3. Сталеплавильное производство

На заводе "Красный Октябрь" налажено производство более 600 различных марок стали.

Предприятие располагает техническими возможностями для выплавки подшипниковой, рессорно-пружинной, теплоустойчивой сталей; углеродистой стали обыкновенного и конструкционного качества; легированной инструментальной и конструкционной сталей; сталей для сварочной проволоки, проката повышенной прочности и армирования железобетонных конструкций, а также высоколегированной коррозийно-стойкой нержавеющей стали.

Сталь выплавляется методом электрошлакового переплава. Также сталеплавильное производство ведется электродуговым и внепечным методами обработки металла. При внепечном производстве стали, одним из этапов которого является вакуумирование, выпускаются низкоуглеродистые и высоколегированные стали, отвечающие высоким мировым стандартам.

Завод также производит слитки электрошлакового переплава (ЭШП)

квадратного сечения:

- 550 x 550 мм, массой 5,5 тонн;

- 650 x 650 мм, массой 6,5 тонн;

прямоугольного сечения:

- 500 x 1000 мм, массой до 8 тонн;

- 550 x 1350 мм, массой до 11,5 тонн.

ЭСПЦ-1

Год выпуска – 1974. Проектная мощность 180 тыс. в год. Цех расположен в 4-х пролетном главном здании и отдельно стоящем бытовом. Предназначен для выплавки конструкционных, легированных, нержавеющих и подшипниковых марок стали с разливкой на электроды для ЭШП на установках полупепрерывной разливки (УПНРС) и частично в изложницы на подвижных составах в слитки массой 4,7 и 6,8 т. В цехе 3 печи ДСП – 25Н2 номинальной садкой 25 тонн с трансформаторами мощностью по 15 МВА, диаметр графитированных электродов 400мм. Печи оснащены мокрой и сухой газоочисткой. Четыре УПНРС, в том числе: 3 – для отливки расходуемых электродов сечением 365х365 для последующего их электрошлакового переплава в печах ЭШП ЭСПЦ-3 и одна (реконструирована в 1999 году) для отливки слабовой заготовки – 13,5 м. Для отжига отливаемых на УПРНС заготовки и слитков имеется 4 термических печи с выкатным подом. Оборудование внепечной обработки жидкой стали цех не имеет.

В цеху имеется 6 газовых печей с выкатным подом для отжига заготовок. Печь с выкатным подом - промышленная печь, в которой штабелированные изделия нагревают на футерованной тележке, выкатываемой из печи на роликах или скатах по рельсовому или желобчатому пути. Изделия укладывают на тележку (выкатной под) и снимают с неё краном. Для уменьшения подсоса воздуха в печь через зазоры между выкатным подом и стенками служит песочный или водяной затвор. По режиму работы печи в выкатным подом относятся к камерным печам периодического действия. Размеры ширина 1,2—6,4 м, длина 2,5—40 м. Печи отапливают газовым или жидким топливом с помощью горелок или форсунок, установленных в продольных стенках в 1—2 ряда по высоте печи. Рабочая температура 500—1150 °С. В таких печах изделия нагревают в процессе термообработки, перед ковкой и прокаткой. Схема ЭСПЦ-1 приведена на рисунке 2.

Д – шихтовой пролет; В – печной пролет; С – разливочный пролет; D - термический пролет; Е - отделение ремонта сводов; F- газоочистка; G - стрипперное отделение; 1 - железнодорожные пути; 2 - бункера для хранения шихты и ферросплава; 3 - бункерная эстакада для подачи сыпучих материалов; 4 - передаточные тележки для подачи корзины с шихтой из «А» в «В»; 5 - 3 электродуговых печи ДСП25Н2 - 25т; 6 - печные трансформаторы; 7 - завалочная машина; 8 - разливочный ковш; 9 - 4 установки полунепрерывной разливки стали в 2 заготовки по 13т, (250x350мм) разливка 1-ой плавки; 10 - пульты управления У ПН PC; 11 - 6 термических газовых печей с выкатным подом для отжига заготовок; 12 - пульты управления печами; 13 - канава для разливки в изложницы с получением слитков 6,53т; Н- Место складирования литых заготовок, огнеупоров, и др.

Рисунок 2. Схема ЭСПЦ-1

Электросталеплавильный цех № 1, на который приходится около 20 процентов производимого заводом металла, выполняет одно из основных направлений предприятия – выпускает высоколегированную сталь. Ежемесячный выпуск продукции составляет более 10 000 тонн сталию.

