Дуговая сталеплавильная печь (стр. 3 из 9)
При выплавке легированных сталей в электродуговых печах порядок легирования зависит от сродства легирующих элементов к кислороду. Элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду, чем железо (никель, молибден) во время плавки не окисляются и их вводят в начальные периоды плавки – никель в завалку, а молибден в конце плавления или в начале окислительного периода.
Хром и марганец обладают большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому металл легируют хромом и марганцем после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода.
Вольфрам обладает большим сродством к кислороду, чем железо и его обычно вводят в начале восстановительного периода. Он очень тугоплавкий и поэтому ферровольфрам можно присаживать в ванну не позднее, чем за 30 мин. до выпуска.
1.5 Особенности плавки конструкционной стали
Проектируемая печь предназначена для выплавки конструкционной стали, которая применяется для изготовления различных деталей машин, механизмов и сооружений. К конструкционной стали предъявляются высокие требования прежде всего в отношении механических свойств; в ней должны отсутствовать пороки, могущие понизить прочность сооружения или детали машины. Механические свойства этой стали зависят главным образом от химического состава и условий ее термической обработки. В некоторых случаях обыкновенная углеродистая сталь удовлетворяет требованиям, предъявляемым к конструкционной стали. В других случаях этим требованиям может удовлетворить только легированная сталь после соответствующей термической обработки.
В состав нелегированной углеродистой стали входят следующие элементы: железо, углерод, кремний, марганец, фосфор и сера. Повышение содержания углерода увеличивает твердость стали и в соответствии с этим предел прочности. В закаленной стали влияние углерода значительно сильнее, чем в отожженной стали. В зависимости от требований, предъявляемых к твердости и прочности конструкционной стали, содержание углерода в ней может находиться в пределах 0,08 – 0,5 %.
Кремний вводят в сталь для предотвращения образования в ней пузырей, Для этого необходим, чтобы сталь содержала не менее 0,17 % Si. При более низком его содержании в процессе кристаллизации стального слитка возможно взаимодействие углерода с кислородом в стали, что может привести к возникновению пузырей в слитке.
Марганец также раскисляет сталь. Однако раскисление металла может быть осуществлено и без введения марганца. Между тем этот элемент входит в состав почти всех углеродистых и легированных сталей, Главное назначение марганца заключается в уменьшении вредного влияния серы.
Фосфор и сера являются вредными примесями в стали. Фосфор понижает ударную вязкость, сера придает стали красноломкость. Поэтому содержание этих элементов в стали должно быть, возможно более низким. Учитывая технологические трудности, связанные с удаление фосфора и серы при плавке конструкционной стали, допускают содержание каждого из этих элементов до 0,025 – 0,04 %.
Главным недостатком углеродистой стали является слабая ее прокаливаемость. В связи с этим высокие механические свойства после термической обработки могут быть получены только в тонких изделиях. При закалке толстых изделий из углеродистой стали прокалится лишь небольшой слой, близко расположенный к поверхности, а внутренние слои детали не прокалятся. В соответствии с этим высокие механические свойства после термической обработки обыкновенной углеродистой стали будут достигнуты только для поверхностного слоя обрабатываемой детали.
Существенным недостатком углеродистой стали является также низкая ударная вязкость. В особенности резко снижается ударная вязкость стали при пониженных температурах.
Для устранения указанных недостатков в сталь вводят различные легирующие элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, ванадий, кремний и др.); эти элементы увеличивают прочность феррита. Однако наиболее важное влияние эти легирующие элементы оказывают на распад аустенита.
Для уменьшения чувствительности стали к отпускной хрупкости в нее вводят молибден или вольфрам. Эти элементы не только понижают чувствительность стали к отпускной хрупкости, но и увеличивают прокаливаемость стали.
1.6 Разливка стали
Разливка осуществляется с помощью машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Конструкция машины – двухручьевая, вертикальная, подземного расположения, со сборными водоохлаждаемыми неподвижными кристаллизаторами (рис. 1.2). Основные механизмы установки расположены в подземном колодце глубиной 13 м и сечением 5´10 м. Разливочная площадка находится на высоте 3,8 м над уровнем пола цеха и вынесена в разливочный пролет, что позволяет нормально обслуживать установку существующими в цехе кранами. Под кристаллизаторами расположены системы вторичного охлаждения, водосброса и тянущих роликов, под ними тележки газорезок и пульты управления газорезками (на площадке – 7,5 м). Кантователи слитков расположены на площадке – 11,5 м. Наклонные конвейеры поднимают слитки с этой площадки на уровень пола цеха. Установка рассчитана на разливку стали из 50-т ковша для получения унифицированной заготовки 175´420 мм длиной 1920 мм, предназначенной для прокатки на листовом и крупносортном стане. Металл из 50-т стопорного ковша поступает в промежуточное разливочное устройство емкостью 3,5 т, их которого через два стопора одновременно разливается в два неподвижных кристаллизатора высотой 1500 мм [6].
Промежуточное разливочное устройство имеет графито-шамотные стаканчики с электрообогревом и перегородки для предохранения от попадания шлака в кристаллизаторы, а также прибор радиоактивным излучением для контроля уровня металла. Каждая машины имеет независимые друг от друга механизмы вытягивания, автогенной резки, транспортные устройства для выдачи заготовок на склад. Достигнутая в настоящее время линейная скорость разливки составляет 0,9 м/мин, а производительность установки
45 – 55 т/час.
Схема технологического процесса производства стали с использованием МНЛЗ приведена в приложении П1.
Рис. 1.2 Машина для непрерывной разливки2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ
2.1 Основные элементы конструкции печи
Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из листового железа толщиной 40 мм в соответствии с размерами печи. Форма кожуха определяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. В данной печи используется кожух цилиндрической формы. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жесткости. Днище кожуха выполняется конусно-сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и минимальную массу кладки. Для размещения подовых электродов предусматривается два, диаметрально расположенных отверстия. Сверху печь закрыта сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводовом кольце, которое выдерживает распирающие усилия арочного сферического свода. В нижней части кольца имеется выступ - нож, который входит в песчаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют отверстие для электрода. Диаметр отверстия больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносят тепло из печи. Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электродного отверстия и для охлаждения кладки свода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы. Для подгрузки легирующих и флюсов в печь, скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой рамой. К раме крепятся направляющие, по которым скользит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпичом. Для подъема заслонки используют электромеханический привод. С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали круглое диаметром 120 – 150 мм. Сливной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10 – 12° к горизонтали. Изнутри желоб футеруют шамотным кирпичом.