Исследование и разработка нового способа получения низко- и среднелегированных сталей с пониженным содержанием азота - Дипломная работа

В настоящий период времени металлургия сделала большой шаг вперед, и так же вместе с ней возросли требования различных отраслей на качество производимого металла. В текущее время на ряде металлургических предприятий в многотонных печах производят сталь с исходной долей азота не более 0,008%. В настоящей работе произведен анализ металлургических исследований с целью выявления влияния азота на свойства стали и на основе физико-химических исследований, использования последних достижений металлургической науки предложена технология комплексного воздействия на металлический расплав в электросталеплавильных агрегатах с целью получения в стали более низкого содержания [N] менее 0,008 %. Возможность успешного выполнения проекта базируется на достаточно плодотворных наработках, сделанных в последние 10-15 лет и широко представленных в многочисленных публикациях в отечественных и зарубежных периодических изданиях, а также трудах международных конференций.В зависимости от массы жидкого сплава в ковше снижение температуры стали при таком расходе аргона составляет 2,5-4,5 °С/мин (без продувки сталь в ковше охлаждается со скоростью 0,5-1,0 °С/мин).Тепло при продувке дополнительно затрачивается на нагрев инертного газа и излучение активно перемешиваемыми поверхностями сплава и шлака. Продувка с расходом газа до 0,5 м3/т стали достаточна для усреднения химического состава и температуры металла; сталь продутая с интенсивностью до 1,0 м3/т имеет пониженное содержание неметаллических включений, для эффективной дегазации необходим расход инертного газа 2^3 м3/т металла. Если при этом ковш, в котором осуществляется такая обработка, накрыт крышкой, то наличие в пространстве между крышкой и поверхностью шлака атмосферы инертного газа предохраняет сталь от окисления, а снижение потерь тепла позволяет увеличить продолжительность контакта металла с жидким шлаком. Сталь и ее обработка кислородом и вакуумом - для интенсификации металлургического процесса обезуглероживания стали вакуумные установки в ряде случаев дополняют устройствами для одновременной продувки металла кислородом. На некоторых установках крышка снимается краном или откатывается в сторону по рельсам, рубежом имеются установки, где применяют прямоугольные камеры, в которые ковш с металлом вкатывают на тележке через боковые двери.

В настоящий период времени металлургия сделала большой шаг вперед, и так же вместе с ней возросли требования различных отраслей на качество производимого металла. Как известно негативное влияние различных газов на механические свойства металла неоспоримо.

В текущее время на ряде металлургических предприятий в многотонных печах производят сталь с исходной долей азота не более 0,008%. Столь низкое содержание нитрида обуславливается необходимостью получения высококачественных сталей не подвергаемых

В настоящей работе произведен анализ металлургических исследований с целью выявления влияния азота на свойства стали и на основе физико-химических исследований, использования последних достижений металлургической науки предложена технология комплексного воздействия на металлический расплав в электросталеплавильных агрегатах с целью получения в стали более низкого содержания [N] менее 0,008 %.

Возможность успешного выполнения проекта базируется на достаточно плодотворных наработках, сделанных в последние 10-15 лет и широко представленных в многочисленных публикациях в отечественных и зарубежных периодических изданиях, а также трудах международных конференций.

Актуальность дипломной работы заключается в поиске способов повышения уровня дегазации металла при внепечной обработке.

Целью дипломной работы является исследование различных способов получения низко- и среднелегированных сталей с пониженным содержанием азота.

Задачами дипломной работы является разработка нового способа получения низко- и среднелегированных сталей с пониженным содержанием азота.

Объектом дипломного исследования являются внепечные агрегаты обработки стали.

Научная новизна. На основании проведенного теоретического анализа предлагается использовать комплексное использование методов внепечной обработки для дегазации сталей.

Использование методик внепечной обработки значительно увеличит степень дегазации металлов и, соответственно качество оных. Представленные в данном тексте способы наглядно показывают, что качество исходного продукта обеспечивается благодаря их (способов) правильному и своевременному использованию.

3. Способы повышения качества металлопродукции - металл и его продувка инертными газами.

3.1 Металл и его продувка инертными газами - аргон

Продувка инертным газом - процесс необходимый для повышения качества металлопродукции и металлопроката. В металлургии получило промышленное распространение производство дешевого аргона в больших количествах (как сопутствующего продукта при производстве кислорода, как известно, в воздухе ~ 1 % Ar).

На кислородных станциях аргон выделяют при ректификации жидкого воздуха. Если металлургический завод имеет мощную кислородную станцию, то объем попутно получающегося аргона достаточен для того, чтобы обработать всю производимую сталь и тем самым повысить качество всего сортамента металлопродукции. В тех странах, где имеются запасы гелия, сталь продувают гелием.

