Технология выплавки стали

Таким образом, не сложно сделать вывод, что особенности размещения определяются специализацией предприятий по производству стали.

Технико-экономические показатели данных технологических процессов, рыночные аспекты их применения и  перспективы развития

Для сравнения технологических  процессов и определения наиболее выгодных необходимо использовать параметры, которые имеют место во всех сравниваемых процессах. Таким показателем экономической эффективности технологических процессов является себестоимость продукции, выраженная в денежной форме.

Экономическая эффективность работы конвертера определяется по формуле:

где П – годовая производительность конвертера, т. стали в год; Т –масса металла, шихты; 1440 – число минут в сутках; а –выход годных слитков; п –число рабочих суток в году; t – длительность плавки, мин.

Основной показатель, характеризующий  производительность мартеновских печей, является съем стали с 1 м2 площади  пода печи в сутки с (т/м2):

где C – съем стали, Р—суточная производительность, S – площадь пода печи, м2.

Производительность электропечей определяется по формуле:

где П – годовая производительность конвертера, т. стали в год; Т –продолжительность плавки, ч.; а –выход годных слитков; п –число рабочих суток в году; в – масса металлической шихты  на одну плавку.

Себестоимость электростали будет  определяться расходом металлической  шихты на 1 тонну годных слитков  и стоимости передела. Она включает также расход энергии, электродов, огнеупоров, изложниц, зарплату персоналу.

Основные технико-экономические  показатели способов производства стали.

Показатель	Способ производства стали
конвертер-ный	мартеновский	электропла-вильный
Вместимость плавильного агрегата, т.	250-400	400-600	200-300
Выход годного (стали),%	89-92	91-95	92-98
Длительность плавки, ч	0.4-1	6-10	6-10
Готовая производительность, тыс. т. слитков	1200-1400	370-490	400-600
Расход технологического топлива  на 1 т стали Условного топлива, кг Кислорода, м2 Электроэнергии, кВт*ч	-	90-120	-
60-70	40-50	8-17
-	-	500-700
Удельный вес металлолома в  шихте, %	20-25	30-60	До 100

В условиях рынка используют научно-технические  достижения: увеличивается выпуск конкурентно-0способных  изделий на основе наукоемких, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий. Роль этих технологий является определяющим фактором в достижении максимальных прибылей.

Так, более высокие технико-экономические  показатели у кислородно-конвертерного  способа выплавки стали. Это обусловленно рядом его преимуществ: большая  производительность агрегата на единицу  емкости и одного рабочего, ниже (на 54-10%) удельные капитальные затраты на строительство цеха той же производительности, меньше в 2-3 раза расход огнеупоров на единицу мощности агрегата. Экономическая эффективность обеспечивается за счет снижения ее себестоимости путем снижения расходов по переделу, доля которого в себестоимости составляет до10% (13-14% при мартеновской плавке; 25% -- при электроплавке).

В настоящее время наметилась устойчивая тенденция к сокращению мартеновского  способа производства и переход  на конверторный, как более экономически выгодный.

В то же время наметилось два экономически целесообразных пути совершенствования  мартеновского производства. Так, как  основным недостатком является большое  количество расходуемого топлива и  продолжительность процесса, то ускорению процессу способствует применение кислорода. Происходит интенсификация горения, усиливается окислительная способность печей, а следовательно, умсеньшается время плавки, снижается расход топлива. Увеличивается производительность.

Второй экономически выгодный путь – это переоборудование мартеновских печей в двухванные.

Перечисленные выше способы относятся  к эволюционным путям совершенствования  технологических процессов. Поскольку  эволюция – это постоянное изменение, совершенствование технических  средств труда без коренных изменений как самих средств, так и научных основ. Сюда также относятся механизация и автоматизация производства.

Кроме того, существует также революционный  путь развития, когда преобразование производства происходит в результате изменение или замены рабочего хода (изменение технологического процесса). При этом часто приходится применять дорогостоящее оборудование, но при хорошей организации работы можно достичь снижение себестоимости продукции. К таким новым технологиям относится процесс прямого восстановления железа с помощью водорода.

