Автоматизация агрегата доводки стали

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….8

1 АВТОМАТИЗАЦИЯ АГРЕГАТА ДОВОДКИ СТАЛИ…………………………..9

1.1 Структура электросталеплавильного цеха………………………………...9

1.2 Обработка металла на агрегате доводки стали…………………………..10

1.2.1 Технология обработки металла на агрегате доводки стали…………  11

1.2.2 Химический нагрев металла…………………………………………….13

1.3 Автоматизация установки доводки стали………………………………..16

1.3.1 Схема автоматизации агрегата доводки стали…………………………16

1.3.2Комплекс технических средств………………………………………….19

1.3.3Принципиальная электрическая схема контроля и регулирования  
расхода аргона (азота) и кислорода на агрегате доводки стали……….……22

2 ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В МЕТАЛЛЕ………………….24

2.1 Влияние водорода и азота на качество стали…………………………….24

2.2 Способы удаления водорода………………………………………………26

2.3 Анализатор водорода в жидком металле Multi-Lab Hydris System……..29

2.3.1 Включение  системы Hydris………………………………………………34

2.3.2 Методика проведения измерения………………………………………..35

2.3.3 Процессы, протекающие в системе Hydris при измерении……………37

2.3.4 Экран процессорного блока Hydris……………………………………...38

2.3.5 Расчет KJF-фактора……………………………………………………….42

2.3.6 Заключение по разделу …………………………………………………..43

3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ……………………………………47

3.1 Идентификация  опасных и вредных производственных  факторов…….47

3.2 Характеристика использующихся  веществ и материалов……………….48

3.3 Санитарно-технические  требования……………………………………….48

3.3.1 Требования  к микроклимату помещений……………………………….48

3.3.2 Требования к планировке  помещений……………………………..……50

3.3.3 Требования  к освещению помещений…………………………………..50

3.3.4  Требования безопасности при  устройстве и эксплуатации    

коммуникаций…………………………………………………………………..52

3.4 Разработка мер защиты  от опасных и вредных факторов……………….53

3.5 Безопасность  жизнедеятельности в чрезвычайных  ситуациях………….54

3.6 Расчет звукоизолирующего устройства…………………………………...55

4 АНАЛИЗ ТЕХНИКО – ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАЛЕТЕЙ ЭСПЦ И ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ………………..58

4.1 Краткая характеристика  электросталеплавильного цеха………………...58

4.2 Расчет производственной  программы цеха……………………………….59

4.3 Расчет сметы капитальных затрат……………………………...…….……61

4.4 Расчет себестоимости  продукции………………………………………….63

4.4.1 Изменение статьи  «амортизация основных средств»…………………..63

4.4.2 Изменение статьи «текущий  ремонт и содержание основных  средств»…………...64

4.4.3 Изменение статьи «прочие расходы……………………………………………….66

4.5. Метод чистой текущей стоимости………………………………………………...68

4.6. Метод внутренней нормы прибыли………………………………………69

5 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ……………………………………………...72

5.2 Воздействие загрязняющих с хозяйственно-бытовыми сточными водами на систему канализации………………………………………………………………72

5.2 Воздействие загрязняющих с хозяйственно-бытовыми сточными водами на систему канализации………………………………………………………………74

5.3 Утилизация отходов  производства и потребления………………………75

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..80

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………….….81

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………….83

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современная техника предъявляет  все более высокие требования к качеству стали. В тех случаях, когда проведение операций обеспечивающих требуемое качество металла, непосредственно в самом агрегате связано с потерей его производительности, операции переносят в ковш. Проведение технологических операций вне плавильного агрегата называют внепечной обработкой.

Основную цель внепечной обработки  можно сформулировать как осуществление  ряда технологических операций быстрее  и эффективнее по сравнению с  решением аналогичных задач в обычных сталеплавильных агрегатах. В настоящее время методами внепечной металлургии обрабатывают сотни миллионов тонн стали массового назначения, установки для внепечной обработки имеются практически на всех заводах качественной металлургии [2].