Сталь не содержащая нитридообразующих элементов (хрома, титана, ванадия и т.п.), часто продувается азотом, т.к. при 1550-1600 °С процесс растворения азота в жидком железе не получает заметного развития. Расход инертного газа составляет обычно 0,1-3,0 м3/т стали. В зависимости от массы жидкого сплава в ковше снижение температуры стали при таком расходе аргона составляет 2,5-4,5 °С/мин (без продувки сталь в ковше охлаждается со скоростью 0,5-1,0 °С/мин).Тепло при продувке дополнительно затрачивается на нагрев инертного газа и излучение активно перемешиваемыми поверхностями сплава и шлака. Большая часть тепловых потерь связана с увеличением теплового излучения, поэтому такой прием, как накрывание ковша крышкой при продувке инертными газами позволяет заметно уменьшить потери тепла; при этом обнажающаяся при продувке сталь, имеет меньшую степень окисления. Простым и надежным способом подачи газа является использование так называемого ложного стопора (рис. 4). Продувочные устройства типа ложного стопора безопасны в эксплуатации, так как в схему футеровки ковша не нужно вносить никаких изменений, но они обладают малой стойкостью. В результате интенсивного движения металлогазовой взвеси вдоль стопора составляющие его огнеупоры быстро размываются.

Рисунок 4. Фурма в виде "ложного стопора" для вдувания порошкообразных реагентов в сталь

1 - вставка с каналами для прохода газов; 2 - огнеупорный корпус; 3 - гнездовой кирпич

Рисунок 5. Конструкция пористой пробки (вставки) для продувки стали аргоном

Большое распространение получил способ продувки стали инертными газами через устанавливаемые в днище ковша пористые огнеупорные вставки или пробки (рис. 5); в тех случаях, когда продувку инертными газами проводят одновременно через несколько пробок (вставок), эффективность воздействия инертного газа на сталь существенно увеличивается. Продувка с расходом газа до 0,5 м3/т стали достаточна для усреднения химического состава и температуры металла; сталь продутая с интенсивностью до 1,0 м3/т имеет пониженное содержание неметаллических включений, для эффективной дегазации необходим расход инертного газа 2^3 м3/т металла.

1 - ковш с металлом; 2 - крышка ковша; 3 - устройство для загрузки ферросплавов; 4 - отверстие для отбора проб; 5 - синтетический шлак; 6 - шиберный затвор; 7 - пористая пробка для введения в сталь аргона

Рисунок 6. Схема САВ-процесса

Во многих случаях продувку инертным газом проводят одновременно с обработкой металла вакуумом. В этом случае расход инертного газа может быть существенно уменьшен. Совмещение продувки инертным газом обработкой шлаком способствует повышению эффективности использования шлаковых смесей, так как интенсивное перемешивание при продувке увеличивает продолжительность и поверхность контакта сталь-шлак. Если при этом ковш, в котором осуществляется такая обработка, накрыт крышкой, то наличие в пространстве между крышкой и поверхностью шлака атмосферы инертного газа предохраняет сталь от окисления, а снижение потерь тепла позволяет увеличить продолжительность контакта металла с жидким шлаком. На этом принципе основана разработанная на одном из металлургических заводов Японии технология так называемого САВ-процесса (от слов Capped-Argon-Bubbling) (рис. 6 слева); данная технология предусматривает наличие на поверхности сплава в ковше синтетического шлака заданного состава.

В тех случаях, когда из плавильного агрегата в ковш попадает в месте со сталью какое-то количество конечного окисленного шлака (например, при выпуске плавки из конвертера), используют метод, названный металлургами Японии SAB-процессом (рис. 6 справа).

Введение в сталь добавок в нейтральной атмосфере и хорошее их усвоение при перемешивании металла инертным газом обеспечивается в несколько усложненном способе защиты зоны продувки, названном CAS-процессом.

По этому способу в ковш сверху вводят огнеупорный колпак, закрытый снизу расплавляющимся металлическим конусом, таким образом, чтобы внутрь этого колпака не попал шлак; затем снизу под колпак подают аргон.

В результате продувки интертными газами сталь получается более высококачественной, из которой можно изготавливать металлоконструкции ответственного назначения: высококачественные профильные трубы, швелера, уголки стальные, балки двутавровые, лист стальной, арматурный прокат (т.е. арматура), профнастил и другой металлопрокат.

4. Использование вакуума в металлургии

4.1 Обработка металла вакуумом и кислородом в металлургии

Сталь и ее обработка кислородом и вакуумом - для интенсификации металлургического процесса обезуглероживания стали вакуумные установки в ряде случаев дополняют устройствами для одновременной продувки металла кислородом.

За рубежом распространено обозначение процесса VOD (Vacuum-Oxygen-Decarburisation) - вакуум, кислород, обезуглероживание (рис. 1). Применительно к установкам циркуляционного вакуумирования стали процесс обезуглероживания ускоряется при введении кислорода для продувки или обдувки сплава непосредственно в камере циркуляции. Процесс (рис. 190) получил название RH-OB (RH Oxygen - Blow).

