Курсовой проект по технологии производства стали

Агентство по управлению государственными учреждениями

Пермского края

ГБОУ СПО  Чусовской индустриальный техникум

Специальность: 150101 (1101) МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ТЕХНОЛОГИЯ МАРТЕНОВСКОЙ ПЛАВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУВКИ АЗОТОМ ЧЕРЕЗ ПОДИНУ ПЕЧИ 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ 
 
 

                                                   Выполнил: студент группы МЧМ – 6(И)

                                                Зиновьев Н.А.

                                                           Проверил: преподаватель ЧИТ

                                                                             Ашихмина Е.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2012 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ 

    1.1.Структура  дуплекс цеха

  

    Сталеплавильное производство ОАО «ЧМЗ» представлено дуплекс – цехом.

    Дуплекс цех является одним из основных цехов  завода. В цехе осуществляется: выплавка стали, производство полупродукта с получением ванадиевого шлака.  

    Дуплекс цех состоит из  отделений: конвертерного, мартеновского, разливочного, отделения подготовки составов.

      Конвертерное отделение:

    В состав конвертерного отделения  дуплекс цеха входят: миксерный, конвертерный и шихтовый пролеты, склад шлака, участок футеровки днищ конвертеров.

    Чугуновозные  ковши емкостью 45 т жидкого чугуна поступают из доменного цеха по ж/д путям.

    Мостовым  краном грузоподъемностью 50т ковш с  чугуном поднимается на отметку заливки. Крышка заливочного отверстия (носка) миксера поднимается, ковш при помощи вспомогательного подъема опрокидывается и происходит заливка.

    Жидкий  чугун разливается в чугуновозные ковши емкостью 22 т, расположенные на путях вдоль миксера и конвертеров.

    Периодически, вручную проводятся операции скачивания шлака через сливное отверстие по существующей схеме.         Чугуновозные ковши по путям подаются к конвертерам для слива чугуна. После этого начинается продувка чугуна в конвертере.

После продувки чугуна продолжительностью 15 минут -  полученный полупродукт сливается в ковш, емкостью 44т., установленный под конвертером. В дальнейшем он подается краном к мартеновским печам для 

 
 
 

заливки в мартеновскую печь, или по ж/д  путям на разливочную машину.

    Шлак, полученный при продувке чугуна, сливается в колоды, также установленные под конвертерами, и отправляется на шлаковый двор. После полного затвердевания, колоды раскантовываются на вагон и шлак  по ж/д путям идет в ферросплавный цех для дальнейшей переработки.

    Мартеновское  отделение:

      В состав мартеновского отделения  дуплекс цеха входит два пролета – мартеновский и шихтовый.

    Шихтовый  пролет обслуживают два крана, предназначенные  для подачи шихты (лом) к мартеновским печам и один грейферный кран, предназначенный  для подачи сыпучих материалов – окатышей, агломерата, известняка, магнезитового порошка, доломита и т.п. В шихтовом пролете находятся бункеры для хранения ферросплавов.

    В мартеновском пролете находятся 2 мартеновские печи вместимостью по 270т каждая. Процесс мартеновской плавки состоит из следующих периодов:

    - заправка мартеновской печи –  20-30 мин.;

    - завалка шихты – 2,20 ч.;

    - заливка полупродукта-1,8 ч;

    - плавление – 2 ч.;

    - доводка, полировка и чистый  кип – 1,5 ч.;

    - выпуск - 20мин.

    Мартеновские  печи работают скрап-рудным процессом.

    

    Металлолом  и скрап готовятся в копровом цехе и подаются в шихтовое отделение  по ж/д путям в мульдах, установленных  на платформах, по 9 мульд на каждой. Также в завалке используются отходы собственного производства (обрезь прокатных станов), которые поступают с  вагонами в шихтовое отделение. Там они перегружается в мульды, и подаются на рабочую площадку мульдо-магнитными кранами грузоподъемностью 16/10 т.                                                                                                                                        Сыпучие материалы и раскислители готовятся к плавке в шихтовом пролете и доставляются на рабочую площадку мартеновских печей в бадьях или мульдах.

    Завалка металлолома, раскисление и легирование стали в печи, заправка порогов производится мульдозавалочными кранами грузоподъемностью 7/20 тонн и 5/20 тонн.

    Заправка  печи осуществляется заправочной машиной.