В данной работе будет рассмотрен один из агрегатов внепечной обработки  стали электросталеплавильного  цеха агрегат доводки стали (АДС). АДС предназначен для доводки стали до заданной температуры и химическому составу, путем продувки стали в сталеразливочном ковше аргоном. На АДС будет установлен анализатор водорода жидкой стали Multi-Lab Hydris System, который будет измерять содержание водорода в стали, и при его содержании выше 1,5-2 см3/100 г удалять его путем продувки азотом, тем самым препятствовать образованию флокенов, дефектов в слитках или заготовках. Это мероприятие позволит, с экономической точки зрения, выпускать меньше брака и увеличит годовую производительность в выпуске качественной стали.

 

 

1 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ  СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТА  ДОВОДКИ СТАЛИ

 

1.1 Структура электросталеплавильного цеха

 

В настоящее время в  электросталеплавильном цехе проводиться  реконструкция. Устанавливаются новые электродуговые печи, и прекращают свою работу мартеновские печи.

На сегодняшний день цех включает в себя три мартеновские печи, находящиеся в нерабочем состоянии, две электродуговых печи, вместимостью.12,5 и 50 т, участок внепечной обработки стали, MHJI3. В свою очередь на участке внепечной обработки стали расположены агрегат «печь-ковш» (АПК) и агрегат доводки стали (АДС), вместимостью 125 т.

На этих агрегатах проходят все обязательные периоды производства стали: выплавка стали, ковшевая обработка (доводка), разливка в слитки или заготовки.

В электродуговых печах  выделение тепла происходит за счет экзотермических электрофизических процессов дугового разряда. Температура дуги превышает 3000 °С.

Ковшевая доводка стали представляет заключительную часть технологии плавки, целью которой является доведение до требуемых конечных значений двух главных параметров сталеплавильного процесса - химического состава готовой стали и ее температуры. Для этих целей и предназначен участок внепечной обработки стали, включающий и себя ЛПК и АДС. На ЛИК происходит доводки стали по температуре с помощью электронагрева (электрической дуги), на АДС с помощью химического нагрева (продувка кислородом).

По окончании процесса доводки сталеразливочные ковши  подаются на МНЛЗ для дальнейшей разливки в слитки или заготовки [4].

 

1.2 Обработка металла на агрегате доводки стали

 

На агрегате доводки  стали производится подготовка жидкой стали в сталеразливочном ковше для разливки на сортовой МНЛЗ.

На агрегате доводки  стали осуществляются следующие  технологические операции:

  • продувка металла аргоном, подаваемым через верхнюю продувочную фурму, для усреднения химического состава металла и его температуры по объему сталеразливочного ковша;
  • измерение температуры и отбор проб металла, а при необходимости 1 проб шлака;
  • отправка проб металла и шлака на экспресс-анализ;
  • коррекция химического состава стали и её микролегирование присадкой кусковых материалов;
  • коррекция химического состава металла по алюминию путем ввода алюминиевой катанки или чушковым алюминием;
  • микролегирование или получение металла с узкими пределами содержания элементов путем ввода порошковой проволоки с различными видами наполнителей;

- химический нагрев металла;

- охлаждение металла;

- засыпка поверхности расплава гранулированным шлаком.

Контроль над процессом  ковшевой обработки производится путем  измерения температуры и окисленности металла, отбора проб металла и шлака, измерения расхода и давления аргона для продувки, измерения массы добавок, присаживаемых в ковш.

 

1.2.1 Технология обработки металла на агрегате доводки стали

 

Сталеразливочный ковш устанавливается на сталевоз агрегата доводки стали. Сталевоз передвигается под крышку АДС. К продувочным устройствам ковша подсоединяются аргонные шланги. Подсоединение пробок стальковша к запорно-регулирующей арматуре производится с помощью быстроразъемных соединений с обратными клапанами, и должно быть надежным и исключать утечки аргона. На аргонопроводах должны быть установлены шаровые отсечные клапана с возможностью ручного регулирования расхода аргона.

С целью усреднения химического  состава и температуры металла  по объему сталеразливочного ковша производится усреднительная продувка аргоном в течение 3 мин. Продувка металла аргоном производится через продувочные пробки или через аварийную фурму.

После усреднительной продувки производится измерение температуры и отбор первой пробы металла. Проба отправляется пневмопочтой на экспресс-анализ.

Температура металла по приходу на агрегат доводки стали  может составлять от 1600 до 1650°С (в зависимости от марки стали).