1 - шлюзовое устройство для ввода в вакуумную камеру легирующих добавок; 2 - смотровое стекло с ротором; 3 - кислородная фурма в положении обработки; 4 - водоохлаждаемый экран для зашиты от выплесков; 5 - стационарный теплозащитный экран; 6 - крышка ковша; 7 - сталеразливочный ковш; 8 - вакуумная камера; 9 - пористый блок для продувки инертными газами; 10 - шиберный затвор ковша

Рисунок 7 слева - установка вакуум-кислородного обезуглероживания (VOD-процесс)

1 - промышленная камера; 2 - подключение вакуума; 3 - камера RH-OB; 4 - подогрев камеры; 5 - кислородные и аргонные сопла; 6 - патрубок для подвода транспортирующего газа; 7 - шлюзовое устройство для ввода в вакуумную камеру (в кот. содержится жидкая сталь) легирующих добавок; 8 - лотковый дозатор в вакуумплотном кожухе; 9 - погружные трубы; 10 - сталеразливочный ковш

Рисунок 7 справа - установка RH-OB

По-иному проблема сочетания конвертера с вакуумной установкой решена, когда сталь проходит вакуумно-кислородное обезуглероживание в конвертере; процесс назван VODK. Заново отфутерованный конвертер имеет объем 28 м3. Конвертер (рис. 191) оборудован вакуумплотной крышкой, через вакуумное уплотнение которой вводится кислородная фурма. В днище конвертера проходит асимметрично сопло для подачи аргона в сталь с целью дополнительного перемешивания.

Вакуумпровод от конвертера вмонтирован непосредственно в камеру внепечного вакуумирования. После заливки полупродукта (нерафинированной стали) наводят шлак (присадками извести и плавикового шпата). Во все периоды плавки через подовую фурму подают аргон. Окисление углерода в этом случае протекает так же, как при вакуум-кислородной продувке стали. Подачу кислорода прекращают при концентрации углерода ~ 0,2 %, затем понижают давление до 665 Па.

1 - шлюзовое устройство для ввода в вакуумную камеру легирующих добавок; 2 - подключение вакуума; 3 - вакуумная фурма для замера температуры и отбора проб стали; 4 - кислородная фурма в положении обработки стали вакуумом; 5 - конвертер; 6 - поддерживающее и направляющее устройство кислородной фурмы; 7 - тележка кислородной фурмы; 8 - ввод инертных газов

Рисунок 8 - Вакуумно-кислородный конвертер (VODC-процесс)

Кислород, необходимый для окисления углерода, поступает в первую очередь из шлака. Сталь теряет температуру в этот период примерно на 60 °С. В конце плавки присадкой ферросилиция осуществляется восстановление из шлака хрома и марганца, присаживается известь, плавиковый шпат и корректирующие присадки. Перед окончанием плавки шлак скачивают и сталь выпускают в ковш, после чего начинается производство металлопродукции: швеллеров, стальных уголков, листового металла, бесшовных труб, гнутых профилей и прочих простого и фасонного металлопроката.

4.2 Внепечное вакуумирование стали

Вакуумирование стали, выплавленной в обычных сталеплавильных агрегатах - конвертерах, мартеновских или электрических печах, является наиболее массовым методом обработки вакуумом.

Такая обработка, применявшаяся вначале главным образом для снижения поражения стали флокеночувствительных марок флокенами вследствие удаления водорода, а в последнее время в связи с усовершенствованием конструкций установок, методов вакуумирования и технологии плавки, получила распространение, так как позволила уменьшать содержание в металле и других газов (кислорода и отчасти азота). Это значительно расширило сортамент и способствовало увеличению объема обрабатываемой стали. В настоящее время нет другого такого универсального и производительного метода борьбы с содержанием вредных газов в стали, как внепечное вакуумирование стали.

Основанием для широкого внедрения вакуумной обработки при массовом производстве стали послужили положительные результаты, полученные в середине пятидесятых годов в СССР и ФРГ. В дальнейшем внепечное вакуумирование получило распространение и в других странах с развитой металлургией - США, Японии, Англии, Швеции и др.

К началу семидесятых годов в мире работало уже примерно 300 установок, и ежегодно в эксплуатацию вводилось еще 10-15 новых.

Существует много различных способов вакуумирования, и их число постоянно увеличивается. Некоторые из предложенных вариантов вакуумирования еще не применяют, а часть из них представляется даже в известной степени нереальным. Однако тот факт, что предлагаются все новые варианты, свидетельствует о значительном интересе к этому методу повышения качества стали, а также о том, что, по-видимому, не создан оптимальный вариант вакуумирования, одинаково пригодный для всех условий.

Многообразие методов внепечного вакуумирования вызывает необходимость их классификации, в основу которой должны быть положены принципиальные отличия процесса такой обработки стали, характерные для данного метода. Исходя из этого, основные способы, получившие промышленное применение, можно разделить на три группы: -вакуумирование всей плавки в течение всего времени обработки;

-обработка непрерывно в струе при протекании металла через вакуумную камеру;

-обработка стали отдельными порциями вне ковша в специальной камере.

При оценке того или иного метода необходимо также обращать внимание на два важнейших обстоятельства: перемешивание и подогрев ванны. Перемешивание ванны при вакуумировании больших порций металла, способствующее повышению эффективности дегазации, можно осуществлять: -механическим устройством;

-индукционным устройством;

-вдуванием инертного раза.

Подогрев металла необходим для компенсации тепловых потерь, а при вакуумировании и для получения необходимого перегрева по сравнению с температурой ликвидуса, которая может возрасти вследствие уменьшения при вакуумировании содержания углерода. Необходимая для нормальной разливки температура металла обеспечивается: -заблаговременным перегревом его в плавильном агрегате, перед процессом обработки;

-подогревом металла при обработке электрической дугой;

-подогревом при вакуумировании в электромагнитном поле, создаваемом индуктором высокой или низкой частоты.

