Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 95
Скачиваний: 0
ВВЕДЕНИЕ
Черные металлы — сталь и чугун — уже на протяжении мно гих веков являются основными материалами для изготовления орудий производства. С развитием и совершенствованием техники возрастали и требования, предъявляемые к черным металлам. По этому издавна в металлургии черных металлов выделились два направления: производство металла для массового применения и производство металла для особо ответственных изделий. Так по
явилась качественная металлургия. |
|
Основателем |
производства высококачественной стали в Рос |
сии был П. П. |
Аносов (1797— 1851 гг.), работавший на Златоустов |
ском заводе. П. П. Аносов разработал научные основы производ ства знаменитой булатной стали, сочетающей в себе большую уп ругость с максимально высокой твердостью лезвия. Л. М. Обухов продолжил работы П. П. Аносова и в 1857 г. разработал способ
массового |
производства качественной стали. |
Основателем науки |
|
о металле, |
о |
его структуре и физических |
свойствах является |
Д. И. Чернов |
(1839— 1921 гг.). |
|
|
Большую роль в становлении физико-химических основ металлур гии сыграли работы советских ученых: А. А. Байкова, А. М. Сама рина, В. П. Елютина и многих других.
Промышленные основы производства качественной стали были заложены во второй половине XVIII в., когда появился тигельный процесс. Тигельную сталь выплавляли в графитовых или шамот ных тиглях емкостью не более 30—40 кг. Несмотря на высокое качество тигельной стали, тигельный процесс из-за малого масштаба производства и большой трудоемкости не мог удовлетворить расту щие требования промышленности.
Со второй половины XIX в. производство качественной стали было освоено в кислых мартеновских печах. В конце XIX — на чале XX вв. был разработан электросталеплавильный процесс. При менение электрической энергии в качестве источника тепла имеет следующие преимущества перед использованием твердых, жидких и газообразных видов топлива (каменного угля, мазута, природного газа и т. д.):
1)возможность быстрого нагрева исходных материалов практи чески до любой необходимой для проведения металлургических процессов температуры при точном регулировании скорости нагрева;
2)выделение тепла в том месте, где это необходимо без образо вания большого количества продуктов сгорания, что позволяет вести процессы при любой атмосфере (окислительной, нейтральной или восстановительной) и при любом давлении (в вакууме, при атмо сферном или повышенном давлении);
3)упрощение конструкций металлургических агрегатов и со здание условий налаживания высокомеханизированных и автомати зированных процессов;
4)наиболее рациональное использование энергетических ре-
8
сурсов страны, поскольку для производства электричества можно использовать все виды энергии: любое топливо, гидроэнергию, атомную энергию, энергию морских приливов и энергию термаль ных вод, солнца и ветра.
Особо важным достоинством электропечей является то, что в них наиболее успешно можно осуществить легирование металла эле ментами, обладающими большим сродством к кислороду (алюми нием, титаном и др.), а также возможность обеспечения необходи мого нагрева легированного металла. По этим причинам электро металлургия стали с самого начала развивалась как металлургия качественной стали.
Техника XX века является техникой высоких давлений и тем ператур, больших скоростей и сильных химических воздействий, и для изготовления машин, аппаратов и приборов требуются ма териалы, отличающиеся высокими механическими и другими свой ствами: коррозионной стойкостью, жаропрочностью и т. д. Такими материалами в большинстве случаев являются качественные угле родистые и высококачественные легированные стали и сплавы, характеризующиеся, как правило, низким содержанием вредных примесей (серы, фосфора и др.), однородной и особо тщательной отделкой поверхности, а также разнообразным содержанием леги рующих элементов.
Производство качественных и высококачественных сталей и сплавов, а следовательно, и производство электростали непрерывно возрастает. Бурное развитие отечественной электрометаллургии связано с осуществлением ленинского плана ГОЭЛРО. Если до Великой Октябрьской революции в России насчитывалось всего 12 электропечей с общей емкостью 26 т, то в 1940 г. их стало свыше 400, в том числе электропечи емкостью 30 т.
В послевоенные годы продолжался рост числа крупнотоннаж ных электропечей. В 1958 г. введены в действие первые 80— 100-т, а в 1971 г. уже 200-т электропечи. Построены крупные электростале
плавильные цехи |
на Ново-Липецком, Челябинском, Череповец |
ком и других заводах. |
|
Одновременно |
создавалась и ферросплавная промышленность. |
В 1931 г. был пущен первенец ферросплавной промышленности
СССР — Челябинский ферросплавный завод. В дальнейшем были введены в эксплуатацию Зестафонский, Запорожский, Актюбинский и ряд других ферросплавных заводов.
