Д_ріс №22 «Жо_ары сапалы болат алуды_ жа_а технологиялары»



Дәріс22 «Жоғары сапалы болат алудың жаңа технологиялары»

 

Дәріс жоспары:

1. Кіріспе

2. Болатты пешттен тыс өңдеу

 

Дәріс мақсаты:

Инертті газдар пайдалануымен жоғары сапалы болатты пешттен тыс өңдеу әдістермен алудың жаңа технологиялары

 

Дидактикалық бірліктер:

Ферроқорытпалар; легирлеу; аргон; оттегі; дегазация.

 

1. Кіріспе

Болат сапасы бұл тұрақты фактор, барлық тарихи этаптарда металлургтерді жаңа технологиялар мен инженерлік шешімдерді табуға талпындырды. Дәстүрлі болат балқыту агрегаттарында (конвертерлар, доғалы, марте­нді және еківанналы пештерде) балқу процесі өтуінің физикалық және физико-химиялық жағдайларды реттеудің шектеулі мүмкіндіктері зиянды қосылыстары мөлшері бойынша құрамы өте таза болат маркілерін алуын қамтамасыз ететін жаңа болат балқыту процесстері мен комплексті технологиялардың жасалуына әкелді. Мысал ретінде, жаңа технологиялық комплекс элементі деп пешттен тыс болатты өңдеуді (басқа атуларына: агрегаттык емес өңдеу, екіншілік металлур­гия, екіншілік ковштық өңдеу, ковштық рафинирлеу және т.б.) немесе кристаллданушы металлға әсерлесудің жаңа әдістерін, қайта балқыту процестерін және т.б. келтіруге болады.

Осында конвертерлі мен электробалқыту өндірістердің жаңа технологиялары және болат құюдың жаңа әдістерімен қатар болат балқыту агрегаттан шығатын болатты өңдеудің жаңа әдістерінің болуы туралы да айталады.

 

 

2. Болатты пештен тыс өңдеу

Берілген құрамдағы металды тікелей агрегаттың өзінде алуын қамтамасыз ететін технологиялық операциялар оның өнімділігінің жоғалуына әкелетін болса, бұл операцияларды қосымша сыйымдылықтарда (ковш немесе т.б.) жүргізеді, яғни пештен тыс немесе екіншілік металлургия разрядына өткізеді. Екіншілік металлургияның мақсатына бірқатар технологиялқ операцияларды кәдімгі болат балқыту пештерде жүргізуге қарағанда, арнайы агрегаттарда жылдам және эффективті жүзеге асыруға болатыны деп айтуға болады.

Қазіргі уақытта пештен тыс металлургия әдістерімен көпшілік мақсаттарда қолданылатын жүз миллиондаған тонна болатты өңдейді. Пештен тыс болатты өңдеу қондырғылары шамамен барлық сапалы металлургия зауыттарында бар. Мартенді, доғалы және конвертерларда балқытылған болатты өңдеуге жібереді. Екіншілік металлургия әдістерін қолданудың масштабтары мен себептері жөнінде келесі мәселелерден зерттеп көруден болады

1.1. Пештен тыс өңдеу мен құю. Практикада көрсеткендей, үздіксіз құю қондырғылардың эффективті жұмысы тек балқудан балқуға дейінгі температура мен құрамы стандартты-жоғары сапалы таза болат (ең бастысы күкірт бойынша) болған жағдайда ғана қамтамасыз етіледі. Пештен тыс өңдеу бұл талаптарды орындайды.

 

1.2. Пештен тыс өңдеу және конвертерлар жұмысы. Конвертерлі өндірісте арзан төменкремнийлі және азмарганецті шойын (конвертерлі балқытудың азшлакты немесе шлаксыз технологиясы) қолдануға ауысуы конвертердан шығарылатын металл агрегаттан тыс қосымша рафинирленгенде ғана эффективті болады. Мұндай рафинирлеуді пештен тыс өңдеу қамтамасыз етеді.

 

1.3. Пештен тыс өңдеу және ферро­қорытпалар. Пештен тыс өңдеу кезінде арзандау және онша дефицитті емес ферроқорытпаларды қолдануға болады, мысалы аз көміртекті болат өндірістерінде жоғары көміртекті ферроқорытпалар.