4.3 Вакуумирование стали в ковше

Наиболее простым вариантом внепечного вакуумирования стали является одновременная обработка всей плавки вакуумом в ковше, осуществленная впервые в 1953 г. на Енакиевском металлургическом заводе. Для обработки ковш с металлом, выпущенным вместе со шлаком, устанавливаются в камере, накрываемой крышкой (рис. 9, а). С понижением общего давления в вакуумной камере начинается процесс дегазации стали, сопровождающейся перемешиванием металла и шлака выделяющимися пузырями газа.

Камера для вакуумирования представляет собой стальной цилиндр, устанавливаемый в бетонированном приямке в разливочном пролете. Сверху камера закрывается крышкой, укрепленной на петлях и поднимаемой при помощи лебедки. На некоторых установках крышка снимается краном или откатывается в сторону по рельсам, рубежом имеются установки, где применяют прямоугольные камеры, в которые ковш с металлом вкатывают на тележке через боковые двери.

а - с выдержкой ковша с металлом в камере; б - с электромагнитным перемешиванием металла, в - с продувкой газами, г - обработка по методу ASEA-SKF

Рисунок. 9. Схематическое изображение вариантов вакуумирования стали в ковше

До последнего времени на установках внепечного вакуумирования широко использовались механические, преимущественно многопластинчатые, насосы. Однако они при сравнительно большой производительности позволяют снижать давление только до 1,33-2,0 КПА (до 10-15 мм рт. ст.). При последовательном их соединении предельный вакуум достигает 0,533-0,660 КПА (4-5 мм рт. ст.), но резко уменьшается суммарная скорость откачки.

Насосы с масляным уплотнением чувствительны к наличию в откачиваемых газах пыли, которая в больших количествах выносится из вакуумных камер. Поэтому в системах с такими насосами необходимо устанавливать фильтры, быстро забивающиеся пылью и резко уменьшающие эффективную пропускную способность вакуумной системы.

Наиболее целесообразно в установках внепечного вакуумирования использовать пароводяные эжекторные насосы. Эти насосы наименее чувствительны к наличию в газах пыли и производительность их исчисляется десятками тысяч кубических метров в минуту даже при остаточном давлении 13,33-6,66 Па (0,1-0,05 мм. рт. ст.). Поэтому ряд установок на отечественных заводах, ранее работавших на механических насосах, оборудуют теперь пароэжекторными насосами.

Экспериментально установлено, что при вакуумировании стали в ковше раскисленной легированной электростали ни кислород, ни азот из металла не удаляются. Весь эффект вакуумирования сводится к незначительному снижению содержания водорода, причем эффективность обработки уменьшается с увеличением массы плавки.

Вакуумирование в ковше нераскисленной стали характеризуется бурным взаимодействием растворенного в металле углерода с кислородом металла и шлака и вскипанием металла и шлака. Поэтому при обработке нераскисленной стали необходимо в ковше обеспечивать свободный объем при его высоте, составляющей примерно 1 м.

В результате углеродного раскисления в вакууме кипящей стали в ковшах малого объема удается получать спокойный металл без дополнительного раскисления. Например, после вакуумной обработки 10-т мартеновских плавок низкоуглеродистой стали в течение 8-10 мин при давлении 66,6-400 Па (0,5-3,0 мм рт. ст.) содержание углерода снижалось на 0,02-0,09%, кислорода с 0,018-0,043 до 0,002-0,009%, закиси железа в шлаке с 8,5-16,6% до 2,2-8,3%. Выделяющаяся при обработке окись углерода перемешивает металл и способствует удалению водорода и азота, однако эффективность вакуумирования в ковше и нераскисленной стали уменьшается с увеличением массы металла, так как значительное ферростатическое давление затрудняет образование пузырьков окиси углерода в нижних горизонтах ковша большой емкости и нижние слои металла обработке вакуумом по существу не подвергаются. Так, уже при обработке плавки массой 60 т достигается очень незначительный эффект, а вакуумирование плавок массой 80-100 т становится нецелесообразным.

Повысить эффективность внепечного вакуумирования стали в ковше позволяет принудительное перемешивание металла. При принудительном перемешивании степень дегазации, одинаковая со степенью дегазации верхних слоев металла при вакуумировании без перемешивания, может быть достигнута в объеме всего ковша любой емкости. Перемешивание позволяет обрабатывать нераскисленную сталь с введением раскислителей и легирующих добавок после обработки, что способствует получению стали, менее загрязненной продуктами раскисления.

Для интенсификации вакуумирования стали в ковше наиболее широкое распространение получили электромагнитное перемешивание (рис. 9, б) и продувка металла газами (рис. 9, в). Обработку с электромагнитным перемешиванием металла в ковше успешно применяют для дегазации плавок массой 70-180 т. Но для осуществления этого варианта вакуумирования необходимо специальное оборудование - сталеразливочные ковши специальной конструкции, источники питания низкой частоты, индукторы и другое оборудование.

