Внепечная обработка металлов - Курсовая работа

В дальнейшем углубление теоретических основ, совершенствование контрольно-измерительных средств и промышленного оборудования, использование высококалорийных видов топлива и относительно дешевого газообразного кислорода обеспечили неоправданные темпы наращивания объемов производства металлопродукции. Еще острее стал вопрос о необходимости удовлетворения нужд промышленности за счет повышения качества стали без увеличения объемов ее производства. К этому же развитие современной техники, становление новых ее отраслей, широкое освоение атомной энергии, космоса, Арктики, повышение параметров и ужесточение эксплуатационных режимов работы машин и агрегатов предъявляют все более высокие требования к качеству стали, к стабильности ее служебных свойств. Постоянно растущие требования потребителей металла к его качеству стало невозможно обеспечить при выплавке металла в сталеплавильных агрегатах. Быстрое распространение и широкие масштабы применения внепечной обработки обусловлены следующим: - повышается производительность обслуживающего персонала и оборудования, улучшаются условия труда, и снижается экологическая нагрузка на окружающую среду;Снижение давления над расплавом интенсифицирует протекание тех реакций и процессов, в результате которых увеличивается объем реагентов. К ним относятся процессы, сопровождающиеся увеличением числа молей газообразных компонентов или образованием газообразной фазы из конденсированной. При вакуумировании стали интенсифицируются процессы окисления углерода, выделения растворенных в металле водорода и азота, испарение компонентов расплава, восстановления оксидов углеродом и др.[C] [O] = {CO} сдвигается вправо и содержание кислорода в металле снижается, обеспечивается углеродное раскисление без образования неметаллических включений с одновременным обезуглероживанием металла. Наличие интенсивного периферийного кипения металла при вакуумировании в ковшах подтверждает генерирующую роль пор огнеупоров. Раскипание металла обеспечивает перемешивание ванны и доставку нижних объемов вверх, где при низком гидродинамическом давлении металл дегазируется. К тому же при наличии скоростных потоков в объеме жидкого металла неизбежно образуются полости с пониженным давлением, облегчающие процессы дегазации, а в направленных против гравитационных сил потоках металл "облегчается". Так при окислении 0,1% углерода и выделении 4мл водорода на 100г металла объем образующегося газа превышает объем вакуумируемой стали более чем в 1000 раз.Одним из назначений процесса вакуумирования стали является снижение содержания в ней водорода и азота, которые оказывают существенное влияние на физико-механические свойства металла. Содержащиеся в металле элементы повышают растворимость водорода (неодим, цирконий, церий, торий, лантан, титан, ванадий) или понижают (углерод, кремний, алюминий) в зависимости от силы связи с железом и характера влияния на стабилизацию той или иной кристаллической решетки железа. 1. элементы, образующие прочные нитриды (ванадий, ниобий, лантан, церий, титан, алюминий) повышают растворимость азота в железе, увеличивают растворимость азота также хром, марганец и молибден, не образующие прочных нитридов, но они обладают большим сродством к азоту, чем к железу; 2. снижают растворимость азота в железе углерод, никель, медь и фосфор не образующие нитридов, а также кремний, имеющий большее сродство к железу, чем к азоту. Размеры частиц азота в металле значительно больше, чем водорода, поэтому коэффициент диффузии его на два порядка ниже, чем водорода, кроме того на процессы растворения и удаления азота существенное влияние оказывают поверхностно активные кислород и сера, которые снижают скорость перехода азота через границу раздела фаз.Более низкое содержание неметаллических включений в вакуумированной стали достигается в результате углеродного раскисления, флотации неметаллических включений газовыми пузырями и создания направленных вверх потоков металла, облегчающих ассимиляцию включений покровными шлаками. Упругость диссоциации большинства оксидов легирующих элементов настолько мала, что одно только снижение давления в системе не может привести к уменьшению кислорода в стали. Менее прочные включения типа MNO или Cr2O3 восстанавливаются углеродом в вакууме почти полностью, а металл обогащается восстанавливаемыми элементами.При этом испарение вредных примесей и нежелательных цветных металлов обеспечивает рафинирование металла, а испарение легирующих элементов затрудняет получение стали заданного состава. Возможность и интенсивность испарения определяется давлением пара растворенного элемента і над расплавом: Рі = Рі? ? Хі ? ?і (7) где Рі? - давление пара чистого элемента; Хі и ?і - мольная доля и коэффициент активности элемента в расплаве. Для рафинирования металла дистилляцией важным показателем является коэффициент испарения ?, который показывает во сколько раз быстрее испаряется данный элемент по сравнению с железом. Испарение сопровождается снижением температуры металла и образованием ок

Содержание

Введение

1. Обработка металла вакуумом

1.1 Удаление кислорода и обезуглероживание металла

1.2 Дегазация металла

1.3 Снижение содержания неметаллических включений

1.4 Вакуумная дисцилляция

1.5 Современные способы вакуумирования стали

2. Обработка металла в ковше инертными газами

2.1 Устройства для подачи газа в сталь

2.2 Результаты обработки металла нейтральными газами

2.3 Варианты совершения обработки металла аргоном в ковшах

2.4 Аргонно-кислородная продувка

3. Обработка металла синтетическим шлаком

4. Обработка шлака в ковше твердыми шлакообразующими смесями и порошкообразными материалами