Грандиозные задачи перед металлургами нашей страны постав лены Директивами ХХГУТсъезда КПСС по пятилетнему плану раз вития 'народного хозяйства на 1971— 1975 гг. Директивами преду сматривается довести выплавку стали в 1975 г. до 142— 150 млн. т при одновременном увеличении удельного веса производства элек тростали. При этом намечаются высокие темпы увеличения произ водства высококачественной и легированной стали, а также широкое внедрение высокоэффективных способов улучшения качества ме талла путем внепечного вакуумирования, обработки стали синтети ческим шлаком иjr. д.
р
Развитие электрометаллургии стали идет по пути укрупнения агрегатов, интенсификации процесса, применения вакуума и за щитных атмосфер, изыскания новых способов нагрева, механизации и автоматизации агрегатов и процессов.
Увеличение валового производства стали будет достигнуто за счет увеличения производительности существующих открытых дуго вых печей и строительства новых. При резком увеличении выплавки электростали изменяется и характер дуговой печи как сталеплавиль ного агрегата. Основная масса электростали в дальнейшем будет выплавляться в крупных электропечах емкостью 100, 200, 400 т. Дуговые электропечи емкостью 50 т и ниже будут использоваться для выплавки высоколегированных сталей и сплавов.
Развитие авиации, космической техники, электроники и других областей промышленности предъявляет все более высокие требова ния к качеству металла, которые могут быть удовлетворены такими переплавными способами, как электрошлаковый, вакуумно-дуго вой, электроннолучевой и др.
Все переплавные способы производства стали будут развиваться в направлении повышения массы слитка, совершенствования кон струкции агрегатов, снижения стоимости передела, автоматизации
имеханизации процесса.
Вболее отдаленном будущем возможно создание единого стале плавильного агрегата непрерывного действия с включением в него по мере необходимости тех циклов, которые в наибольшей степени
обеспечивают получение металла |
требуемого качества. |
В отношении ферросплавного |
производства следует отметить, |
что в ближайшие годы должны быть созданы мощные печи для рудно
термических процессов, круглые трехфазные |
с тремя электродами |
и прямоугольные с 6, 12 и более электродами, |
питаемые от однофаз |
ных трансформаторов. Это будут закрытые печи с использованием отходящих газов.
Перед электрометаллургами стоят задачи по совершенствованию технологии выплавки и повышению качества металла, изучению и внедрению передовых методов труда, всемерному повышению тех нического уровня и культуры производства. Эти задачи могут быть выполнены только высококвалифицированными специалистами, со четающими в себе глубокие теоретические знания с хорошим зна нием производства.
Главы IV, У, VII, XIV—XVIII написаны М. А. Рыссом, осталь ной материал подготовлен А. И. Строгановым.
Ч А С Т Ь П Е Р В А Я
ЭЛЕ КТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
ГЛАВА I
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ
Электрическая плавильная печь является агрегатом, в котором тепло, полученное за счет превращения электрической энергии в тепловую, передается расплавляемому материалу. В зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую элек тропечи делятся на следующие группы:
1)дуговые электропечи, в которых электроэнергия превращается
втепловую в дуге;
2) печи сопротивления, характеризующиеся выделением тепла
вспециальных нагревательных элементах или исходных материалах
врезультате прохождения через них электрического тока;
3)комбинированные печи, работающие одновременно как дуго вые и как печи сопротивления;
4)электроннолучевые установки, в которых благодаря высоко температурному нагреву катода при помощи электрического тока создается остро направленный поток электронов, бомбардирующих поверхность расплавляемого материала;
5)индукционные печи, в которых металл нагревается токами, возбуждаемыми в нем за счет электромагнитной индукции;
6)плазменные печи, в которых нагрев и плавление металла осуществляется низкотемпературной плазмой (5000—20 000° С), соз даваемой либо путем стабилизации электрической дуги, либо за счет высокочастотного индукционного разряда.
На рис. 1 и 2 представлены схемы некоторых из электрометаллур гических печей. В печах сопротивления с косвенным нагревом нагревательные элементы выполняют либо в виде угольных, графи товых и карборундовых электродов (рис. 1, а), либо в виде засыпки (угольной крупки), а также в виде нагревательной трубки (рис. 1,6).
Всвязи с простотой конструкций и возможностью плавного регулиро вания температуры в большом диапазоне (до 2000° С) печь Таммана широко применяют в лабораториях.
Печь С. С. Штейнберга и И. П. Грамолина находит преимуще ственно применение в цветной металлургии. Недостатком этой печи является частый выход из строя контактов и трудность замены элек тродов в процессе плавки.
II