В значительно более широких масштабах применяют перемешивание металла продувкой газами. Для этого в обычном сталеразливочном ковше предусматривают устройство для ввода газа в металл: ложный стопор с газопроницаемыми элементами, пористые или с прошитыми каналами огнеупорные пробки, пористые блоки и т. п.

В отличие от электромагнитного перемешивания продувка металла оказывает дополнительное дегазирующее действие. Вначале для этих целей металл продували только инертными газами, однако в последнее время наряду с аргоном применяют также азот, окись и двуокись углерода и даже сухой воздух. Это позволяет значительно снизить стоимость затрат на обработку без заметного снижения ее эффективности.

Предложены и другие способы перемешивания стали в ковше: -вибрация;

-перемешивание при помощи механических мешалок типа пропеллера и некоторые другие способы.

Однако они пока не нашли широкого применения вследствие недостаточной эффективности (вибрация) или изза сложности устройств (мешалки). Крупный недостаток способов вакуумирования стали в ковше; заключается в значительных потерях тепла (рис. 10). Дефицит тепла увеличивается также вследствие повышения температуры ликвидуса при обезуглероживании. Поэтому вакуумирование в ковше с перемешиванием металла целесообразно применять для обработки высоко- и среднеуглеродистых сталей в ковшах большой емкости.

1 - обработка в ковше, 2 - обработка по методу ДН

Рисунок. 10. Потери тепла при вакуумировании

Но даже в том случае металл в печи необходимо перегревать на 50-70° С, что плохо сказывается на производительности агрегата и уменьшает стойкость футеровки.

Делаются попытки компенсировать потери тепла при вакуумировании подогревом металла в ковше. Так, шведской компанией электричества (ASEA) и компанией шведских шарикоподшипниковых предприятий (SKF) разработан способ вакуумирования жидкой стали в ковше с подогревом электрическими дугами (см. рис. 9, г).

После расплавления металла и скачивания шлака в электропечи плавку выпускают в подогретый ковш, который устанавливают затем в индуктор для перемешивания и вакуумирования в течение 10 - 15 мин. По окончании вакуумирования и легирования снимают крышку и на ковш устанавливают свод, подобный своду обычной дуговой печи, включают ток и продолжают рафинирование плавки.

Таким образом, принцип действия этой установки позволяет перенести все операции по рафинированию стали в ковш. Сталеплавильная печь в этом случае используется только для расплавления шихты и удаления из металла фосфора. Это обеспечивает значительное возрастание производительности электропечи и увеличение срока службы ее футеровки, но соответственно усложняет работу футеровки ковша.

Несмотря на сложность и сравнительно высокую стоимость оборудования, этот способ благодаря большим потенциальным возможностям рафинирования и гибкости технологического процесса получил распространение не только в Швеции, но и в Японии, США, Англии, Италии и ряде других стран. В 1972 г. на зарубежных заводах насчитывалось свыше 20 установок, работающих методом ASEA-SKF, в которых исходный полупродукт выплавляют не только в электропечах, но и в кислородных конвертерах, и по способу Калдо.

4.4 Вакуумирование стали в струе

Разработка способов струйной дегазации была вызвана необходимостью устранить поражение крупных поковок легированной стали флокенами, так как специальная противофлокенная термообработка заготовок для крупных деталей массой 50-300 т не гарантировала отсутствие в них этих дефектов. С целью уменьшения содержания в жидкой стали водорода в германии был предложен способ обработки металла вакуумом в струе при наполнении изложницы или формы (рис. 11, а).

При попадании струи металла в объем вакуумной камеры она разрывается выделяющимися газами на множество капель. Развитая поверхность контакта металла с атмосферой и отсутствие в струе ферростатического давления обеспечивают более глубокую дегазацию, чем при выдержке металла в ковше. При вакуумировании струи водорода удаляется примерно в 2 раза больше, чем в случае вакуумирования металла в ковше.

Благодаря высокой эффективности и сравнительной простоте осуществления способ струйной дегазации быстро распространился на заводах тяжелого машиностроения главным образом в качестве метода получения крупных слитков флокеночувствительной стали. Установки струйной дегазации позволяют отливать слитки массой 300 т, необходимые для изготовления роторов турбин и генераторов, коленчатых и гребных валов для судостроения и ряда других крупногабаритных изделий.

a - при отливке крупных слитков, б - перелив из ковша в ковш, в - двухступенчатое вакуумирование, г - многостадийное вакуумирование с подогревом

Рисунок. 11 Схематическое изображение различных вариантов струйной дегазации в вакууме р = 4,6 КПА (35 мм. рт ст ), - р - 2,0 КПА (15 мм. рт. ст. ), р = 0,2-1,6 КПА (1,6 - 1,2 мм. рт. ст. )

Рисунок. 12. Удаление водорода при дегазации струи металла при различном остаточном давлении и разной высоте падения струи

Хорошие результаты, полученные при отливке в вакууме крупных слитков, способствовали распространению этого метода дегазации и в производстве сравнительно мелких слитков, предназначенных для металлургического передела. Появился второй вариант струйной дегазации-переливом из ковша в ковш (рис. 11, б). В этом случае в вакуумную камеру устанавливают второй сталеразливочный ковш, из которого металл после вакуумирования разливают по изложницам или на установках непрерывной и полунепрерывной разливки.

