Реферат Теория и технология производства стали 35Г

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Курсовая работа Дипломная работа Контрольная работа Реферат Отчет по практике Эссе Доклад Решение задач Научно-исследовательская работа Монография Аспирантский реферат Магистерская работа Научная статья Публикация статьи в ВАК Публикация статьи в Scopus Дипломная работа MBA Бизнес-план Тест/экзамен online Чертеж Рецензия

Принимаю Политику конфиденциальности

Продолжить

Скидка 25% при заказе до 23.11.2024

Задание на курсовое проектирование.
1.                     Рассчитать материальный и тепловой баланс плавки в кислородном конвертере, количество необходимых раскислителей и легирующих.

2.                     Произвести расчет геометрических размеров кислородного конвертера.

3.                     Построить график изменения химического состава металла и шлака по ходу продувки.

4.                     Разработать технологию кислородно-конвертерной плавки данной марки стали.

5.                     Выполнить специальную часть проекта.

6.                     Выполнить графическую часть проекта.
   Таблица 1 – Исходные данные.

Вариант	Садка, тонн	Марка стали	Содержание в завалке		Основность шлака
			Чугун, %	Скрап, %
7	95	35Г	95	5	3,2

Специальная часть проекта № 7. Истечение кислорода из сопла фурмы.
Аннотация

Закирьянова Т. Кислородно – конвертерная плавка с использованием скрапа.. – Златоуст:  филиал ЮУрГУ, КОМ; 2009, 30 с. 4 илл. Библиографический список – 12 наименований. 1 лист чертежа формата А1, спецификация

В работе представлены следующие расчёты: расчет материального и теплового балансов кислородно-конверторной плавки с использованием скрапа, расчёт раскисления, расчет геометрических характеристик кислородного конвертера, построен график изменения химического состава стали и шлака по ходу продувки. Рассмотрена технология кислородно-конверторной плавки стали марки 35Г.



Оглавление

	Введение	4
1	Химический состав и назначение стали 35Г	5
2	Расчет материального и теплового балансов кислородно-конвертерной плавки с использованием скрапа
	2.1 Материальный баланс до раскисления	7
	2.2 Расчёт раскисления	12
	2.3 Материальный баланс после раскисления	16
	2.4 Тепловой баланс плавки	17
3	Расчет геометрических характеристик кислородного конвертера	19
4	График изменения химического состава стали и шлака по ходу продувки.	21
5	Технология кислородно – конвертерной плавки стали марки 35Г	23
6	Истечение кислорода из сопла фурмы	25
	Заключение	28
	Библиографический список	29
	Приложение
	1 лист  формата А1

Введение.
В современных процессах производства стали конвертерному переделу уделено большое внимание, и объем стали, выплавляемой этим способом, непрерывно увеличивается. Если раньше конвертерную сталь считали худшей по качеству из-за присутствия в ней газов, то в последние годы качество конвертерной стали, улучшено применением для продувки технически чистого кислорода или обогащенного кислородом дутья, а также парокислородной смеси.

В основу конвертерных процессов положена обработка жидкого чугуна газообразными окислителями; при этом дополнительный подвод тепла извне не производится, и процесс выплавки осуществляется только химическим теплом экзотермических реакций окисления примесей и физическим теплом, вносимым жидким чугуном. Подвод газа-окислителя производится с высокой интенсивностью, позволяющей получить огромную реакционную поверхность; в результате все конвертерные процессы характеризуются высокой скоростью реакций окисления примесей и, следовательно, высокой производительностью.

В данном курсовом проекте рассматривается вариант кислородно-конвертерной плавки при продувке металла сверху, когда избыток тепла от операции используется для переработки значительного количества лома. Выбранный вариант имеет существенное преимущество перед вариантом парокислородной конвертерной плавки, где избыток тепла расходовался на диссоциацию водяного пара.

