yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->1.3.4. Сталеварні агрегати, їх будова та принцип роботи

Металургія

1.3.4. Сталеварні агрегати, їх будова та принцип роботи

Будова та принцип роботи кисневого конвертера. Конвертер має грушевидну форму (рис. 2). Із зовні конвертер окутий сталлю, підперезаний сталевим кільцем і може повертатись навколо горизонтальної осі на кут 180°. У середині він викладений вогнетривкою доломітовою цеглою 2. Верхня частина конвертера закінчується горловиною, через яку завантажують шихту, подають кисень, виводять газові продукти реакції та виливають шлак. Збоку є льотка 1 для виливання сталі. Об'єм сучасних конвертерів становить 250-400 т. Кисень подають через фурми 3 під тиском 0,9-1,4 МПа. Фурми охолоджують водою. У великих конвертерах - понад чотири фурми. Для кращого перемішування розплаву фурми розташовують під кутом до розплаву.

   Сировина для виробництва сталі. Розплавлений чавун, сталевий скрап (25-30% маси чавуну), вапняк, залізна руда (до 25%), розкислювачі та легуючі елементи (при виплавлені легованих сталей).

Для завантаження шихти 4 конвертер нахиляють, засипають скрап, заливають розплавлений чавун і повертають у вертикальне (робоче) положення. Потім вставляють фурми і продувають киснем. У цей самий час засипають частину флюсів і залізної руди, решту додають у процесі сталеваріння. На 1 т розплаву протягом 1хв. витрачається 1,8-4 м3 кисню.

Залежно від об'єму конвертера час продування киснем становить 1,5-25 хв. Момент закінчення подавання кисню визначають кількістю витраченого кисню та забарвленням полум'я, яке виривається з горловини конвертера. Буре забарвлення полум'я свідчить про горіння заліза. Отже, подання кисню припиняють.

Сталь готова. Після закінчення сталеваріння фурми витягають, конвертер повертають у горизонтальне положення, беруть пробу металу та шлаку на хімічний аналіз. Потім через льотку випускають у ківш сталь, а через горловину у шлаковози, зливають шлак. Розкислювачі додають до сталі під час виливання її у ківш.

У кисневих конвертерах отримують практично всі вуглецеві сталі й частину малолегованих. Із конвертерної сталі, виробляють кузови автомобілів, балки; швелери тощо.

Мартенівські печі мають різну конструкцію. Вони є однованними, двованними, стаціонарними, рухомими тощо.

1. Однованна мартенівська піч. На рис. 3 зображено схему однованної мартенівської печі, яка складається з ванни 1, в якій вариться сталь, і регенераторів 5 для нагрівання повітря та палива. Ванну викладено з динасової або магнезитової чи доломітової вогнетривкої цегли. У ванні є вікна 4, через які завантажують шихту, беруть проби металу та шлаку на аналіз і слідкують за процесом варіння сталі. Ванна разом із склепінням 2 утворюють плавильний простір 3. Готову сталь випускають через отвори-«льотки», розташовані внизу ванни. Отвори для випуску шлаку розташовані вище. Вікна закривають заслінками, а отвори щільно забивають вогнетривкою глиною. Перед випусканням сталі та шлаку спечені вогнетриви з отворів вибивають.

 

Складовою частиною мартенівських печей є регенератори 5 - це камери, викладені вогнетривкою цеглою. Регенератори призначені для нагромадження теплоти пічних газів із подальшим її використанням для підігрівання повітря та газового палива.

Мартенівська піч може мати один або два регенератори. Це залежить від виду палива. Печі, які працюють на рідинному або висококалорійному газовому паливі, мають один регенератор для нагрівання повітря, що спрощує конструкцію й експлуатацію печі та відповідно зменшує собівартість сталі.

На відміну від конвертерів мартенівські печі - це агрегати безпе­рервної дії. Їх зупиняють лише на капітальний ремонт через 200-1000 разів варіння сталі залежно від довговічності склепіння печі. Склепіння, викладене динасовою цеглою, витримує 200-350 разів варіння сталі, а хромомагнезитовою - 300-1000.

Об'єм ванн сучасних печей становить 200-900 т. У малих печах можна зварити сталь за 3-4 год. Час варіння сталі у великих печах досягає 18 год.

Удосконалюють мартенівський спосіб варіння сталі двома шляхами: заміною нерухомих (стаціонарних) печей на рухомі та побудовою двованних  печей.

У рухомих печах ванна нахиляється за допомогою гідравлічного або механічного приводу, що полегшує її завантаження шихтою та виливання отриманих сталі та шлаку. Проте конструкція таких печей складна, тому їх використовують рідко.

Технологія варіння сталі в мартенівській печі. Основними складовими шихти є чавун (твердий і розплавлений) і скрап. Залежно від співвідношення цих складових процеси варіння сталі поділяються на скрап-процес, скрап-рудний процес тощо. У ході скрап-процесу до ванни завантажують 55-75% скрапу, 25-45% твердого чавуну; у ході скрап-рудного процесу завантажують розплавлений чавун (55-75%), додають руду (12-20%) і скрап. Найчастіше застосовують скрап-рудний процес. Сталь варять у ваннах, викладених магнезитовою або доломітовою цеглою.

Технологічний процес варіння сталі в мартенівській печі з використанням скрап-рудного процесу складається з таких операцій: заправлення черені вогнетривами, завантаження та прогрівання твердих складових шихти, заливання розплавленого чавуну, розплавлення шихти, кипіння розплаву, розкислення та випускання готової сталі.

