книги из ГПНТБ / Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

27.38 Mб

Скачать

☆

1 / 551 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

УДК 669.187' 15-198

Д. я. ПОВОЛОЦКИЙ, В. Е. РОЩИН, М. А. РЫСС,

А. И. СТРОГАНОВ, М. А. ЯРЦЕВ

АННОТАЦИЯ

Книга написана в соответствии с программой специаль ного курса вузов для студентов, специализирующихся по элек трометаллургии стали и ферросплавов. В книге приведено систематизированное изложение теоретических основ и прак тики производства стали и ферросплавов в электрических печах, описаны устройства печей и цехов.

Предназначается в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений; может быть полезна инженерам-про- изводственникам и проектировщикам, работающим в металлур гической и машиностроительной промышленности.

©Издательство «Металлургия» 1974 г.

31005-212

d 040 (01)—74 29—74

				ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................											9
В в ед ен и е ................................................					..............................................................................						10
		Краткий очерк истории электрометаллургии стали-. Ее значе									10
		ние ..............................................................................................................								.	10
		Развитие электрометаллургии стали в СССР.........................								.	14
		Электрометаллургия		стали — процесс				будущего.........................			16
		ЧАСТЬ .		ПРОИЗВОДСТВО				С ТАЛИ			■
РАЗДЕЛ		I. ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ					П Е Ч И ...............................				19
Глава	I.	Общая характеристика электрических						печей................................			19
		Значение электрических печен в металлургии..............................									19
		Классификация электрических печен						.....................			21
Глава	2.	Электрическая дуга как источник тепловой энергии . . . . .							.		28
		Общие сведения о дуговом разряде •					.................................................				28
		Дуга постоянного и переменного токов..........................................							■		33
		Горение дуги	в в а к у у м е................................................................					•	■		37
		Теоретические	основы		стабилизации		дуги, регулирования		ее		40
		мощности и излучающей способности					...............................................				40
1Глава	3.	Рабочее пространство дуговых печей ...................................................									47
:		Теплообмен в рабочем			пространстве......................................					47
:		Основные параметры		рабочего пространства......................						50
'		Влияние геометрии рабочего пространства на стойкость футе-
i		р овк и ..................................................................................................								52
; Глава	4.	Футеровка дуговых печей			........................................................................						55
‘		Особенности службы футеровки дуговых электропечей . . . .									55
		Огнеупорные материалы для дуговых печей..................................									57
		Кладка рабочего пространства печи					..............................................				59
Глава		5. Механическое оборудование печей ....................................................									64
		Системы опор печи на фундамент ...................................................					кольца • • •			'	64
		Конструкция	кожуха		и	сводового	кольца • • •				67
		Электрододержатели. Механизмы зажима и перемещения элек									70
		тродов ..............................................................................................................									70
		Экономайзеры.............................................................................................									74
		Механизмы наклона, поворота и перемещения корпуса и свода									77
		п е ч е й .............................................................................						............................	....		77
		Водяное охлаждение дуговых печей					..........................................		...		81
t Глава		6. Электрическое	оборудование			и работа	дуговыхпечей . . . . . .		.		82
		Электрическая схема дуговых печей. Элементы оборудования •								•	82
		Короткая сеть .............................								•	89
:		Электроды ........................................................................................						....	•	•	93
:		Оптимальный электрический режим работы дуговых печей							•	•	95
,		Устройства для электромагнитного перемешивания металла							•	•	98
Глава		7. Индукционные печи		...................................................................................							100
		Общие сведения об индукционных печах......................................								•	100
		Теоретические основы работы индукционной тигельной печи •								•	104
		Электрооборудование			индукционных		тигельных печей . . .			.	108
		Конструкция	индукционных тигельных печей..............................								113