 

1.4. Пештен тыс өңдеу және тура легирлеу. Пештен тыс өңдеу әдістерін ұйымдастырғанда көптеген жағдайларда тура легирлеу әдістерін қолдануға немесе мүлдем ферроқорытпаларды қолданбау (табиғи легирленген рудалар, ферроқорытпа өндіріс және басқа өндірістердің, мыс. абразивті және т.б. шлактарын қолдану арқылы ) мүмкіндіктері туады.

 

1.5. Пештен тыс өңдеу және доғалы пештердің жұмысы. Пештен тыс өңдеудің болуы жаңа қуатты электротехникалық қондырғыларды (ең бастысы трансформаторлардың) қолданудың эффективтілігі өседі, жоғары еңбек өнімділігін алу үшін жағдайлар қамтамасыз етіледі. Сонымен қатар, компактты жоспарланған цехттерды жасау мүмкіндігі пайда болып, зиянды щаң-газды қоспаларды ұстап қалу жағдайлары жеңілдетіледі.

 

1.6. Пештен тыс өңдеу және жаңа болат маркалары. Пештен тыс өңдеу әдістерін жасау мен оларды жетілдіру өте төмен көміртегі (< 0,01 %), төмен күкірт (< 0,002 %) және аса төмен газдар мөлшері бар жңа болат маркаларды шығаратын өндірістерді ұйымдастыруға ықпал етеді (IFболаттар, даттанбайтын болаттың кейбір жаңа маркалары және т.б.).

 

1.7. Пештен тыс өңдеу және металлды қолданудың эффективтілігі. Берілген жағдайда балқытылатын металл сапасы мен одан алынатын бұйымдардың сенімділігі арасындағы байланыс туралы айтылады. Бұл байланыстың арасындағы маңыздылығы тураыл келесі мысалдарды келтіріп көруге болады:

а) металл бұйымдарына түсетін шын мәніндегі күш есептеуге алынған мәндерден ( бұйым пішіні мен массасы ) өзгешеленуі мүмкін;

б) металл қасиеттері (сапасы) стандарттан ерекшеленуі мүмкін;

в) беріктілікті төмендететін факторлар жиі (асыра күштер, материал біртекті еместіг және т.с.с.) форс-мажорлық сипатта болып алдын-ала ескерілмеуі мүмкін;

Пештен тыс өңдеу газдар мен металл емес қосындылары аз, тазалығы жоғары металлды алуға мүмкіндік береді, ал бұл қор коэффициент шамасын едауір азайтуға мүмкіндік береді. Шын мәнінде бұл қондырғылар жасау кезінде металл массасын (шығынын) азайтып, машиналардың, станоктардың және т.с.с. салмағын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл өз есебінде осы қондырғылар мен машиналардың жұмысы кезінде энергия шығынының азаюына әкеледі.

Сонымен, алынатын металл беріктілігі және оның біртектілігіндегі сенімділік пештен тыс өңдеу әдістерін қолданғанда едауір өседі.

 

1.8. Пештен тыс өңдеу және қолданылатын металды шихтаның сапасы. Қандай да тазалық дәрежесіндегі болатты алу мүмкіндіктері конверторлы және электроболат балқыту өндірістер үшін өзгешелінеді. Конверторлы өндірістің артықшылығына, шихта негізінен құрамында түсті металдар қосылыстары жоқ сұйық шойыннан тұрады. Алайда шойын құрамында күкірт пен фосфордың шамлы мөлшері болуы мүмкін. Қазіргі уақытта күкірт пен фосфордың эффективті кетіруді қамтамасыз ететін шойынды пештен тыс (домнадан тыс) өңдеу әдістері бар. Шойын мен болатты пештен тыс өңдеу кешенді технологияларының дамуы болат маркаларының әр тобі үшін бір уақытта бір немесе бірнеше операциялардан тұратын оптималды технологияны (фосфор, күкірт, газдар мөлшері, түсті металл қоспалары бойынша талап етілетін болат тазалығы және де жергілікті жағдайдағы жеке операцияларды өткізу үшін жұмасалатын шығындарға байланысты) таңдауға мүмкіндік береді.