Завантажують шихту за допомогою спеціальних машин. Спочатку завантажують частину скрапу, потім сиплять до нього вапняк і залізну руду. Після прогрівання додають решту скрапу та нагрівають до температури плавлення чавуну.

Заливають розплавлений чавун з ковша по спеціально встановленому жолобу.

Кипіння розплаву - це важливий момент варіння сталі. Із розплаву виділяється СО у вигляді бульбашок. При цьому розплав перемішується, вирівнюється його температура та хімічний склад. Після досягнення в розплаві потрібного вмісту вуглецю приступають до останньої операції технологічного процесу варіння сталі - розкислення. Для цього до розплаву додають визначену (розраховану) кількість феросплавів (FеМn і FеSі), унаслідок взаємодії їх із киснем зменшується вміст оксиду заліза (FеО) в розплаві. Після розкислення беруть контрольну пробу розплавленої сталі та шлаку на аналіз, відкривають льотку і по жолобу випускають сталь у ківш.

2.      Двованна піч. Принцип роботи двованної печі такий: коли в правій ванні шихта нагрівається та плавиться, що потребує найбільшої витрати теплоти, то в лівій розплав через фурми продувають киснем.

Для плавлення шихти використовують газове паливо, яке подають до газових пальників. Під час взаємодії кисню з вуглецем, який міститься в розплаві, утворюється СО, який спрямовують до правої ванни, де він догоряє над шихтою, що сприяє її швидкому нагріванню. Після закінчення варіння сталь з лівої ванни виливають, ванну завантажують твердою шихтою, а до правої ванни тим часом заливають чавун, який починають продувати киснем. Змінюють напрям руху пічних газів, спрямовуючи їх на шихту в лівій ванні. І так почергово.

Двованні печі порівняно з однованними мають такі переваги: простота конструкції, зменшення витрат палива в 4-6 разів; у 2 рази більша продуктивність. Відповідно собівартість сталі буде меншою.

Електричні печі. В електричних печах легко регулюється нагрівання шихти зміною сили струму; можна створити над розплавом певну атмосферу: окисну, нейтральну або вакуум; розплавлена шихта нагрівається до вищої температури, а це дає можливість легувати сталі важкоплавкими металами (W, Mо, NЬ та ін.); менше вигоряє заліза; отримана сталь значно якісніша, оскільки містить менше домішок (фосфору, сірки, азоту), неметалевих включень. Для варіння сталі використовують дугові та індукційні печі.

1. Дугова електрична піч. Дугова піч виготовлена у формі циліндра з плоским дном. Ззовні вона окутана сталлю, усередині викладена вогнетривкою динасовою або хромомагнезитовою цеглою. Склепіння печі має три отвори для електродів, які виготовляють із вуглецю або графіту. Діаметр електродів становить 400-500 мм, а довжина сягає до 2 м. Число електродів відповідає числу фаз електричного струму. У стіні корпуса печі є вікно для завантаження в піч розкислювачів, зливання шлаку, взяття проб металу та шлаку на аналіз. На час роботи печі вікно закривають. Готову сталь виливають через випускний отвір, який має заливний жолоб. Для цього піч нахиляють у бік зливного жолоба.

Для завантаження у піч шихти (скрап, чавун, розкислювачі, легуючі елементи) склепіння піднімають або відсувають вбік. Нагрівають і розплавляють шихту теплотою, яка виділяється під час горіння електричних дуг, що утворюються між електродами та шихтою. У процесі варіння сталі електроди згоряють, їх замінюють новими. Піднімають і опускають електроди за допомогою спеціального механізму. Довжини дуг регулюються автоматично.

Об'єм електричних печей 2,5-200 т, тривалість варіння сталі, що залежить від об'єму печі та марки сталі, становить 2-6 годин.

Технологія варіння сталі в дуговій електричній печі складається з таких операцій:

-        заправлення черені;

-        завантаження шихти;

-        опускання електродів;

-        розплавлення шихти та окиснення домішок;

-        зливання шлаку;

-        кипіння розплаву;

-        розкислення розплаву;

-        випускання готової сталі.

2. Індукційна піч. Цей сталеварний агрегат складається з вогнетривкого керамічного тигля  та індуктора, приєднаного до генератора високочастотного струму. Індуктор виготовлений із мідної трубки у вигляді багатовиткової спіралі. Для охолодження індуктора використовують воду, яка циркулює всередині трубки-індуктора. Тигель накривають накривкою, що дає можливість створити в печі окислювальну, відновлювальну або нейтральну атмосферу.

Шихтою для виробництва сталі є чистий (з малою кількістю домішок фосфору і сірки) та приблизно однаковий за хімічним складом скрап. Під дією індукційного струму в шихті виникають вихрові струми, які призводять до її розплавлення. Наприкінці процесу сталеваріння до розплаву додають розкислювачі та легуючі елементи. Готову сталь виливають жолобом у ковші та подають на розливання або у ливарні цехи для виготовлення відливків.

Об'єм тиглів індукційних печей не перевищує 30 т. У цих печах варять багатолеговані сталі та сплави особливого призначення. Отримані сталі мають малий вміст вуглецю (у дугових електричних печах не можна виплавити сталь із малим вмістом вуглецю, оскільки вугільні електроди є джерелом навуглецьовуння розплаву). Крім того, ці сталі (їх називають індукційними) дуже якісні: вони мають малий вміст азоту та неметалевих включень.

Основні недоліки індукційних печей - малий об'єм тиглів, невеликий термін їх використання (в одному тиглі можна варити сталь до сто раз), велика вартість електричного обладнання тощо.

 

4