Ра з д е л п . ф и з и к о -х и м и ч е Ск и ё о с н о вы п л а в к и с т а л и

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

Глава	8.	Строение и свойства жидкого железа и его сплавов.........................
		Теория жидких шлаков .......................................................................			ж елеза
		Природа и	свойства	жидких сплавов	ж елеза
		Химическая	активность примесей в жидком ж елезе.................
Глава	9.	Шлаки сталеплавильных процессов ..................................................
		Состав шлаков и основные диаграммы шлаковых систем • • ■ •					137
		Теория жидких ш л а к о в ........................................................................					145
		Химические свойства шлаков ...........................................................					154
		Физические свойства шлаков ...........................................................					156
Глава	10. Реакции окисления и восстановления ..................................................						160
		Особенности протекания окислительных процессов в электро					160
		печах .........................................................................................................	углерода				160
		Окисление	углерода				163
		Окисление	и восстановление кремний			............................................	170
		Окисление	и восстановление марганца ...................................				171
		Окисление	и восстановление хрома		............................................		173
		Окисление вольфрама ............................................................................					174
		Окисление фосфора		............................................................................			175
Глава 11.		Десульфурация стали		'			177
		Сера в стали ............................................................................................			и	шлаком	177
		Распределение серы между металлом			и	шлаком	179
		Влияние состава металла на десульфурацию .....................стали					183
		Внепечная десульфурация ...............................................................					184
Глава	12.	Раскисление стали ...................................................................................					185
		Цель и методы раскисления ...........................................................					185
		Взаимодействие раскислителей с кислородом.................................					186
		Образование продуктов раскисления			..............................................		194
		Удаление продуктов раскисления			..............................................		197
		Раскисление шлаком		............................................................................	в	стали	199
		Окисные неметаллические включения			в	стали	201
Глава	13.	Газы в стали	...............................................................................................				205
		Водород в стали . ................................................................................					205
		Азот в стали ............................................................................................					210
РАЗДЕЛ		III. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ СТАЛИ В ОТКРЫТЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
Глава	14.	Основы технологии плавки стали в основных . . . .дуговых печах					213
		Методы плавки стали в дуговых печах : .....................: . ■ < * . •					213
		Шихтовые материалы...............................................................................					214
		Подготовка печи к п л а в к е ...................................................................					221
		Загрузка ш ихты ........................................................................................					223
		Период плавления		................................................................................			224
		Окислительный период ............................................................................					227
		Раскисление. Восстановительный период . ......................................					230
		Плавка переплавом легированных отходов......................................					238
Глава 15.		Выплавка конструкционной стали в дуговых ...........................печах					240
		Свойства и дефекты конструкционной стали..................................					240
		Особенности технологии плавки конструкционных сталей . . .					244
Глава 16.		Выплавка шарикоподшипниковой стали			......................................	■■	249
		Свойства и дефекты шарикоподшипниковой .....................стали					249
		Технология	плавки	. ...............................................................			осо

Глава 17.			Выплавка электротехнической стали ...............................................						256
			Свойства и дефекты		электротехническойстали...............................				256
			Технология	плавки		............................................................................			260
Глава	1S.		Выплавка нержавеющей и			жаропрочной ст али		..................................	261
			Свойства и дефекты нержавеющей и жаропрочной стали . . .						261
			Технология	плавки	переплавом .....................................................				265
			Технология	плавки	на ....................................	углеродистойшихте			269
Глава	19.		Выплавка быстрорежущей . ..........................................................стали						271
			Свойства и дефекты быстрорежущей . .........................стали .					. '	271
			Технология	плавки	............................................................................				274
Глава 20.			Кислый процесс в дуговых п ..................... .....................................е ч а х				:		277
			Особенности процесса и .........................область его применения						277
			Технология	плавки	............................................................................				279
Глава 21.			Плавка стали	в индукционной ......................................................п е ч и					283
			Особенности процесса и .........................область его применения						283
			Технология	плавки	...............................................................			. . .	284
РАЗДЕЛ IV. РАЗЛИВКА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ
Глава 22.			Кристаллизация и строение ..................................стального слит ка						287
			Физико-химические условия зарождения и роста кристаллов • .						287
			Кристаллизация слитка ..............................			спокойной стали •		•	290
			Строение слитка.........................................................................................						297
			Ликвация элементов в стальном ..........................................слитке						298
			Дефекты стального слитка ...............................................................				раковины и рыхлости в слитке		303
			Способы уменьшения усадочной				раковины и рыхлости в слитке		306
Глава		23. Технология р а з л и в к и ..................................................................................							310
			Методы разливки ....................................................................................						310
			Форма и размеры слитка ...................................................................						311
			Оборудование для разливки ..............................и его подготовка						314
			Температура и скорость .......................................................разливки						322
			Разливка под защитными ..............................................средами						324
			Подготовка слитков к прокатке ..................................и ковке						325
Глава		24. Непрерывная р а з л и в к а ....................................							326	'
			Типы установок непрерывной ..........................................разливки						326
			Устройство кристаллизатора...............................................................				•		329
			Резка слитков.................		. ..........................................................	. . .	•		330
			Формирование слитка при ........................непрерывнойразливке						331
			Образование дефектов слитка .				, , ..................................................		332
			Скорость затвердевания			слитка	непрерывной разливки ■ ■ ■		333
			Технология непрерывной ..........................................разли вк и					•_ •	333
			Качество слитка непрерывной .....................................разливки						334
РАЗДЕЛ V. ВАКУУМНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
Глава		25. Применение вакуума в металлургии. Его получение и измерение ■ ■							335
			Использование вакуума ..................................................			в металлургии			335
			Вакуумные насосы		................................................................................				336
			Приборы для' измерения .......................................................вакуума						345
			Вспомогательные элементы .............................вакуумных систем						347
Глава		26. Общие закономерности рафинирования . . . .металлав вакууме							351
			Удаление газов и летучих .................................примесей					..............................	351
			Раскисление в вакууме ......................			. . . :		..............................	357