Преимущества кислородно-конвертерного процесса по сравнению с мартеновским заключается в меньших капитальных затратах на постройку цеха одинаковой мощности, в высокой производительности агрегатов, меньших расходах по переделу и, следовательно, более низкой себестоимости стали и высокой производительности труда. Этим процессом можно получить сталь высокого качества, не уступающей мартеновской [1].
1 Химический состав и назначение стали 35Г
Сталь марки 35Г относится к конструкционным легированным, химический состав стали приведен в таблице 2.
Таблица 2 – Химический состав стали 35Г по ГОСТ 4543-71 [5].

                 В процентах

0,32 – 0,40	0,17 – 0,37	0,70 – 1,0	до   0,30	до   0,035	до   0,035	до   0,30	до   0,30

Конструкционными называют стали, применяемые для изготовления деталей машин и механизмов, конструкции и сооружений. Эти стали могут быть как углеродистыми, так и легированными. Содержание углерода в сталях этой группы не превышает 0,5 – 0,6 %.

Конструкционные стали, кроме комплекса высоких механических свойств (, , , , KCU, НВ), определяемых при стандартных испытаниях, характеризующих свойства материала, должны иметь и высокую конструктивную прочность, т.е. прочность, которая находится в наибольшем соответствии со служебными свойствами данного изделия. Долговечность  изделия определяется сопротивлением усталости, коррозии и износу.

Конструкционная сталь должна обладать и хорошими технологическими свойствами – легко обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка) и резанием, хорошо свариваться, максимально прокаливаться и иметь малую склонность к деформации и трещинообразованию при закалке и др.

Легированные конструкционные стали применяются для наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей машин. Практически всегда эти детали подвергаются окончательной термической обработке – закалке с последующим высоким отпуском в районе 550...680С (улучшение), что обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность, т. е. высокую прочность  в сочетании с высокой пластичностью, вязкостью и малой склонностью к хрупким разрушениям. Ведущая роль легирующих элементов в этих сталях заключается в существенном повышении их прокаливаемости.

Легированным конструкционным сталям свойственна повышенная анизотропия свойств, т. е. различие свойств в зависимости от направления деформации при ковке или прокатке. Уменьшение анизотропии свойств достигается металлургическими способами (уменьшение в стали сульфидов и других неметаллических включений, изменение условий горячей пластической деформации и другие). Эти стали чувствительны также к  образованию флокенов, что требует проведения после ковки специальной термической обработки.

Марганцовистые стали имеют большую прокаливаемость, однако марганец усиливает склонность к росту зерна, поэтому они чувствительны к перегреву и могут иметь пониженную ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах.
Применение стали 35Г – детали   невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: тяги, оси, серьги, траверсы, рычаги, муфты, валы, звездочки, цилиндры, диски, шпиндели, соединительные муфты паровых турбин, болты, гайки, винты.

Заменители: Ст35, Ст30, 40.

Механические и технологические свойства приведены в таблицах 2 и 3 [2].
Таблица 3 – Механические свойства при Т=20^oС материала 35Г.

Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71. Сортамент	Диаметр,мм	Предел кратковременной прочности, МПа	Предел  текучести для остаточной деформации МПа	Относительное удлинение при разрыве,%	Относительное сужение, %	Ударная вязкость KCU, кДж / м2	Термообработка
Пруток	25	570	340	18	45	700	Закалка 860oC, вода, Отпуск 600oC, воздух,

   

Твердость материала   35Г   после отжига – HB 10 ^-1 = 207   МПа.

Таблица 4 – Технологические свойства

Чугун	4,00	0,50	1,00	0,20	0,05
Скрап	0,60	0,10	0,50	0,04	0,04
Сталь до раскисления	0,32	–	0,20	0,03	0,03

Известь	1	88	2	2	-	2	5
Боксит	20	4	-	52	18	6	-
Периклазо- известковый кирпич	5	10	80	2	3	-	-

 и 0,5 % .

