Отчет по практике: Слиток с жидкой сердцевиной
Отчет по практике: Слиток с жидкой сердцевиной
МІНІСТЕРСТВО НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
КРИВОРІЗЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА МЕТАЛУРГІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ОТЧЕТ ПО ПРЕДДИПЛОМНОЙ ПРАКТИКЕ
НА ТЕМУ ___________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________
ВИКОНАВ СТУДЕНТ ГРУПИ ____ _ ___ ________________
ПІДПИС ПРІЗВИЩЕ, ІМ`Я, ТА ПО БАТЬКОВІ
КРИВИЙ РІГ 200_ р.
План
Ресурсо- и энергоемкость- сталеплавильных процессов. 3
Выбор рационального режима нагрева слитков под прокатку. 7
Нагрев слитков с повышенным теплосодержанием в нагревательных колодцах цеха бл-2. 16
Совершенствование технологии нагрева слитков с жидкой сердцевиной 19
Проблемы разливки стали в слитки. 33
Перечень использованных источников. 35
Ресурсо - и энергоемкость- сталеплавильных процессов
Одной из важнейших проблем, стоящих в настоящее время перед металлургической отраслью – черной металлургией, является снижение удельных расходов исходных материалов и энергии на единицу произведенной продукции, то есть проблема усовершенствования и создания интенсивного развития энерго - и ресурсосберегающих технологий.
В настоящее время доля энергоресурсов в себестоимости продукции черной металлургии постоянно растет и в отдельных случаях составляет 25 – 30% [1], что почти вдвое превышает аналогичные показатели в странах ЕЭС.
Основным показателем расхода материалов в сталеплавильном производстве является удельный расход металлошихты (чугуна, лома и ферросплавов) на 1 т стали. Так, в 1998 г среднеотраслевой расход металлошихты по всем видам сталеплавильного производства был достаточно высоким и составил 1153,3 кг/т, а энергоемкость 26,06 гДж/т [2].
Следует отметить исключительно высокие удельные отходы материалов. Развитие энергосберегающих и ресурсосберегающих металлургических технологий помимо улучшения экономических и технических показателей работы агрегатов, будут также способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую среду. В последнее время наиболее широкое развитие в сталеплавильном производстве получили следующие перспективные энергосберегающие технологии:
использование углесодержащих материалов, вводимых в конвертер, предварительный подогрев лома, повышения энтальпии чугуна, дожигание СО до СО2 в отходящих конвертерных газах непосредственно в конвертере, подогрев металла после выпуска в агрегатах печь-ковш или в промежуточных ковшах МНРС путем применения различных источников энергии (нагрев электродуговой, плазменный, топливо кислородный, химический), снижение расхода жидкого чугуна в кислородно-конверторных процессах с комбинированной продувкой;
использование химического тепла чугуна, выделяемого при продувке ванны кислородом, тепла отходящих при этом газов для нагрева лома, применение топливно-кислородных горелок для нагрева лома в дуговых электропечах;
создание литейно-прокатных модулей с использованием тепла отлитых слябов на МНРС в процессе совмещенной прокатки листовой продукции.
Анализ энергетической мощности и эффективности работы, металлургических процессов и агрегатов проводят обычно по тепловым балансам процессов. Основным показателем расхода энергии на единицу произведенной основной или вспомогательной продукции или используемого в технологическом процессе материала является энергоемкость продукции - затраты тепловой энергии на единицу продукции. Энергозатраты выражаются в величине тепловой энергии - ГДж/т (МДж/кг), либо в расходе условного топлива при его теплотворной способности, равной 29,4 МДж/кг (кг у. т. /т) [3].
Величина суммарных энергозатрат подразделяется на скрытые (прошлые) и прямые (настоящие), расходуемые в ходе проведения данного процесса.
В таблице 1-1 приведены значения энергоемкости основных материалов металлургического производства, а в табл.1-2 - удельных расходов металлошихты и энергоемкости по видам сталеплавильных процессов [1].
Расходные коэффициенты на производство проката в 1996 г составили кг/т: Россия - 1202, США - 1152, Япония - 1096, страны ЕЭС - 1141, Украина - 1230 [1].
Заметный рост удельных и энергетических затрат в последние годы совпал с падением уровня производства металла по всем переделам. Это в свою очередь, привело, наряду с остановкой и выводом из эксплуатации ряда агрегатов в отрасли, к потере производительности на большинстве действующих агрегатов, росту простоев и, соответственно, увеличению тепловых потерь и, как следствие, снижению технико-экономических показателей (прежде всего энергетических) работы металлургических агрегатов.