	Удаление неметаллических включений..............................................				ЗЬО
	Взаимодействие расплава с футеровкой..........................................				363
	Поведение с е р ы ........................................................................................
Глава 27.	В непечная обработка стали вакуумом ..............................................				366
	Общие сведен и я ........................................................................................
	Вакуумирование стали в ковше .......................................................				367
	Вакуумирование стали в струе .......................................................				370
	Вакуумирование стали в специальных камерах.........................				373
	Эффективность внепечного вакуумирования..................................				377
Глава 28.	Вакуумная индукционная плавка .....................................................				379
	Классификация вакуумных индукционных	печен.........................			379
	Конструкция установок полунепрерывного	действия.................			383
	Технология плавки ............................................................................				386
	Область применения вакуумных индукционных печей . . .		.		388
Глава 29.	Вакуумный дуговой переплав .............................................................				390
	Классификация вакуумных дуговых печей......................................				390
	Рафинирование металла и формирование слитка ВДП . . .		.		391
	Конструкция дуговых вакуумных печей..........................................				396
	Технология переплава ............................................................................				398
	Качество металла ВДП и область его применения.....................				400
Глава 30.	Плавка электронным лучом ..................................................................				402
	Принцип электронного нагрева и условия рафинирования ме
	талла .........................................................................................................				402
	Конструкция электроннолучевых плавильных установок . •			•	405
	Область применения электронных плавильных установок •		•	■	408
РАЗДЕЛ VI. НЕВАКУУМНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЦИАЛЬ
НЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
Глава 31.	Плазменно-дуговая п л а в к а ..........................................................................				410
	Получение плазменной дуги ...........................................................				410
	Плавка в плазменно-дуговых печах с керамическим тиглем •		•	■	413
	ПДП заготовок в водоохлаждаемый кристаллизатор.................				415
Глава 32.	Электрошлаковый п е р е п л а в ......................................................................				417
	Особенности металлургических процессов при электрошлаковом
	переплаве .................................................................................................				417
	Конструкция установок ЭШ П...............................................................				427
	Технология переплава ...........................................................................				421
	Качество металла и область применения ЭШ П.............................				426
Глава 33.	Зонная п л а в к а ..............................................................................................				429
	ЧАСТЬ I I . ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ
РАЗДЕЛ VII. ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ
Глава 34. Конструкция ферросплавных печей ......................................					432
	Типы ферросплавных печей . . . .............................				432
	Определение параметров рабочего пространства . . .				436
	Кожух и футеровка печи				439
Глава 35.	Механическое оборудование ..........................................................
	Механизм вращения ванны ...........................................................				440
	Электрододержатель. Механизм перемещения электродов .				440
	Свод печи и газоотвод ...............................................................				441
	Водяное охлаждение.......................................................................				446
	Устройство для прожига и заделки летки	.........................			447

