Каталог :: Металлургия

Контрольная: Производство стали

                  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ                  
     Хабаровская Государственная Академия Экономики и Права       

Кафедра __________________________________________

___________________________________________________________________ Контрольная работа по дисциплине «Основы отраслевых технологий» Вариант № 7 Выполнила студентка факультета «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»

Ершова Марина Игоревна

Группа 3БУ (в) 1

Домашний адрес: г. Хабаровск, ул. Краснореченская 128-26

Проверил __________________

__________________________ Хабаровск, 2002 г. 1. Понятие о технологических процессах производства стали. Их классификация. Под технологическим процессом понимают совокупность операций по добыче и переработке сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию. Технологический процесс может быть расчленен на определенное число типовых технологических звеньев или операций и представлен в виде технологической схемы. Сталь – это сплав железа с углеродом, где содержание углерода от 0,01- 2%. Кроме углерода в ней могут содержаться примеси марганца, кремния, серы, фосфора и т.д. Сырьем для производства стали является чугун (жидкий и твердый), стальной и чугунный лом, железная руда, металлизированные окатыши, ферросплавы и т.д. Для получения стали необходимо из имеющегося сырья удалить излишки углерода и вредные примеси, что достигается окислением этих веществ; в дальнейшем необходимо удалить оксид железа, т.е. необходимо раскисление. В итоге всех этих процессов мы получим сталь. Т.о. этот технологический процесс может быть представлен в виде схемы: Основные способы получения стали: конверторный, мартеновский, в электропечах. Конверторный способ. Выплавка стали производится в конверторе (рис. 1) , представляющем собой стальной сосуд грушевидной формы 1 вместимостью 100-350 т. Внутри конвертер выложен огнеупорным кирпичом 2. В верхней части находится горловина 3, сбоку – летка 4. Снаружи конвертер опоясан стальным кольцом с двумя цапфами, которые удерживают контейнер и позволяют поворачивать его вокруг горизонтальной оси. Перед началом процесса конвертер поворачивают в наклонное положение, загружают металлический лом и жидкий чугун. Затем возвращают в вертикальное положение, загружают известняк, подают кислород под давлением 1.0 – 1.4 МПа через водоохлаждаемую фурму. При воздействии кислорода в конвертере протекают следующие реакции: окисляется железо (2Fe+O2 =2FeO), образующийся оксид железа взаимодействует с примесями, окисляя их (C+FeO = CO + Fe, Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe, Mn + FeO = MnO + Fe). Все реакции текут одновременно. Также одновременно идет процесс окисления примесей чистым кислородом. Известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак: 2Р+5FеО+4СаО= (СаО)4Р205 +5Fе. Сера удаляется в шлак с момента продувки и в течение всей плавки: FеS+СаО = СаS+FеО. Но степень десульфурации расплава не превышает 40 % вследствие высокого содержания FеО в шлаке. Контроль плавки ведется по спектру пламени, выходящего из горловины конвертера. По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному, продувку прекращают, поднимают фурму и, повернув конвертер в горизонтальное положение, выпускают сталь через летку, а затем через горловину сливают шлак.
Рис. 1 Схема кислородного конвертера
В готовой стали остается кислород в виде оксида железа. Для его восстановления в ковш вводят раскислители. Часть раскислителей вводят в конвертор в конце плавки. Если сталь полностью раскислена и при застывании в изложницах из нее почти не выделяются газы, ее называют «спокойной». При выплавке спокойной стали в качестве раскислителей сначала вводят ферромарганец, потом ферросилиций и в последнюю очередь алюминий. В тех случаях, когда из стали не удален кислород, при ее разливке в изложницы и постепенном охлаждении последний взаимодействует с углеродом. Образующийся оксид углерода интенсивно выделяется из кристаллизирующегося слитка. Поверхность металла как бы бурлит, поэтому такую сталь называют «кипящей». При получении кипящей стали, в качестве раскислителя вводят только ферромарганец. Закончив раскисление, приступают к разливке стали по изложницам. Температура стали при разливке -1600...1650 С. Мартеновский способ. Мартеновская печь (рис. 2) сложена из огнеупорного кирпича и стянута рядом стальных балок, образующих наружный каркас. Внутри печи находится рабочее пространство 3, сверху оно ограничено сводом, снизу - подом. Под выложен в виде овальной чаши, в которой происходит процесс плавки. В передней стенке печи имеются загрузочные окна 4, через которые загружают шихтовые материалы и следят за ходом плавки. В задней стенке устраиваются отверстия для выпуска стали и шлака. Рис. 2. Схема мартеновской печи В торцах печи расположены головки 2, соединяющие плавильное пространство с регенераторами 1. Последние представляют камеры, выложенные огнеупорным кирпичом, и служат для подогрева воздуха и газообразного топлива. На многих заводах работают двух ванные печи. Это наиболее производительные подовые сталеплавильные агрегаты. В зависимости от состава шихты различают скрап-процесс и скрап-рудный процессы плавки. При скрап-процессе в печь загружаются скрап (55...75%) и чушковый чугун (25...45%). При скрап-рудном процессе в печь заливают жидкий чугун (55...75 %), добавляют руду (12...20 %) и скрап. Наиболее распространен скрап-рудный процесс плавки. Процессы плавки в мартеновских печах делят на кислые и основные. Характерные особенности кислого процесса: печь футеруется кислым огнеупорным кирпичом (динасовый кирпич, кварцевый песок), используется шихта с малым содержанием серы и фосфора, удаление которых в кислых печах затруднено. При основном процессе плавки футеровка печи выполняется из магнезитового или доломитового кирпича, для удаления серы и фосфора в шихту вводят известняк. Основной скрап-рудный процесс включает заправку пода и откосов, завалку и прогрев твердой шихты, заливку жидкого чугуна, плавление, кипение, раскисление, доводку и выпуск готовой стали. Заправка пода и откосов заключается в засыпке доломитовым или магнезитовым порошком выбоин и ямок, разъеденных шлаком. Завалка шихты производится завалочными машинами. Сначала загружают часть лома, а на него - известняк и железную руду. После прогрева загружают остальной лом и нагревают до температуры плавления чугуна. Заливка жидкого чугуна производится из ковша по специально установленному желобу. В период загрузки и плавления шихты происходит окисление примесей за счет кислорода, содержащегося в печных газах и руде, а после образования шлака - содержащегося в оксиде железа, растворенном в шлаке. Окисление примесей (С, S, Мn, Р) идет по тем же реакциям, что и при конвертерном процессе. Важным моментом плавки является период «кипения» - выделения образующегося оксида углерода в виде пузырьков. Металл перемешивается, выравниваются его температура и химический состав, удаляются газы, всплывают неметаллические включения. По достижении требуемого содержания углерода в кипящем металле, что определяется путем быстрого анализа отбираемых проб, приступают к последней стадии плавки - доводке и раскислению металла. В печь вводят рассчитанную дозу ферромарганца и ферросилиция, в результате чего уменьшается содержание оксида железа в металле (металл раскисляется). После раскисления берут контрольную пробу металла и шлака, пробивают летку и по желобу выпускают сталь в ковши. Производство стали в электропечах. В настоящее время для выплавки стали применяют дуговые и индукционные электрические печи, которые являются наиболее совершенными сталеплавильными агрегатами. Основные преимущества способа получения стали в электрических печах - возможность создания высокой температуры в плавильном пространстве печи (более 2000 'С) и выплавки стали и сплавов любого состава; использование известкового шлака (до 50...60 % СаО), способствующего хорошему очищению металла от вредных примесей - серы и фосфора; возможность ведения плавки при всех режимах и условиях производства. Создание восстановительной среды или вакуума в печи способствует хорошему раскислению и дегазации металла. Наибольшее распространение в металлургической промышленности получили дуговые электрические печи.
Рис. 3 Схема дуговой электропечи