По результатам экспресс-анализа  определяется необходимость коррекции  химического состава металла. Масса  корректирующих добавок соответствующих  ферросплавов определяется из расчёта  получения массовой доли вводимых элементов на 0,05 % выше нижнего предела в готовой стали, с учётом их усвоения.

Корректирующие добавки  присаживают отдельными порциями массой не более 500 кг с интервалом 0,5-2,0 мин. Алюминиевая катанка (проволока) диаметром от 9 до 16 мм (предпочтительно использование проволоки диаметром 15,5 мм; вводится трайб-аппаратом со скоростью 5-7 м/с.

После присадки последней  порции марганец - или кремнийсолержаших ферросплавов металл продувается аргоном не менее 5 мин, а после присадки хромосодержащих ферросплавов - не менее 6 мин. При суммарном расходе ферросплавов и кокса более 1,5 т на плавку или алюминия более 800 кг на плавку, время продувки после присадки последней порции ферросплавов, кокса и алюминия обычно составляет не менее 8 мин. Расход аргона поддерживается не менее 800 - 1000 л/мин. (при продувке через погружную фурму) или 300 – 1000 л/мин (при продувке через продувочные пробки (на каждую пробку)). Коррекция химического состава металла по содержанию меди и никеля производится присадкой лома никеля и меди или никель - и медьсодержащих материалов.

При необходимости металл охлаждается слябом, специально подвешенным  на цепях. После извлечения сляба  металл продувают не менее 2 мин.

Общая продолжительность  продувки аргоном должна быть не менее:

  • для хромосодержащих сталей - 15 мин;
  • для остальных легированных и низколегированных сталей - 13мин;
  • для углеродистых и низкоуглеродистых сталей - 12 мин.

На плавках, у которых  температура металла после усреднительной продувки ниже требуемой для нормальной доводки, производится химический нагрев металла.

 

1.2.2 Химический нагрев металла

 

Химический нагрев осуществляется путем вдувания кислорода через  погружную фурму и взаимодействия его с растворенным в металле алюминием.

Установка химического  нагрева металла в ковше должна быть расположена на агрегате доводки  стали (АДС).

Конструкция установки  должна включать в себя следующие  механизмы, отдельные узлы и системы:

  • система подачи кислорода;
  • гибкие металлорукава из нержавеющей стали для соединения линии кислородопровода с погружной фурмой;
  • погружная фурма (необходимо предусмотреть замену нижней отгорающей части фурмы);
  • колонна с кареткой фурмы;
  • запорная арматура;
  • система КИП и автоматики.

По результату измерения  температуры металла, находящегося на АДС принимается решение о необходимости использования химического нагрева металла.

При принятии решения следует  учесть, что при введении алюминия в количестве 0,04 кг/т и последующей продувки металла кислородом с расходом 0,03 м3/т температура металла повышается на 1 °С. Ориентировочный расход алюминия и кислорода для химического нагрева металла приведен в таблице 1.1. Производится присадка расчетного количества алюминия в металл (наиболее предпочтителен ввод его в виде катанки). Фурма для химического нагрева устанавливается на уровне от 200 до 400 мм от поверхности расплава.

С целью исключения выплеска металла и для снижения пироэффекта, погружение фурмы производят при расходе кислорода с интенсивностью 500 - 1000 м3/ч. После погружения нижнего торца фурмы на 0,7 - 1,5 м ниже уровня металла, подачу кислорода увеличивают до 35000 - 50000 л/мин. Запрещается продувка кислородом при погружении фурмы менее 0,5 м ниже уровня металла. После ввода расчетного количества кислорода производится снижение его расхода до 500 - 1000 м3/ч, затем фурма извлекается из металла.

При выходе фурмы выше поверхности  расплава подача кислорода прекращается полностью. После извлечения кислородной фурмы производится усреднение химического состава и температуры металла продувкой аргоном не менее 3 мин, после чего производится измерение температуры и отбор пробы металла для определения его химического состава

 

Таблице 1.1 – ориентированный расход алюминия и кислорода для проведения химического нагрева

Группы

марок

стали

Расходы

Требуемая величина нагрева металла, °С

5

10

20

30

типа 08Ю

алюминия, кг

70

140

280

420

кислорода, м3

55

110

220

330

типа СтЗпс

алюминия, кг

40

80

160

240

кислорода, м3

55

110

220

330


 

После окончания доводки  поверхность расплава засыпается теплоизолирующей смесью. Расход смеси может колебаться в пределах до 2,5 т.