Чугун вносит	3,800	0,475	0,950	0,190	0,0475
Скрап вносит	0,030	0,005	0,025	0,002	0,0020
Средний состав	3,830	0,480	0,975	0,192	0,0495
Сталь до раскисления	0,320	–	0,200	0,030	0,0300

…………………………………………………….......	3,83 – 0,32·0,9=3,5420
………………………………………………………..	0,480
………………………………………..……………..	0,975 – 0,20·0,9=0,7950
…………………………………………..……………..	0,192 – 0,03·0,9=0,1650
………………………………………………………..	0,0495–0,03·0,9=0,0225
( в дым)………………………………..…………….	1,5000
Угар примесей …………………………………………	6,5045

Принимаем, что при продувке ванны кислородом 10 % серы выгорает до , то есть окисляется 0,002  кг серы.

Расход кислорода на окисление примесей составит при окислении 10 % углерода до  и 90 %  до :

Расход кислорода		Масса окислов
→	0,354·32 / 12=0,1327		0,354+0,1327=0,4867
→	3,187·16 / 12=4,2493		3,187+4,2493=7,4363
→	0,480·32 / 28=0,5485		0,480+0,5485=1,0285
→	0,795·16 / 55=0,2312		0,795+0,2312=1,0262
→	0,165·80 / 62=0,2129		0,165+0,2129=0,3779
→	0,002·32 / 32=0,0020		0,002+0,0020=0,0040
→  (в дым)	1,500·48/ 112=0,6428		1,500+0,6428=2,1428
	6,0190		12,5020

Расход извести определяем по балансу  и

Количество  в конечном шлаке, поступающее из материалов:

Вместо  и

Источники
Металлическая шихта	1,028	–	–	–	0,020	1,026	0,377	–	–	–
Футеровка	0,015	0,030	0,240	0,006	–	–	–	0,009	–	–
Боксит	0,120	0,024	–	0,312	–	–	–	0,108	0,036	–
Известь	0,033	2,947	0,067	0,067	–	–	–	–	0,067	0,167
Итого	1,196	2,551	0,307	0,385	0,020	1,026	0,377	0,117	0,103	0,167

Масса окислов железа составит:

										Сумма
кг	1,196	2,551	0,307	0,385	0,020	1,026	0,377	0,291	0,103	7,387
%	16,19	34,51	4,2	5,2	0,271	13,9	5,1	3,93	1,4	100

До ………………………………………	0,291 – 0,117=0,174
До  ………………………………………	0,960

Всего потребуется кислорода на окисление примесей:

Потребуется кислорода при 95 % – ном усвоении

На одну тонну садки расход технического кислорода равен 48,320 м³/т. Количество азота:

Количество неусвоенного кислорода:(4,832 – 0,024) · 0,05 = 0,240 (м³) или 0,343 (кг).                    (11)

Масса технического кислорода равна:

Составляющие	кг	м³	%
	0,167 + 0,4867= 0,6537	0,332	7,628
	7,4363	5,940	86,771
	0,036 + 0,067 = 0,103	0,128	1,202
	0,343	0,240	4,002
	0,030	0,024	0,35
	0,004	0,001	0,047
	Итого…..             8,570	6,665	100

Поступило		Получено
Чугуна	95	Стали	91,125
Скрапа	5	Корольков	0,500
Боксита	0,600	Выбросов	1,000
Извести	3,275	Шлака	7,387
Футеровки	0,300	Газов	8,570
Технического кислорода	6,283	(в дым)	2,142
Итого	110,473	Итого	110,722
		Невязка	0,248

Сталь
35Г	0,320	0,200	0,030	0,030

Материал
Ферромарганец ФМн75 ГОСТ 4755-80	6,50	1,50	71,50	0,35	0,04	–	20,11
Ферросилиций ФС45 ГОСТ 1415-78	0,18	45,40	0,40	0,08	0,05	–	53,89
Алюминий	–	–	–	–	–	99,00	1,00

=,                                                                      (13)

……………………………………………………………	1,21·0,0650=0,079000
………………………………………………………….	1,21·0,7150=0,865000
……………………………………………………………	1,21·0,0150=0,018000
…………………………………………………………….	1,21·0,0035=0,004325
…………………………………………………………….	1,21·0,0004=0,000484
………………………………….......................................	1,21·0,2011=0,243000
Всего	1,210000

…………………………………………………………	0,079·0,30=0,024
………………………………………………………	0,865·0,25=0,216
………………………………………………………..	0,018
Всего	0,258

…………………………………………………………..	0,079 – 0,024 = 0,055
…………………………………………………………	0,865 – 0,216 = 0,649
…………………………………………………………..	0,004325
…………………………………………………………..	0,000484
………………………………………………………….	0,243
Всего	0,952

→ …………………………………………………..	0,024·16/12=0,032
→ ………………………………………………..	0,216·16/55=0,0628
→ ………………………………………………….	0,018·32/28=0,0205
Всего	0,1153

…………………………………………………….......	0,024+0,032=0,056
………………………………………………………...	0,216+0,0628=0,2788
……………………………………………………….	0,018+0,0205=0,0385
Всего	0,3733

……………………………………………………….	0,743 · 0,0018 = 0,0013
……………………………………………………..	0,743 · 0,4540 = 0,3373
………………………………………………………	0,743 · 0,0040 = 0,0029
……………………………………………………….	0,743 · 0,0008 = 0,0006
……………………………………………………….	0,743 · 0,0005 = 0,0004
…………………………………................................	0,743 · 0,5389 = 0,4004
Всего	0,7430

Всего потребуется кислорода:

                         (23)

Таблица 16 – Определение массы и состава стали.

Источники
Сталь перед раскислением	0,3200	—	0,2000	0,0300	0,0300	91,1090	91,6890
Ферромарганец	0,0550	—	0,6490	0,000484	0,004325	0,2011	0,9060
Ферросилиций 45 % – ный	0,0013	0,2700	0,0029	0,0004	0,0006	0,5389	0,8590
Алюминий	—	—	—	—	—	1,0000	1,0000
Всего: в килограммах в процентах
	0,3763	0,2700	0,8519	0,0308	0,0304	92,8490	94,4540
	0,3983	0,2858	0,9019	0,0326	0,0321	0,9830	100

→	8137·0,354=2880,5000
→	2498·3,187=7961,1260
→	7423·0,48=3563,0400
→	1758·0,795=1697,6100
→	5968·0,165=984,7200
→	2216·0,002=4,4320
→	1758·0,123=216,2340
→	1150·0,747 = 859
→  (в дым)	1758·1,500=2,6370
Всего	=18170 (76,13 МДж)

                                    

        

………………………………….	814 · 0,332= 270,248
……………………………………	506 · 5,940=3005,640
………………………………….	632 · 0,128= 80,896
…………………………………….	528 · 0,24 = 126
…………………………………...	499 · 0,024 = 12
…………………………………..	814 · 0,001 = 1
	= 3496,16 ккал. (14,648 МДж.).

Избыток тепла равен:

Приход тепла				Расход тепла
	Ккал	МДж	%		Ккал	МДж	%
Физическое тепло чугуна	24276	101,571	55,804	Физическое тепло стали	31674	132,714	74,839
Тепло экзотермических реакций	18170	76,13	41,768	Физическое тепло шлака	3957,511	16,582	9,351
Тепло шлакообразования	1056	4,425	2,427	Газы уносят тепла	2175,1	9,113	5,139
				Потери тепла	1020,235	4,274	2,411
				Частицы уносят	3496,16	14,648	8,261
				Избыток тепла	1179	4,94	2,786
Итого	43502		100	Итого	43502	177,333	100

Принимаем: внутренний диаметр конвертера  = 4,1 м; отношение высоты конвертера к его внутреннему диаметру

/ = 1,3; угол наклона горловины 60º.

