Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
диплом вадима2. Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали
 Скачать 1.7 Mb.
|
 Введения Электросталеплавильному способу принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ как не один другой приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов - хрома никеля», марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, циркония других, придающих стали особые физические свойства. Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны главным образом с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в самом нагреваемом металле, либо в непосредственной близости от его поверхности. Это позволяет в сравнительно небольшом объеме сконцентрировать большую мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур, в отдельных случаях вплоть до температуры кипения. Расход тепла и изменение температуры металла при электроплавки довольно легко поддаются контролю и регулированию. В отличие от мартеновского и конвертерного процессов выделение тепла в электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавка может быть осуществлена в любой атмосфере – окислительной, восстановительной или нейтральной , и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, при атмосферном или избыточном давлении . Изменяя состав атмосферы и давление газовой фазы, можно менять в нужную сторону условия протекания окислительно - востоновительных процессов, производить па ходу плавки вакуумирование металла или насыщать его тем или иным элементом из газовой фазы. Лучше других агрегатов электропечь приспособлена и для переработки металлического лома. Вся шихта в электропечь может быть загружена в один или два приема, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не вызовет затруднений в ее расплавлении. Период плавления в электропечах значительно короче, чем в мартеновских печах, работающих скрап – процессом. В электропечах легка выплавлять сталь из восстановленного железа которое можно загружать в один-два приема или непрерывно подавать в печь с помощью дозирующих устройств, контролируемых электронными вычислительными машинами. В электропечах легко использовать энергию атомных электростанций, что в недалеком будущем будет иметь важное значение. Работа электрических печей легко поддается автоматизации. Следовательно, электропечи - это агрегаты, соответствующие высокоавтоматизированным заводам будущего. Трайб - аппараты - важный элемент металлургического оборудования. Используются не только в сталелитейном производстве в составе металлургического оборудования, но и для некоторых других процессов по обработке металла. Тема дипломного проекта:«Проект совершенствования выплавки стали марки 35ХМ с применением легирования через трайп-аппарат». цель дипломного проекта ……………………………..
1.1характеристика стали марки 35ХМ ГОСТ4573 – 71 Сталь конструкционная жаропрочная легированная. Применяется для изготовления валов, шестерней, шпинделей, шпилек, фланцев, дисков, покрышек, штоков и другие ответственных деталей, работающих в условиях больших нагрузок и скоростей при температуре до 450—500 °С. Химический состав стали марки 35 Хм представлен в таблице 1 Химический состав в % материала 35ХМ.
Механические свойства стали марки представлены в таблице 2 Таблица – 2 Механические свойства при Т=20oС материала 35ХМ.
Твердость материала 35хм после отжига, НВ 10-1 = 241 МПа Температура критических точек стали 35хм -Ас1=755; -Ас3(Асm)=800; -Аr3(Аrm)=755; -Аr1 =695. Физические свойства приведены в таблице 3 Таблица 3 Физические свойства материала 35ХМ
Технологические свойства материала 35ХМ.
Свариваемость: без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки ограниченно свариваемая - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки – отжиг 1.2 Требования «качеству изделий из стали марки 35ХМ Контроль качества стали предполагает проведение ряда операций и приемов, обеспечивающих заданный уровень качества металла в процессе его производства, а также оценку соответствия фактических потребительских характеристик и товарного вида готовой продукции требованиям стандартов. По требованиям стандартов и технических условий, определение химического состава для конструкционных марок стали, содержание газов, макроструктуры прокаливаемости, величины аустенитного зерна проводится в заготовке и обычно не повторяется в готовом сорте. А в готовом сорте оценивают микроструктуру отожженной стали, излом, торцевую закалку, наличие волосовин, обезуглероживание и твердость металла, если это предусмотрено условиями НТД В примерный объем контроля готовой продукции конструкционной стали Входит: макроструктура, микроструктура, неметаллические включения , обезуглероживание , твёрдость, механические свойства, торцевая закалка, ступенчатая обточка, излом, зерно аустенита. Среди дефектов микроструктуры конструкционных сталей широко распространены ликвационный квадрат, точечная неоднородность, и пятнистая ликвация. Степень развития этих дефектов оценивается по шкалам ГОСТ 10243-75 в зависимости от интенсивности травления, степени замкнутости ширины контура дефекта. Другие дефекты макроструктуры встречаются реже. Сталь марки 35ХМ более всего склонна к образованию