Электроболат балқыту өндірісі металды шихта ретінде негізінен металл сынықарын қолданумен байланысты. Металл сынықтарының жеке түрлерінде түсті металл қосылыстарының біршама мөлшері болады. Олардың бір бөлігі балқыту прцесінде кетіріліп, шаңұстағыш қондырғылармен ұсталынып қалады (мыс. мырыш, қорғасын, кадмий және т.б.). Осы қоспаларды бөліп алу мақсатында металл сынықтарын алдын-ала өңдеу технологиялары тарала басталды. Берілген жағдайда металл сынықтары мен сұйық болатты пештен тыс өңдеудің кешенді технологиялары жасалады.

 

1.9. Пештен тыс өңдеу негізгі технологиялық тәсілдер. Пештен тыс өңдеуді пайдаланатын жаңа болат балқыту технологиялары келесі технологиялық тәсілдерді қолдануға негізделеді:

а) металды вакууммен өңдеу;

бметалды инертті газдармен үрлеу;

в) бір уақытта вакууммен және инертті газдармен өңдеу;

г) бір уақытта вакууммен өңдеу және оттегімен үрлеу;

д) бір уақытта инертті газдармен және оттегімен үрлеу;

е) қатты шлак қоспаларымен өңдеу;

ж) сұйық шлактармен өңдеу;

з) бір уақытта сұйық синтетикалық шлактар мен инертті газдармен өңдеу;

и) металды вакууммен, оттегімен, инертті газдармен және шлак қоспаларымен кешенді өңдеу;

к) металл тереңдігіне ұнтақ тәрізді реагенттерді енгізу;

л) металл тереңдігіне композитті блоктар, сым және т.б. түрінде реагенттерді енгізу;

1.10. Пештен тыс өңдеу әдісінің таралуы. Болат балқыту технологиялармен пештен тыс өңдеу әдістерін қолданудың жоғарыда аталған және басқа да артықшылықтарының болуы болат балқыту цехтердің жұмысы пештен тыс өңдеусіз мүмкін еместігіне әкелді; әлемде өндірілетін болаттың көбі осы тәсілдерді қолданумен өңдіріледі.

 

Сутекті кетіру. Вакуумдау кезінде болат балқыту ваннасында сутек мөлшерінің азаюы келесі процесстердің нәтижесінде болып табылады:

1) гидридты металл емес қосылыстардың қалқып шығуы (балқымада гидрид түзуші элементер болғанда );

2) ваннада, футеровка бетінде немесе металлдық емес қосындылар бетінде пайда болған сутек көпіршіктерінің бөлінуі;

3) газдар атомдары диффузия немесе конвекция нәтижесінде жылжитын, ваннаның ашық бетінінен газ десорбциясы;

4) СО көпіршіктер бетінен ішке қарай десорбциясы мен ваннадан СО көпіршіктерімен әкетілуі (вакуумдау кезінде СО түзілген жағдайда);

5) Аргонның көпіршіктер бетінен ішке қарай газ десорбциясы мен металлды аргонмен үрлеу жағдайында ваннадан көпіршіктерімен әкетілуі.

Темірдегі сутегі мөлшері басқа тепе-тең жағдайлардағы газ фазасындағы сутегі қысымымен анықталады[H] = pH2. Балқыма үстіндегі қысым төмендеген жағдайда 2[Н] = Н2(г) реакция тепе-теңдігі оңға қарай ығысады. Сұйық болаттағы сутегі жоғары қозғалғыштыққа ие; Вакуумдау нәтижесінде металл құрамындағы сутегінің едауір бөлігі тез уақытта кетіріледі. Вакууммен өңдеуден кейін сутегі мөлшері флокендер және бақа ақаулар түзілмеуі орын алмайтын концентрацияға дейін төмендейді деп есептеуге болады. Тәжірибеде көрсеткендей, вакууматорда 66,6 Па қысымға жеткенде сутегінің толықтай кетірілуі қамтамасыз етіледі.