= 1,55 · = 1,3 · 4,1 = 5,330 (м).                                (44)

= 0,52 · = 0,52 · 4,1 = 2,132 (м).                              (45)

= 0,5 · ( –

 

Примем интенсивность продувки , минутный расход технического кислорода:

).                                                     (62)

Выходящие из сопл фурмы кислородные струи внедряются в ванну и вызывают в её нижней части направленную циркуляцию, а верхние слои металла и шлака вспениваются пузырями , выделяющимися при окислении углерода. Характер взаимодействия кислородных струй с ванной и возникающей при этом циркуляции металла показан на рисунке 3. Под соплами фурмы расположены направле

нные вниз высокоскоростные потоки с увлекаемыми вниз каплями металла; это первичные реакционные зоны или зоны продувки, где весь кислород расходуется на окисление железа. По границам первичной зоны вследствие высокой концентрации кислорода окисляется много углерода с образованием  и формируется поток всплывающих пузырей , увлекающих за собой металл, поэтому циркуляционные потоки направлены вверх. Поскольку контур циркуляции должен быть замкнутым, у стенок конвертера металл движется вниз.

3 – пузыри ;

Под первичными реакционными зонами, где всплыванием пузырей  затруднено, периодически формируются крупные газовые полости. Их объём придвижении вверх возрастает в результате поглощения пузырей  и при выходе  крупных газовых объёмов из ванны образуются всплески металла и шлака. При этом могут возникать выбросы через горловину конвертера.

Дутьё  характеризуется следующими параметрами:

1) давление кислорода. Кислород вводят в конвертер через фурму с выходными соплами Лаваля, преобразующими энергию давления газа в кинетическую и обеспечивающими скорость струй на выходе из сопла 500 – 550 м/с при статическом давлении близком к атмосферному. Такая скорость необходима для внедрения струй в ванну и полного усвоения кислорода. Размеры сопл, обеспечивающие такой режим, определяется расчётом.

Изменение давления кислорода перед соплом, по сравнению с расчётным, ведет к нарушению расчетного режима работы сопла. При повышении давления возрастают скорость и давление на выходе из сопла (недорасширение струи), что вызывает пульсацию струи, передающуюся ванне; при снижении давления возникает разрежение на выходе сопла (перерасширение струи), что вызывает подсасывание капель металла и шлака и быстрый износ сопл. Как следует из данных, представленных на рисунке 4 , при давлении кислорода перед соплом 1,0 – 1,2МПа, небольшие его изменения вызывают существенное изменение скорости кислородной струи, то есть расчётного режима работы сопла. При больших значениях эти колебания незначительны, поэтому давление кислорода перед соплом должно быть более 1,2МПа. Поскольку потери напора в кислородоподводящем шланге и фурме обычно составляют 0,4 – 0,7МПа, давление в кислородопроводе должно быть более 1,6МПа.

Рисунок 4 – Зависимость скорости истечения кислорода из сопла Лаваля от давления дутья перед соплом.
2) расход кислорода в единицу времени (м/мин) обычно тем выше, чем больше вместимость конвертера и для большегрузных конвертеров составляет 1500 - 2000м/мин. Увеличение расхода кислорода достигают путем увеличения в фурме числа и диаметр сопл Лаваля.

3) удельный расход кислорода, то есть расход на 1 тонну выплавляемой стали, определяется количеством окисляющихся за время продувки составляющих чугуна и стального лома.

4) интенсивность продувки J  не зависит от вместимости конвертера и является постоянной в условиях того или иного конвертерного цеха. Величина J определяет длительность продувки , которая также как интенсивность не зависит от вместимости конвертера. Связь между величинами  и J примерно следующая:
,                                                          (64)

где  Q – удельный расход кислорода;
Для уменьшения продолжительности плавки интенсивность дутья стремятся увеличить. Однако, опыт показал, что после превышения некоторого допустимого уровня интенсивности продувки начинаются выбросы металла и шлака из конвертера.

