|
|
Контрольная: Производство стали
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 | | конвертерный | мартеновский | электроплавильный | | Вместимость плавильного агрегата, т. | 250-400 | 400-600 | 200-300 | | Выход годного (стали),% | 89-92 | 91-95 | 92-98 | | Длительность плавки, ч | 0.4-1 | 6-10 | 6-10 | | Готовая производительность, тыс. т. слитков | 1200-1400 | 370-490 | 400-600 | Расход технологического топлива на 1 т стали § Условного топлива, кг § Кислорода, м2 § Электроэнергии, кВт*ч | - | 90-120 | - | | 60-70 | 40-50 | 8-17 | | - | - | 500-700 | | Удельный вес металлолома в шихте, % | 20-25 | 30-60 | До 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
|
|
Главная