Дуговая печь (рис. 3) имеет сварной стальной цилиндрический корпус 6 со сферическим днищем, который выложен внутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Свод 4 печи делается съемным и имеет отверстия для электродов 3 (угольных или графитовых диаметром 400...500 мм и длиной 2 м). Число электродов соответствует числу фаз электрического тока. Крепятся они в электродержателях и при помощи специального механизма могут перемещаться вверх и вниз. Печь имеет рабочее окно 5 и выпускное отверстие 2. Устанавливается печь на дугообразных полозьях и с помощью двигателя поворачивается в сторону выпускного отверстия со сливным желобом. При подаче тока дуга 1 возбуждается между электродами и металлической шихтой. При плавке стали в дуговых электропечах в состав шихтовых материалов входят в основном стальной лом и скрап с добавками чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов. При основных процессах в качестве флюса для ошлакования серы и фосфора применяют известь, раскислители - ферросилиций, ферромарганец, алюминий. Для легирования вводят феррохром, феррованадий и др. Загрузка шихтовых материалов производится сверху. На под печи сначала загружают мелкий стальной скрап, затем более крупные куски шихты. По окончании загрузки опускают электроды до легкого соприкосновения с кусками металла, затем включают ток и начинают плавку. В течение первого периода плавки происходит расплавление твердой шихты и окисление примесей. Образовавшийся первичный фосфористый шлак удаляют из печи и загружают известь и руду. Через некоторое время начинается «кипение» металла (выгорает избыточный углерод, удаляются растворенные газы и неметаллические включения), затем берется проба стали и шлака. Первый период плавки заканчивается дефосфорацией металла. Однако в стали остаются еще кислород и сера. Во втором периоде плавки производятся раскисление, десульфурация и рафинирование стали. С этой целью наводят новый шлак, добавляя известь, плавиковый шпат и молотый кокс. После этого сталь раскисляют ферромарганцем и ферросилицием. В конце второго периода при необходимости вводятся легирующие элементы. Окончательное раскисление стали производят алюминием. Печь наклоняют и готовую сталь выпускают через отверстие по желобу в ковш. Продолжительность плавки - 2...4 ч в зависимости от вместимости печи и сорта выплавляемой стали. Классификация технологических процессов: 1) По способам, лежащим в основе переработки: a) Механические. Сюда относятся в основном процессы подготовки сырья для плавки стали: добыча и обработка руды, образование стружки, обрезков металла; а также в процессе плавки перемешивание металла с помощью образующегося СО; b) Физические. Плавка чугуна и шихты, остывание и кристаллизация полученной стали; c) Химические. Лежат в основе окисления С, Р, S. Следует учитывать, что чаще протекают комбинации механических и физических, физических и химических и т.д. процессов. 2) По способу организации процессы делятся на: a) Прерывные. Большинство процессов выплавки стали: загрузка, выплавка, выгрузка. Основной недостаток – простой оборудования, потери рабочего времени, большие затраты труда. b) Непрерывные. Сюда можно отнести плавку в двухванновых мартеновских печах (см. далее); c) Комбинированные – сочетание прерывающихся и непрерывных процессов. 3) По кратности обработки сырья: a) Процессы с разомкнутой схемой. Сырье и материал подвергают однократной обработке. Это конверторный способ получения стали; b) С замкнутой схемой. Широко используются во многих отраслях для многократного полного или частичного возвращения тепловых или материальных потоков в начальную стадию производства. Позволяют рационально расходовать энергию, сырье и материалы, получают продукт более высокого качества. c) Комбинированные – сочетают черты предыдущих двух. 4) По уровню механизации и автоматизации: a) С преимущественно ручным трудом; b) Механизированные: i) Частично механизированные – основные процессы выполняют механизмы, но некоторые выполняются вручную; ii) Комплексно-механизированные – все выполняется при помощи механизмов c) Автоматизированные – человек осуществляет только контроль i) Частично автоматизированные – автоматизация только на отдельных узлах; ii) Комплексно автоматизированные – на всех стадиях, но управляет процессом человек; iii) Полностью автоматизированные. И процесс производства, и процесс управления осуществляют автоматы. Большая часть технологических процессов по производству стали частично автоматизированные, но ведутся исследования по полной автоматизации производства. 2. 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 процессы представлены в таблице: Табл. 1 Основные технико-экономические показатели способов производства стали.