4.1 Дефосфорация металла

4.2 Десульфурация металла

4.3 Науглероживание, азотация и легирование стали

4.4 Особенности рафинирования стали кальцием, магнием и РЗМ

4.5 Введение материалов в жидкую сталь в оболочке

5. Комплексное внепечное рафинирование стали

6. Перемешивание металла в ковше

7. Отделение шлака от металла

8. Флотация и фильтрация неметаллических включений

Литература

Идеи, относящихся к внепечной обработке металлов, начали появляться еще во второй половине 19 века. В 1865г. Г. Бессемер опубликовал патент, предусматривающий использование вакуума при получении отливок. К этому же времени относятся патенты Р. Айткена, Р.Г. Гордона, Е. Мея, Т. Уайрайта и др. предусматривающие различные варианты вакуумирования стали. Однако изза отсутствия необходимых технических средств эти технологии в то время не были востребованы. В дальнейшем углубление теоретических основ, совершенствование контрольно-измерительных средств и промышленного оборудования, использование высококалорийных видов топлива и относительно дешевого газообразного кислорода обеспечили неоправданные темпы наращивания объемов производства металлопродукции. Объем потребления некоторых видов сырья и топливных ресурсов стали сопоставимы с их мировыми запасами, а сбрасываемые отходы производства начали создавать экологическую угрозу цивилизации. Еще острее стал вопрос о необходимости удовлетворения нужд промышленности за счет повышения качества стали без увеличения объемов ее производства. Это стимулировало поиск новых технологий и инженерных решений. К этому же развитие современной техники, становление новых ее отраслей, широкое освоение атомной энергии, космоса, Арктики, повышение параметров и ужесточение эксплуатационных режимов работы машин и агрегатов предъявляют все более высокие требования к качеству стали, к стабильности ее служебных свойств. В связи с этим за последние десятилетия произошли коренные изменения масштабов производства качественных и высококачественных сталей.

Постоянно растущие требования потребителей металла к его качеству стало невозможно обеспечить при выплавке металла в сталеплавильных агрегатах. По этому с середины 20-го столетия на новой основе были воссозданы и получили промышленное развитие современные способы внепечной обработки. Основное назначение внепечной обработки металлов заключается в осуществлении ряда технологических операций в специальных агрегатах или в ковшах быстрее и эффективнее, чем в конветерах, мартеновских и дуговых электрических печах.

Быстрое распространение и широкие масштабы применения внепечной обработки обусловлены следующим: - повышается производительность обслуживающего персонала и оборудования, улучшаются условия труда, и снижается экологическая нагрузка на окружающую среду;

- обеспечиваются гарантированно низкие и сверхнизкие содержания нежелательных серы, фосфора, водорода, азота, кислорода и неметаллических включений;

- снижается содержание некоторых вредных цветных металлов;

- достигается глубокое эффективное обезуглероживание металла, и получение новых марок стали типа IF-сталей, низкоуглеродистых, нержавеющих и др.;

- становится возможным экономное легирование металла легкоокисляемыми, летучими, труднорастворяемыми, легкими и токсичными элементами;

- доводится химический состав металла до узких заданных содержаний элементов во всем его объеме;

- усредняется и достаточно точно обеспечивается заданная температура металла;

- модифицируются неметаллические включения, очищаются границы зерен кристаллов;

- повышается качество, надежность и срок службы изделий;

- существенно повышаются технико-экономические показатели доменного, сталеплавильного и прокатного производства;

- стандартизируются технологические режимы металлургического производства, упрощается технология и контрольные функции;

- расширяются объемы непрерывной разливки стали при увеличении производительности МНЛЗ в результате высокого и стабильного ее качества;

- коренным образом изменяется структура и тип потребляемых шихтовых и добавочных материалов, ферросплавов и раскислителей, снижаются требования к их составу по примесям, вместо низкоуглеродистых ферросплавов (FECR, FEMN) используются недефицитные дешевые высокоуглеродистые ферросплавы, а иногда становится возможное прямое легирование оксидами легирующих металлов.

В результате использования возможностей внепечной обработки развивающаяся промышленность обеспечивается необходимым количеством металла даже при уменьшении объемов его производства. Масштабы выплавки стали уже не вполне характеризуют промышленный потенциал страны. Главным становится высокое качество и надежность металла, достигаемые при снижении затрат на производство продукции.

В современных методах внепечной обработки стали используются следующие технологические приемы: - обработка металла вакуумом;

- продувка металла активными и инертными газами;

- обработка металла жидкими шлаками;

- обработка металла твердыми шлакообразующими смесями;

- глубинное введение рафинирующих реагентов;

- комплексные способы рафинирования металла;

На современном этапе развития сталеплавильного производства практически вся производимая в мире сталь подвергается внепечной обработке.