ЭСПЦ-2

Электросталеплавильный цех № 2 был пущен в 1971 году. В его состав вошли: трехпролетное главное здание (шихтовый, печной, разливочный пролеты) и отдельно стоящие: двор изложниц, отделение чистки и смазки изложниц, стрипперное отделение, отделение сыпучих и склад огнеупоров .

Цех предназначен для выплавки конструкционных легированных, подшипниковых и коррозионностойких марок стали с разливкой металла в изложницы на подвижных составах в слитки массой 4,57 и 6,8 тонн. Схема устройства ЭСПЦ – 2 представлена на рисунке 27.

А – шихтовой пролет; В – печной пролет; С – разливочный пролет; D – газоочистка; Е – стрипперное отделение; 1 – железнодорожные пути; 2 – бункера для хранения шихты ферросплава; 3 – бункерная эстакада для подачи сырья; 4 – передаточные тележки для подачи корзины с шихтой;5 - бросковые машины; 6 – электродуговая печь на 150 тонн; 7 – печные трансформаторы; 8 – пульт управления; 9 – электродуговая печь на 150 тонн; 10 – электродуговая печь на 100 тонн; 11 – два завалочных крана для засыпки с помощью ферросплавов в печь; 12 – разливочный ковш; 13,14 – места складирования; 15 – вакуумная камера; 16 – разливочная площадка; 17 – сушка ковшей

Рисунок 3 - Схема ЭСПЦ – 2

Серийность разливки на МНЛЗ составляет 6 – 8 плавок за год, это порядка 150000 тонн стали. МНЛЗ – шестиручьевая машина радиального типа, предназначенная для отливки сортовой и блюмовой заготовки.

ЭСПЦ-3

Электросталеплавильный цех № 3 был пущен в эксплуатацию в 1974 году. Цех расположен в одном здании из трех пролетов: печного, термического и обдирочного. Электросталеплавильный цех № 3 предназначен для выплавки высококачесвенных сталей и сплавов способом электрошлакового переплава расходуемых электродов с УПНРС ЭСПЦ – 1, а также катаных и кованых заготовок.

Схема ЭСПЦ-3 приведена на рисунке 4.

А - печной пролет; В - термический пролет; С - обдирочный пролёт;

D – флюсо-подготовительное отделение; Е - сухая газоочистка;

1- Железнодорожные пути; 2- 34 установки ЭТП; 3- печные трансформаторы 4 - пульты управления; 5 - 62 электроколодца для отжига слитков; 6 - передаточные тележки; 7 - пульты управления; 8 - термоса; 9 - кантователь слитков; 10 - 3 напольных крана

Рисунок 4. Схема ЭСПЦ-3

Электросталеплавильный цех № 3 предназначен для выплавки высококачественных сталей и сплавов способом электрошлакового переплава расходуемых электродов с УПНРС ЭСПЦ – 1, а также катаных и кованых заготовок

Электродуговая печь

Схема электродуговой печи приведена на рисунке 5.

1 - огнеупорный кирпич; 2 - желоб; 3 - металлическая шихта; 4 - стальной кожух; 5 - стенка; 6 - свод; 7 - кабели; 8 - электродержатель: 9 - электроды; 10- рабочее окно; 11 - механизм наклона печи; 12 - под

Рисунок 5. Схема электродуговой печи

Источником теплоты в такой печи является электрическая дуга, возникающая между электродами и металлической шихтой. Печь питается трёхфазным переменным током и имеет три цилиндрических электрода графитированной массы. Электрический ток от трансформатора гибкими кабелями и медными шинами подводится к электродержателям, а через них к электродам. Между электродами и металлической шихтой возникает электрическая дуга. Электроэнергия дуги преобразуется теплоту, которая передаётся металлу и шлаку излучением. Рабочее напряжения 160 - 800 В, сила тока 1 -10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически путём вертикального перемещения электродов. Кожух печи футерован огнеупорным кирпичом, который может быть основным (магнезитовый, магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Под печи набивают огнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками, подом и сводом из огнеупоров. В стенках печи имеется рабочее окно для управления ходом плавки летка для выпуска готовой стали по желобу в ковке. Печь загружают при снятом своде. Специальным механизмом печь наклоняться в сторону загрузочного окна и летки. В металлургических цехах используют в основном дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах - с кислой.

