Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов. Учебное пособие
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАФИНИРОВАНИЯ
ДОМЕННЫХ ЧУГУНОВ
Учебное пособие
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
2
УДК 669.16(07)
П 814
Рецензенты: - кафедра теплофизики, автоматизации и экологии печей
ФМВТ НГТУ им. Р.Е. Алексеева;
- доктор технических наук, профессор кафедра теплофизики,
автоматизации и экологии печей ФМВТ НГТУ им.
Р.Е. Алексеева В.Н. Гущин
Роготовский А.Н., Шипельников А.А., Кравченко Т.В., Бобылева Н.А.
П 814 Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов
[Текст] : учеб. пособие / А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников,
Т.В. Кравченко, Н.А. Бобылева. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 83 с.
ISBN 978-5-88247-586-3
Пособие соответствует государственному образовательному стандарту
подготовки бакалавров по направлению 150400 «Металлургия».
Рассмотрены проблемы и перспективы современных технологий
внедоменной десульфурации передельного жидкого чугуна. Главное
внимание уделено вопросам промышленного применения различных
химических реагентов, применяемых для рафинировочной обработки чугуна.
Предназначено для студентов 2-3 курса металлургического института,
изучающих дисциплины «Металлургические технологии 1», «Теория и
технология производства стали».
Табл. 13. Ил. 31. Библиогр.: 17 назв.
ISBN 978-5-88247-586-3 © Роготовский А.Н., Шипельников А.А.,
Кравченко Т.В., Бобылева Н.А., 2013
© ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный технический
университет», 2013
3
Содержание
Стр.
Введение……………………………………………………………………..
4
1. Химический состав и типы доменных чугунов………………………..
5
2. Методы и технологии промышленного рафинирования доменных
чугунов для сталеплавильного производства………………………….
20
2.1. Придоменное комплексное рафинирование чугунов…………
21
2.2. Внедоменная обработка чугуна в чугуновозных ковшах……
30
3. Анализ существующих технологий внепечной десульфурации
передельного чугуна………………………………………………………
39
3.1. Десульфурация известью и твердыми смесями на её основе...
39
3.2. Десульфурация кальцинированной содой……………………
44
3.3. Десульфурация карбидом кальция и твердыми смесями на
его основе…………………………………………………………………
47
3.4. Десульфурация магнием и магнийсодержащими реагентами
51
4. Влияние технологических факторов производства на эффективность
технологии десульфурации чугуна в условиях КЦ-1 ОАО «НЛМК»…..
63
5. Вопросы для самоконтроля………………………………………….......
78
Рекомендованный для самостоятельного изучения библиографический
список …………………………………………….........................................
80
4
Введение
Чугуны были и остаются, пожалуй, самым главным шихтовым
материалом в сталеплавильном производстве, от состава и свойств которых
зависят как стабильность протекания основных физико-химических
процессов в период плавки, так и себестоимость получения
высококачественной стали.
В современных справочниках и учебных пособиях, на наш взгляд,
недостаточно полно изложена классификация доменных чугунов, особенно с
учетом использования твердых чугунов в форме слитков в литейных
подразделениях машиностроительного и ремонтного производства.
В учебном пособии предложена универсальная схема классификации
доменных чугунов с учетом химического состава, содержания
микроэлементов и структуры чугунных слитков, которые через различные
механизмы оказывают влияние на качество получаемой металлопродукции
при условии их использования в качестве основного шихтового материала на
следующих этапах металлургического передела.
Значительное количество материала пособия посвящено вопросам
повышения качества доменных жидких чугунов в современном
сталеплавильном производстве – методы обработки на потоке (придоменные)
и внедоменные технологии рафинирования расплавов от кремния, фосфора и
серы. Основная концепция учебного пособия состоит в формулировании и
логическом выстраивании содержания глав таким образом, чтобы
изучающему не требовалось прибегать к дополнительным источникам
информации с целью осознания представленного материала. Материал собран
и систематизирован для максимально комфортного процесса самообучения, в
том числе углубления имеющихся знаний и представлений о вопросах роли и
свойств доменных чугунов, применяемых в современном сталеплавильном
производстве, и в основном ориентирован на студентов старших курсов
направления подготовки «Металлургия».
5
1. Химический состав и типы доменных чугунов
Чугуном называется сплав железа с углеродом (содержание углерода
от 2,14 до 6,67%). В общем случае чугуны можно разделить на два типа:
первичные, доменные и вторичные, конструкционные, получаемые путем
металлургического передела первых или лома и отходов черных металлов.
Конструкционный чугун на сегодняшний день является относительно
дешевым машиностроительным материалом, обладающим хорошими
литейными и технологическими качествами. В свою очередь передельные
марки доменных чугунов являются сырьем для выплавки стали в конвертерах
и электродуговых печах (рис. 1).
Рис. 1. Элементарная схема конвертера (слева) и электродуговой печи:
1 – огнеупорная футеровка; 2 – стальной ковш; 3 – сталевыпускное отверстие;
4 – механизм поворота; 5 – стальковш; 6 – выпускной желоб; 7 – ванна;
8 – электроды; 9 – поворотный свод; 10 – рабочая площадка; 11 – подина
печи; 12 – механизм наклона печи
Получение первичного чугуна — сложный физико-химический процесс.