Глава 36.	Электрическое оборудование...................................................................		447
	Электрическая схема печи и режим ее работы • ..........................		447
	Определение мощности трансформатора..........................................		450
	Короткая с е т ь .............................................................................................		452
	Электроды	.................................................................................................	454
РАЗДЕЛ VIII. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ
Глава 37.	Производство ферросилиция......................................................................		457
	Кремний и его сплавы с железом.......................................................		457
	Физико-химические условия получения ферросилиция . . . .		459
	Шихтовые материалы................................................................................		460
	Технология	плавки ............................................................................	462
	Технико-экономические показатели ..............................................		468
Глава 38.	Производство силикокальция......................................................................		469
	Физико-химические условия получения силикокальция . . . .		469
	Технология	плавки ............................................................................	472
Глава 39.	П роизводство ф ерром арганца..................................................................		475
	Марганец и его сплавы с железом......................... .............................		475
	Марганцевые руды и их подготовка к плавке..................................		477
	Производство углеродистого ферромарганца..................................		480
	Производство силикомарганца ...........................................................		484
	Производство средне- и малоуглеродистого ферромарганца • ■ •		489
	Производство металлического марганца..........................................		490
Глава 40.	Производство феррохрома ......................................................................		492
	Хром и его сплавы с железом...............................................................		492
	Хромовые руды и их подготовка к плавке......................................		493
	Производство углеродистого феррохрома..........................................		494
	Производство силикохрома ...............................................................		497
	Производство среднеуглеродистого феррохрома...............................		500
	Производство малоуглеродистого и безуглеродистого ферро
	хрома ..............................................................................................................		502
	Алюминотермическое производство хрома и его сплавов . . . .		508
Глава 41.	Производство ферровольфрама ..............................................................		513
	Вольфрам и его сплавы с железом ...............................................		513
	Технология	плавки ............................................................................	514
Глава 42.	Производство ферромолибдена..................................................................		517
	Молибден и его сплавы с ж е л е зо м ...................................................		517
	Сырые материалы и подготовка их к плавке..................................		518
	Технология плавки ............................................................................		519
Глава 43.	Производство феррованадия ..................................................................		521
	Ванадий и его сплавы с железом ......................... .........................		521
	Технология	производства ...................................................................	522
Глава 44.	Производство ферротитана ..................................................................		526
	Титан и его сплавы с железом .......................................................		526
	Технология	производства ....................................................................	526
Глава 45.	Производство	ф ерробора...........................................................................	529
	Сплавы бора с железом ........................................................................		529
	Технология	производства ...................................................................	530
Глава 46.	Экзотермические ферросплавы ........................		532

ЧАСТЬ I II . ЭЛ ЕКТРОСТАЛЕП ЛАВИЛ ЬН Ы Е
И ФЕРРОСПЛАВНЫЕ ЦЕ Х И
РАЗДЕЛ IX. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛА
ВИЛЬНЫХ ЦЕХОВ...............................................................
Глава 47. Основные агрегаты и оборудование электросталеплавильных цехов	534
Глава 48. Цехи с установками электрошлакового и вакуумного переплава ■ ■	539
РАЗДЕЛ X. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОМЫШЛЕННАЯ
САНИТАРИЯ.................	541
Приложение......................................................	544
Список литературы..................................................................	549

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электрометаллургия стали .и ферросплавов— довольно старая и вместе с тем непрерывно развивающаяся отрасль науки и техники. Возникнув еще в конце прошлого века, в шестидесятых годах нашего столетия она получила.по-существу второе рождение в результате коренных изменений применявшегося ранее способа плавки стали в дуговых печах и возникновения и развития новых процессов электро плавки стали — вакуумного дугового и электрошлакового перепла вов, плазменной плавки и плавки электронным лучом. Высокие технико-экономические показатели производства и возможность получения металла с самыми высокими свойствами вызвали непре рывное повышение роли электрометаллургии в сталеплавильном производстве, и теперь электрометаллургия представляется одним из основных сталеплавильных процессов будущего.

Развиваясь на основе новейших достижений современной науки

итехники, прогресс в электрометаллургии обязан в первую очередь успехам физической химии металлургических процессов, электро техники, вакуумной техники. Эти и некоторые другие отрасли науки

итехники с позиций и производственного процесса, и учебного курса являются неотъемлемой частью электрометаллургии стали и ферро сплавов.

Курс «Электрометаллургия стали и ферросплавов» — дисцип лина комплексная, посвященная рассмотрению элементов и кон струкций различных печей, их электрического и механического оборудования, а также электрической и тепловой работы и изуче нию физико-химических процессов, протекающих при плавке стали и ферросплавов. В книге применена международная система единиц физических величин — СИ. В каждом случае единицы этой системы в скобках дублируются единицами ранее применявшихся


систем. Пересчет использованных единиц системы									СИ в единицы
прежних систем дан в приложении.								Д. Я. Поволоцким;
Введение		и	главы 8— 13		книги	написаны
главы	1—3,	7,	14, 16,	17,	19—:21,		25—33 — В.		Е. Рощиным;
главы	22—24 — А. И. Строгановым;						главы	34—46 — М. А. Рыс-
сом; главы		5,	6, 47—49 — М. А.			Ярцевым;		глава	4 — совместно
В. Е.	Рощиным и М. А.			Ярцевым;		главы 14,		15 и 18 — совместно

Д. Я- Поволоцким и В. Е. Рощиным.

Авторы выражают глубокую признательность кафедре металлур гии стали Ленинградского политехнического института им. М. И. Ка линина, руководимой проф. докт. техн. наук П. Я. Агеевым, кафедре электрометаллургий стали и ферросплавов Московского института стали и сплавов, руководимой проф. докт. техн. наук В. А. Григо ряном, а также проф. докт. техн. наук И. И. Борнацкому за вни мательный просмотр рукописи и ценные советы и замечания.

ВВЕДЕНИЕ

КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИИ СТАЛИ. ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

Развитие современной техники и промышленности базируется главным образом на применении металлов. Лишь имея металл, обладающий определенными механическими и физическими свой ствами, можно сооружать мощные гидроэлектростанции, атомные реакторы и строительные конструкции и производить аппараты хими ческого производства, ракеты и электронные машины.

Интенсивное развитие техники и промышленности непрерывно расширяет число применяемых металлов и изменяет соотношение

вудельном объеме их производства. Однако в течение продолжи тельного времени и теперь первостепенное значение для развития промышленности имеет сталь. Сталеплавильное производство по объему и стоимости продукции превосходит производство всех других металлов, вместе взятых. В 1970 г. мировое производство стали достигло 600 млн. т (в том числе 116 млн. т было выплавлено

вСССР). Для сравнения можно отметить, что мировое производство алюминия и меди, которые по объему производимой продукции занимают первое место среди цветных металлов, достигает примерно 10 и 7 млн. т соответственно.

Огромные масштабы сталеплавильного производства, являюще

гося основой современной цивилизации, обусловлены достаточно широким распространением железных руд (в земной коре содержится 4,2% железа, занимающего четвертое место после кислорода, крем ния и алюминия, содержащихся соответственно в количествах 49, 13, 26 и 7,45%), относительной легкостью и дешевизной восстановле ния железа из руд, прекрасными свойствами стали как конструкци онного материала. Сталь обладает высокой прочностью и пластич ностью, легко поддается механической обработке и сваривается. Она замечательна еще тем, что присадками легирующих элементов и определенной термической обработкой можно в широком диапа зоне изменять ее механические свойства, а также придавать ей особые физические и химические свойства (стали электротехниче ские, нержавеющие, жаропрочные и др.). Значение легированных сталей особенно возросло в последние годы в связи с увеличением потребности в стали с особыми свойствами и производство их состав ляет более 8% от общего производства стали.

Хотя человечество использует железо в течение тысячелетий и начало «железного века» археологи относят ко второму тысяче летию до нашей эры, интенсивное развитие сталеплавильного про изводства началось лишь в начале второй половины прошлого века, когда были разработаны современные процессы выплавки стали. Производство стали в 1850 г. составляло всего 50 тыс. т и не намного превышало производство меди или цинка. В 1900 г. оно достигло 29 млн. т, а в 1968 г. превысило полмиллиарда тонн.

1 / 551 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