Показатель

Способ производства стали

конвертерныймартеновскийэлектроплавильный
Вместимость плавильного агрегата, т.250-400400-600200-300
Выход годного (стали),%89-9291-9592-98
Длительность плавки, ч0.4-16-106-10
Готовая производительность, тыс. т. слитков1200-1400370-490400-600

Расход технологического топлива на 1 т стали

§ Условного топлива, кг

§ Кислорода, м2

§ Электроэнергии, кВт*ч

-90-120-
60-7040-508-17
--500-700
Удельный вес металлолома в шихте, %20-2530-60До 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 (рис. 4).

Рис. 4 Схема двухванновой мартеновской печи:

1 – газовые форсунки, 2 – кислородные фурмы, 3 – расплавленый металл, 4 – шлак, 5 – твердая шихта, 6 -- дымоход

Над обеими ваннами устанавливаются газовые горелки и водоохлаждаемые фурмы для подачи кислорода. При окислении примесей в одной ванне избыточное тепло и избыточные газы СО уносятся в рабочее пространство другой ванны, где в это время идет загрузка и плавление шихты. Здесь поступающие газы отдают избыток тепла, и догорает СО, чем ускоряется прогрев и плавка шихты. После расплавления шихты во второй ванне и выпуска стали из первой ванны направление газового потока и режим работы кислородных фурм меняется. 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. 3. Показатели качества продукции данных технологических процессов и форма организации производства как современный уровень развития нашей цивилизации. Проблема качества продукции является одной из основных в условиях включения России в мировую рыночную экономику. Под качеством продукции подразумевают совокупность свойств, обуславливающих пригодность удовлетворять потребности потребителя и общества. Совершенствование производства различной продукции, расширение областей ее применения требует повышения ее качесва, а это в свою очередь стимулирует развитие новых технологических процессов. Сталь – это сплав железа и углерода, но в ней есть и вредные примеси серы и фосфора, а также полезные примеси, улучшающие ее качества магний и кремний. Кроме того, при необходимости используют легирующие добавки, повышающие качество стали. Это хром, никиль, молибден, вольфрам, ванадий и др. Они придают особые свойства стали жаропрочность, кислотоупорность. Стали могут быть: 1) Углеродистые a) Низкоуглеродистые содержат до 0.3% углерода; b) Среднеуглеродистые – от 0.3 до 0.6% углерода; c) Высокоуглеродистые – более 0.6% углерода; 2) Легированные стали: a) Низколегированные – до 2.5% легирующих добавок; b) Среднелегированные – 2.5-10% c) Высоколегированные – более 10% По применению стали делятся на: 1) Конструкционные (низко- и среднеуглеродистые стали) 2) Инструментальные (высокоуглеродистые) 3) Стали и сплавы с особыми свойствами: жаропрочные, коррозийно-стойкие, магнитные и т.д. Для повышения качества продукции необходимо применение более качественного сырья, более качественных технологий, а также более современных условий организации производства. 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. Библиографический список: 1. Анчишкин А.И. Наука-техника-экономика. – М.:Экономика, 1989. 2. Васильева И.Н. Экономические основы технологического развития: Учебное пособие для студентов ВУЗов. – М.: Банки и биржи, изд. Объединение «ЮНИТИ», 1995. 3. Дворин М.Д., Дмитриенко В.В., Крутикова Л.В. и др. Системы технологий отраслей народного хозяйства: Учебное пособие. Хабаровск: Изд-во ХПИ, 1991г. 4. Основы технологий важнейших отраслей промышленности./ Под ред. И.А. Сидорова: Учебник для экономических специальностей ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1971 5. Основы технологий важнейших отраслей промышленности часть 1-ая./ под ред. И.В. Ченцова:– Минск.: Высшая школа, 1989. 6. Технология металлов и конструкционные материалы /под ред. Б.А. Кузьмина – М.: Машиностроение, 1981. Тестовые задания по основам отраслевых технологий Выполнила студентка факультета «Бухгалтерский учет, анализ и аудит», 3 БУ(в) 1 группы Ершова Марина Игоревна Проверил__________________________________________________

Вариант 1

1. 2 2. 4 3. 2 4. 1 5. 3 6. 2 7. 2 8. 1 9. 3 10. 1 11. 3 12. 1 13. 1 14. 2 15. 3