическом химическом составе используемых материалов приведены в табл. 13 и 14.

Таблица 13 – Химический состав металлической части шихты, масс. %

Материал	C	Si	Mn	Cr	P	S	Fe
Ст3сп	0,20	0,20	0,50	0,20	0,04	0,03	98,83
65Г	0,67	0,25	0,95	0,20	0,02	0,02	97,89

Таблица 14 – Химический состав шлакообразующих и огнеупорных материалов, %

Материал	CaO	SiO2	MgO	Cr2O3	Al2O3	Fe2O3	CaF2	P	S	п.п.п.
Плавиковый шпат	0,5	3,6	_	_	0,2	1,2	94,0	–	–	0,2
Известь	78,0	9,3	2,0	–	0,8	1,2	–	–	–	8,7
Периклазо-углерод	–	0,2	86,0 – 95,0	–	0,5	0,2	–	Углерод 6,0 – 15,0	–

С учетом массы компонентов и их химического состава определим массу элементов, вносимых каждым компонентом шихты, и представим результаты также в виде табл. 15.

Таблица 15 – Масса элементов, вносимых шихтовыми материалами, кг

Компонент шихты	C	Si	Mn	Cr	P	S	Fe	Всего
Отходы Ст3сп	0,140	0,140	0,350	0,140	0,028	0,021	69,181	70,00
Отходы 65Г	0,201	0,075	0,285	0,060	0,006	0,006	29,367	30,00
Всего	0,341	0,215	0,635	0,200	0,034	0,027	98,548	100,00

Кроме металлической части шихты, в завалку сверху добавляют известь. Для наведения шлака в завалку на 1 т металлошихты обычно дают 15...30 кг извести.

ü Плавка в дуговой сталеплавильной печи

ü Период плавления

В период плавления происходит расплавление металлошихты, сопровождающееся окислением химических элементов, которые в виде оксидов переходят в шлак. Помимо продуктов окисления шлак периода плавления образуется из вносимой в завалку извести и материала футеровки печи, попадающего в шлак в результате разрушения футерованной части печи.

Продукты окисления компонентов металлического расплава вносят в шлак следующее количество оксидов.

Кремний. К окончанию периода весь кремний окисляется до SiO₂. Количество окислившегося кремния 0,215 · 1 = 0,215 кг. На окисление этого количества кремния потребуется 0,215 · 32/28 = 0,246 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,215 · 60/28 = 0,461 кг SiO₂.

Марганец. В период плавления до MnO окислится 35 % от вносимого шихтой марганца, т.е. 0,635 · 0,35 = 0,222 кг. На его окисление потребуется 0,222 · 16/55= = 0,065 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,222 · 71/55 = 0,286 кг MnO.

Хром. При современной технологии плавки хром окисляется незначительно. Учитывая относительно невысокое содержание хрома в шихте, в период плавления до Cr₂O₃ окислится около 5 % от вносимого шихтой хрома, т.е. 0,200·0,05 = 0,010 кг. На его окисление потребуется 0,010 · 48/104 = 0,005 кг кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,010 · 152/104 = 0,015 кг Cr₂O₃.

Железо. В период плавления окислится 0,4 % от вносимого шихтой железа, т.е. 98,548 · 0,004 = 0,394 кг. Из них половина окислившегося железа уносится с пылью в виде Fe₂O₃. На окисление этого количества железа потребуется 0,394·0,5·48/112 = 0,084 кг кислорода. При этом образуется 0,394 · 0,5 · 112/160 = = 0,138 кг Fe₂O₃. В шлак будет внесено 0,394 · 0,5 · 72/56 = 0,253 кг FeO. На его образование требуется 0,394 · 0,5 · 16/56 = 0,056 кг кислорода.

Фосфор. В период плавления в шлак из металла переходит 30 % фосфора в виде P₂O₅. Окислится 0,034 · 0,3 = 0,010 кг фосфора, на что потребуется 0,010 · 80/62 = = 0,013 кислорода. При этом в шлак будет внесено 0,010 · 142/62 = 0,023 кг P₂O₅.

В период плавления углерод не окисляется, сера из металла не удаляется.

Учтем, что в завалку вместе с металлошихтой вводили известь в количестве около 2 % от массы завалки или 2 кг на 100 кг шихты. С учетом получения необходимой основности скорректируем это значение до 1,5 кг. С известью вносится в шлак, кг:

CaO: 0,780 · 1,5 = 1,170 кг;

MgO: 0,020 · 1,5 = 0,030 кг;

SiO₂: 0,093 · 1,5 = 0,140 кг;

Al₂O₃: 0,008 · 1,5 = 0,012 кг;

Fe₂O₃: 0,012 · 1,5 = 0,018 кг или в пересчете на FeO 0,018 · 112/160 · 72/56 = 0,016.