При непрерывных процессах доменном, агломерационном и, отчасти, прокатном – сокращение потерь энергии практически совпадает с потерей производительности этих процессов, прежде всего из-за непрерывности, так как они могут быть переведены на "тихий" ход в отличие от дискретных процессов – сталеплавильных и коксохимического, при которых резко увеличиваются тепловые потери при увеличении продолжительности остановок между циклами.
Таблица 1-1 Энергоемкость основных материалов сталеплавильного производства [3].
| Материал | Энергоемкость | |
| МДж/ед. | кг у. т. . /ед | |
| 1 | 2 | 3 |
| Чугун, кг | 23,8 | 0,811 |
| Металлолом, кг | 0,2 | 0,007 |
| Металлизованные окатыши, кг | 17,0 | 0,579 |
| Известь, кг | 5,4 | 0,184 |
| Кислород, м3 | 5,8 | 0, 20 |
| Азот, м3 | 2,5 | 0,085 |
| Аргон, м3 | 35,6 | 1,21 |
| Природный газ, м3 | 37,6 | 1,28 |
| 1 | 2 | 3 |
| Мазут, кг | 41,0 | 1,40 |
| Электроэнергия, кВт*ч | 11,25 | 0,0383 |
| Ферромарганец-75 (ФМн-75) | 55,02 | 1,875 |
| Ферросилиций-45 (ФС-45) | 7,34 | 2,40 |
Значение энергоемкости стали, выплавленной различными процессами, по сравнению с общеотраслевыми данными (табл.1-1) также существенно различаются, что связано прежде всего с расходом чугуна – наиболее энергоемкого материала.
Таблица 1-2 Удельные расходы металлошихты и энергоемкости стали [3].
| Вариант сталеплавильного процесса | Расход металлошихты, кг/т стали | Энергоем-кость стали | ||||||
| Всего | В том числе: | |||||||
| чугун | лом сталь-ной | лом чугун-ный | Раскислите-ли и легирующие | шихтовая заготовка | кг у. т. /т | ГДж/т* | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Общеотраслевая | 1153,3 | 730,4 | 361,2 | 37,2 | 15,1 | 9,4 | 889,4 | 26,06 |
| Скрап-процесс | 1171,1 | 214,0 | 840,0 | 93,3 | 21,1 | 2,1 | 676,6 | 19,82 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Скрап-руд-ный процесс | 1141,8 | 681,9 | 389,0 | 21,6 | 32,5 | 32,5 | 911,0 | 26,69 |
| Электросталеплавильный | 1178,9 | 194,3 | 769,3 | 150,0 | 28,7 | 28,7 | 619,9 | 18,16 |
| Конвертер-ный | 1147,9 | 892,7 | 242,3 | --- | 2,3 | 2,3 | 947,5 | 27,76 |
| Выплавка в двух-ванных агрега-тах | 1175,5 | 859,4 | 275,8 | 14,2 | 11,9 | 11,9 | 933,4 | 27,34 |
| * 1 кг у. т. = 29,4 МДж. | ||||||||
Наиболее энергоемкими являются сталеплавильные процессы с высоким расходом чугуна в металлошихте кислородно-конвертерный, в двухванных агрегатах и скрап-рудный мартеновский процесс. Стали, выплавленные в мартеновской печи скрап процессом или в дуговой электропечи, являются менее энергоемкими.
Значение энергозатрат на производство стали при выплавке различными процессами можно заметно снизить при замене чугуна на лом с введением менее энергоемких материалов природного происхождения в качестве топлива - природного газа, мазута и прежде всего, угля.
Выбор рационального режима нагрева слитков под прокатку
Рассмотрены некоторые аспекты выбора рациональных режимов нагрева слитков под прокатку в нагревательных колодцах обжимных цехов. Показаны особенности нагрева слитков из легированных и высоколегированных сталей, связанные с кинетикой их окисления и свойствами образующейся окалины. Представлены мероприятия и тепловые режимы, позволяющие снизить неравномерность температурного поля слитков и уменьшить потери металла с окалиной. Рациональный выбор режима нагрева металла перед обработкой давлением в значительной степени предопределяет качество и себестоимость получаемого проката. Основными показателями теплового состояния слитка перед прокаткой являются температура поверхности, перепад температур между поверхностью и центром и среднемассовая температура. Необходимые значения этих величин могут быть достигнуты путем реализации различных тепловых режимов нагревательных колодцев, выбор которых зависит от конкретной производственной и экономической ситуаций. Основными критериями, определяющими способ нагрева металла в нагревательном устройстве, является либо минимизация одного из параметров (расход топлива, потери металла с угаром, расход электроэнергии при прокатке), либо достижение максимальной производительности.