флокинов Флокины – светлые пятна в изломе в поперечном сечении. Причина их появления, выделение водорода, растворенного в стали При быстром охлаждении от 200'С водород остаётся в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящие к образованию флокенов. Методы устранения уменьшение содержание водорода при выплавке, снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования, и изотермический отжиг. Продольные трещины Трещины на поверхности слитка, идущие параллельно оси слитка, начинающиеся от головной или донной части слитка и имеющие различную длину и глубину. Появляются чаще всего в верхней части слитка Причины возникновения. Неравномерный, несимметричный теплоотвод и затвердевание. Сильно развитая - транскристаллизация и внутридендритная ликвация в краевой зоне, где напряжения, возникающие в процессе затвердевания и охлаждения, превышают прочность материала. Затруднение усадки из-за использования дефектных изложниц. Мероприятия по снижению брака. Разливка в атмосфере нейтрального газа - аргона. Это дорогой, но и наиболее эффективный метод защиты стали. Он может быть использован при отливке дорогих, легированных сталей При этом либо всю изложницу помещают в камере, наполняемой аргоном, либо струю аргона подают так, чтобы она окружала струю стали и наполняла внутреннюю полость изложницы. Разливка под слоем жидкого шлака. Это очень эффективный способ защиты стали от воздействия окружающей среды. Перед разливкой в изложницу кладут брикет или порцию порошка, состоящую из марганцевой руды, селитры, алюминия, магния, плавикового шпата, силикатного стекла, доменного шлака. При заполнении изложниц сталью брикет плавится, а его горючие составляющие возгораются. При этом поверхность слитка сверху и по стенкам изложницы покрывается слоем жидкого шлака, а газообразные продукты сгорания оттесняют воздух из изложницы. Кроме того, сгорание смеси дает дополнительно тепло, которое обеспечивает необходимую скорость затвердевания прибыльной части Этот способ значительно улучшает качество поверхности слитка, уменьшается брак слитка и проката. Показатели качества металлов и изделий оформляются документом, которые делятся на две основные группы. Первая группа документов определяет технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТЫ, ТУ, наряд заказы и т. п, вторая характеризует качество изделий данной партии или марки: сертификат о качестве, акт проверки качества и т. д. 1.3 Влияние легирующих элементов Углерод в соответствии с диаграммой состояния "железо-цементит" может образовать с железом твердый раствор а-Ре и цементит Fе3,С. Содержание цементита в сплавах можно оценивать прямо по диаграмме состояния, используя дополнительную шкалу абсцисс по содержанию цементита, как количество цементита в сталях пропорционально содержанию углерода.  Рисунок 1-влияние углерода на механические свойства стали и сплавов Влияние углерода на свойства сталей, в основном, определяется свойствами цементита и связано с изменением содержания основных структурных составляющих - феррита и цементита Следовательно, при увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1% С повышает температуру порога хладноломкости на 20'С) и предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величиям относительных удлинения и сужения, а также величина остаточной индукции. Существенную роль играет то, что изменение физических свойств приводит к ухудшению целого ряда технологических, таких как деформируемость при штамповке, свариваемость и др. Так хорошей свариваемостью отличаются низкоуглеродистые стали. Сварка средне особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедляющего охлаждение и других технологических операций, предупреждающих образование трещин. Марганец (Mn) - как и кремний, 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. В присутствии марганца карбид железа Fе3С сильно обогащается марганцем Марганец в карбидах и твёрдом растворе содержится в отношении 1 :4. Марганец повышает устойчивость аустенита в перлитной и промежуточной областях, понижает температуру мартенситного превращения, увеличивает прокаливаемость стали, стабилизирует аустенит и повышает прочностные свойства стали. Хром (Cr) - наиболее дешевый и распространенный элемент. Хром повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количество хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил. Вольфрам(W) - Легирующий элемент, повышающий износостойкость, обеспечивающий сохранение твердости стали при высоких температурах. Особенно широко используется в качестве легирующего элемента для легированной инструментальной стали, в частности для быстрорежущей стали. Молибден(Mo) - Предупреждает рост зерен и повышает способность к прокаливанию. Устраняет хрупкость процесса закалки. При медленном охлаждении после температуры отпуска в некоторых сплавах проявляется осадок карбидов на границах зерен, а это в свою очередь является причиной хрупкости. Молибден устраняет эти негативные последствия. Кроме того, молибден увеличивает ползучесть, прочность и коррозионную стойкость стали. Является важным легирующим элементом в легированной инструментальной стали. В нержавеющей стали в значительной степени повышает устойчивость к коррозийным процессам, особенно точечной коррозии. В некоторых видах микро-легированной стали, молибден используется в качестве легирующего элемента, образующего нитрид или карбонитрид. Вредными примесями в стали является сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье-чугун. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца благодаря высокой ликвации серы в стали мажет образоваться легкоплавкая эвтетика Fе - FеS (Т= 9880С) Эвтектика располагается по границам зерен При нагреве стальных заготовок до температур горячей деформации включения эвтектики сообщают стали хрупкость, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины. Марганец устраняет красноломкость, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1620оС, что выше температуры горячей деформации. Вместе с тем, сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталочную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше. Повышенное (до 0,2 %) содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления крепежных деталей неответственного назначения Сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун Фосфор является вредной примесью, способной в количестве до 1,2 % растворяться в феррите. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению Поэтому фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует их охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости. 2. Специальная часть 2.1 Технология выплавки и разливки стали марки 35ХМ Согласно ТИ сталь марки 35ХМ выплавляют - переплавом легированных отходов - переплавом кислородом; - обработка на АКОС. После выпуска металла в ковш необходимо сразу же произвести очистку откосов и поданы от остатков шлака и металла при помощи гребков, после чего приступить к заправке откосов и подины заправочным материалами. Заправка откосов и подины не очищенных от остатков шлака и металла, запрещается. В качестве заправочных материалов необходима применять периклазовый (магнезитовый) порошок фракцией до 5 мм, обожженный доломит 0 ... 10мм. При значительных повреждений откосов опюсов допускается их заправка смесью периклазового порошка и жидкого стекла в соотношении 10: 1. При значительных повреждениях подины слой заправки следует покрыть слоем извести. После заправки печи необходимо осмотреть состояние выпускного отверстия и принять меры к приведению их в надлежащее состояние, а также осмотреть состояние стен, свода и при необходимости, в дальнейшем произвести их ремонт. Подготовка шихтовых материалов и их завалка Корзины с металошихтой, переданные из шихтового пролета в печной пролет, должны быть приняты сталеварам соответствующей печи В плавильной карте мастером шихтового пролёта должны быть записаны составляющие металлошихты, приготовленной на данную печь, и их масса. Качество металлической шихты, легирующих, окислителей, шлакообразующих и заправочных материалов, используемых при выплавке стали, должно соответствовать требованиям нормативно - технической документации. Не допускается к использованию шихта, загрязненная цветными металлами. Максимальная масса кусков шихты, используемой на плавку, не должна превышать 10% от массы садки. Количество крупной шихты не должно превышать 40 % завалки Количество стружки в шихте допускается не более 20% от массы шихты При наличии тяжелой не промасленной стружки, обеспечивающей завалку шихты в один прием. Шихта должна составляться из расчета получения по расплавлении содержания углерода, обеспечивающего окисление его при продувке кислородом не менее 0,25 %, содержания кремния - не менее 0,60 %. В качестве шихты применяют отходы выплавляемой или близких по химическому составу марок стали, шихтовую заготовку, мягкое железо, листовую, обрез и другие углеродистые отходы слизким содержанием фосфора. Легирующие материалы из шихтового пролёта должны подаваться на рабочую площадку в специальных коробках или мульдах, на которых должны быть указаны марка ферросплава и процентное содержание основного легирующего элемента. Легирующие материалы, погруженные из тары в мульду, должны передавать сталевару вместе с сертификатом качества. Легирующие материалы, предназначенные для присадки в жидкий металл, должны быть прокалены в нагревательной печи докрасна в течении 20 мин. Не подлежат прокаливанию кусковые силикокальций, алюминий и отходы алюминиевого производства, а также - порошки алюминия, ферросилиция. При необходимости допускается сушка кусковых ферросплавов, за исключением отходов алюминиевого производства, ври температуре не более 200оС. продолжительность времени от конца прокалки до использование ферросплавов, как правило, не должна превышать 8 часов. Допускается и более длительное хранение прокалённых ферросплавов при отсутствии их увлажнения Все присаживаемые в печь ферросплавы должны быть предварительно взвешены и подготовлены к присадке: уложены в му1шду, закреплены на рукоятке и т.