    Шлак  из печи скачивается через среднее  завалочное окно в шлаковую чашу, установленную на путях между устоями печи. Замена заполненной шлаком чаши на пустую ведется с помощью лебедк0и. В дальнейшем шлаковая чаша вывозится в копровый цех через разливочное отделение.

    Разливочное отделение:

    Предназначено для разливки жидкой стали в слитки.

    Размеры 96 х 21,2 м.

    Разливочное отделение имеет два железнодорожных  пути, два крана 175/50/15 т, кран 180/50/16 т, восемь сталеразливочных ковшей, шиберную мастерскую.

    Выпуск  плавки производят в два сталеразливочных ковша емкостью 130 т каждый. После выпуска плавки, жидкую сталь разливают в слитки двумя разливочными кранами грузоподъемностью 175 т каждый.

    

    Разливка  плавки осуществляется с разливочной  площадки, на которой закреплены закрома  для металлической стружки и  термосмеси.

    После разливки плавки подрываются центровые в разливочном отделении, после чего сталеразливочный состав поступает в новое отделение подготовки составов, где с него снимают прибыльные надставки и производят подрыв слитков.

    Далее поезд со слитками подается на стан «800», где из изложниц извлекают слитки, нагревают их в печах и прокатывают заготовку.

    Отделение подготовки составов:

    Отделение подготовки составов состоит из двух пролетов:

Размеры 96 х 30 м и 96 х 33,4 м соответственно.

    Это отделение предназначено для подготовки сталеразливочных составов для разливки стали в слитки.

    Состав  оборудования: четыре мостовых крана  грузоподъемностью 20/5 т, две газовые печи для сушки центровых в каждом пролете.

    

    

    1.2. Характеристика конструкции мартеновской  печи 

    Существует  ряд разновидностей конструкций мартеновских печей:

    1. Мартеновские печи бывают стационарными  и качающимися. Большинство мартеновских печей стационарные, так как качающиеся печи более сложны по конструкции и эксплуатация их обходится дороже.

    2. В зависимости от футеровки мартеновские печи бывают основными и кислыми.

    3. В зависимости от вида топлива  и его теплоты сгорания мартеновские  печи могут иметь две пары  регенераторов - для подогрева  воздуха и газа (при отоплении  печи газом с невысокой теплотой  сгорания) или одну пару регенераторов (если печь отапливается топливом с высокой теплотой сгорания, подогрев которого не нужен или трудно осуществим).

    4. В зависимости от вместимости мартеновские печи делят на печи малой (< 125т), средней (125 — 300 т) и большой (>300 т) вместимости.

    Строение мартеновской печи можно условно разделить на верхнее и нижнее. Обычно рабочая площадка мартеновского цеха расположена на 5-7 метров выше уровня пола цеха. Верхнее строение печи, расположенное выше рабочей площадки, включает рабочее пространство и головки печи. Нижнее строение, расположенное под рабочей площадкой, включает шлаковики, регенераторы и борова с перекидными устройствами. Под рабочей площадкой обычно размещают также вентиляторы для подачи через регенераторы в печь воздуха и другое вспомогательное оборудование.

    Рабочее пространство печи 

    Рабочее пространство мартеновской печи ограничено сверху сводом, снизу — подом (или подиной) и стенками (передней и задней). Выпуск

плавки  осуществляют через сталевыпускное отверстие, находящееся на

границе задней стенки и подины. В передней стенке печи расположены завалочные окна, через которые в рабочее пространство загружают твёрдую шихту и заливают (по специальному приставному желобу) жидкий чугун.

   Подина  печи

   Выбор футеровки для подины мартеновской печи определяется характеристикой шлаков. Процесс, при котором в шлаке преобладают кислотные оксиды, называют кислым мартеновским; соответственно печь, подина которой изготовлена из кислых огнеупорных материалов, называют кислой мартеновской. Процесс, при котором в шлаке преобладают основные оксиды, называют основным мартеновским, а печь основной мартеновской.

   Свод  печи

   Свод  мартеновской печи практически не соприкасается  со шлаком, поэтому для футеровки свода можно использовать кислые и основные огнеупорные материалы независимо от типа процесса. Своды мартеновских печей изготовляют из динаса или термостойкого магнезитохромитового кирпича.

   Головка печи

   Головки, располагающиеся с торцов рабочего пространства, должны обеспечить:

   -   настильность факела по всей  длине ванны (чтобы максимальное количество тепла передавалось ванне и минимальное своду и стенкам);

   -   хорошее перемешивание топлива  и воздуха для полного сжигания  топлива в рабочем пространстве  печи;

   -   минимальное   сопротивление   при   отводе   продуктов   сгорания   из рабочего пространства.

   

   Для выполнения первых двух требований сечение  выходных отверстий 
должно быть небольшим, чтобы скорость входа в печь воздуха и топлива 
была максимальной; для выполнения третьего требования сечение должно 
быть максимальным. Различные функции головок (для ввода в печь воздуха и топлива, для отвода продуктов сгорания) усложняет выбор их конструкций при проектировании печей.

   Шлаковики

   Отходящие из рабочего пространства печи дымовые  газы проходят через головку и  по вертикальным каналам попадают в шлаковики. Шлаковики служат для улавливания плавильной пыли и шлаковых частиц, уносимых продуктами сгорания из рабочего пространства, и тем самым предохраняют насадки регенераторов от засорения. Сечение шлаковика гораздо больше сечения вертикального канала, поэтому при попадании дымовых газов в шлаковик их скорость резко уменьшается и, кроме того, изменяется направление движения газов. Это приводит к тому, что значительная часть (50 ... 70%) плавильной пыли оседает в шлаковиках.

   Регенераторы

   Из  шлаковиков отходящие газы с температурой 1500...1600⁰С попадают в насадки регенераторов. Объём насадки регенераторов и площадь поверхности её нагрева, т.е. поверхности кирпича насадки, омываемой движущимися газами, взаимосвязаны. Эти величины определяют специальным теплотехническим расчётом, от них зависят основные показатели работы печи — производительность и расход топлива. Регенераторы должны обеспечивать постоянно высокую температуру подогрева газа и воздуха.

   Из-под насадочного пространства отходящие газы  при температуре 500-800⁰С попадают в борова, которые предназначены для подвода к регенераторам газа, воздуха и отвода от них продуктов сгорания к трубе или котлу-утилизатору.

   Перекидные  клапаны 

   

   Мартеновская  печь представляет собой агрегат  реверсивного действия, направление  движения газов по системе печи периодически изменяется. В боровах, а также в газопроводах и воздухопроводах устанавливают систему

перекидных  клапанов (шиберов, клапанов, дросселей, задвижек). Операция

перекидки клапанов в современных мартеновских печах автоматизирована. Конструкции  перекидных клапанов очень разнообразны. К основным требованиям, предъявляемым, к перекидным клапанам относятся:

   -   простота конструкции;

   -   максимальная плотность (чтобы  исключить попадание отходящих  из печи газов в атмосферу  цеха и потери воздуха, подаваемого  для горения).

   

   Из  боровов дымовые газы поступают  в дымовую трубу. Высоту трубы  рассчитывают таким образом, чтобы создаваемая трубой тяга была достаточной для преодоления сопротивления движению дымовых газов на всём пути.

   Охлаждение  элементов мартеновской печи. Элементы печи, изготовленные из металла (рамы и заслонки завалочных окон, балки, поддерживающие свод рабочего пространства, перекидные клапаны и др.) и контактирующие с горячими газами, требуют непрерывного охлаждения. 

                              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.СПЕЦИАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ 

    2.1.Технология  производства стали в мартеновских  печах 

    Мартеновские  печи, работающие скрап — рудным процессом, т.е. с завалкой твёрдого металлолома производится заливка жидкого полупродукта, имеют следующие особенности в осуществлении технологического процесса на ЧМЗ:

    1. Шихтовыми материалами являются твёрдый металлолом, поставляемый со стороны, а также собственный оборотный лом в виде обрези прокатных станов завода. Жидкой составляющей являются полупродукт, получаемый в конверторе дуплекс цеха путём переработки ванадиевого чугуна ( продувка обогащённым воздухом ) с целью получения ванадесодержащего шлака.

    2.    Неметаллическая    часть    представлена    окатышами    (окислитель), известняком (шлакообразующий материал). В целях форсирования мартеновской плавки часть известняка может заменяться известью. Топливом в мартеновском процессе служит смесь природного газа и мазута (для придания черноты факелу).

    

    Для интенсификации горения факела (для повышения температуры факела) применяется кислород.

    ЗАПРАВКА ПЕЧИ

    Целью периода является ремонт изношенных участков наварки рабочего 
пространства печи. Перед каждой плавкой происходит осмотр пода, откосов. 
Заправку откосов ванны печи начинают до выпуска металла (заправка 
магнезитовым порошком) выше уровня шлака. Она совмещается с концом 
периода чистого кипения - способствуют лучшему привариванию 
заправочных материалов и уменьшению их расхода. Участки ниже уровня 
шлака заправляют по мере обнажения стенок и откосов при выпуске стали. 
Во время периода заправки поддерживают оптимальный тепловой режим, 
исключающий термическое воздействие факела. Технологической 
особенностью ведения плавки на печи с донной продувкой является работа с 
оставлением в печи небольшой части металла «болото». Эта особенность 
позволяет защищать поверхность пода от воздействия изнашивающих 
факторов, таких как факел, шихта, шлак. В то же время конструкционная 
особенность печи, предусматривает выработку поверхностного слоя 
газопроницаемыми порошками на всю величину, т.е. производить ремонты 
подины по запланированному графику холодных ремонтов.

    ЗАВАЛКА ШИХТЫ

    Время периода — от начала завалки до начала заливки полупродукта. Металлический лом, известняк, скрап окатыши порциями, загружают в печь послойно.

    На  подину дают мелкий стальной лом, затем  известняк, скрап и полупродукт. Завалка твёрдой шихты производится завалочными машинами. Во время завалки в печи сжигают наибольшее количество топлива, чтобы хорошо прогреть и быстрее расплавить шихтовые материалы. Успешно проведённая завалка и хороший прогрев шихты обеспечивают нормальный ход плавки. Все материалы, подаваемые в печь необходимо взвешивать. Длительность периода прогрева определяется временем от конца завалки до установки заливочного желоба, (в г.ч. заправка сырым доломитом).

    ЗАЛИВКА ПОЛУПРОДУКТА

    

    Длится  от конца завалки твёрдой шихты  до конца заливки полупродукта. 
Полупродукт заливают на прогретую частично плавящуюся твёрдую завалку 
шихты. При заливке полупродукта в печь происходит бурное окисление 
углерода полупродукта, вследствие чего из ванны выделяется большое 
количество углерода, сгорающий над поверхностью ванны с выделением тепла, которое способствует плавлению металлической шихты, облегчает прогрев и плавление окатышей и известняка. Поэтому в период заливки поступление топлива сокращают до 60 %. Скорость составляет 40тонн в 30минут. После окончания заливки полупродукта в печь, когда происходит 
интенсивное шлакообразование, тепловые нагрузки составляют 65-80% от

    

    

максимальной. Обусловлено тем, что при шлакообразовании тепло в 
значительной степени отражается на свод и стены печи, так как шлак резко 
ухудшает передачу тепла от факела к металлу.

    ПЛАВЛЕНИЕ ШИХТЫ

    Начинает  после слива полупродукта в печь и завершается процессом рас  плавления шихты. Продолжительность  плавления тем меньше, чем выше содержание углерода в шихте, а также  зависит от способа расположения шихтовых материалов печи. Обычно в первой половине плавления в печь вводят такое же количество тепла, как и при заливке шихты к концу плавления тепловую нагрузку уменьшают до допустимого предела. Основная часть шихты уже расплавилась и потребность в тепле уменьшилась. Во время плавления шихты должно быть удалено максимальное количество шлака, что необходимо для хорошей десульфурации и дефосфорации. Спуск шлака начинается через 20-30 минут.

    После заливки полупродукта к моменту  расплавления должен сформироваться активный шлак с основностью 1.8.-2.8. До образования шлака шихта окисляется кислородом газовой фазы рабочего пространства. Необходимо ранее образование шлака для защиты жидкой стальной ванны от поглощения азота и водорода из атмосферы. Шлак образуется из окислов элементов шихты, (железа, алюминия, марганца, хрома), шлакообразующих материалов, ржавчины, окалины, находящихся на поверхности кусков шихтовых материалов. Кроме того, в шлак переходит часть заправочного материала из футеровки стен и свода печи. Процесс образования шлака проходит легче, если в шлаке имеются достаточное количество оксида железа, который проникает в куски загруженной извести и ускоряет её растворение в шлаке.

    ДОВОДКА ПЛАВКИ

    Длится  от момента полного расплавления шихты, до раскисления стали.

    Задача: доведение стали до требуемого содержания углерода и температуры стали. 

    Технологический приём: полировка плавки.

    

    ПОЛИРОВКА осуществляется в период рудного  кипения, от взятия первой пробы металла  до начала чистого  кипения ванны. Для этого добавляют порциями окатыши для окисления примесей.

    С  учётом  необходимости,  установления  скорости  выгорания углерода  и других примесей, пробы металла  и шлака во время полировки  РУДНОЕ КИПЕНИЕ: на границе шлак - металл.

    Период  рудного кипения начинается после  расплавления шихты и присадки первой порции окатышей, и длится до закипания ванны ровным безпенистым пузырём не менее чем 2/3 её поверхности.

       В  период рудного  кипения шлак должен  быть необходимого  состава и полностью   закончена дефосфорация   и   в основном   десульфурация при энергичном окислении углерода. При рудном кипении зарождается большое количество    пузырьков    при    окислении    углерода,    поэтому    образуется шлаковая пена.

    Пенистый    шлак    имеет    низкий    коэффициент   теплопроводности,    что сопровождается повышением уровня шлака, и теплопередача через этот шлак к   металлу   сильно   падает.   При   кипении   ванны   под пенистым   шлаком пузырьки углерода перемешивают металлическую ванну, что приводит к температурным и концентрационным перепадам по глубине металлической ванны.

    ЧИСТОЕ  КИПЕНИЕ: на границе металл - подина.

Характерно  энергетическое кипение на 2/3 её поверхности под шлаком, вовремя которого пузырьки углерода перемешивают металл и шлак. Признаком нормального чистого кипения является восстановление марганца из шлака, при содержании углерода в  ванне  более  0,2%. Минимальное  время периода чистого кипения устанавливается для каждой марки стали. В период чистого кипения до начала раскисления за 20 - 30 минут шлак разжижают бокситом. Значение   периода   кипения:   понижение   содержания в стали водорода и неметаллических включений.   Содержание   углерода   после   расплавления должно быть 0,4 — 0,7% больше верхнего предела содержания углерода в готовой стали. Во время кипения необходимо иметь высокие температуры металла, подвод тепла 65 - 90% от максимальной нагрузки.

    РАСКИСЛЕНИЕ СТАЛИ

    

    Проводят  после того, как сталь доведена до требуемого содержания углерода и  температуры. В качестве раскислителей используют алюминий, кальций, марганец, титан (в виде ферросплавов). Раскислители должны образовывать окислы с меньшей плотностью (быстрей всплывают) и с более низкой температурой плавления, которые легче удаляются из металла.

    ВЫПУСК СТАЛИ

    Производят  после раскисления и легирования стали. Перед выпуском нагревают с таким расчётом, чтобы температура металла имела запас на охлаждение в процессе разливки. Получение высокой температуры достигается подводом тепла в количестве 65 — 90% от максимальной тепловой нагрузки. 

    2.2.Применение  азота для продувки стали в мартеновской печи через подину 

    Принцип      технологии         донной      продувки         мартеновской      ванны  потоком газа заключается в следующем:   азот  подаётся  через группу локальных продувочных зон, рассредоточенных в подине печи вдоль    её    продольной оси, что обеспечивает плотность дутья в каждой из зон от 2 до  11 куб. м. на  1 квадратный метр площади подины. Дисперсность направляемого в    расплав снизу  газового потока задаётся путём его подачи под давлением через систему дутьевых устройств и через слой укрывающего пористого огнеупорного материала, составляющего 0,5 —0,8 общей толщины подины. Интенсивность общего потока изменяется по ходу плавки в пределах от 0,013 до 0,15 куб. м. в час на 1 квадратный метр площади подины расплава; интенсивность дутья увеличивают по мере накопления расплава в ванне, а при полном расплавлении шихты — в зависимости от изменения тепловой мощности факела, увеличивая расход газа от 0,09 до 0,45 кубических метров в час на каждый 1 мега ват повышения мощности; суммарный расход дутья за полный цикл плавки поддерживают на уровне не менее 0,4 кубических метров на тонну, увеличивая его при уменьшенном содержании углерода по расплавлению шихты; предусматривается   уменьшения   интенсивности   продувки   в   направлении движения факела при сохранении общей интенсивности дутья.