Курсовая работа: Разработка технологии выплавки и ковшевой обработки стали 08ПС

Введение

Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства - хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева метала электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, вводить в печь большие количества легирующих добавок; иметь в печи восстановительную атмосферу и без окислительные шлаки, что предполагает малый угар легирующих элементов; плавно и точно регулировать температуру металла; более полно, чем в других печах раскислять металл, получая его с низким содержанием неметаллических включений; получать сталь с низким содержанием серы. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавке относительно легко поддаются контролю и регулированию, что очень важно при автоматизации производства.

В виду энергетической неэффективности комплексной доводки жидкого расплава (полупродукта) по заданному химическому составу и температуре непосредственно в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), эту операцию целесообразно проводить в агрегате ковш-печь (АКП).

Целью данного курсового проекта является разработка технологии выплавки и ковшевой обработки стали 08ПС, с учетом определенного варианта шихтовки и ковшевой обработки стали, а также массы металла на выпуске.

сталь выплавка металл химический

1. Литературный обзор

Изучение состояние черной металлургии в России и мире показало достаточно высокий уровень производства.

Вместе с тем металлургические предприятия в России продолжили в 2017 г. инвестировать в собственное техническое и технологическое развитие, и по оценке объем инвестиций составил около 156 млрд руб. [1]

Рисунок 1 - Производство стали крупнейшими российскими компаниями

Мировое производство стали достигло 1 миллиарда 691,2 миллиона тонн в 2017 году, что на 5,3 процента больше по сравнению с 2016 годом. Выплавка стали во всех регионах нашей планеты увеличилась в 2017 году, за исключением СНГ, производство стали в котором оставалось стабильным. [2]

Таблица 1 - Показатели сталеплавильного производства, млн т/%

Фирма Danieli продолжает строить заводы, она создала на заводе «Днепросталь» «под ключ» сталеплавильный комплекс, состоящий из 160-т дуговой сталеплавильной печи, двухпозиционного ковша-печи, двухкамерного вакууматора и двух МНРС. Этот комплекс предназначен для изготовления широкого спектра круглых заготовок и блюмов для производства труб и железнодорожных колес. Из трубных заготовок изготавливают трубы по ГОСТ 632--80 (они имеют внутренний диаметр 244,5 мм, толщину -- 8,9 мм). Качество труб высокое. Производство труб и колес из непрерывно-литых заготовок оказалось экономически эффективным.

Отделение Danieli Automation поставило все электрические системы, системы автоматизации для всего предприятия, в том числе системы планирования и управления производством, контроля качества, хранения данных и управления складом.

Продолжается изучение дуговых сталеплавильных печей, производятся различные эксперименты по увеличению производительности и снижению затрат. [3]

Современная крупнотоннажная ДСП емкостью более 100 т способна ежегодна выплавлять 1-2,5 млн т стали. Такая высокая производительность обусловлена необходимостью синхронизации работы ДСП и МНРС. Достигнутая продолжительность плавки 30-70 мин близка ко времени разливки одного ковша, что позволяет организовать серийную работу технологической линии ДСП-АКП- (в некоторых случаях агрегат вакуумирования) -МНРС. Это особенно важно для эффективной работы электросталеплавильных мини-заводов. Как например все функционирует на ЛПК. [4]

Одной из современной технологии сталеплавильного производства является применении альтернативных видов шихты. В последние годы фирмой ООО «НПП Инновационные технологии и материалы» изготовлено несколько опытно промышленных партий железоуглеродосодержащих брикетов для использования в электросталеплавильном производстве. На опытных плавках ДС-160 ОАО «ОМК-Сталь» при использовании брикетов были получен повышенный выход годной стали (до 1,5%), экономия электроэнергии (на 37кВтч/т), экономия передельного чугуна. [5]

Применение микролегирования стали нитридными фазами, обусловленными наличием атомарного азота в карамабиде, позволяет уменьшить на 40-50 % содержание марганца в конструкционных сталях массового назначения.

Фирма Danieli продолжает создавать новые инновационные системы для улучшения производства.

В сентябре 2014 на заводе ABS была успешно установлена инновационная система управления технологическими процессами Danieli Q-Melt. Система управления Q-Melt базируется на системе DanieliAutomationQ3-Intelligence и лазерной системе определения химического состава отходящих газов в потоке Lindarc™, поставляемых подразделением Danieli More, интегрированных в единое решение.

Эта система хорошо зарекомендовавшая себя с помощью лазеров, установленных на подвижной юбке газохода, применяет метод проведения измерений при помощи настраиваемого диодного лазераабсорбционной спектроскопии (TDLAS) в режиме реального времени для определения состава отходящих газов печи, позволяет отслеживать CO, CO₂, Н₂О и определять температуру отходящего газа. [6]

Процесс проектирования и производственный процесс продолжают оптимизироваться и, как результат, формируется система контроля качества через активное освоение инноваций и современной практики металлургического производства. [7]

Для обеспечения содержания фосфора в стали на уровне 0,005% и ниже рекомендуется:

- ограничивать долю чугуна в металлошихте не более 50 %;

- обеспечить подачу вдуваемого кислорода на уровне не менее 7000 м3 на плавку;

- не допускать перегрева металла над температурой ликвидус в ДСП более 160 єС;

- использовать известь с расходом не менее 2000 кг/плавку. [8]

Современная ДСП представляет собой агрегат по выплавке полупродукта для дальнейшей доводки методами внепечной обработки. Значительная доля вводимой в печь мощности приходится на тепло экзотермических реакций, т. е. сжигание металла в кислороде.