Число кислородных струй стремятся увеличить, так как это позволяет увеличить расход кислорода без появления выбросов и обеспечивает более мягкую продувку с более быстрым обогащением шлака оксидами железа, что ускоряет шлакообразование. Вместе с тем при увеличении числа сопл, чтобы избежать слияния кислородных струй, приходится увеличивать угол наклона струи к вертикали. При таком увеличении кислородные струи приближаются к футеровке стен и в конвертерах малой вместимости вызывают повышенный износ футеровки.

Уменьшение давления и расхода кислорода вызывает уменьшение заглубления кислородных струй в ванну, и в результате этого шлак обогащается оксидами железа[3].

Выводы: обогащение дутья кислородом увеличивает производитель­ность конвертеров и улучшает качество стали. Ускоренное окис­ление примесей сокращает длительность продувки и улучшает тепловой баланс конвертера: потери тепла зависят от продолжи­тельности передела и количества газов, которое при обогащен­ном дутье уменьшается. В результате этого выявляются резервы тепла, позволяющие вводить охлаждающие добавки — скрап или железную руду и этим резко увеличить производительность по стали. Полная замена воздушного дутья техническим кислородом могла бы полностью исключить азот из газов и резко снизить со­держание его в стали. Диссоциация Н₂О и СО₂ способствует пог­лощению избытка тепла и предупреждает местный перегрев, со­храняя фурмы и днище от преждевременного износа. Азот в стали таким путем снижается до содержания ~0,002%. Хорошо удаляются фосфор и сера. Продувка чугуна газовыми смесями распространена на ряде европейских заводов.
Заключение
В работе был рассчитан материальный баланс плавки. Определен расход чугуна, скрапа, шлакообразующих материалов и футеровки, рассчитан состав и количество шлака, состав и количество получающихся газов, определен выход стали. Полученная невязка находится в допустимых пределах.

В расчете раскисления был произведен выбор необходимых раскислителей и легирующих присадок для получения состава стали, соответствующего ГОСТ 4543-71.

Расчет теплового баланса показал, что приход тепла больше расхода. Избыток тепла получается вследствие использования в завалку большого количества чугуна. Тепловой избыток можно снизить используя охладители. Но более рациональным является повышение количества металлического лома в шихте.

Внутренний диаметр конвертера емкостью 95 тонн был принят 4,1 метра при отношении его высоты к диаметру 1,30.  Исходя из этого были определены основные размеры агрегата, и получен удельный объем рабочего пространства равный 0,660 м³/т, что совпадает с объёмом существующего конвертера аналогичной садки. Рассчитана продолжительность продувки, она составляет 9,664 мин, и построены графики изменения химического состава металла и шлака по ходу продувки в кислородном конвертере.
Библиографический список

1	«Производство стали. Расчеты» Ойкс Г.Н., Иоффе Х.М., 4-издание под         редакцией Г.Н.Ойкса, «Металлургия», - 1975, 480 с
2	«Марочник сталей и сплавов» Колосков М.М, Долбенко Е. Т., Каширский Ю.В. и др, под редакцией Зубченко А.С. М, «Машиностроение» -2001, 672с
3	«Справочник конвертерщика» Якушев А.М. Челябинск, Металлургия, Челябинское отделение, 1990, 448с
4	Инструкция к кислородному конвертеру
5	ГОСТ 4543-71.
6	ГОСТ 8479-70.
7	ГОСТ 805-95
8	ГОСТ 2787-75
9	ГОСТ 28874-90
10	ТУ У 26.5-0093714-042-2001
11	ТУ 48-5-240-00
12	http://pro100info.ru/2008/01/04/rafinirovanie-ochistka-rasplavov/