После заправки печи в неё загружают шихту: стальной лом (90%), передельный чугун (10%), кокс и известь (2-3%). Окислительный период плавки начинается во время плавления шихты, за счёт кислорода, окислов шихты, воздуха, и окалины окисляются углерод, кремний, марганец, железо. Вместе с окисью кальция, содержащейся в извести, окислы этих элементов образуют основной железистый шлак, способствующий удаления фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до 1500 - 1540 °С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в руде кислород интенсивно окисляет углерод и вызывает кипение ванны жидкого металла за счёт пузырьков СО. Шлак вспенивается, повышается его уровень, и он стекает в шлаковую чашу. Кипение металла ускоряет нагрев ванны, способствует удалению фосфора. Руду и известь в течение процесса добавляют 2-2 раза, удаляя шлак. Содержание фосфора в металле снижается до 0,01 %, содержание углерода также понижается за счёт образования окиси углерода при кипении. Когда содержание углерода становится меньше на 0,1 % от заданного, кипение прекращают и удаляют весь шлак.

Восстановительный период плавки включает раскисления металла, удаление серы и доведение до заданного химического состава. После удаления окислительного шлака в печь подают ферромарганец, а также осуществляют науглероживание (для высококачественных сталей). Затем загружают флюс, который состоит из извести, плавкого шлака шамотного боя. После расплавления флюсов и образования шлака в печь вводят раскислительную смесь, состоящую из извести, молотого кокса и ферросилиция. Молотый кокс и ферросилиций находятся в порошкообразном состоянии. В шлаке восстанавливается закись железа:

FeO+C = Fe + СО; 2FeO +S=2Fe + Si0₂

При этом содержание закиси железа в шлаке уменьшается, и она из металла переходит в шлак. Этот процесс называется диффузионным раскислением стали, его повторяют несколько раз. Постепенно шлак становится почти белым (удаление FeO, раскисления). Раскисление под белым шлаком делится на 30-60 минут. Во время восстановительного периода сера удаляется из металла, что объясняется высоким (до 60%) содержанием СаО в белом шлаке и низким содержанием FeO, Это способствует интенсивному удалению серы из металла: FeS + СаО = СаS + FeO. Когда достигнуты заданные состав металла и температура, выполняют конечное раскисление стали алюминием.

Технология разливки стали

Готовая сталь после окончания процесса плавки выпускается в разливочный ковш и разливается при помощи крана. Из конвертора  сталь выпускается в ковш путем наклона, а из мартеновских и электрических печей — по выпускному желобу. Из ковша сталь разливают в  чугунные  изложницы для получения слитков и в земляные или в металлические формы для получения фасонных отливок.

Ковши для разливки стали чаще всего делаются стопорными. сталь из таких ковшей разливается через отверстие в особом огнеупорном стакане 1 (рисунок 6), вставленном в днище.

 

Рисунок 6. Схема устройства стопорного разливочного ковша для разливки стали.

Выпуск стали приостанавливается стопором 5, который представляет собой стальной стержень, защищенный от действия  металла  и  шлака  огнеупорными трубками с укрепленной снизу специальной пробкой 7, закрывающей отверстие в стакане.  Пробки и стаканы изготовляются из шамота, графита и магнезита. Стопор с помощью вилки соединен с рычажным механизмом 4, служащим для поднятия и опускания его при открытии и закрытии отверстия во время разливки. Кожух 3 ковша изготовляется из листовой стали. По окружности он опоясывается стальным кольцом с цапфами 6, служащими для захвата крюками мостового разливочного крана.

Футеруют ковш шамотным кирпичом. Футеровка 2 ковшей делается тщательно, с незначительной толщиной швов во избежание разрушения  металлом. Стойкость футеровки составляет 25-50 плавок.

Изложницы, в которые заливается сталь, отливаются главным образом из чугуна и редко из стали. Размеры изложниц зависят от веса заливаемого слитка, который достигает от 100 кг до 100 т и более.

Стойкость чугунных изложниц 60—100 плавок.

Форма и конструкция изложниц зависят от назначения отливаемых в них слитков и способа разливки стали (рисунок 7,а), а также от того, для разливки какой стали они предназначены — кипящей, полуспокойной или спокойной.

