СОДЕРЖАНИЕ

 

 ВВЕДЕНИЕ                                                                                                              4                                                                                        

 1   АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР                                                                              5     

 2   РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ                                                        6 

 3   РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ                                                                                           9 

 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ                        28         

 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Наиболее  совершенный способ получения стали  – плавка в электропечах . Простота регулировки теплового режима и высокие температуры процесса позволяют использовать шлаки высокой основности, что облегчает более полное удаление вредных примесей. Восстановительная атмосфера печи способствует глубокому раскислению стали. В электрических печах выплавляют высококачественные конструкционные, инструментальные, коррозионностойкие, жаростойкие и другие специальные стали и сплавы.  

      Емкость наиболее широко применяемых дуговых  печей колеблется в широких пределах 0,5 – 360 т. Печи средней и большой емкости обычно используют на металлургических заводах для получения слитков, а печи малой емкости – на машиностроительных предприятиях для получения стальных отливок. Источником тепла в электродуговых печах является электрическая дуга, которая возбуждается между графитовыми электродами и шихтой.

       Плавку  стали ведут в рабочем пространстве печи, которое сверху ограничено куполообразным сводом, снизу сферической подиной и с боков стенками.

       Огнеупорная кладка подины и стен заключена в металлический кожух. Съемный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное сводовое кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться в вертикальной плоскости.

       Шихтовые  материалы загружают на подину печи с помощью завалочных бадей. После их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляются за счет электрических дуг, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.

       Выпуск  готовой стали и шлака, осуществляется через сталевыпускное отверстие и желоб, путем наклона печи. Напротив сталевыпускного отверстия расположено рабочее окно, закрываемое заслонкой, которое предназначено для контроля, за ходом плавки, ремонта и загрузки шихты.

 

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

 

       Сталь марки 20ХГНР является конструкционной легированной. Эту сталь применяют для изготовления некрупных деталей, подвергаемых цементации и закалке с низким отпуском (зубчатые колеса, вал - шестерни, кулачковые муфты, червяки, валики, втулки и другие  работающие в  условиях ударных нагрузок).

       Сталь 20ХГНР подвергают нормализации, закалке с отпуском, что придает стали следующие механические свойства _в = 1420 МПа; _0,2= 1370 МПа; = 14 %; = 60 %, ударной вязкости KCU = 1080 Дж/см².

       Сталь марки 20ХГНР содержит в себе следующие легирующие элементы: хром, марганец, никель бор.

       Хром  – сравнительно дешёвый элемент  и широко используется  для легирования стали. В конструкционных сталях он частично растворён в феррите, частично в цементите или образует специальные карбиды. В хромистых сталях в большей степени развивается промежуточное превращение; при закалке с охлаждением в масле, выплавляемой после цементации, сердцевина изделия имеет бейнитное строение. Вследствие этого хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементованном слое.

       Марганец - содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. Однако марганец образует с железом твердый раствор и несколько повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. При высоком содержании марганца сталь приобретает исключительно большую твердость и сопротивление износу.

       Никель - придает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения.

       Бор - в конструкционные стали бор вводят в количестве от 0,001 до 0,005% (так называемое микролегирование). Бор повышает плотность слитка, устраняет дендритную структуру. Стали с бором легче обрабатываются при горячей пластической деформации, хорошо обрабатываются резанием.

       Сталь марки 20ХГНР обладает следующими технологическими свойствами:

       Температура ковки, ºC: начало 1150, конца 800. Сечения более 60 мм охлаждают медленно.

       Свариваемость – РДС – рекомендуетс подогрев и последующая термообработкой.

       Флокеночувствительность – чувствительна.

       Склонность  к отпускной хрупкости – склонна.

       2  РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ 

       Плавка  стали в дуговой электропечи конструкционной марки стали включает в себя следующие этапы: заправка печи, загрузка шихты, период плавления, окислительный период, восстановительный период, выпуск стали.

       Для поддержания огнеупорной футеровки  печи в рабочем состоянии необходимы ремонты наиболее пострадавших её участков. После каждой плавки печь тщательно осматривают, подину прощупывают железным штырем, выявляют все поврежденные места и принимают меры по устранению обнаруженных разрушений, для поддержания огнеупорной футеровки печи в рабочем состоянии.

       Кратковременный, горячий ремонт футеровки печи после выпуска предыдущей плавки называют заправкой .

       После выпуска плавки, печь необходимо очистить от остатков шлака и металла. Систематическое  накопление остатков шлака и металла  на подине приводит к её зарастанию и уменьшению объёма ванны печи. Наличие остатков не дает возможности  провести качественный ремонт подины, так как жидкий расплав препятствует свариванию заправочных материалов с футеровкой. Остатки металла и шлака удаляют металлическими скребками вручную. После удаления остатков металла и шлака поврежденные участки футеровки подины и откосов заправляют сухим магнезитовым порошком, а места наибольших повреждений – порошком, смоченным в жидком стекле.