В случае прекращения подачи на установку аргона требуемых параметров разрешается продувка азотом стали  следующих марок: углеродистые спокойные  по ГОСТ 380-71;

  • углеродистые спокойные по ГОСТ 1050-74;
  • низколегированные по ГОСТ 19282-72.

После достижения необходимого химического состава и заданной температуры ковш передается на МНЛЗ.

Во избежание затекания  металла в щели продувочных пробок отключение продувки аргоном производится постепенно [3].

 

 

1.3 Автоматизации установки доводки стали

 

1.3.1 Схема автоматизации агрегата доводки стали

 

Схема автоматизации агрегата доводки стали приведена на графическом  документе Д.АВ.210200.18.ДП.12.СЗ.

Система АСУ ТП агрегата доводки стали контролирует следующие  основные параметры:

  • состояние бункеров кусковых садок и граншлака (уровень);
  • массу граншлака и ферросплавов (дозатор);
  • массу (длина) алюминиевой проволоки (трайб-аппарат);
  • давление под колпаком и температуру металла (стальковш);
  • расход, давление и температура аргона (продувка аргоном);
  • расход, давление кислорода (продувка кислородом).

Для контроля уровня сыпучих  материалов находящихся в бункерах в качестве первичного датчика используется уровнемер акустический типа ЭХО-3, поз. 1а-7а. Выходной электрический сигнал с уровнемера поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

Для измерения веса сыпучих материалов, подаваемых в ковш используется датчик тензорезисторный типа ДСТ-9035, поз. 8а - 10а. Выходной сигнал с датчика поступает на первичный преобразователь типа ПА - 1909,поз. 86-106. Измеренный сигнал подается на Программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.Сигнал задания на SimaticS7-400 поступает от задатчика цифровых сигналов типа MB27.61, поз. 8в-9в. Выходной сигнал с программируемого контроллера усиливается с помощью пускателя бесконтактного типа ПБР-ЗА, поз. 9г, Юг. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм типа МЭО-630/63, поз. 9д, 10д. Используется блок ручного управления типа БРУ-22, поз. 1К-2К

Для измерения веса алюминиевой  проволоки в качестве первичного датчика используется счетчик импульсов тина ВБИ-18М-76, поз. 11а. Выходной еж нал со счетчика импульсов поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-300, поз. SMS-300.Сигнал задания на SimaticS7-300 поступает с задатчика массы проволоки типа ПЗИ-2, поз. 116, 11в.

При измерении и регулировании  давления под колпаком в стальковше после преобразователя измерительного типа Метран-100-ДИ-1112, поз. 12а, электрический сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении температуры  металла в стальковше выходной сигнал с термоэлектрического преобразователя погружения типа ТПП 91, поз. 13а, поступает на систему автоматического измерения температуры жидкой стали «Сталь-4», поз. 136. Выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  аргона (азота) в общем трубопроводе после первичного датчика измерителя расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 14а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 146. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При регулировании расхода аргона (азота) на пробку 1 и пробку 2 после первичного датчика измерителя - регулятора массового расхода типа IN-FLOWF-203-A1-FGD-44-V, поз. 15а, 156, и, поз. 16а, 166, соответственно, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 15в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При регулировании расхода аргона (азота) на аварийную фурму после первичного датчика измерителя первого регулятора массового расхода типа IN-FLOWF-203-A1-FGD-44-V, поз. 17а, 176, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 17в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении давления аргона на продувочную фурму выходной преобразованный сигнал с преобразователя измерительного типаМетран-100-ДИ-1133, поз. 17а, показывающий прибор арматура светосигнальная типа  
АМЕ 323.221.42, поз. 176, далее сигнал поступает на вторичный прибор звонок громкого боя типа МЗ-1, поз. НА. Измеренный сигнал подается на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При измерении температуры аргона после первичного датчика термопреобразователя сопротивления типа ТСМ-205, поз. 18а, на выходе получаем электрический сигнал, который подается на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  кислорода на продувочную фурму  после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 19а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа  
E5736-BDD, поз. 196. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении давления кислорода на продувочную фурму  сигнал неэлектрический давления, поступающий с трубопровода кислорода преобразуется преобразователем измерительным типа Метран-100-ДИ-1133, поз. 20а. Выходной преобразованный сигнал поступает на программируемый контроллер SimaticS7-400, поз. SMS-400.

