шпоры. экзамен мткм. 1 свойства конструкционных материалов физические, химические, эксплуатационные. Свойства конструкционных материалов
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
8) Устройство мартеновской печи Эта печь по своему принципу действия и устройству относится к категории регенеративных пламенных печей. При непосредственной эксплуатации осуществляется процесс сжигания мазута и газообразного топлива. За счет регенерации избыточного тепла печных газов обеспечиваются номинальные показатели температуры, которые необходимы для получения стали в расплавленном виде Конструкционная особенность мартеновской печи заключается в горизонтально направленной камере на основе огнеупорного кирпича. Нижняя часть печи ограничена подиной, сверху расположены своды. Сама подина выполнена в форме ванны с откосами в сторону стенок. Передняя стенка укомплектована загрузочными люками, которые используются для подачи флюса и шихты. В задней стенке имеется технологическое отверстие для приема готовой продукции.  Главный принцип работы мартеновской печи основан на уникальном эвтектическом свойстве сплавов. Раскаленная смесь воздуха и горючего газа вдувается в печь с низким потолком, который жар отражает вниз (Рис. 6). Мартеновская печь может эксплуатироваться в нескольких производственных режимах, определение которых будет зависеть от состава шихты: Скрап-процесс. В этом случае шихта основана на стальном ломе (скрап) на 35-45%. Данный производственный процесс будет актуален на заводах, где нет возможности установки доменных печей, но при этом есть много металлолома; Скрап-рудный процесс. В таком процессе шихта основана на жидком чугуне (порядка 75%), железной руды и скрапа. Считается наиболее востребованным процессом на заводах, где установлены доменные печи Большинство мартеновских печей имеет стационарное исполнение. В случае с качающимися печами, они нашли свое активное применение при работе с фосфористыми чугунами. Данная тенденция обусловливается тем фактом, что обогащенный фосфором шлак необходимо раскачивать. Процесс розжига печей качающегося типа осуществляется при помощи газообразного топлива или же мазута. Генераторный или смешанный газ, характеризующийся минимальными температурами сгорания, предварительно перед подачей в рабочую камеру подогревается в специализированных генераторах, температура в которых может варьироваться в диапазоне от 1000 до 1100 градусов. 9)Производство стали в кислородном конвертере Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Кислородный конвертер представляет собой сосуд грушевидной формы, изготовленный из стального листа и выложенный изнутри основным огнеупорным кирпичом . Верхняя часть конвертера имеет открытую горловину для загрузки шихтовых материалов и ввода кислородной фурмы . Емкость конвертеров составляет -130–350 тонн жидкого металла. Конвертер выполнен поворотным на цапфах , что необходимо для загрузки лома и шлакообразующих, заливки чугуна и слива готовой стали и шлака. Фурма устанавливается строго вертикально по оси конвертера и поднимается специальным механизмом, сблокированным с механизмом поворота. Сущность процесса заключается в следующем: исходные материалы (разделанный на куски определенной величины стальной лом, жидкий чугун, известь для наведения шлака) вводят в конвертер через горловину. Содержание стального лома составляет 25– 30% от массы чугуна. Чугун должен содержать 3,7-4,4% углерода; 0,7–1% марганца; 0,4-0,8% кремния; 0,03–0,08% серы и не более 0,3% фосфора. Температура заливаемого чугуна составляет 1250–1400° С. После ввода исходных шихтовых материалов внутрь конвертера через горловину опускают кислородную фурму и начинают подавать кислород под давлением 0,9-1,4 МПа. Одновременно с началом продувки и далее, по мере надобности, в конвертер загружают шлакообразующие материалы. В зоне контакта кислородной струи с металлом кислород окисляет все примеси, однако наиболее интенсивно будет окисляться железо: 2Fe + О2 = 2FeO, так как его концентрация во много раз выше концентрации примесей. Образовавшийся оксид железа (II) растворяется в металле и частично в шлаке. Растворенный в металле, он будет обогащать его кислородом: FeO = Fe + О. Далее примеси будут интенсивно окисляться кислородом, растворенным в металле, и оксидом железа (II) на границе шлак – металл по реакциям. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле будет соответствовать заданному значению в стали. Химический состав металла контролируют автоматически по ходу плавки с использованием ЭВМ. При излишке марганца и кремния делают кратковременную додувку; при излишне высокой температуре загружают стальной лом. Готовая сталь должна иметь температуру 1580–1650°С. Для уменьшения содержания кислорода сталь раскисляют. Для этого при выпуске ее из конвертера в ковш добавляют ферромарганец, ферросилиций и металлический алюминий. Раскисляющие элементы, соединяясь с кислородом, образуют нерастворимые в металле оксиды, всплывающие в шлак. При выплавке легированных сталей для предотвращения выгорания легирующие элементы вводят в виде ферросплавов в ковш, чаще всего расплавив предварительно в электропечи. 10. Производство стали в электропечах. Дуговые плавильные печи. Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как в них можно получать высокую температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений - продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных и специальных сталей и сплавов. Дуговая плавильная печь питается трехфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода из графитизированной массы. Электрический ток от трансформатора кабелями подводится к электродержателям , а через них - к электродам и ванне металла. Между электродами металлической шихтой возникает электрическая дуга, электроэнергия превращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжение 160 - 600 В, сила тока 1 - 10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путем перемещения электродов. Стальной кожух печи футерован огнеупорным кирпичом, основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подину печи набивают огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками, подиной и сводом из огнеупорного кирпича. Для управления ходом плавки имеются рабочее окно и летка для выпуска готовой стали по желобу в кош. Печь загружают при снятом своде. Печь может наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. Вместимость этих печей 0.5 - 400 т. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных с кислой.В основной дуговой печи можно осуществлять плавку двух типов: на шихте из легированных отходов (методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей). Индукционная тигельная плавильная печь состоит из водоохлаждаемого индуктора, внутри которого находится тигель с металлической шихтой. Чрез индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500-2000 Гц). Ток создает переменный магнитный поток, пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагревающие металл до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Вместимость тигля 60 кг - 25 т. Для уменьшения потерь теплоты печь имеет съемный свод. Индукционные печи имеют ряд преимуществ перед дуговыми: в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газом и малым угаром элементов; при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл в печи и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создать любую атмосферу или вакуум. Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, и температура шлака в них недостаточна для протекания металлургических процессов между металлом и шлаком. Эти преимущества и недостатки печей обусловливают возможности плавки в них; в индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления 12. Производство стали. Анализ способов выплавки стали по производительности и качеству получаемой стали. Процессы производства стали делятся на два основных способа, а именно: конвертерный процесс, в котором расплавленный передельный чугун в конвертере рафинируют от примесей, продувая его кислородом, и подовый процесс, для осуществления которого используются мартеновские или электрические печи. Подовые процессы требуют внешнего источника тепла. Они применяются, когда исходным материалом служит твёрдая шихта (например, отходы или лом, губчатое железо и твёрдый передельный чугун). Двумя основными процессами в этой категории являются мартеновский процесс, при котором нагрев осуществляется при сжигании мазута или газа, и сталеплавильные процессы в дуговых или индукционных печах, где нагрев осуществляется электричеством. В современной металлургии основные способы выплавки стали – кислородноконвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Конвертерное производство — получение стали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава Мартеновский способ - Сталь получается путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов — чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой печи. Электросталеплавильный способ - это получение качественных и высококачественных сталей в электрических печах, обладающих существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами. Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. В отличие от конвертерного и мартеновского процессов выделение тепла в электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавку можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления. 13) Разливка стали в слитки. Окончательное формирование характеристик металла завершается в процессе разливки и затвердевания слитков. Подготовку к разливке ведут еще до того, как будет подготовлена сталь: приготовляют выпускные желоба, разливочные ковши (рис.1.6) и формы изложницы, в которые разливают сталь. Выплавленную в печи сталь выпускают по желобам в сталеразливочный ковш ёмкостью от 5 до 350 т в зависимости от ёмкости печи. Ковши после каждой разливки поступают на ремонт. Отремонтированный ковш высушивают и перед заливкой нагревают до 500 – 700 оС. Рис.1.6. Сталеразливочный ковш: 1 – стакан для выпуска стали; 2 – рычажный мехнизм стопра; 3 – стопор; 4 – цапфа для подъёма ковша. Из ковша сталь разливают в изложницы для получения слитков. Изложницы изготавливают из чугуна, реже – из стали. Форма поперечного сечения изложниц может быть квадратной (для получения слитков, прокатываемых на сортовой прокат), прямоугольной (для слитков, прокатываемых на лист), круглой (для прокатки труб) и многогранной (для изготовления крупных поковок). Перед разливкой стали изложницы тщательно очищают от металла, приставшего к поверхности, затем подогревают до 80 – 120 оС и покрывают специальными обмазками или красками для получения чистой поверхности слитка. Изложницы выдерживают малое количество заливок, поэтому они делают получение слитков намного дороже.  Применяют три основных способа разливки стали: а) В изложницы сверху (рис.1.7, а). Этот способ обычно применяют при получении крупных слитков. Достоинства способа: исключается расход металла на литники как в разливке сифоном; проста подготовка оборудования к разливке; температура разливаемой стали может быть ниже, чем при сифонной разливке; меньше неметаллических включений в получаемых слитках. Недостатки: разбрызгивание металла; брызги застывают на поверхности и ухудшают поверхность слитка; образуются оксидные плены, которые не свариваются с телом слитка даже при последующей прокатке, после которой необходимо зачищать поверхность заготовки для улучшения качества, что является трудоёмкой операцией. б) В изложницы сифоном снизу (рис.1.7, б). В этом случае сталью заполняются одновременно от 2 до 60 изложниц, установленных на поддоне, через центровой литник и каналы и каналы в поддоне, т.е. эта разливка основана на принципе сообщающихся сосудов.  Рис.1.7. Разливка стали в изложницы: сверху (а), сифоном (б): 1 – изложницы; 2 - разливочный ковш; 3 – центровой литник; 4 – прибыльная надставка; 5 – поддон. Достоинства разливки сифоном снизу: плавное без разбрызгивания заполнение изложниц; получается чистая поверхность слитков; сокращается продолжительность разливки; можно разливать большой объём металла сразу на множество мелких слитков. Недостатки: получается удлинённая усадочная раковина, так как последние порции горячего металла поступают снизу; повышенная трудоёмкость подготовки оборудования; до 1,5 % металла теряется в литниках; необходимость перегрева металла в печи до более высокой температуры, так как при течении по каналам он охлаждается; повышенное количество неметаллических включений в стали из-за размыва огнеупорного покрытия каналов при движении по ним стали. в) Непрерывная разливка стали (рис.1.8) производится на машинах непрерывной разливки стали (МНРС). Рис.1.8. Схема установки для непрерывной разливки стали. Жидкая сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство 1 непрерывно подаётся в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор 2. МНРС имеют от 1 до 8 кристаллизаторов. Перед заливкой в кристаллизатор подают затравку в виде ласточкиного хвоста, образующего дно кристаллизатора. Затравка тянущими валками вытягивается вместе со слитком, сердцевина которого находится еще в жидком состоянии, со скоростью 1…2,5 м/мин. На МНРС получают слитки прямоугольного (от 150  500 до 300 2000) и квадратного (от 150 150 до 400 400) сечений, а также круглого в виде тонкостенных труб. Из-за непрерывного питания и направленного затвердевания в слитках отсутствуют усадочные раковины, слитки имеют плотное мелкозернистое строение, поверхность их хорошего качества. Слитки, полученные на МНРС, могут быть прокатаны на сортовых станах, минуя блюминги и слябинги. |