Известно, что в настоящее время большая доля металла, получаемого в России, экспортируется. Энергетические затраты на производство стали в России пока выше, чем в развитых странах. Наша конкурентоспособность поддерживается за счет меньших затрат на энергию, заработную плату и защиту окружающей среды.

В ближайшее время стоимость энергоресурсов будет увеличиваться, что может снизить конкурентоспособность нашей стали.

В этих условиях необходимо искать резервы в повышении эффективности использования ДСП з асчет организационных мероприятий (подготовка шихты, исключение простоев, что особенно важно при использовании водоохлаждаемых стен и свода, производство водоохлаждаемых панелей стен изводов на отечественных предприятиях) и технических решений. [9]

2. Описание агрегатов

2.1 Дуговая сталеплавильная печь (ДСП - 160)

Дуговая сталеплавильная печь благодаря своим преимуществам предназначена, в основном, для производства легированных высококачественных сталей - коррозионно стойких, инструментальных, конструкционных, электротехнических, жаропрочных и др., а также различных сплавов.

Печь ДСП состоит из металлического корпуса в виде кожуха, как правило, цилиндрической формы со сферическим днищем. Изнутри кожух футерован высокоогнеупорными материалами. Плавильное пространство печи сверху перекрывается съемным сводом, огнеупорная кладка которого выполнена в специальном сводовом кольце. В стенах печи имеются одно или два рабочих окна и одно выпускное отверстие с желобом для выпуска металла и шлака. Рабочие окна служат для взятия проб металла и шлака.

Наклон печи осуществляется при помощи механизма наклона с электрическим или гидравлическим приводом.

Для загрузки шихты в печь свод отводят к полу порталу и вместе с электродами отворачивают в сторону. Шихта в плавильное пространство опускается с помощью бадей грейферного типа. В эти бадьи вся шихта укладывается в определенном порядке на участке подготовки лома.

После загрузки в ДСП металлошихты и сыпучих зажигается электрическая дуга и начинается процесс выплавки стали. По достижении заданной температуры и химического состава, выплавленная сталь через эркерное отверстие ДСП сливается в сталеразливочный ковш. Перед выпуском плавки производится предварительный разогрев сталь-ковша до температуры 1100-1200 ⁰С на установке разогрева. После выпуска стали сталеразливочный ковш транспортируется на ковшевую обработку. Длительность процесса выплавки стали, включая выпуск - 55 мин. Управление процессом выплавки стали и механизмами ДСП осуществляется из поста управления.

Технические характеристики ДСП-160 представлены в таблице 2. [10]

Таблица 2 - Технические характеристики ДСП-140

2.2 Агрегат ковш-печь (АКП - 160)

Производство стали с заданными узкими приделами по химическому составу в плавильном агрегате практически не возможны из-за нестабильности усвоения феррорасплавов и множества изменяющихся неконтролируемых факторов. Производство таких сталей на ковше-печи является обычной практикой.

Таким образом, исключая дегазацию металла, ковш-печь является наиболее универсальным агрегатом, позволяющим решать все задачи получения качественной стали.

Типичная конструкция установки показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Общая схема агрегата ковш-печь: 1 - Сталеразливочный ковш; 2 - Трайб-аппарат; 3 - Свод агрегата ковш-печь; 4 - Графитированные электроды; 5 - Воронка подачи сыпучих, 6 - Аварийная фурма.

Сталеразливочный ковш с металлом подаётся в рабочую позицию под крышку установки для проведения комплексной доводки металла. Время обработки ~55 мин. Управление процессом доводки осуществляется из поста управления. По достижении заданной температуры и химсостава ковш с металлом, не имеющим особых требований по чистоте, со сталевоза установки ковш-печь литейным краном передаётся на разливку на МНРС. [11]

Современный агрегат ковш-печь включает в себя следующие элементы:

- система нагрева металла электрическими дугами;

- система подачи ферросплавов и материалов для равинирования стали в ковш;

- устройства для перемешивания металла инертным газом;

- устройство для подачи порошковой проволоки;

- крышка, устанавливаемая на ковш перед обработкой и т.д.

Для сталеразливочного ковша вместимостью 160 тонн мощность трансформатора на агрегате ковш-печь варьируется от 20 до 32 МВА в зависимости от скорости нагрева металла в ковше. [12]

Для ускорения физико-химических процессов, происходящих в ходе ковшевой обработки, применяется продувка жидкий ванны аргоном.

Технические характеристики АКП представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики АКП-160