Рисунок 7. Типы  изложниц  для  заливки  слитков

Кипящей называется сталь, при разливке которой наблюдается «кипение» металла в изложнице в период кристаллизации слитка. Она раскисляется только ферромарганцем. В процессе раскисления образующаяся окись углерода вместе с другими растворенными в стали газами выделяется из металла, что создает впечатление кипения стали в изложницах. Кипящая  сталь легче сваривается, чем спокойная, и очень хорошо штампуется. Из нее меньше отходов при прокатке. Стоимость кипящей  стали меньше стоимости спокойной. Отрицательным свойством кипящего металла, особенно  при  отливке тяжелых слитков, является большая неоднородность химического  состава по высоте и поперечному сечению слитка.

Спокойной называется такая сталь, которая перед разливкой хорошо раскислена; при разливке из нее выделяется мало газов, благодаря чему она спокойно застывает в изложницах. Раскисляют ее ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. В слитках кипящей стали имеются пузыри. В слитках спокойной стали они отсутствуют, и наблюдается рыхлость и пористость. Среднеуглеродистая и высокоуглеродистая сталь изготовляется только спокойного типа, так как из кипящей стали с высоким содержанием  углерода нельзя получить хорошие слитки. Кроме того, слитки спокойной  стали более однородны по химическому составу.

Полуспокойную сталь можно назвать промежуточной между спокойной и кипящей. Для раскисления этой стали дается меньшее количество ферросилиция, чем для спокойной, и определенное количество алюминия, добавляемого в ковш перед разливкой металла или в  изложницы  во время разливки.

Так как в слитках полуспокойной стали образуется усадочная  раковина малого размера и меньше развита химическая неоднородность,  выход годной части слитка повышается. Для отливки кипящей  стали  применяют сквозные изложницы квадратного и прямоугольного сечения без дна, уширяющиеся книзу, чтобы было удобнее удалять из них слитки. Чтобы устранить образование трещин на слитках, внутреннюю поверхность  изложниц делают волнистой (рисунок 7,а,б). Для получения слитков спокойной стали применяют изложницы с глухим дном и с отверстием в нем для установки шамотного стаканчика при сифонной разливке или стального вкладыша при разливке сверху (рисунок 7,б). Слитки, предназначенные для прокатки сортовых профилей, отливаются в изложницы квадратного сечения, а для прокатки листов — в  изложницы прямоугольного (эллиптического) сечения (рисунок 7,а,б).

Слитки, идущие для ковки на молотах или на прессах, отливают в изложницы многогранного сечения, уширяющиеся кверху.

Способы разливки стали.   

Существует три основных способа разливки стали: сверху, сифонный и непрерывный. По первому способу каждую изложницу заливают металлом сверху (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема разливки стали в изложницы сверху

а - ковш с жидкой сталью, б - изложница

По сифонному способу из ковша 1 (рисунок 9) через центровой  литник  2 одновременно заливается в зависимости от развеса слитков от двух до 60—100 изложниц. При этом металл, проходя по центровому литнику 2, поступает по системе каналов, образованных специальными сифонными кирпичами 3 в чугунном поддоне 4, к каждой изложнице 5.

1- ковш; 2- центровой литник; 3- сифонные кирпичи; 4- поддон; 5- изложница; 6- шлакоуловители; 7- огнеупорная масса

Рисунок 9. Схема сифонного способа разливки стали:

Преимущества сифонного способа: можно отливать одной струей большое  число  слитков,  поверхность слитков получается чистой, вследствие уменьшения высоты и объема усадочной раковины можно получить качественные слитки развесом до 20—30 г стали. Недостаток сифонной разливки — трудоемкая  работа по сборке изложниц под разливку и большой расход металла на литники. Поэтому при разливке дорогостоящих сталей этот способ не применяют

Прогрессивным способом является  непрерывная   разливка   стали. (Рисунок 10).

Металл из ковша 1 заливается непрерывной струей  в промежуточное  устройство 2, а из него поступает в охлаждаемые водой кристаллизаторы 3, в которые предварительно закладываются стальные заготовки, образующие дно. При соприкосновении жидкого металла с этими заготовками (затравками) и стенками кристаллизаторов начинается быстрое затвердевание его, еще более усиливающееся при проходе через зону 4  вторичного охлаждения. Затвердевшая заготовка вытягивается роликами  5, действующими от специального  механизма  к тележкам  газорезок  6,  разрезается на куски, а затем по конвейеру поступает в прокатный цех.

Применение  способа  непрерывной разливки  стали  позволяет сократить отходы металла с 15—20% при обычной разливке до 3—5%, т. е. в 5 раз.

Рисунок 10. Схема непрерывной разливки стали