Рассмотрим основные положения, которыми необходимо руководствоваться при разработке технологических инструкций по нагреву слитков в нагревательных колодцах прокатных цехов металлургических заводов, некоторые из которых недостаточно освещены в классической литературе по технологии нагрева.
Конечную температуру поверхности слитков обычно устанавливают в соответствии с положением критических точек для данной марки стали по диаграмме состояния железо-углерод с учетом технологических ограничений и она, как правило, на 100-150°С ниже температуры солидуса. Это связано с опасностью перегрева и пережога металла с одной стороны и получения заданной температуры в конце прокатки, которая в конечном итоге определяет энергозатраты на этот процесс. Однако при нагреве некоторых легированных марок стали должны быть учтены особенности процесса их окисления и свойства образующейся окалины. Так, кинетика окалинообразования кремнистых сталей подчиняется линейному или близкому к линейному (т.е. пара линейному) законам, что свидетельствует о кинетическом, а не диффузионном контроле этого процесса, связанном прежде всего со свойствами образующейся окалины [1, 2]. Согласно нашим данным в окалине на поверхности слитков из сталей 55С2 и 60С2 содержится 3,5-5,2% SiO2 [1], что приводит к образованию фаялита 2FeO* SiO2 и фаялито-вюститных эвтектик, имеющих низкую температуру плавления. Аналогичные данные получены в более поздних исследованиях, проведенных в Японии [3]. Оплавление окалины и утрата ею защитных свойств может происходить и при нагреве обычных углеродистых сталей в результате местного перегрева ребер слитков, что является крайне нежелательным явлением.
В настоящее время на некоторых металлургических заводах наметилась тенденция к снижению температуры нагрева стали. С одной стороны это приводит к существенному увеличению энергозатрат при прокатке, а с другой - позволяет снизить расход топлива и, что особенно важно, уменьшить потери металла с угаром. Так, согласно данным, приведенным в работе [4], снижение температуры конца прокатки с 1010°С до 900°С приводит к уменьшению угара в 2 раза, а до 800°С - в 4 раза. Очевидно, что целесообразность применения данного мероприятия зависит от соотношения между ценами топлива, стали, электроэнергии и энергосиловых параметров установленного прокатного оборудования, ритмичности работы стана (отсутствие "пересидок" металла, длительных простоев и т.д.) и требует дополнительного изучения для конкретных условий.
Не менее важным является обеспечение заданной равномерности нагрева как по сечению слитка, так и по его высоте. Прокатка стали с высокой неравномерностью температур может привести, к различного рода искажениям формы раската и появлению поверхностных дефектов: серповидности, бочкообразности, изгибам, скручиванию, нарушениям сплошности, рванинам, трещинам, анизотропности свойств стали [5]. И если заданный перепад температуры по сечению слитка (100-300°С/м) может быть достигнут томлением металла в печи (зачастую путем повышенного угара и перерасхода топлива), то неравномерность по высоте слитка определяется прежде всего особенностями конструкции нагревательного устройства и устранение которого обычно сопряжено со значительными трудностями. Так, перепад температур по высоте рабочего пространства рекуперативных колодцев с отоплением из центра подины (ОЦП) составляет 80-150°С, что приводит к недостаточному прогреву донной части слитков, отлитых в уширенные книзу изложницы, при удовлетворительном качестве нагрева головной части. Изменения конструкции горелочного устройства не позволяют полностью устранить этот недостаток. В связи с этим была предложена измененная схема посадки слитков в нагревательный колодец, предусматривающая установку их головной частью вниз [2]. При такой схеме посадки неравномерность температурного поля по высоте ячейки частично компенсируется различием в толщине прогреваемого слоя головной и донной частей слитка. Промышленные испытания данной технологии показали существенное снижение энергозатрат на прокатку и ее эффективность. Аналогичные результаты получены и в работе [5].
В нагревательных колодцах с верхней боковой горелкой (ОВГ) уменьшение неравномерности температурного поля по длине и высоте рабочего пространства может быть достигнуто усовершенствованием горелочного устройства, применением импульсного отопления, рециркуляцией продуктов сгорания и т.д.
Процесс окисления металла при нагреве оказывает существенное влияние на стоимость проката и его качество. Потери металла от первичного (в нагревательном устройстве) и вторичного-(в процессе прокатки) окислений составляет 5-6% от его первоначальной массы. Кроме этого, образование окалины может привести к браку готового изделия вследствие закатывания оксидной пленки, вскрытия подкорковых пузырей и т.д.