Как и при вакуумировании в ковше, эффективность струйной дегазации проявляется наиболее полно при обработке нераскисленной стали (рис. 3). В этом случае дегазация обнаруживается уже при давлении 10 КПА (0,1 ат), а при остаточном давлении 0,267-0,933 КПА (2-7 мм рт. ст.) содержание водорода уменьшается на 70-80%, кислорода-на 50-60%, азота - до 25%.

Рисунок. 13 Удаление кислорода при дегазации переливом раскисленной (X), полураскисленной (О) и нераскисленной (•) стали

Применение способа вакуумирования стали переливом из ковша в ковш ограничивается необходимостью использования второго сталеразливочного ковша и связанными с этим значительными тепловыми потерями, что требует очень существенного перегрева металла в печи.

В последние годы получает распространение метод вакуумной обработки струи во время выпуска стали из печи в ковш. В представленной на рис. 3 установке Челябинского металлургического завода для вакуумирования струи металла при сливе из электропечи роль вакуумной камеры выполняет герметизированный сталеразливочный ковш, накрытый крышкой со встроенной промежуточной емкостью. Сталь из печи через промежуточную емкость и бесстопорное переливное отверстие поступает в вакуумированное пространство ковша, где подвергается струйной дегазации. Система, состоящая из стационарного и подвижного вакуумпроводов, позволяет проводить вакуумную обработку стали, выплавленной в любой печи цеха.

Установки подобного типа, но отличающиеся конструктивным исполнением, работают также на заводах Германии, США, Франции, Чехии и других стран.

Вакуумирование струи при сливе плавки из плавильного агрегата сокращает продолжительность обработки и значительно уменьшает потери тепла по сравнению с обработкой при переливе. Тем не менее и в этом случае происходят заметные тепловые потери на нагрев промежуточной емкости, что требует предварительного перегрева металла в печи на 25-30° С.

Кроме рассмотренных вариантов вакуумирования металла в струе, известно применение более сложных вариантов, например двойного вакуумирования (см. рис. 11, в), трехстадийной вакуумной обработки с подогревом (см. рис. 11, г) и др. Разработка таких сложных вариантов вызвана тем, что при входе в вакуумную камеру струя разрывается, принимая форму конуса с углом при вершине 90-120°. При отливке в вакууме слитков часть металла не попадает в изложницу, а часть брызг намораживается на стенки изложницы, в результате чего образуется неудовлетворительная поверхность слитка.

В установках с многостадийным вакуумированием струи основное количество газов из металла выделяется на первых стадиях и в изложницу металл поступает более плотной струей. Дополнительные потери тепла на нагрев промежуточных емкостей можно компенсировать, например подогревом металла в индукционной печи, как показано на рис. 11, г. Однако ввиду сложности такие установки широкого распространения не получили.

Практика эксплуатации установок вакуумирования металла в струе показала высокую эффективность струйной дегазации. Об этом, в частности, может свидетельствовать и то обстоятельство, что, несмотря на многообразие применяемых методом вакуумирования, примерно половина всех установок внепечного вакуумирования работает по методу струйной дегазации.

5. Охрана труда

5.1 Выписка из трудового кодекса РК

Основным Законом Республики Казахстан, устанавливающим правовые основы в области охраны труда, является принятый в мае 2007 года Трудовой кодекс Республики Казахстан (Астана, Акорда, 15 мая 2007 года № 251-III) (далее - ТК РК), который вступил в действие с 1 июня 2007 года. С его введением в действие утратили силу Законы РК «О труде в Республике Казахстан», «О коллективных договорах», «О социальном партнерстве в Республике Казахстан» и «О безопасности и охране труда». ТК РК за счет включения в него норм утративших силу законодательных актов стал более значительным по объему, содержит 40 глав, включающих в себя 341 статью (в старом Законе о труде было всего 12 глав из 109 статей), и содержит значительное количество новаций, из которых в специальных главах и статьях получили довольно четкую регламентацию следующие: - принципы трудового законодательства;

- компетенция всех государственных органов в области регулирования трудовых отношений;

- основания возникновения трудовых отношений;

- основные права и обязанности работника и работодателя;

- порядок заключения, прекращения и расторжения трудового договора (ранее он именовался индивидуальным трудовым договором);

- защита персональных данных работника;

- режим рабочего времени и нормирование труда;

- оплата труда;

- профессиональная подготовка, переподготовка и повышение квалификации;

- гарантии и компенсационные выплаты;

- рассмотрение индивидуальных трудовых споров;

- особенности регулирования труда женщин и иных лиц с семейными обязанностями;

- особенности регулирования труда работников, работающих по совместительству, надомных работников, инвалидов и гражданских служащих;

- особенности регулирования труда работников субъектов малого предпринимательства (со среднегодовой численностью работников не более 25 человек), руководителей и членов коллегиальных исполнительных органов юридических лиц, а также иных категорий работников;

- социальное партнерство и коллективные отношения в сфере труда;

- порядок рассмотрения индивидуальных и коллективных трудовых споров;

- вопросы безопасности и охраны труда;

- расследование и учет несчастных случаев и иных повреждений здоровья работников, связанных с трудовой деятельностью;

- государственный и общественный контроль за соблюдением трудового законодательства;

- внутренний контроль по безопасности и охране труда.

Основными принципами трудового законодательства Республики Казахстан являются: - недопустимость ограничения прав человека и гражданина в сфере труда;

- свобода труда;

- запрещение дискриминации, принудительного труда и наихудших форм детского труда;

- обеспечение права на условия труда, отвечающие требованиям безопасности и гигиены;

- приоритет жизни и здоровья работника по отношению к результатам производственной деятельности;

- обеспечение права на справедливое вознаграждение за труд не ниже минимального размера заработной платы;

- обеспечение права на отдых;

- равенство прав и возможностей работников;

- обеспечение права работников и работодателей на объединение для защиты своих прав и интересов;

- социальное партнерство;

- государственное регулирование вопросов безопасности и охраны труда;

- обеспечение права представителей работников осуществлять общественный контроль за соблюдением трудового законодательства Республики Казахстан.

5.2 Общие положения охраны труда

Охрана труда включает систему технических, санитарно-гигиенических и правовых мероприятий, непосредственно направленных на обеспечение безопасных для жизни и здоровья человека условий труда. Охрана здоровья трудящихся, ликвидация профессиональных заболеваний и производственного травматизма являются одной из главных забот государства. На каждом предприятии приняты согласованные с профсоюзными организациями Правила внутреннего трудового распорядка, в которых содержатся нормы по охране труда. Действующая в стране система состоит из общих межотраслевых правил и отраслевых правил по охране труда. Общие правила определяют главные требования по охране труда к устройству и эксплуатации любого промышленного предприятия (например, Санитарные нормы проектирования промышленных предприятии). Помимо профсоюзов (и параллельно с ними) надзор за охраной труда осуществляют государственные органы: -Госгортехнадзор (Государственный надзор за безопасным ведением работ в промышленности), -Государственный энергетический надзор, -Государственный санитарный надзор.

Общий надзор за соблюдением законности в области охраны труда возложен на Прокуратуру. Издаваемые различными органами документы составляют в целом действующую систему стандартов, обеспечивающих безопасность труда. Если порядок обеспечения безопасности проведения работ не определен вышестоящей организацией, нормами и правилами, то соответствующую инструкцию по технике безопасности разрабатывает и вводит в действие само предприятие. Все отступления от правил, норм и стандартов по безопасности труда согласовываются с соответствующими органами надзора при условии гарантированного обеспечения безопасности труда работающих.

Техника безопасности является одним из разделов охраны труда, представляющим собой систему организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов. Организация безопасных условий труда связана с проведением организационных и технических мероприятий, ответственность за их выполнение лежит на инженерно-технических работниках; дополнительный контроль осуществляется профсоюзами. К организационным мероприятиям относятся: инструктаж и обучение поступающих на работу и работающих безопасным и безвредным приемам работы; обучение навыкам пользования защитными средствами; разработка и внедрение регламента труда и отдыха. К техническим мероприятиям относятся: -расчет, проектирование, изготовление и размещение оборудования, обеспечивающие благоприятные и безопасные условия труда;

-организация защиты, предохранительных устройств и ограждений;

-создание системы сигнализации, систем предупредительных знаков;

-создание индивидуальных средств защиты.

При внепечной обработке стали в конвертерном цехе могут происходить выплески и выбросы жидкого металла и шлака из сталеразливочного ковша при его перемещении и внепечной обработке; прорыв металла из ковша при износе его футеровки. Также возможен прорыв постепенно накопляющегося в шлакоплавильной печи металла и синтетического шлака. Вскипание и выплески стали из ковша могут происходить при подаче ферросплавов и твердой шлакообразующей смеси в ковш или при заполнении ковша жидким синтетическим шлаком.

Последствия выплесков и выбросов металла и шлака - ожоги разных степеней вплоть до полного сгорания работников.

При внепечной обработке стали наблюдается выделение пыли из ковша в количестве 4,8 - 6,0 мг/м . Наиболее интенсивно пыль выделяется при раскислении стали, которое совпадает с обработкой ее ТШС. Пыль образуют частички ТШС, испарившиеся частицы оксидов железа и раскислителей мелких фракций и другие компоненты. Выделяющаяся пыль может быть токсичной или нетоксичной. Нетоксичная пыль раздражает кожу, глаза и уши. Чем выше дисперсность пыли, тем легче и быстрее она проникает в организм человека. Задержанию частиц в верхних дыхательных путях способствует гигроскопичность пылевых частиц. Наиболее опасна пыль оксидов раскислителей и легирующих: марганца, ниобия, ванадия и других, которые используются для производства низколегированных (например, трубных) марок сталей.

Последствия вдыхания производственной пыли - это профессиональные заболевания органов дыхания.

При внепечной обработке стали СШ и ТШС и при выплавке СШ имеет место выделение токсичных газов, среди которых наиболее опасен фтороводород HF. При взаимодействии плавикового шпата, входящего в состав ТШС и кремнезема образуется фторид кремния, взаимодействующий с парами воды в воздухе с образованием фтороводорода: 2(CAF2) (Si02) o 2(САО) {SIF4} (5)

{SIF4} 2{H20" o Si02 4{HF". (6)

Содержание пыли и фтороводорода в воздухе на пультах управления конвертерного цеха ОАО «МК «Азовсталь», связанных с внепечной обработкой стали приведено в таблице 1.1 .