Вследствие потерь при прокаливании из извести удалится в атмосферу 0,087·1,5= 0,131 кг CO₂.

Во время работы печи происходит износ футерованной части подины и свода, продукты износа в виде соответствующих оксидов переходят в шлак. Печь имеет периклазоуглеродистую набивную подину, водоохлаждаемые стены и свод, расход периклазоуглеродистых огнеупоров около 3 кг/т (или 0,3 кг на 100 кг металлошихты.

По результатам выполненных расчетов определяем состав и количество шлака в конце периода плавления (таб. 16). Отдельно составляем баланс металла за этот период (таб. 17).

Таблица 16 – Количество и состав печного шлака периода плавления

Источник	SiO2	CaO	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	P2O5	Σ
Известь	0,140	1,170	–	0,016	–	0,012	0,030	–	1,368
Футеровка	0,004	–	–	–	–	–	0,276	–	0,280
Продукты окисления	0,461	–	0,286	0,253	0,015	–	–	0,023	1,038
Всего, кг	0,605	1,170	0,286	0,269	0,015	0,012	0,306	0,023	2,686
Всего, %	22,524	43,560	10,648	10,015	0,558	0,447	11,392	0,856

При составлении баланса металла учтем, что в процессе плавки происходит науглероживание металла в результате износа графитированных электродов. Расход электродов на плавку в современных печах составляет 1,7...2,5 кг/т стали. В ДСП на ОАО «АМЗ» расход электродов 2 кг/т или 0,2 кг на 100 кг шихты и усвоение углерода ванной 75 %. С учетом того, что продолжительность периода плавления составляет 2/3 общего времени плавки, в металл дополнительно перейдет 0,2 · 0,75 · 2/3 = 0,100 кг углерода и выделится 0,2 · 0,25 · 28/12 · 2/3 = = 0,078 кг СО. На это потребуется 0,2 · 0,25 · 2/3 · 16/12 = 0,044 кг О₂.

Таблица 17 – Баланс составляющих металла за период плавления

Элемент	Поступило с шихтой	Перешло в шлак	Содержится в металле
кг	%
C	0,341	–	0,441	0,445
Si	0,215	0,215	–	–
Mn	0,635	0,222	0,413	0,416
Cr	0,200	0,010	0,190	0,191
S	0,027	–	0,027	0,027
P	0,034	0,010	0,024	0,024
Fe	98,548	0,197	98,154*	98,897
Σ	100,000	0,654	99,249

*С учетом потерь с пылью.

Основность полученного шлака, выраженная через отношение % CaO / % SiO₂= = 1,93. Это удовлетворяет требованиям к шлаку в период плавления.

ü Период окисления

Сразу после окисления жидкого шлака его начинают вспенивать, и по мере наполнения ванны печи жидким металлом часть шлака через рабочее окно самотеком покидает рабочее пространство печи. С ним удаляется значительная часть фосфора. Потери шлака в течение всей плавки компенсируют небольшими присадками извести, поддерживая необходимый уровень шлака и его основность.

Задачами окислительного периода являются:

– окисление углерода и фосфора в металле до их требуемого содержания в готовом полупродукте и частично удаление серы;

– нагрев металла до необходимой температуры.

Окисление металла проводят продувкой техническим кислородом с чистотой не менее 99,5 %. В случае затруднений с удалением фосфора в ванну печи можно присадить железную руду. В нашем случае для получения не более 0,12...0,20 % фосфора в металле достаточно поддерживать в этот период основность не ниже 2,7...3,0 при содержании FeO в шлаке около 12...15 %.

Для интенсификации массо- и теплопереноса в сталеплавильной ванне, способствующей нормальному развитию в ней физических и физико-химических процессов, в это время необходимо обеспечить возможность окисления не менее 0,3...0,5 % углерода.

Обезуглероживание и окисление примесей. С учетом того, что углеродистые ферросплавы значительно дешевле, чем низкоуглеродистые, используем в дальнейшем для легирования углеродистые ферросплавы. Поэтому с учетом количества вводимых ферросплавов необходимо в конце периода иметь содержание углерода в металле на нижнем пределе по марке или несколько ниже. Примем, что содержание углерода в металле в конце окислительного периода должно составлять 0,10 %.

Углерод. После окончания периода плавления в металле с учетом науглероживания электродами содержится 0,441 кг углерода. Учтем науглероживание электродами за период окисления и определим количество углерода, которое необходимо окислить.

За окислительный период при расходе электродов 2 кг/т в металл с учетом 75 % усвоения попадает дополнительно 0,2 · 0,75 · 1/3 = 0,050 кг. углерода. Всего требуется окислить углерода

(0,441 + 0,050) – 0,10 = 0,391 кг.