В основе этого процесса лежит восстановление железа водородом или приролдным газом. Мелко раздробренный железный концентрат смешивают с водой  и в виде пульпы подают по трубе  с месторождения на металлический комбинат. Вода поступает в специальные отстойники, где очищается и поступает в водоворот. А из руды с помощью специальных добавок и обработке во вращающихся барабанах получают окатыши сферической формы. Которые поступают в шахтную печь. Там с помощью водородаоксиды железа восстанавливается до железа. Это позволяет получать высококачественную сталь, сократить технологический цикл (отсутствует доменное и коксохимическое производство), уменьшаается потребность в воде, практически отсутствуют вредные выбросы.

Показатели качества продукции  данных технологических процессов  и форма организации производства как современный уровень развития нашей цивилизации

При конверторном способе производства, благодаря тому, что окисление  фосфора и серы идет одновременно имеется возможность остановить процесс на заданном содержании углерода и получить довольно широкую гамму углеродистых сталей при низком содержании серы и фосфора.

Электроплавка позволяет получить высококачественные стали. Отличительной  особенностью ее является активное раскисление шлака, что приводит к непрерывному переходу кислорода, растворенного в металле, в шлак. Поэтому нет необходимости раскислять с помощью алюминия, а, следовательно, нет загрязнений тугоплавкими солями алюминия стали. Однако способ требует большого количества энергии. Поэтому сейчас стали использоваться новые методики рафинирования, т.е. повышение качества стали. К таким методикам относятся: плазменный, электрошлаковый, вакуумно-дуговой, вакуумно-индукционный и др. процессы. Общей их особенностью является создание условий для рафинирования жидкой стали. Сталь, полученная этими методами, отличается высокой химической и структурной однородностью, низким содержанием вредных примесей . методы позволяют сократить продолжительность электроплавки на 10-30 минут и получить мартеновским и конверторным способами сталь электропечного ассортимента.

Также в условиях НТП основным направлением преобразования производства является электронизация – широкое обеспечение  средствами вычислительной техники, что  позволяет ускорить самые разнообразные процессы, сэкономить ресурсы, энергию, повысить качество продукции.

Уделяют также внимание комплексной  автоматизации – созданию полностью  автоматизированных цехов и заводов, промышленных роботов и манипуляторов.

Так, поворот конвертера, его подъем и опускание водоохлаждаемой кислородной фурмы, загрузка сыпучих добавок и др. производятся с пульта управления. Продолжительность и режим дутья, время отбора проб определяет счетно-вычислительная техника. Все это позволяет снизить время производства стали и снизить себестоимость продукции при неизменном или повышающемся качестве.

Заключение 

Человек с самого раннего возраста привыкает к окружающим его металлическим  предметам домашнего обихода, не замечает и не задумывается, откуда они берутся.

Дамасские и булатные стали известны со II-III веков н.э. Почти все мировые  культуры их использовали. Технологией  ее изготовления владели кельтские  и саксонские племена. Мечи викингов демонстрируют сложную структуру  узора. Одна из высших форм такой стали производилась в Японии. Общеизвестны дамасские клинки из Средней Азии. В России существовало массовое производство. Это знаменитые Златоустовские клинки. Однако не все из этих клинков могли рубить железо (гвозди, прутки), некоторые могли гнуться в дугу, а то и вокруг пояса. Металл знаменитых дамасских клинков имел более высокое содержание углерода, чем большинство современных сталей. После искусной ковки дамасская сталь приобретала исключительную прочность, вязкость и характерный узорчатый рисунок. Остается загадкой, как изготовляли дамасскую сталь. Сегодня, используя высокие технологии, металлурги пытаются произвести сталь, похожую по свойствам на дамасскую, но пока их усилия тщетны, хотя с каждым годом качество получаемой стали и технико-экономические показатели ее производства улучшаются.

Будущее человечества тесно связано  с использованием новых сплавов  на металлической основе. Металл –  фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса. И чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше его нужда в металлах.

Список литературы

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 ⁰C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 ⁰C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 ⁰C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор. Охлажденные газы покидают печь через дымовую трубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени достигает 1800⁰C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей –  до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают  разновидности мартеновского процесса:

• скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома;
• скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым мартеновским процессом.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой. В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят новый  шлак, подавая на зеркало металла  известь с добавлением боксита  для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется, поэтому шихта должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится до заданного  химического состава, из него удаляются  газы и неметаллические включения.

Затем проводят раскисление металла  в два этапа. Сначала раскисление  идет путем окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну  раскислителей – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.