Также предусмотрена сигнализация аварийная при падении давления кислорода на продувочную фурму. При срабатывании сигнализации происходит отсечка кислорода клапаном, поз. 21а [6; 7; 8].

 

1.3.2 Комплекс  технических средств

 

Структурная схема комплекса  технических средств (KTC) представлена награфическом документе Д.АВ.210200.18.ДП.06.С1.

Автоматизированная система  управления технологическим процессом (АСУ ТП) агрегата доводки стали (АДС-175) электросталеплавильного цеха предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом подготовки жидкой стали сталеразливочном ковше вместимостью 125 т для разливки на сортовой МНЛЗ.

КТС АСУ ТП АДС-125 представляет собой децентрализованную двухуровневую систему, выполняющую информационные и управляющие функции.

Уровень базовой автоматизации (уровень1) включает в себя локальные микропроцессорные системы, реализуемые на программируемом контроллерах  
SimaticS7-400 и SimaticS7-300, станциях распределённого ввода-вывода ЕТ 200М фирмы Siemensи средствах визуализации процесса (рабочие станции операторов).

Уровень организационного управления (уровень 2) - реализует оптимальное  управление по математическим моделям  и технологическим картам, архивирование и создание отчётных документов. Реализуется на промышленных персональных компьютерах.

Контроллер SimaticS7-400 размещается в помещении автоматики АДС-175. Там же размещаются системные блоки рабочих станций операторов  
PU-WinCC- ADS-1 и PU-WinCC-ADS-2 и системный блок рабочей станции «Технологический журнал» PU-L2-ADS. Мониторы, клавиатуры и манипуляторы «трек-болл» этих станций находятся на главном посту управления АДС-175. Также в помещении автоматики находятся сервер уровня 2 SRV-L2-ADS, автоматизированное рабочее место (АРМ) SYSARM-ADSдля контроля состояния АСУ ТП, сетевой коммутатор CC2950-24-ADSдля связи всех вышеперечисленных объектов по сети Ethernetмежду собой и АСУ электросталеплавильного цеха. Для управления трайб-аппаратами используются контроллеры SimaticS7-300, размещаемые в электропомещении 9ЭП АДС-125. Там же размещается станция распределённого ввода-вывода ЕТ 200М для управления другими электроприводами механизмов АДС-125.

Пульты местного управления расположены непосредственно около  агрегатовимеханизмов АДС-125. Информация с органов ручного управления и датчиков поступает непосредственно в ЕТ 200М. Управление исполнительными механизмами осуществляется также из ЕТ 200М.

Связьмеждуконтроллерами и станциямираспределённого вывода-вывода осуществляется по сетиPROFIBUSDPДля повышения надежности сеть  
ProfibusDPподелена на несколькосегментов с помощьюдиагностического повторителя устанавливаемого впомещенииавтоматики.

Для измерения параметров жидкой стали предназначен прибор «Сталь 4», размещаемый в помещении автоматики АДС-125. Связь междуконтроллером  
SimaticS7-400 и «Сталь 4» осуществляется через интерфейс RS-232.

Для отображения информации, ввода управляющихкоманд, фиксацииаварийных и технологических сообщений АДС-175 используются рабочиеместа - «АРМ оператора АДС» PU-WinCC-ADS-1 и PU-WinCC-ADS-2.

Для контроля работы техно - логического и электрического оборудования, фиксации аварийных ситуаций, учета проводимых ремонтов, диагностики технологического и электрическою оборудования АДС-175 используется рабочее место - «АРМ электрика САКСО АДС» SAKSO-EP4-ADS, устанавливаемое в помещении 4ЭП.

Сервер уровня 2 SRV-L2-ADSпредназначен для сбора информации от контроллеров базового уровня 1, обработки и анализа информации, формирования управляющих воздействий, передачи информации в другие цеховые системы, ведения долгосрочных архивов.

АРМ «Технологический журнал»  PU-L2-ADSпредназначен для просмотра и печати отчетных документов по работе АДС-175 (паспорт, протокол отклонений важнейших технологических параметров), просмотра технологических архивов АДС-175, корректировки строго определенных параметров в отчетных документах, доступной ограниченному кругу пользователей.

АРМ «Инженерный» PC-ADS-ASU предназначендля корректировки программного обеспечения АСУ ТП АДС-175и размещается в помещении общецеховых АСУ [3].

 

1.3.3 Принципиальная электрическая схема контроля и регулирования

расхода аргона (азота) и  кислорода на агрегате доводки стали

 

Принципиальная электрическая  схема представлена на графическом документе Д.АВ.210200.18. ДП.Об.ЭО.

При измерении расхода  аргона и азота в общем трубопроводе после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 14а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 146. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа Simatic S7-400, поз. SMS-400.

При регулировании расхода  аргона (азота) на пробку 1 и пробку 2 после первичного датчика измерителя-регулятора массового расхода IN-FLOWF-203-A1 FGD-44-V, поз. 15а, 156, и 16а, 166, соответственно, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 15в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа Simatic S7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  кислорода на продувочную фурму  после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 20а. сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 206. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400 [3].

 

 

2 ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ

 

2.1 Влияние водорода и азота на качество стали

 

В обычных условиях выплавки невозможно получить сталь, не содержащую газы — водород и азот. Это связано с тем, что, во-первых, любой материал, применяемый для плавки стали, содержит газы; во-вторых, по ходу обычной открытой плавки неизбежен контакт металла с газовой фазой, содержащей водород и азот или водяные пары, и может растворять их.

Водород в стали является только вредной примесью. Содержание его в стали в конце плавки мало зависит от типа процесса и обычно составляет 3-6 см3/100 г металла. Пока не найдены элементы, которые могли бы в стали образовать прочные, нерастворимые в жидком железе гидриды, поэтому водород выделяется из металла в виде газа, как правило, в области температур ниже 800 – 950 °С (после окончания прокатки или ковки). Выделение водорода может вызвать образование внутренних трещин, называемых флокенами. Значительной склонностью к образованию флокенов обладают обычно легированные стали.

Д.Я.Поволоцкий, А.Н. Морозов и другие установили, что образование флокенов исключается при содержании водорода в стали не более 1,5-2,0 см3/100 г. Получение такого низкого содержания водорода открытыми процессами плавки стали невозможно, поэтому для уменьшения возможности образования флокенов в стали необходимы дегазация металла путем вакуумирования и продувки инертным газом или медленное охлаждение заготовок (слитков) в специальных камерах (обычно в течение трех суток). В последнем случае выделение водорода протекает с такой малой скоростью, при которой образование флокенов исключается.

При повышенном содержании водорода в легированной стали также  наблюдается большое развитие шиферного (каменисто - слоистого) излома и некоторых других пороков, отрицательно сказывающихся на прочностных свойствах.

Содержание водорода в  металле по ходу и в конце плавки зависит от состава газовой фазы, его содержания в материалах плавки, интенсивности окисления углерода и др. Степень влияния этих факторов не всегда одинакова.

Азот на свойства стали  в большинстве случаев оказывает  отрицательное влияние, но он может  быть использован и в качестве полезного элемента.

Содержание азота в  готовой стали в большей степени  зависит от типа процесса. В мартеновском процессе условия для поглощения азота менее благоприятные, так как металл отделен от газовой среды слоем шлака (по крайней мере, в период доводки), который является почти непроницаемым для азота (шлак растворяет азот в незначительных количествах). Кроме того, в результате кипения ванны пузыри СО уносят азот из металла в газовую среду, поэтому в мартеновской стали наблюдается низкое содержание азота при высоком парциальном давлении его в газовой фазе (0,06-0,07 МПа). Выпадение азота из раствора снижает пластичность и прочность стали и называется старением. Старение стали - это один из серьезных пороков, вызываемых повышенным содержанием азота и выпадением его из раствора в виде нитрида железа FeN. Это возможно, если сталь не содержит примеси, имеющей более высокое сродство к азоту, чем железо.

Автоматизация агрегата доводки стали