 

Азотты кетіру. Вакуумдау азот мөлшерінің азаюы келесі процесстердің нәтижесінде жүзеге асырылады:

1) құрамында нитрид түзуші элементтері бар болат пен балқымаларда нитридті металдық емес қосындылардың қалқып шығуы;

2) ваннада, футеровка бетінде немесе металлдық емес қосындылар бетінде пайда болған азот көпіршіктерінің бөлінуі;

3) газдар атомдары диффузия немесе конвекция нәтижесінде жылжитын, ваннаның ашық бетінінен (немесе араластыру кезінде ашылатын) газ десорбциясы;

4) СО көпіршіктер бетінен ішке қарай десорбциясы мен сол көпіршіктерімен әкетілуі;

5) аргонның көпіршіктер бетінен ішке қарай газ десорбциясы мен металлды аргонмен үрлеу жағдайында ваннадан көпіршіктерімен әкетілуі.

[N]=k квадратты тамыр заңына бағынатын 2[N] = N2(г), реакцияның тепе-теңдігі қысым төмендегенде оңға қарай ығысады, алайда азоттың қозғалғыштығы сутегіге қарағанда төмендеу болады, сондықтан вакуум астында азотты балқымадан кетіру интесивтілігі сутегіге қарағанда төмендеу болады. Сонымен қатар азоттың кетірілуіне как хром, ниобий, ванадий, титан элементтері кедергу болады, олардың темірмен салыстырғанда азотпен химиялық туыстығы көбірек болады.

Металлдан азотты толықтай кетіру үшін сутегі кетіру жағдайымен салыстырғанда, тереңдірек вакуум мен ұстап тұру ұзықтылығы көбірек болу керек. Азотты кетірудің кинетикасы (сутегі де) процестің негізгі сатыларының өту жағдайларымен анықталады: 1) металл—газ бөлу шекара бетіне газ атомдарының тасымалдануы; 2)гидродинамикалық араластыру жоқ жұқа диффузиялық қабат арқылы диффузия (ваннаны араластыру неғұрлым интенсивті болса, соғұрлым диффузиялық қабат қалыңдығы аздау болады); 3) беттік адсорбциялық қабаттағы газ атомдарының адсорбциясы; 4) молизация және 2Naдc = N2 молекулалар түзілу реакциясы (сутегі үшін 2Hадс=H2); 5) түзілген молекулалардың газ фазасына десорбциясы; 6) бетінен өнімдерді (газ молекулаларын ) шығару.

Осылайша, нәтижелік жылдамдық бірқатар факторларға тәуелді болады.

 

Глоссарии

 

Ферроқорытпа – темір қорытпаның басқа элементтермен ( Cr, Si, Mn, Ti ж.т.б), бастысы тотықсызданады және лигерлеуші болаттарға қолданылады (мыс; феррохром, ферросилиций). Ферроқорытпаларға сонымен қатар басқада қорытпалар жатады, темір құрамы тек қана араласқан қоспа түрінде (силикокальций, силикомарганец ж.т.б) және кейбір метал және бейметалдар ( Mn, Cr, Si ) үшін құрамы аз минималді қоспа араласқан түрінде болады.

Флюстер – металлургияда – органикалық емес зат, металды балқыту кезінде кенге қосады, еріту кезінде температураны төмендетеді және металды оңай бос жыныстан бөледі.

Әктас – шөгу жынысы, әктің 50% кальциттен құралады. Әктің бірнеше түрі бар: таскөмір периодының әгі, бор, олитті және доломиттенген әк.Кальций карбонаты құрамында әктің болуы.Әк ерігіш және су өткізгіш. Бор – таза әк.

Бокситтер – алюминий кені, құрамы алюминий тотығынан , темір тотығынан және сазды минералдан тұрады.Бокситтің негізгі кен түзуші минералы – Al гидрооксиді – гиббсит, бёмит және диаспор. Химиялық құрамына байланысты бокситтер он /10/ өндірістік маркаға жіктеледі.

Флюорит (латынша.fluo – ағылу), син.:балқыту шпатты – кальций фторидінің минералы, . Әлсіз, әртүрлі түске боялған: сары, жасыл, көк, көгілдір, қызыл-алқызыл, қызғылт-көлгін.

Брикет – металлургияда бөліктенген бөлшектерден құралған материал, ұсақ фракция ұны қысу нәтижесінде құралған. Бастапқы материалға қарағанда жоғары ірілікті. Брикет құрамында кеннен басқа тотықсыздандырғыштан және флюстерден құралады.

