по дисциплине основы технологических производственных процессов на тему: общие основы (стр. 2 из 6)

Принцип использования тепла отходящих газов для подогрева топлива и воздуха в так называемых регенераторах был разработан Сименсом, поэтому в ряде стран процесс называют сименсмартеновским. Во Франции и в России он получил распространение под названием мартеновского.

Конвертерный и мартеновский способы явились базой, обеспечивающей бурный рост индустриальной мощи промышленно развитых стран.

Пятый этап. Развитие электрометаллургии стали.

В конце XIX—начале XX вв. были созданы и начали работать электропечи различных конструкций. Особенно бурными темпами электросталеплавильное производство развивается в последние десятилетия. Появились дуговые сталеплавильные печи вместимостью 200—350 т. Развитие электрометаллургии стимулируется также возможностью переплава больших количеств такой дешевой шихты, как металлический лом. К настоящему времени уже большое число промышленно развитых стран выплавляют в электродуговых печах более 20—30 % всей стали. Высокопроизводительные дуговые электросталеплавильные печи часто устанавливают на смену старых, отслуживших свой срок мартеновских печей.

Шестой этап. Интенсификация сталеплавильного процесса кислородом.

К концу 50-х годов использование кислорода в сталеплавильном производстве стало обычной практикой, которая оказала существенное влияние на масштабы выплавки стали в мире. В результате только за 10 лет (с 1960 по 1970 г.) мировое производство стали возросло с 346 до 603 млн. т. Основная масса стали, производимой в настоящее время в мире, выплавляется в агрегатах, где роль окислителя выполняет технически чистый кислород.

Седьмой этап. Появление и распространение переплавных процессов.

На процессы удаления из стали вредных примесей влияют такие факторы, как изменение давления, увеличение поверхностей контакта взаимодействующих фаз, ускорение процесса охлаждения металла, использование плазменной и электронно-лучевой технологии и др. В результате появились и получили за последние годы значительное распространение такие способы переплава стали, как вакуумный индукционный (ВИП), вакуумный дуговой (ВДП), электрошлаковый (ЭШП), электроннолучевой, плазменный и др. Поскольку в этих процессах осуществляется переплав стали, предварительно выплавленной в "обычном" агрегате (конвертерах, мартеновской печи, электродуговой печи), такие процессы называют переплавными. Эти способы сравнительно дорогостоящие и малопроизводительные, но обеспечивают получение металла очень высокого качества с особыми свойствами.

Восьмой этап. Появление и развитие внепечной, вторичной или ковшевой металлургии.

Многие технологические операции, проводимые для уменьшения содержания вредных примесей в металле и повышения его качества, можно перенести из плавильного агрегата в ковш (или иной агрегат, заменяющий ковш), специально оборудованный устройствами для соответствующей обработки жидкого металла. Производительность плавильного агрегата при этом возрастает, одновременно обеспечивается повышение качества стали. Для удаления из металла вредных примесей, усреднения состава и регулирования температуры металл в ковше подвергают вакуумированию, продувают инертными газами, обрабатывают жидкими или порошкообразными смесями или специальной лигатурой, подвергают электромагнитному перемешиванию и т.п. Поскольку эти операции в некоторых случаях продолжительны, а металл постепенно охлаждается, были созданы устройства для подогрева металла в процессе его обработки, т.е. ковш превратился в самостоятельный иногда довольно сложный агрегат. Эти методы получили название ковшевой (или вторичной) металлургии, внепечной обработки или внепечного рафинирования. Помимо повышения качества, внепечная обработка обеспечивает стабильность свойств металла данной марки, что очень важно потребителям; в результате она за очень короткий срок (в течение 70-х годов XX в.) получила повсеместное распространение. В настоящее время сотни миллионов тонн выплавляемой в мире стали подвергают той или иной внепечной обработке.

Девятый этап. Развитие методов непрерывной разливки.

Создание работоспособных агрегатов непрерывной разливки стали позволило: а) существенно снизить расход жидкой стали для получения 1т проката; б) улучшить условия для повышения качества стали; в) обеспечить реальное начало нового этапа в металлургии: получение готового стального продукта или полупродукта непосредственно из жидкого металла ("прямая прокатка"); г) повысить производительность труда металлургов. В настоящее время в промышленно развитых странах практически вся выплавляемая сталь разливается на установках непрерывной разливки.

Приведенная выше схема исторического развития сталеплавильного производства условна. Появление тех или иных новых способов производства стали и методов, обеспечивающих повышение ее качества, происходит во времени и многие способы (и старые, и новые) существуют одновременно.

Классификация стали

Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.

Единой мировой системы классификации стали нет. Многие компании и фирмы пользуются своими системами классификации стали.

По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами. Иногда требуется еще большее уточнение, например "кислая мартеновская сталь" и т.п. Очень часто от способа производства зависят некоторые особенности качества металла. Например, несмотря на одинаковый химический состав и одинаковую последующую термообработку, свойства основной и кислой мартеновской стали различны, и это учитывают и потребители этой стали, и сталеплавильщики.

По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:

1. Конструкционная сталь, которую применяют при изготовлении различных металлоконструкций.

2. Топочная и котельная сталь — низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок.

3. Сталь для железнодорожного транспорта — рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес.

4. Подшипниковая сталь служит материалом для изготовления шариковых и роликовых подшипников.

5. Инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования.

По качеству стали обычно делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержанию неметаллических включений.

По химическому составу различают стали: углеродистые (в том числе низко-, средне-, высокоуглеродистые), низколегированные, легированные (в том числе хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т.п.).

Установлены единые условные обозначения химического состава стали:

Элемент ... С Mn Si Cr Ni Mo W V Al Ti

Обозначение УГСХНМВФЮТ

В обозначении марок стали по стандарту цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей — в десятых долях процента). Буквы справа от цифр, выражающих среднее процентное содержание углерода, обозначают, наличие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствующих элементов.

По характеру застывания стали в изложницах различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали.

Каждый из перечисленных видов классификации стали характеризует свойства металла, его надежность в работе, стоимость, возможность получения в определенных количествах и другие параметры. Все это учитывают потребители металла.

Основные реакции и процессы сталеплавильного производства

1. Термодинамика сталеплавильных процессов.

В ходе сталеплавильных процессов выделяется (или поглощается) теплота, достигается (или нарушается) равновесие протекающих реакций, лучистая энергия факела или электрической дуги превращается в тепловую и происходят другие энергетические процессы. Науку, изучающую законы теплового равновесия и превращения теплоты в другие виды анергии, называют термодинамикой. Химическая термодинамика изучает равновесие химических реакций, их тепловые эффекты. Обычно сталеплавильный агрегат представляет собой довольно сложную систему. Для характеристики системы используют величины, называемые параметрами состояния и параметрами процесса.

Параметры состояния - величины, служащие для характеристики состояния системы.

Параметры процесса — величины, характеризующие процесс, т.е. изменение системы, связанное с изменением параметров состояния. К их числу относятся энтальпия, энтропия, энергия Гельмгольца, энергия Гиббса.

Энергию Гельмгольца называют "свободной энергией при постоянном объеме"; также используют название "изохорно-изотермический потенциал" (сокращенно "изохорный потенциал").

Сталеплавильные процессы обычно протекают при давлениях, близких к постоянным (т.е. являются изобарическими); для оценки этих процессов используют параметр G, предложенный американским ученым Гиббсом, определяемый через энтальпию Н: