Курсовая работа на тему: марка стали 12Х8ВФ

Содержание:

Введение…………………………………………………………..………………………..….…2

Глава 1. Описание марки стали 12Х8ВФ

Назначение  марки стали 12Х8ВФ …………………………………………………..……...3

Состав  стали и ее свойства……………………………………………………………...……....6

Глава 2. Оборудование для выплавки стали………………………………………….....…7

ДСП……………………………………………………………….……………………..…….....7

Агрегат внепечной обработки……………………………..………………….……………......9

Разливка  стали………………………………………………………………………….………10

Глава 3. Технология выплавки ………………………………………………………….….12

Блок-схема  процесса производства стали 12Х8ВФ ……………………...……………....12

Расчет  металлошихты……………………………………………………………….………….13

Расчет  расхода ферросплавов и технологических  газов……………………………..……....14

Глава 4. Экономический расчет себестоимости  стали………………………..…..……...16

Заключение…………………………………………………………………….…………..…..17

Использованная  литература…………………………………………………….………..…18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Дуговая сталеплавильная печь — электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов. Среди ее возможностей существует параметр, согласно которому состав металлошихты может разниться от смеси чугуна, лома и металлизированного сырья до 100% лома. Этот фактор и стал определяющим для повсеместного распространения электропечей, в особенности в металлургии вторичных металлов.  Помимо всего прочего, ДСП способна выплавить не только стали обширного сортамента, но и высококачественные стали ответственного назначения.

Данная курсовая работа предназначена  для освещения технологии производства стали 12Х8ВФ в 100 т ДСП переменного тока.

В 1 главе настоящей курсовой работы приведены теоретические параметры  данной марки стали, а также конструкции  и технологии применяемых для  ее выплавки агрегатов.

Во 2 главе приведен технологический  расчет, включающий расчет шихтовых материалов, а также калькуляцию себестоимости  стали 12Х8ВФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 1. Сталь 12Х8ВФ. Состав стали и ее свойства.

Марка :	12Х8ВФ     (   другое обозначение       1Х8ВФ   )
Классификация :	Сталь жаропрочная высоколегированная
Дополнение:	Сталь мартенситного класса. Рекомендуемая  температура применения до 500 °С ; Температура  интенсивного окалинообразования 650 °С ; срок работы - от 1000 до 10000 ч.
Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями:   Нет данных.
Применение:	Трубы печей, аппаратов и коммуникаций нефтезаводов, длительно работающие при температурах до 500 °С
Зарубежные аналоги:	Нет данных

 

Жаропрочная сталь — это вид стали, который используется в условиях высоких температур (от 0,3 части от температуры плавления) в течение определённого времени, а также в условиях слабонапряжённого состояния.

Главной характеристикой, определяющей работоспособность стали, является жаропрочность.

Жаропрочность — это способность стали работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения. Основными характеристиками жаропрочности являются ползучесть и длительная прочность.

Ползучесть

Явление непрерывной деформации под  действием постоянного напряжения называется ползучестью. Характеристикой  ползучести является предел ползучести, характеризующий условное растягивающее  напряжение, при котором скорость и деформация ползучести за определённое время достигают заданной величины. Если допуск даётся по скорости ползучести, то предел ползучести обозначается σ(сигма) с двумя индексами: нижний соответствует заданной скорости ползучести в %/ч (проценты в час), а верхний - температуре испытания. Если задаётся относительное удлинение, то в обозначение предела ползучести вводят три индекса: один верхний соответствует температуре испытания, два нижних — деформации и времени. Для деталей, работающих длительный срок (годы), предел ползучести должен характеризоваться малой деформацией, возникающей при значительной длительности приложения нагрузки. Для паровых турбин, лопаток паровых турбин, работающих под давлением, допускается суммарная деформация не более 1 % за 100000 часов, в отдельных случаях допускается 5 %. У лопаток газовых турбин деформация может быть 1-2 % на 100—500 часов.

Длительная прочность

Сопротивление стали разрушению при  длительном воздействии температуры  характеризуется длительной прочностью.

Длительная прочность — это условное напряжение, под действием которого сталь при данной температуре разрушается через заданный промежуток времени

Характеристика химического состава

Жаропрочные свойства в первую очередь  определяются температурой плавления основного компонента сплава, затем его легированием и режимами предшествующей термообработки, определяющими структурное состояние сплава. Основой жаропрочных сталей являются твёрдые растворы или пересыщенныё раствор, способные к дополнительному упрочнению вследствие дисперсионного твердения.

Для кратковременной службы применяются  сплавы с высокодисперсным распределением второй фазы, а для длительной службы — структурно-стабильные сплавы. Для длительной службы выбирается сплав несклонный к дисперсионному твердению.

Самым распространённым легирующим элементом  в жаропрочных сталях является хром (Cr), который благоприятно влияет на жаростойкость и жаропрочность.

Высоколегированные жаропрочные  стали из-за различных систем легирования  относятся к различным классам:

• ферритные(08Х17Т,1Х13Ю4,05Х27Ю5),
• мартенситные (20Х13, 30Х13),
• мартенситно-ферритные (15Х12ВН14Ф),
• аустенитные (37Х12Н8Г8МФБ).

Внутри каждого класса различаются  стали с различным типом упрочнения:

карбидным,

интерметаллидным,

смешанным (карбидно-интерметаллидным).

Для котельных установок, работающих длительное время (10000-100000 часов) при  температурах 500—580 °C, рекомендуются стали перлитного класса, введение молибдена в которые повышет температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает его жаропрочность.

Однако бо́льшую часть жаропрочных сталей. работающих при повышенных температурах, составляют аустенитные стали на хромоникелевой и хромомарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Этои стали подразделены на три группы:

• гомогенные (однофазные) аустенитные стали, жаропрочность которых обеспечивается в основном легированностью

твёрдого раствора;

• стали с карбидным упрочнением;
• стали с интерметаллидным упрочнением.

Легированная сталь

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие  добавки повышают прочность, коррозийную  стойкость стали, снижают опасность  хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные  стали делятся на низколегированные (содерж Lэ < 5 %), среднелегированные(содерж 5 < Lэ < 10 %) и высоколегированные (Lэ > 10 %).

Химический состав в % материала    12Х8ВФ

ГОСТ   20072 - 74 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
0.08 - 0.15	до   0.6	до   0.5	до   0.6	до   0.025	до   0.03	7 - 8.5	0.6 - 1	0.3 - 0.5

 

 

 

 

 
Механические свойства при Т=20oС материала 12Х8ВФ .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Трубы горячедеформир., ГОСТ 550-75			392	167	22	50	980
Пруток, ГОСТ 20072-74			390	165	22	50	980	Отжиг 840 - 860oC, печь,

 

 

Твердость   12Х8ВФ   горячекатанного отожженного ,             ГОСТ 20072-74	HB 10 -1 = 217   МПа
Твердость   12Х8ВФ   ,     Трубы горячедеформир.                   ГОСТ 550-75	HB 10 -1 = 170   МПа

 

Обозначения:

Механические свойства :
sв	- Предел кратковременной прочности  , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел  текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при  разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]

 

 

Раздел 2. Оборудование для выплавки стали.

 

В данной курсовой работе мы будем рассматривать  плавку выбранного вида стали в дуговой сталеплавильной печи переменного тока емкостью 100 тонн.

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит  из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных  технологических механизмов, позволяющих  открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.

Ранее существовали регуляторы дуги с электромеханическими приводами, которые в силу своей  большой инерционности не получают дальнейшего распространения и  практически полностью вытеснены  регуляторами электрогидравлическими.

Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор, подключенный к высоковольтной линии. Мощность трансформатора на больших печах достигает 180 МВт, первичное напряжение 6-35 кВ, на высокомощных печах до 110 кВ, вторичное 50-300В, а в современных печах до 1200 В. Вторичное напряжение регулируется при помощи переключателя ступеней напряжения (ПСН), который может быть как переключаемым при отключенной печи (ПБВ), так и под напряжением (РПН).

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.

 

Преимущества  ДСП:

Использование электрической энергии (электрического тока), возможность расплавить шихту (металлолом) практически любого состава, точное регулирование температуры  металла и его химического  состава подтолкнуло промышленность к использованию ДСП в ходе второй мировой войны для производства легированной стали, качественного литья и, как следствие, деталей оружия и боеприпасов. Сегодня дуговые сталеплавильные печи производят различные сорта сталей и чугунов, а также могут являться источником сырья (полупродукта) для АКП и МНЛЗ.

 

Недостатки  ДСП:

Высокий местный перегрев под электродами; трудность перемешивания и усреднения химического состава чугуна; значительное количество продуктов горения и  шума во время работы.

 

Из  агрегатов внепечной обработки  выберем агрегат ковш-печь.

 

Агрегат ковш-печь, также называется агрегатом комплексной обработки стали (АКОС) — это звено в единой технологической схеме с дуговыми печами, конвертерами и мартенами для доведения металла в ковше, после его выпуска из плавильного агрегата, до заданной температуры и химического состава.

Широкое распространение при внепечной обработке стали получил разработанный в 1971 г. фирмой Daido Steel (Япония) процесс рафинирования в сталеразливочном ковше с использованием подогрева металла электрической дугой (процесс LF — Ladle Furnace). Установка, на которой реализуется этот процесс, получила название «Агрегат ковш-печь» (АКП).

Агрегат ковш-печь используется в комплексе  с плавильными агрегатами, в которых  выплавляется полупродукт, в качестве таких агрегатов используются кислородные  конвертеры, дуговые и мартеновские печи, в которых проводятся расплавление металлолома и ферросплавов с  малым угаром и проводится окислительный  период. Затем металл сливают в  стальковш, по возможности исключая попадание в него печного шлака. До и во время выпуска металла в ковш отдаются раскислители, шлакообразующие и легирующие материалы.

В случае попадания в ковш большого количества окисленного шлака, его удаляют. После выпуска металла ковш поступает  на агрегат ковш-печи, где проводятся операции окончательного раскисления, десульфурации, легирования и модифицирования. Ковш накрывается водоохлаждаемым или футерованным сводом с отверстиями для введения графитированных электродов, подачи присадок и контроля процесса, наводят свежий высокоосновный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и защищающий металл от вторичного окисления окружающей атмосферой.

Основные  требования к АКП: контроль атмосферы  над ванной, регулируемый нагрев металла, интенсивное перемешивание ванны  без загрязнения металла атмосферой (вторичного окисления, азотирования), наведение высокоосновного восстановительного шлака.

Агрегат ковш-печь снабжен устройствами для  введения сыпучих материалов (бункерная  эстакада с весодозирующими устройствами) и трайб-аппаратами для введения материалов в виде проволоки. Нагрев металла на АКП осуществляется также, как дуговых печах (ДСП), но мощность трансформаторов установок ковш-печь значительно меньше, чем используется на дуговых печах и составляет 100—160 кВА/т. Это объясняется отсутствием такой энергозатратной стадии, как расплавление лома, тепло затрачивается только на расплавление вводимых материалов и поддержание температуры металла. Кроме этого, мощность подвода тепла ограничивается повышенным износом кладки ковша выше уровня металла ввиду малого (по сравнению с дуговой печью) диаметром ковша. Удельный расход электроэнергии на АКП составляет примерно 10 % от суммы всех энергозатрат на выплавку стали.

Во  время обработки через днище  ковша осуществляется продувка металла  инертным газом (аргон или азот) для  перемешивания металла с целью  усреднения его по химическому составу  и температуре, кроме этого продувка металла способствует выведению  неметаллических включений из металла. Вдувание газа осуществляется через  пористые пробки, от одной до трех штук на крупнотоннажном ковше. Также  возможно электромагнитное перемешивание  металла.

После достижения заданных значений по химическому  составу и температуре, ковш с  металлом передают на обработку на другие агрегаты или на разливку.

Использование агрегатов ковш-печь позволило вынести  из плавильных агрегатов восстановительный  период и доводку металла, что  резко повысило производительность сталеплавильного производства, В электросталеплавильном производстве за счет исключения резкого  перепада окисленности ванны удалось значительно сократить расход огнеупоров, использовать одношлаковую технологию и технологию работы с «болотом» (оставленным в дуговой печи шлаком предыдущей плавки), что привело к значительному снижению расхода электроэнергии.

Возможность подогрева металла вне плавильного  агрегата значительно повысила гибкость всего производственного цикла  выплавки стали: использование агрегатов  ковш-печь сделало участок внепечной  обработки металла «временнЫм буфером», позволяющим демпфировать рассогласование стадий выплавки и разливки.

Разливка  стали

Для того, чтобы определить, какой  именно метод разливки стали необходим  для 12Х8ВФ, необходимо показать, какие вообще существуют методы разливки стали.

В настоящее время существуют следующие  способы разливки стали:

• В изложницы
  • Сверху
  • Сифоном
• Непрерывная разливка стали

При разливке сверху каждая изложница (чугунная форма для получения слитков) наполняется раздельно; при сифонной разливке происходит одновременное наполнение нескольких    изложниц;    при    этом в каждую изложницу сталь поступает снизу, через   отверстие в дне изложницы.

При разливке стали на машинах непрерывного литья металл из промежуточного ковша  поступает в бездонную водоохлаждаемую изложницу — медный кристаллизатор с двойными стенками, между которыми циркулирует вода для охлаждения. Внутреннее сечение кристаллизатора имеет форму формируемой непрерывной заготовки. В кристаллизаторе в результате быстрого охлаждения образуется наружная твердая корка заготовки, внутри которой еще остается жидкий металл. По мере выхода из кристаллизатора слиток попадает в зону вторичного охлаждения, где он обильно снаружи поливается водой. В результате этою происходит затвердевание центральной части заготовки. Движение заготовки вниз осуществляется с помощью системы тянущих роликов. После роликов непрерывную заготовку с помощью газового резака разрезают на мерные длины.

Быстрорежущие стали изготавливают  классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка). Таким образом, для производства слитков стали 12Х8ВФ можно использовать как разливку в изложницы, так и непрерывную.

Раздел 3. Технология выплавки.

Блок-схема процесса производства стали 12Х8ВФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве шихты  будем использовать 80% лома стали марки Б41 и 20%  А3.

Химический состав лома Б41:

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
до   0.15	до   1,2	до   0.5	до   0,4	до   0.04	до   0.03	4,5-8,5	0,4-2,4	0,2-1,2

 

 

Химический  состав в % материала   А3

ГОСТ   31334 - 2007 

C	Si	Mn	S	P	Cr	Mo	V	Cu
до   0.4	до   0.5	до   1.6	до   0.04	до   0.04	до   0.5	до   0.4	до   0.1	до   0.3

 

 

Расчет  металлошихты:

 

 

 

Химический состав в % материала    12Х8ВФ

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
0.08 - 0.15	до   0.6	до   0.5	до   0.6	до   0.025	до   0.03	7 - 8.5	0.6 - 1	0.3 - 0.5

 

 

Расчетный химический состав в % материалла 12Х8ВФ

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
0,12	0,6	0,3	0,3	0,015	0,024	8	0,8	0,4

 

 

Для плавки металла с необходимым  содержанием элементов будем  использовать 80% лома Б41 и 20% лома А3.

Б41, 80%

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
0,08	0,6	0,3	0,2	0,02	0,02	7	1,5	0,8

 

 

А3, 20%

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
до   0.4	до   0.5	до   1.6	0	до   0.04	до 0,04	до   0.5	0	до   0.1

 

 

Определим усредненный состав лома.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	V
0,1	0,54	0,44	0,2	0,015	0,02	4	0,8	0,4

 

 

В процессе плавления шихты компоненты выгорают. Вследствие чего для расчета  нам необходимо полученные ранее  значения в завалку умножить на коэффициент  усвояемости компонентов.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	V	W
0,1*0,9	0,54*0,97	0,44*0,3	0,2*0,97	0,015*0,9	0,02	4*0,8	0,8*0,2	0,8*0,75
0,09	0,5238	0,132	0,194	0,0135	0,02	3,2	0,16	0,6

 

 

Сравнивая полученные значения после расплавления шихты с принятым составом марки 12Х8ВФ, можно сказать, что в качестве ферросплавов необходимо добавить:

 

-ферромарганец; 66%

-ферроникель; 70%

-феррохром; 69%

-Феррованадий; 70%

а так же кокс.

	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	V	Fe
Ферромарганец ФМн95	0,2	1,8	95		0,05	0,07
Феррохром ФХ001А	0,01	0,8			0,02	0,02	70		28,95
Ферроникель MCLP	0,04	1		50		0,02	0,5		48,44
Феррованадий ФВд75У	0,1	0.8	0,4	0	0,05	0,05	0.5	70-80	0