Таблица 1 - Содержание пыли и HF в воздухе при различных технологиях внепечной обработки стали в ККЦ.

Место и способ выплавки ПДК (ГО СТ 12.1 005 88) Пульт управления помощника дист- рибуторщика Пульт управления установки доводки стали в ковше

1 2 3 1 2 3

Содержание HF в воздухе, мг/м3 0,5 0,29 0,1 0,32 0,34 0,16 0,24

Содержание пыли в воздухе, мг/м3 6 6,0 4,8 5,9 1,4 3,9 4,6

Последствия нахождения работников в загазованной атмосфере цеха - отклонения в состоянии здоровья, профессиональные заболевания.

Микроклимат характеризуется температурой, влажностью, скоростью движения воздуха, инфракрасным излучением [31].

Графа 1 - Рафинирование стали 09Г2ФБ жидким СШ в количестве 45-50 кг/т; 2 - рафинирование стали 09Г2С жидким СШ в количестве 25-30 кг/т; 3 - рафинирование стали 09Г2С ТШС в количестве 8,8-10,5 кг/т.

На участках, где происходит внепечная обработка стали, наблюдается инфракрасное излучение в количестве 140 Вт/м , что не превышает норм предельно допустимого излучения. Температура воздуха на участке цеха зависит от количества тепла, равного разности между приходом тепла и расходом его через ограждение здания. Приход тепла - это тепло, выделяемое металлом и агрегатами, людьми. Металлургическое оборудование выделяет в основном радиационную и конвективную теплоту. Источники - жидкий металл и шлак. Избытки тепла, превышающие 84 КДЖ/(м -час), представляют собою значительную величину. Влажность воздуха в цехе низкая и составляет летом 10 г/м3, а зимой 8 г/м3. Количество выделенного тепла человеком зависит от деятельности организма, от выполняемой работы. При температуре воздуха выше 36 0С поток тепла будет направлен из окружающей среды к телу. Отдача тепла телом будет зависеть от влажности окружающей среды. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 в холодный период года

1 Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П. и др. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1983. - 584 с.

2 Аверин В.В. Азот в металлах. - М.: Металлургия, 1976. - 114 с.

3 Линчевскнй Б.В. Термодинамика и кинетика взаимодействия газов с жидкими металлами. - М.: Металлургия, 1986.

4 Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е. и др. Элетрометаллургия стали и ферросплавов. - М.: Металлургия, 1984, - 568 с.

5 Кудрин В.А. Теория и технология производства стали - М: Издательство “Мир”, 2003г.

6 Баканов К.П., Бармотин И.П. и др. Рафинирование стали инертным газом. М.: Металлургия, 1975, - 175 с.

7 Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. М.: Металлургия, 1984, - 238 с.

8 Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСИС, 1995, - 256 с.

9 Кочетов А.И., Кац Л.Н., Алеев Р.А. и др. /Рафинирование расплавов от азота при внепечной обработке в условиях ОЭМК //. Электрометаллургия. - 1998, - № 1, - 29-34 с.

10 Морозов А.Н. Внепечное вакуумирование стали. М.: Металлургия, 1975

11 Старов Р.В., Деревянченко И.В., Гальченко А.В., Кучеренко О.Л. / Снижение содержания азота при производстве электропечной стали //. Бюллетень «Черная металлургия», № 9, 2003, 25-31 с.

12 Морозов А.Н. Водород и азот в стали. - М.: Металлургия, 1968.

13 Явойский В. Я. Теория процессов производства стали. - М.: Металлургия, 1967. - 792 с.

14 Humenih M.A., Kingery W.D. / Journal of American Ceramic Society, 1954. №3.

15 Эндерс В.В., Якшук Д.С, Лейнвебер Е.И., Дьяченко Ю.В. / Влияние состава металлошихты на содержание азота в кордовой стали. Сталь. 1998. № 11, - 29-31 с.

16 Киселев А.Д., Тулуевский Ю.Н. Повышение эффективности газоудаления из дуговой сталеплавильной печи. - М.: Металлургия, 1990

17 Справка о содержании азота в стали выплавляемой в ЭСПЦ от 22.12.08.

18 Выплавка стали в ДСП. Технологическая инструкция ТИ - СТ.ЭС - 06-08.Новотроицк 2008.

19 Справка о содержании азота в стали выплавляемой в ЭСПЦ от 22.10.2008.

20 Справка о производстве стали в ДСП №2 от 2.07.2008.

21 Справка о величине прироста массовой доли азота в стали по ходу разливки на МНЛЗ от 20.05.2008

22 ТУ 14-1-5521-2005г., «Прокат толстолистовой для электросварных труб класса прочности К52-К60 диаметром 530-1220мм. повышенной эксплуатационной надежности.

23 Методика расчетов ферросплавов в ЭСПЦ.

24 Обработка стали на установке «ковш-печь». Технологическая инструкция ТИ-СТ.ЭС-09-08.Новотроицк, 2008.

Размещено на Allbest.ur