Примем, что весь углерод окисляется до СО. Тогда для окисления 0,481 кг углерода потребуется 0,391 · 16/12 = 0,641 кг О₂ и образуется 0,391 · 28/12 = 1,122 кг СО.

Марганец. В окислительный период окислится примерно 45 % оставшегося в металле марганца: 0,413 · 0,45 = 0,186 кг. На его окисление необходимо 0,186·16/55 = 0,054 кг О₂. При этом образуется 0,186 · 71/55 = 0,240 кг MnO.

Хром. С учетом относительно невысокого содержания хрома в металле за этот период окислится 5 % хрома, поступившего с металлом: 0,190 · 0,05 = 0,010 кг. На его окисление необходимо 0,010 · 48/104 = 0,005 кг О₂ и в результате образуется 0,010 · 152/104 = 0,015 кг Cr₂O₃.

Железо. В окислительный период окислится около 0,4 % железа из металла, 85% от этого количества переходит в шлак в виде FeO, а 15 % удаляется в виде пыли Fe₂O₃ с отходящими газами. Всего окисляется 0,004 · 98,154 = 0,393 кг железа.

В шлак перейдет 0,393 · 0,85 = 0,334 кг железа, на его окисление израсходуется 0,334 · 16/56 = 0,095 кг О₂ и образуется 0,334 · 72/56 = 0,429 кг FeO. С пылью теряется 0,393 – 0,334 = 0,059 кг железа, на его окисление до Fe₂O₃ требуется 0,059 · 48/112 = 0,025 кг кислорода. Образуется 0,059 · 160/112 = 0,084 кг Fe₂O₃.

Сера. В окислительный период из металла удаляется около 20 % содержащейся в нем серы: 0,027 · 0,2 = 0,005 кг.

Фосфор. В окислительный период в шлак переходит 30 % имеющегося в металле фосфора: 0,024 · 0,30 = 0,007 кг. На его окисление до P₂O₅ требуется 0,007·80/62 = 0,009 кг O₂ и в шлак переходит 0,007 · 142/62 = 0,016 кг P₂O₅.

Шлакообразование в окислительный период. К концу периода плавления в печи остается 1/3 шлака, состав которого приведен в табл. 10. После этого в печи наводится новый шлак присадками извести. Шлак окислительного периода образуется из остатков шлака предыдущего периода, извести, оксидов – продуктов окисления металла, компонентов износа футеровки. С учетом требуемой величины основности примем, что в окислительный период присаживают 0,5 кг извести. С ней в шлак попадет:

CaO: 0,780 · 0,5 = 0,390 кг;

MgO: 0,020 · 0,5 = 0,010 кг;

SiO₂: 0,093 · 0,5 = 0,047 кг;

Al₂O₃: 0,008 · 0,5 = 0,004 кг;

Fe₂O₃: 0,012 · 0,5 = 0,006 кг или в пересчете на FeO 0,006 · 112/160 · 72/56 = 0,005.

Вследствие потерь при прокаливании из извести удалится в атмосферу 0,087·0,5= 0,044 кг CO₂.

Из футеровки при расходе за период 0,2 кг на 100 кг металлошихты в шлак переходит:

MgO: 0,920 · 0,2 = 0,184 кг;

SiO₂: 0,012 · 0,2 = 0,002 кг.

Аналогично периоду плавления подсчитываем количество и состав шлака (см. таб. 18) и определяем баланс металла (таб. 19).

Таблица 18 – Количество и состав шлака в конце окислительного периода

Источник	SiO2	CaO	MnO	FeO	Cr2O3	Al2O3	MgO	P2O5	Σ
Известь	0,047	0,390	–	0,005	–	0,004	0,010	–	0,456
Футеровка	0,002	–	–	–	–	–	0,184	–	0,186
Продукты окисления	–	–	0,240	0,429	0,015	–	–	0,016	0,700
Шлак периода плавления	0,202	0,390	0,095	0,090	0,005	0,004	0,102	0,008	0,896
Всего, кг	0,251	0,780	0,335	0,524	0,020	0,008	0,296	0,024	2,238
Всего, %	11,215	34,853	14,969	23,414	0,894	0,357	13,226	1,072

Примечание. Основность % CaO / % SiO₂ = 3,1. Это удовлетворяет требованиям ведения плавки.

Таблица 19 – Баланс составляющих металла за окислительный период

Элемент	Поступило в период плавления	Перешло в шлак	Содержится в металле
кг	%
C	0,391	–	0,10	0,10
Si
Mn	0,413	0,186	0,227	0,232
Cr	0,190	0,010	0,18	0,183
S	0,027	0,005	0,022	0,022
P	0,024	0,007	0,017	0,017
Fe	98,154	0,334	97,761*	99,536
Σ	99,249	0,542	98,217

Дата добавления: 2015-09-29