Техника и технология производства стали

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Удмуртский государственный университет»

Институт  экономики и управления 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по дисциплине

«Техника  и технология отраслей народного хозяйства» 

на тему:

«Техника  и технология производства стали» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: студентка гр.602-21

Касаткина К.Р. 

 Проверил: Овчинников В.Ф. 
 
 
 
 

Ижевск, 2010 

     Содержание 

1. Введение……………………………………………………………………3

2. Классификация  и основные характеристики стали……………………..5

3. Производство  стали……………………………………………………….7

     3.1. Производство стали в конвертерах……….……………………..9

     3.2. Производство стали в мартеновских печах…………………….11

     3.3. Производство стали в электропечах…………..………………..14

4. Разливка стали…………………………………………………………….17

5. Специальные виды электрометаллургии стали…………………………19

6. Заключение………………………………………………………………...21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.

     Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные.

     К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева. Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве. Самым важным из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.

     Сталями называют сплавы железа  с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д. Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

     Сталеплавильное производство – это получение  стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии.

     В современной металлургии основными  способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы.

     Об этом подробнее речь пойдёт в последующих разделах данной работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Классификация и основные характеристики стали 

     Сталь (польск. stal, от нем. Stahl) — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

     Стали делятся на конструкционные и  инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

     По  химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6—0,85 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4 % легирующих элементов, среднелегированные — до 11 % легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов.

     Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических  включений. Содержание примесей лежит  в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и  особо высококачественные.

     По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

     Примеси, присутствующие в стали делят  на четыре группы:

• постоянные, или обычные (марганец, кремний, фосфор и сера, если их содержание находится в пределах: до 0,8% Mn; до 0,4% Si; до 0,05% Р и до 0,05% S);

 

• скрытые (азот, кислород, водород, присутствующие в любой стали, в очень малых количествах (тысячные доли процента);
• случайные (например, мышьяк, свинец, медь и др., попадающие в сталь из-за того, что они содержатся в рудах или шихтовых материалах данного географического района или связаны с определенным технологическим процессом производства стали);
• специальные (легирующие элементы) (их вводят в состав стали для получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. В этом случае сталь называют легированной.

   Выделяют  следующие характеристики стали:

Плотность: 7700—7900 кг/м³,

Удельный  вес: 75537—77499 н/м³ (7700-7900 кгс/м³ в системе МКГСС),

Удельная  теплоемкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),

Температура плавления: 1450—1520 °C,

Удельная  теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг),

Коэффициент теплопроводности: 39 ккал/(м·час·°C) (45,5 Вт/(м·К))

Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около

20 °C:

     - сталь Ст3 (марка 20):  (1/град);

     - сталь нержавеющая:  (1/град).

Предел  прочности стали при растяжении:

     - сталь для конструкций: 38-42 (кГ/мм²);

     - сталь кремнехромомарганцовистая: 155 (кГ/мм²);

     - сталь машиностроительная (углеродистая): 32-80 (кГ/мм²);

     - сталь рельсовая: 70-80 (кГ/мм²). 
 
 
 

Производство  стали 

     В качестве исходных материалов при производстве стали используются жидкий или твердый чугун, металлолом, а также раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы. В зависимости от наличия в данном регионе или на данном заводе тех или иных шихтовых материалов (в первую очередь жидкого чугуна) сталь производят в конвертерах, мартеновских или электродуговых печах: при наличии жидкого чугуна - в конвертерах или мартеновских печах, при его отсутствии - в мартеновских или электродуговых печах.

     При переделе чугуна и металлолома в сталь решается несколько основных задач: плавление и нагрев шихты до температуры, обеспечивающей проведение последующих операций (обычно 1600.. 1650 °C, рафинирование стали от вредных примесей (обычно к ним относят серу, фосфор, водород и азот), легирование и, наконец, получение из жидкой стали стального слитка или непрерывно литой заготовки. Нагрев до заданной температуры и частично рафинирование и легирование производятся в сталеплавильных агрегатах, окончательное рафинирование и легирование - в сталеразливочных ковшах после выпуска плавки из агрегата с помощью специализированных установок и разливка - в изложницы или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

     В своей основе производство стали - процесс окислительный, так как в его ходе требуется прежде всего окислить избыток углерода (содержание последнего в стали значительно ниже, чем в чугуне} и примеси.

     Исключительно велика и роль шлаков в процессе производства стали. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные (Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.

     Шлак  выполняет несколько важных функций  в процессе выплавки стали:

     1.      Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;

     2.      Во многих сталеплавильных процессах  служит передатчиком кислорода  из печной атмосферы к жидкому металлу;

     3.      В мартеновских и дуговых сталеплавильных  печах через шлак происходит передача тепла металлу;

     4.      Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи. Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

     Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять  свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата, боксита и др. 
 
 
 

     Производство  стали в конвертерах

     Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

     Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране - кислородно-конвертерного).

     Кислородно-конвертерный процесс используется главным образом для получения углеродистых сталей. Он характеризуется большой производительностью. За 40-45 мин в одном конвертере может быть получено 300-350 т стали.

     Сущность  производства стали в конвертерах  заключается в том, что при вдувании газообразного кислорода в металл происходит окисление железа, углерода, кремния и марганца.