п Шлакообразующие материалы (известняк, известь, плавиковый шпат, кварцит, шамот и тд) должны подаваться на рабочую площадку раздельно в контейнерах, коробках, мульдах Известь для использования в электропечах должна иметь размер кусков 20...80 мм и поступать из печей известково-доломитного участка в контейнерах, закрытых крышками, исключающими попадание атмосферных осадков при транспортировке . В пригодной для применения извести должна содержаться. СаО - не мене88 %, СО:- не более 4 % и Н20 -не более 1,5 %. Известь с содержанием Н20 более 1,5 % и до 3,0 % допускается использовать в плавление и окислительный период, а после прокалки в нагревательной печи не менее 40 минут и в восстановительный период Пригодная «применению известь должна быть использована течение 12 часов с момента постановки в цех. Шлакообразующие материалы перед присадкой в печь должны быть взвешены или масса определена при помощи специальной мерной (тарированной) ёмкости В качестве последней допускается использование мульд, не имеющих наваров, прогаров, деформаций, приводящих к искажению внутреннего объема. Газообразный кислород, применяемый для продувки металла в печи, должен содержать не более 0,8 г/ влаги. Сталевары обязаны перед завалкой ознакомиться с состоянием погрузки шихты в корзину, не допускается наличие выступающих за её края концов и свешивание стружки. При опускание корзины в печь необходимо следить, чтобы корзина не раскачивалась и не задевала за стенки печи. Затвор корзины следует открывать на высоте её нижней части не более 0,5 м от подины Углеродсодержащие добавки следует присаживать на подину или в «колодцы»под электроды в первой половине плавления. После завалки шихты песочный затвор должен быть очищен от стружки, мусора и плотно перекрывать зазор между сводом и верхом печи Присадку шлакообразующих в завалку следует производить после завалки первой порции мелкой шихты в «колодцы» под электроды в первой половине плавления. В завалку следует присаживать известь и разжижители (шамот, «кварцит, флюорит, флюсы ЭШП) в соотношении 1: 2 из расчета 1 % от массы завалки. Период плавления После завалки шихты перед включением печи сталевар совместно с дежурным персоналом службы механика и электрика обязан осмотреть, и проверить исправные действия систем водяного охлаждения, отвода газов из печи, механического и электрического оборудования и произвести опрессовку водо охлаждающей арматуры, о чем делается соответствующая отметка в плавильной карте Перед включением печи необходимо проверить состояние (наличие сколов, трещин, качество (ниппельных гнезд) и длину электродов Электроды должны быть без видимых повреждений, а их длина - обеспечивать проведения всей плавки без наращивания. При необходимости замены электродов или их наращивание следует производить перед включением печи после завалки шихты или в начале периода плавления Плавление шихтовых материалов следует производить на максимальной мощности трансформатора. Выпускное отверстие печи должно быть заделано в первые 20 минут плавления. Порог завалочного окна следует заправлять в первой половине плавления, при этом высота заправочных материалов должна обеспечивать уровень жидкого металла шлака не выше нижнего уровня выпускного отверстия При нормальном (горизонтальном) положении печи В процессе плавлении шихту и ферросплавы следует периодически стаскивать с откосов в жидкий металл или в середину ванны, поднимая электроды, когда эта операция грозит их поломкой. В первую половину периода плавления в печь присаживают шлакообразующую смесь в количестве 2,0 % от массы шихты, состоящую из извести и шамота в соотношении 1: 2. Допускается часть смеси давать на подину печи перед завалкой шихты Присадку кремний содержащих материалов (при недостающем содержании кремния в шихте) следует производить в конце плавления. Допускается применение газообразного кислорода при давлении не более 80 МПа поело расплавления не менее 80 % шихты (сопротивляется визуально мастером и сталеваром) в течение 10...15 минут при включенной печи После расплавления шихты и перемешивания металла следует отобрать пробу на химический анализ. В случае низкого содержания углерода по расплавлении необходима снять шлак, произвести науглероживание металла путем вдувание углерода через установку. Периодом плавления считается продолжительность времени от момента включения печи после завалки шихты до момента получения содержания углерода, при необходимости, других элементов, удовлетворяющих требованиям проведения следующего периода плавки, и начала подачи кислорода в металл Окислительный период Окислительный период начинается после расплавления шихты и получения химического анализа на содержание углерода. Продувку металла кислородом следует начинать при содержании углерода по расплавлению шахты, обеспечивающем его окисление за время продувки не менее 0,25 %. Давление кислорода во время продувки металла должно быть не менее 80 МПа. Вторую пробу на химический анализ следует отобрать во время продувки сразу после появления пламени в печи. Отбор проб металла после продувки кислородом следует производить не ранее чем через 5 минут после продувки. Содержание углерода в металле перед снятием окислительного шлака должно обеспечивать нормальное проведение восстановительного периода и попадание заданный химический состав. Окислительный шлак раскисляют ФС 65 кг/т Производится нагрев металла до температуры, превышающей требования приложения Б ТИ 01 - Э-2005 к температуре в печи перед выпуском не менее, чем на 50 оС |