Легірлеу (нем.legieren – «ағызу», лат.ligare – «біріктіру, байланыстыру») – материалдың физикалық және химиялық қасиетінің жақсартылуы үшін материал құрамына қоспалар қосу. Легірлеудің екі \2\ түрі бар:көлемдік (металлургиялық) және беттік ( иондық, диффузиялық ).

Инертті — VIII топтың негізгі химиялық элементтері, s және р мұқабалары толығымен толтырылған. Оларға гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон жатады. Металлургияда оларды ваннаны (астауды,науаны) интенсивті араластыру үшін және жоғары сапалы біртекті металдар алуда қолданылады.

Оттегі – тотығу үрдісінде қолданылады және газдық және қождық фазаға өтуін қамтамасыз етеді.

Дегазация металдан газды аластату үрдісі.

 

 

 

Блиц – тест

1)Пештегі технологиялық операцияларда қосымша агрегаттарда жүзеге асыру қалай аталады?

а) Пештен тыс өңдеу

ә) Болатты конвертірлеу

б) Болатты тотықсыздандыру

в) Болатты тотықтыру

 

2)Қандай металдарды пештен тыс өңдеуге болады?

а) Барлық

ә) Мартен болаттардан

б) Конвертор болаттарын

в) Доғалы пеш болаттарын

 

3)Пештен тыс өңдегенде қандай матералдар немесе легирлеуші элементтер қолданамыз?

а) Арзан ферроқорытпалар

ә) Графит

б) Оттегі

в) Алюминий тотығы

 

4)Пештен тыс металды өңдегенде ферроқорытпалардың аз шығынына қалай қол жеткізуге болады?

а) Тура легирлеу арқылы

ә) Қайнаған болат алуға

б) Тыныш болат алуға

в) Жартылай тыныш болат алуға

 

5)Жоғары өте таза металды алуға қалай қол жеткізуге болады?

а) Пештен тыс өңдеу

ә) Көміртегін үрлеу арқылы

б) Электродты тиімді пайдалану керек

в) Тоқ күшін көбейту арқылы.

 

Бақылау сұрақтары

1. Азотты кетіру?

2. Сутегіні кетіру?

3. Болатты пештен тыс өңдеу әдістің таралуы?

4. Пештен тыс өңдеунегізгі технологиялық тәсілдер?

5. Пештен тыс өңдеу және қолданылатын металды шихтаның сапасы?

6. Пештен тыс өңдеу және металды қолданудың эффективтілігі?

7. Пештен тыс өңдеу және болаттың жаңа маркалары

8. Пештен тыс өңдеу және доғалы пештер жұмысы

9. Пештен тыс өңдеу және тура легирлеу?

10. Пештен тыс өңдеу және ферроқорытпалар?

11. Пештен тыс өңдеу және конвертерлар жұмысы?

12. Пештен тыс өңдеу және құю?

13. Болатты пештен тыс өңдеу?

 

Әдебиеттер тізімі

Негізгі әдебиеттер

1. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А. Электрометаллургия стали и ферросплавов. Учебник для вузов 3-е изд.. перераб. и доп. М.: Металлургия Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А. Производство нержавеющей стали. Челябинск: изд. ЮурГУ, 1998.

3. Поволоцкий Д.Я., Основы технологии производства стали. Учебное пособие вузов Челябинск: изд. ЮурГУ, 2000-189с.

4.Морозов А.М. Современное производство стали в дуговых печах 2-е изд., перераб.и доп.- Челябинск: М. 1987.-175с.

 

Қосымша әдебиеттер

8.Чуйко Н.М., Чуйко А.Н. Теория и технология электроплавки стали. Учебное пособие для вузов. Киев-Донецк. Высшая школа, 1983, 243с.

9. Каблуковский А.Ф., Лейкин В.Е., Юдин С.Т. Сталевар электропечи. Учебное пособие М.: ГНТИ. 1961-350с.

10. Кинцел А.Б. Руссел Фрэнкс Высокохромистые нержавеющие и жароупорные стали. М.: ГНТИ. 1945-470с.

11. Морозов А.Н. Водород и азот в стали. М.: Металлургия.-1968-270с.

 

 

 


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *