Разработка технологии выплавки низко- и среднелегированных сталей с пониженным содержанием азота - Дипломная работа

В результате увеличились масштабы производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей; разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возможность получения стали с гарантированно низким содержанием вредных примесей при минимальном развитии ликвации обеспечивает возможность роста промышленного производства без существенного увеличения количества выплавляемой стали.К ним в первую очередь относятся кислород, азот и водород, в значительной степени влияющие на качество стали. Процесс, в результате которого газы оказываются в металле в атомарном, ионном состоянии или в виде химических соединений, в металлургической практике обычно называют процессом растворения газов в металле. Обычно под растворимостью газа принимают его количество, перешедшее в раствор в металле при нормальном парциальном давлении газа. В случае растворения в чистом железе двухатомных газов установлена четкая связь между парциальным давлением р этих газов в атмосфере над расплавом и растворимостью газа в металле: S=Kvp , (1) где S-растворимость газа в металле; На основании данных об изменении растворимости азота в железе (рисунок 1) можно сделать следующие выводы: 1) растворимость азота в ?-и ?-Fe возрастает при повышении температуры;При отсутствии в стали элементов, образующих нитриды при высокой температуре (Ti, Al, Zr, V), после образования ?-Fe начинается выделение азота из раствора в виде включений нитридов железа (Fe2N, Fe4N, Fe8N). Как и выделение нитридов железа, снижение ударной вязкости усиливается при длительном хранении или эксплуатации стальных изделий, достигая минимума через 20-40 суток, поэтому описываемое явление получило название старения. Старение может быть ускорено искусственно, если закаленное железо или сталь подвергнуть холодной пластической деформации, увеличивающей скорость распада твердого раствора и выделения нитридов железа. Присадка в сталь элементов, связывающих азот в нитриды при высоких температурах, устраняет склонность стали к старению. Такими элементами являются следующие: 1) алюминий, образующий нитриды в основном во время затвердевания и в твердом металле до температуры превращения ?-Fe в ?-Fe;3) ферросплавы и различные добавки, вводимые в металл или шлак по ходу плавки и разливки ; Большое количество газов вносит в металл шихта и, несмотря на то, что эти газы в значительной мере удаляются из металла по ходу плавки, на насыщенность шихтовых материалов газами обращают особое внимание.За время плавления в электрических дуговых печах протекают оба процесса: азот поглощается из атмосферы печи плавящимся в зоне дут металлом (преимущественно в начале периода плавления до появления жидкого шлака) и выделяется совместно с окисью углерода, образующейся в результате окислительного воздействия железистого шлака на жидкий металл. Сам факт поглощения азота из атмосферы печи подтверждается благотворным влиянием раннего шлакообразования и уменьшения засоса воздуха в ее рабочее пространство, способствующих снижению содержания азота к концу плавления. Общее количество азота, поглощенного за время плавления, видимо, невелико, так как в противном случае трудно было бы объяснить существование отчетливой зависимости между содержанием азота в шихте и его концентрацией в готовой углеродистой стали или в металле к концу окислительного периода плавки После образования окислительного шлака, растворяющего очень мало азота (0,002-0,008%) , поступление азота в металл из печной атмосферы практически прекращается, поэтому ранее шлакообразование позволяет меньшее содержание азота в металле к началу окислительного периода. Содержание какого-либо газа в металле зависит от парциального давления этого газа в окружающей металл атмосфере.Получению металла с минимальным содержанием азота способствуют следующие мероприятия : 1) использование чистых по азоту шихтовых материалов; 2) предохранение металла от соприкосновения с азотосодержащей атмосферой в зоне очень высоких температур или искуственное охлаждение этой зоны;Отметим, что при плавке на металлическом ломе в конце окислительного периода содержание азота в жидком металле составляет 0,006-0,008%. а в восстановительный период - возрастает вследствие интенсивности поступления его из шлака в металл. Анализ экспериментальных данных по изменению концентрации азота по периодам внепечной обработки показал, что после продувки аргоном на УПА содержание азота в металле составляло в среднем 0,0063-0,0065%. Концентрация азота в металле в процессе обработки на АКОСЕ практически не изменялась и перед отдачей на разливку составляла в среднем 0,0067-0,0069%.В дальнейшем концентрация азота в расплаве до маркировочного анализа возрастала в среднем на 0,0028% и достигала среднего значения 0,0096%. Ранее проведенными исследованиями было показано, что кислород, являясь поверхностно-активным элементом, защищает металл от насыщения азотом. Анализ экспериментальных данных по изменению концентрации азота

Содержание

Введение

1 Аналитический обзор литературы

1.1 Растворимость азота в стали

1.2 Влияние азота на свойства стали

1.3 Источники газов

1.4 Изменение содержания азота по ходу плавки

2 Анализ технологических параметров выплавки стали на различных предприятиях

2.1 Рафинирование расплавов от азота при внепечной обработке в условиях ОЭМК

2.2 Анализ технологии производства стали в ЭСПЦ Молдавского металлургического завода (ММЗ)

3 Содержание азота в стали, выплавленной в ЭСПЦ ОАО «Уральская Сталь»

3.1 Технологическая схема производства

3.2 Анализ существующей технологии производства

3.2 Предлагаемая технология

3.2.1 Общие требования к марке 08ГБФ-У

3.2.2 Технологическая схема производства стали

3.2.3 Выплавка стали в электропечи

3.2.4 Внепечная обработка

3.2.5 Разливка

4 Организация и экономика производства

4.1 Структура управления электросталеплавильного цеха

4.2 Режим работы цеха и баланс рабочего времени

4.3 Штатное расписание

4.4 Экономика производства

4.4.1 Расчет годового производства цеха

4.4.2 Расчет дополнительных капитальных затрат

4.4.3 Расчет производительности труда

4.4.4 Качество продукции и выход годного

4.4.5 Расчет плановой калькуляции себестоимости продукции

4.4.6 Расчет прибыли от реализации продукции

4.4.7 Экономическая эффективность проектных решений

4.4.8 Определение объема безубыточного производства

5 Безопасность жизнедеятельности

5.1 Объемно-планировочные решения зданий и сооружений цеха, расположение цеха на генеральном плане

5.2 Идентификация потенциально опасных и вредных производственных факторов

5.3 Санитарно-технические требования

5.3.1 Требования к микроклимату помещения

5.3.2 Требования к освещению пульта управления

5.4 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

5.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

5.6 Расчет теплозащитного экрана на ДСП

6 Охрана окружающей природной среды

6.1 Экологическая характеристика ОАО «Уральская Сталь»

6.2 Валовые выбросы основных загрязняющих веществ по предприятию

6.3 Экологическая характеристика электросталеплавильного цеха ОАО «Уральская Сталь»

6.4 Расчет платы за выбросы ЭСПЦ за 2005 год

6.5 Влияние на здоровье человека загрязняющих веществ

6.6 Мероприятия по снижению валовых выбросов

6.6.1 Характеристика газоотводящего тракта ДСП

6.6.2 Мероприятия по снижению пылегазовых выбросов

Заключение

Список использованных источников

Настоящий период развития металлургии характеризуется возросшими требованиями новых отраслей техники к качеству многих марок стали. В результате увеличились масштабы производства стали и сплавов, содержащих ничтожно малое количество газов, неметаллических включений и других нежелательных примесей; разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возможность получения стали с гарантированно низким содержанием вредных примесей при минимальном развитии ликвации обеспечивает возможность роста промышленного производства без существенного увеличения количества выплавляемой стали.

В настоящее время на ряде металлургических предприятий в 100 тонных электропечах выплавляют сталь с массовой долей азота не более 0,008%. Обеспечение низкого содержания азота в готовой стали обусловлено необходимостью повышения качества выпускаемой продукции и завоеванием рынка сбыта металлопроката.

Повышение качества электростали актуально и для ОАО «Уральская Сталь» с целью завоевания более прочных позиций на рынке низколегированных сталей.

В настоящей работе проведен анализ металловедческих 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 низкого содержания [N] менее 0,008 % в условиях ЭСПЦ ОАО «Уральская Сталь»

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.

Получению металла с минимальным содержанием азота способствуют следующие мероприятия : 1) использование чистых по азоту шихтовых материалов;

2) предохранение металла от соприкосновения с азотосодержащей атмосферой в зоне очень высоких температур или искуственное охлаждение этой зоны;

3) организация по ходу плавки кипения ванны (удаление азота с пузырьками СО) ;

4) обработка металла вакуумом ;

5) продувка металла инертными газами;

6) связывание азота в прочные нитриды при введении в сталь нитридообразующих элементов (например, алюминия).