Он состоит из трех основных стадий: восстановления железа из окислов,
6
превращения железа в чугун и шлакообразования, протекающих
1
одновременно в металлургическом агрегате шахтной формы – доменной печи
(рис. 2). Шихтой для получения чугуна в доменной печи служит
окускованная железная руда (концентрат при использовании бедных по
железу руд) в форме агломерата и окатышей, а также флюсующие добавки
(известняк, доломитизированный известняк) и топливо (кокс, природный газ
и пр.).
Рис. 2. Элементарная схема доменной печи:
1 – летка; 2 – воздушные фурмы; 3 – колошник; 4 – шахта; 5 – распар;
6 – заплечики; 7 – горн; 8 – лещадь
В общем случае комплекс свойств любого чугуна зависит главным
образом от содержания в нем углерода и других элементов (примесей:
естественных, «бродячих» и т.п.), неизбежно входящих в его состав: кремния
(до 4,3%1), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 0,5%).
Здесь и далее указаны средние концентрации для чугунов I и II типов, то сеть речь идет не о специальных
легированных чугунах (кремнистые, марганцовистые, ванадиевые и т.п.) для литейного производства
7
Углерод является важнейшим элементом, особенно в конструкционном
чугуне. В зависимости от его количества и фазового состояния – формы
присутствия (цементит, графит) получаются те или иные марки чугуна с
определенным набором технологических, физико-химических и литейных
свойств. Кремний – второй важнейший после углерода элемент, который
увеличивает жидкотекучесть, улучшает литейные свойства сплава, а также
повышает теплотворную способность чугуна при его переделе на сталь в
конвертерах. Марганец повышает прочность и стойкость к истиранию
структуры чугуна, и, входя в состав легированных карбидов типа FexMnyC –
твердость; нивелирует вредное действие серы при соблюдении неравенства:
Mn/S>0,2-0,4. Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая
красноломкость (образование трещин при кристаллизации и охлаждении
массивных отливок сложной конфигурации). Сера ухудшает жидкотекучесть
чугуна, делая его более вязким за счет образования сульфидных и прочих
комплексных неметаллических включений, вследствие чего он плохо
заполняет литейную форму. Однако имеются данные о положительном
влиянии серы на модифицирование чугунов для получения пластинчатой и
компактной форм графита. Фосфор снижает механические свойства чугуна
(уменьшает прочность, увеличивает твердость из-за образования двойных и
тройных эвтектик с Fe3P), вызывает хладноломкость (образование трещин в
холодных отливках), однако при концентрациях от 0,3 до 1,2% увеличивает
жидкотекучесть чугуна.
Общим признаком разделения чугунов первого и второго типа может
являться содержание и форма присутствия углерода. В зависимости от
содержания углерода чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3%
углерода), эвтектическим (4,3%) или заэвтектическим (4,3-6,67%).
Последние два класса, как правило, относятся к доменным чугунам (от 4,3 до
4,5%). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугунной
отливке (заготовке, слитке) после заливки литейной формы (пробы) и её
8
охлаждения до нормальной температуры, чугун подразделяется также на два
а
б
фундаментальных класса: белый (БЧ - углерод в химическом соединении с
железом в виде цементита Fe
C) и серый (свободный углерод в виде графита
3
пластинчатой формы – СЧ).
Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается механической
обработке (особенно трудно обрабатывается резаньем и точением), имеет
низкую жидкотекучесть в расплавленном состоянии. Он обычно идет на
переплавку в сталь (доменный чугун) или на получение ковкого чугуна (в
форме заготовки после индукционной или ваграночной плавки) и поэтому
называется передельным. Исключение составляют комплекснолегированные
белые конструкционные чугуны (например, хромованадиевые), из которых
изготавливают отливки простой конфигурации (например, плиты и
бронелисты) для работы в условиях высокого абразивного износа. Типичная
структура белого доменного чугуна представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Форма графита – а; металлическая основа доменного
чугуна марки ПЛ1 производства ОАО «НЛМК» - б
9
Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении.
а
б
Конструкционный серый чугун малопластичен и вязок, но сравнительно легко
обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и
деталей, работающих на износ. Имеет самое низкое число твердости
поверхности отливок в литом состоянии и наибольшую жидкотекучесть в
расплавленном состоянии. Серые доменные чугуны марок Л1-Л6 обычно
являются основным шихтовым материалом в литейном производстве
конструкционных чугунов. Типичная структура серого доменного чугуна
представлена на рисунке 4.
Рис. 4. Форма графита – а; металлическая основа доменного
чугуна марки Л5 производства ОАО «КМЗ» - б
10
В общем случае, серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,61,2%) имеет высокую жидкотекучесть при температурах заливки форм от
1320 до 14500С и может использоваться для производства художественного
литья, но только после переплава доменного твердого или жидкого чугуна,
как правило, в индукционных печах с обязательным проведением операций
корректировки химического состава (легирования) и/или обработки
специальными ферросплавами и лигатурами – модифицирования (рис. 5).
Рис. 5. Элементарная схема индукционной печи:
1 – расплав; 2 – откидная крышка; 3 – желоб; 4 – набивной тигель;
5 – индуктор; 6 – стальковш
Таким образом, и по структуре, и по химическому составу необходимо
четко различать доменные чугуны (в жидком или твердом состояниях)
поступающие в дальнейшем на передел в сталеплавильное или
чугунолитейное (реже – сталелитейное) производство и конструкционные
чугуны. В первом случае результатом передела будет сталь (точнее слябы и
прочая литая заготовка), во втором случае – чугунная (реже стальная)
отливка, получаемая путем заполнения одноразовой литейной формы
расплавом [1-10]. Отливка вообще может не подвергаться в дальнейшем
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]