       Заправку  нужно проводить быстро, пока футеровка  не остыла, чтобы приварился магнезитовый порошок. Общая длительность заправки составляет не более 15 минут. После  значительного ремонта подины, для  её закрепления следует провести плавку при относительно низкой тепловой нагрузке и без окисления.

       Печь работает с загрузкой шихты сверху. Свод печи вместе с электродами поднимается над печью, и отводиться в сторону на угол 80^о, открывая при этом рабочее пространство печи. Затем в печь с помощью крана опускают бадью с шихтой, днище которой раскрывается. Бадью опускают как можно ниже, чтобы не повредить футеровку. Сначала на дно бадьи укладывают 50% легковесного лома, крупную шихту загружают вперемешку со средней шихтой в центральную часть бадьи, так, чтобы в печи крупные куски оказались под электродами. По периферии распределяют куски средних размеров, а сверху загружают вторую часть мелочи. Для раннего шлакообразования в завалку отдают известь, которую размещают внизу бадьи.

       Вся шихта загружается в один –  два приема, длительность загрузки составляет 5-10 минут. Быстрая загрузка позволяет сохранять тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки.

       Период  плавления. Длительность периода плавления  зависит от вместимости печи, мощности трансформатора, состава выплавляемой стали и т.д.Главной задачей этого периода является быстрое расплавление металла.

       В первые минуты печь включают с мощностью 80-90%. Спустя 5 минут, после образования  колодцев, дуги оказываются экранированными  шихтой и возможна работа печи с  перегрузками на 20-25%.

       После полного расплавления шихты отбирают пробу металла на полный химический анализ и на ¾ скачивают шлак, вместе с которым удаляется значительная часть окислившегося фосфора. Затем наводят новый шлак присадками извести и кварцита.

       Окислительный период. Главными задачами являются:

1. удаление фосфора;
2. удаление газов;
3. нагрев металла до температуры, превышающей линию ликвидуса на 120^о-130^о;
4. приведение ванны металла в стандартное по окисленности состояние.

      Инструментом  для решения этих задач является окисление углерода. Углерод окисляется при продувке газообразным кислородом и присадками железной руды. Руда и известь подается равномерными порциями, чтобы поддержать энергичное кипение металла. Регулярно через 5-15 минут отбирают пробы металла, в которых проверяют содержание фосфора и углерода, таким образом следят за ходом окислительных процессов.

      Шлак  вспенивается пузырьками СО и самотеком  стекает через порог рабочего окна печи в шлаковню, т.е. ведется  процесс с постоянным обновлением шлака. Для лучшего стекания шлака печь наклоняют в сторону рабочего окна. Обновление шлака необходимо для лучшей дефосфорации.

      Восстановительный период. Основными задачами являются:

1. раскисление металла (удаление кислорода);
2. десульфурация (удаление серы);
3. легирование металла;
4. регулирование температуры металла.

      Процесс удаления кислорода из стали называют раскислением. Кислород является вредной примесью. Сталь, содержащая большое количество кислорода, образует пористый слиток. В качестве раскислителей используют Mn, Si, Al и углерод.

      Марганец  вносится в металл в виде силикомарганца, его усвоение составляет 97 %.

      Кремний в виде ферросилиция, он является сильнейшим раскислителем, в печь его подают за 15-20 минут до выпуска стали. Его усвоение составляет 50-85%.

      Алюминий  также является  сильнейшим раскислителем, поэтому в печь подается за 3-5 минут  до выпуска стали, либо в ковш. Усвоение составляет 50%.

      Для удаления серы из металла применяют  известь.

      Легирование – доведение химического состава  стали до требуемого по ГОСТу. Для заданной марки стали 20ХГНР легирующими элементами являются: хром марганец, никель бор. Легирующие элементы вводят в сталь в определенном порядке, который зависит от их химического сродства к кислороду.

      Химическое  сродство у хрома немного больше чем у железа и поэтому хром вносится в металл в виде феррохрома в начале восстановительного периода плавки после раскисления. Усвоение хрома составляет 98%.

      У марганца химическое сродство к кислороду также как и у хрома больше, чем у железа, поэтому его вносят в виде силикомарганца в ванну металла в начале восстановительного периода. Усвоение марганца составляет 97 %.

      Никель, так как обладает меньшим химическим сродством к кислороду вводят в металл вместе с ломом в завалку. Усвоение никеля составляет 100 %/

      Химичекое сродство у бора выше чем у железа и его так же кК и хром с марганцем  вносят в металл в течение восстановительного периода, в виде ферробора, усвоение бора при этом составляет 50%. 

      Выпуск  стали. Перед выпуском стали отбираются пробы на полный  химический анализ и раскисленность металла. Хорошо раскисленный металл остывает с усадкой и имеет плотную кристаллическую структуру. Выпуск производится по высушенному желобу в ковш.

            Общая длительность плавки колеблется в пределах от 3 до 5 часов:

      - заправка = 15 мин.;

      - завалка = 10 мин.;