Раздел 3. Сталеплавильное производство.
3.1. Сталь и альтернативные материалы. Анализ и прогноз. Развитие и современное состояние способов производства стали.
3.2. Металлические расплавы. Особенности структуры и электронного строения расплавов железа. Оценка активностей компонентов в расплавах железа.
3.3. Сталеплавильные шлаки. Шлакообразование. Оценка активности компонентов шлака. Основность шлаков. Окисляющая способность шлаков.
3.4. Сродство элементов - примесей чугуна к кислороду. Относительные скорости окисления примесей.
3.5. Раствор кремния и марганца в железе. Условия окисления и поведение кремния и марганца в сталеплавильных процессах. Влияние состава шлака и температуры.
3.6. Влияние фосфора и серы на свойства стали. Температурный и шлаковый режим удаления фосфора и серы при выплавке стали. Кинетические особенности.
3.7. Окисление углерода. Роль реакции в сталеплавильных процессах. Механизм и кинетика реакции окисления углерода.
3.8. Закономерности поведения кислорода при выплавке стали. Влияние кислорода на свойства стали. Задачи и способы раскисления.
3.9. Закономерности поведения газов при выплавке стали. Влияние газов на свойства стали. Дегазация металла.
3.10. Легирование стали. Задачи, тепловые и окислительно-восстанови-тельные условия легирования различными элементами. Кинетика растворения ферросплавов.
3.11. Неметаллические включения в стали. Классификация. Природа влияния на свойства стали. Пути и условия удаления из жидкой стали.
3.12. Конвертерные процессы производства стали. Оборудование и технологические особенности конвертерных процессов с воздушным дутьем.
3.1.3. Кислородно-конвертерные процессы с верхней подачей дутья. Устройство конвертера и фурмы. Тепловые условия процесса.
3.14. Шихтовые материалы и технологическая схема кислородно-конвертерного процесса по типу LD. Режим дутья, динамика и особенности окисления примесей при верхней кислородной продувке. Охлаждение и очистка конвертерных газов.
3.15. Кислородно-конвертерные процессы с донным дутьем. Сущность и технологические особенности. Варианты.
3.16. Кислородно-конвертерные процессы с комбинированным дутьем. Сущность, технологические особенности, варианты.
3.17. Особенности конвертерного передела природно-легированных чугунов.
3.18. Мартеновский процесс. Схема устройства и работа современной мартеновской печи. Элементы тепловой работы. Сущность, особенности, принципиальная схема и разновидности мартеновского процесса.
3.19. Основной мартеновский процесс. Устройство рабочего пространства основной мартеновской печи. Устройство и служба пода. Шихтовые материалы и технология. Особенности нагрева металла и поведения примесей.
3.20. Интенсификация мартеновской плавки кислородом. Теоретические основы и варианты технологической реализации. Двухванные сталеплавильные агрегаты.
3.21. Задачи и способы внепечной обработки стали. Особенности современной технологии повышения качества стали.
3.22. Разливка стали. Способы разливки, оборудование. Качество слитка.
3.23. Устройство и планировочные решения сталеплавильных цехов.
Углубленные вопросы специализации «Металлургия стали»
Мартеновский процесс производства стали. Сущность процесса. Принцип регенерации тепла. Схема мартеновской печи. Классификация мартеновских процессов и их характеристики. Источники кислорода для процессов. Окислительная способность рабочих пространств печей. Основной мартеновский скрап-рудный процесс. Назначение процесса. Периоды плавки и их назначение. Обоснование отличительных особенностей в работе мартеновской печи: окислительного характера газовой фазы рабочего пространства, различных видов теплопередачи в рабочем пространстве, своеобразных свойств шлакового расплава.
Головки современных мартеновских печей. Параметры головок. Закономерности смешения топлива с воздухом. Приемы управления длиной факела. Светимость факела и ее зависимость от состава и свойств мазута. Конструкция свода мартеновской печи. Сводовые огнеупоры, их состав и свойства. Особенности службы сводовых огнеупоров. Конструкции подвесных систем сводовых огнеупорных материалов. Принципы формирования кладки пода мартеновской печи. Наварной слой пода, его изготовление и служба. Температурный режим пода, включая и наварной слой. Свойства и состав наварочных порошков.
Тепловая работа мартеновской печи. Температура отходящих газов на пути их движения от рабочего пространства печи до поднасадочного в регенераторах. Конструкции шлаковиков мартеновских печей. Их параметры. Огнеупорные материалы, применяемые при изготовлении футерованного слоя шлаковиков. Закономерности пылеулавливания из потока дымовых газов в шлаковике. Физико-химическая сущность процессов, протекающих в шлаковых отложениях. Конструкция регенераторов мартеновской печи. Типы насадок. Активная поверхность насадок регенераторов и приемы ее увеличения. Насадочные кирпичи, их состав и форма. Коэффициент стройности насадок. Служба огнеупорных материалов в насадках регенераторов мартеновских печей. Физико-химическая сущность взаимодействия плавильной пыли с насадочными огнеупорами из динасовых, шамотных и периклазовых материалов.
Кислый мартеновский процесс. Последовательность загрузки шихтовых материалов на под печи. Источники шлакообразования.
Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали с верхним кислородным дутьем. Сущность процесса. Периоды плавки. Кислородно-конвертерный процесс производства стали с верхним кислородным дутьем. Последовательность загрузки шихтовых и флюсующих материалов в конвертер по ходу плавки. Теплофизические свойства извести и особенности ее перевода в шлаковый расплав. Способы отвода технологических газов из конвертерной ванны. Характеристика газоотводящих трактов.
Система газоочисток конвертерных газов. Физические основы мокрой газоочистки. Характеристики скрубберов и турбулентных газопромывателей. Особенности работы системы регулируемого отвода конвертерных газов без дожигания по способу фирмы «Ирсид КАФЛ». Конструктивные особенности системы. Анализ кривой автоматического регулирования отвода конвертерных газов с учетом их взрывобезопасности. Устройства охладителей конвертерных газов (ОКГ), их разновидности. Изменение температуры отходящих газов в ОКГ в системах газоотвода с дожиганием и без дожигания.
Особенности технологии переработки низкомарганцовистых чугунов кислородно-конвертерным процессом. Предельные концентрации марганца в чугуне, пригодном к переработке конвертерным процессом. Влияние концентрации марганца в чугуне на его себестоимость и на выход годной стали при конвертерном переделе. Особенности технологии переработки высокофосфористых чугунов кислородно-конвертерным процессом. Свойства тварной продукции передела.
Проблемы повышения качества жидкого металла. Возможности, состояние и перспективы внепечной обработки стали.
Глубокое рафинирование стали от примесных элементов и неметаллических включений. Допустимые пределы содержания примесей, термодинамический и кинетический анализ условий их глубокого удаления.
Устройство и работа агрегатов внепечной обработки стали. Инженерные методы расчета технологических и динамических параметров процессов при решении задач раскисления, дегазации, десульфурации и дефосфорации металла, удаления и модифицирования включений. Использование ЩМЗ и РМЗ, оксидов и карбидов, вакуума и инертных газов.
Совершенствование технологии и оборудования. Решение проблем отсечки печных шлаков, футеровки агрегатов, компенсации тепловых потерь, перемешивания и развития межфазной поверхности. Инжекционная металлургия, агрегаты «печь-ковш». Комплексные технологии внепечной обработки.
Новые процессы выплавки стали с использованием элементов внепечной обработки стали. Глубокое обезуглероживание железохромистых расплавов. Процессы вакуумного и аргоно-кислородного рафинирования. Основы расчета процессов.
Проблема качества слитка. Внешние и внутренние дефекты слитка. Роль условий разливки, качество железного расплава и условий формирования слитка.
Закономерности кристаллизации стали. Зарождение и рост кристаллов. Закономерности. Дендритная кристаллизация. Параметры дендритной структуры. Кристаллическое строение слитка и технологические условия определяющие вид дендритной структуры. Грануляционная структура.
Закономерности затвердевания. Постановка и решение задач затвердевания слитка. Фундаментальный закон затвердевания, продолжительность и скорость затвердевания слитка.
Усадка металла при затвердевании слитка. Дефекты усадочного происхождения. Усадочная раковина и пористость. Расчет параметров и технологические мероприятия ослабления дефектов. Напряжения при затвердевании и трещины. Расчет напряжений и приемы ослабления. Технологическая хрупкость стали. Виды хрупкости, повышение пластичности.
Закономерности распределения примесей при затвердевании. Природа дефектов ликвационного происхождения. Технологические приемы ослабления центральной и внецентренной ликвации. Особенности ликвации в слитке кипящей и спокойной стали.
Оборудование и технология разливки стали. Пути коренного повышения качества слитка. Модифицирование стали. Разливка под шлаками, непрерывная разливка. Основы металлургического расчета МНЛЗ.
Радел 4. Электрометаллургия стали и ферросплавов.
4.1. Основные вехи развития электрометаллургии в России.
4.2. Классификация электропечей, ее принцип. Дуговые, индукционные, печи сопротивления. Электроннолучевая плавка.
4.3. Электрическая дуга. Условия ее горения, физические процессы в дуге. Вольтамперные характеристики дуги переменного и постоянного тока. Стабилизация горения дуги.
4.4. Теплообмен в рабочем пространстве ДСП, его характеристика. Формула Кэплера. Вывод формулы для определения оптимальной мощности печного трансформатора (Ртр-ра) с учетом максимальной тепловой напряженности стен и свода.
4.5. Футеровка ДСП. Огнеупорные материалы, их физико-химические свойства. Конструкция отдельных элементов кладки. Пути повышения стойкости.
4.6. Механическое оборудование ДСП. Механизмы, узлы, системы, их устройство и работа.
4.7. Электрооборудование ДСП. Питание печи. Схема силовой цепи. Устройство и работа отдельных агрегатов электрооборудования (трансформатор, дроссель, коммутационная аппаратура: главный выключатель масляный, воздушный). Короткая сеть и пути ее совершенствования.
Регулирование электрической мощности.
Электроды. Электромагнитное перемешивание
металла. Элементы схемы силовой цеп
4.8. Технология производства электростали. Способы выплавки, их характеристика. Шихтовые материалы.
Выплавка электростали на «свежей» шихте с окислением. Совмещенный процесс. Характеристики периодов плавки. Особенности окисления марганца, кремния, фосфора в ДСП
Особенности окисления углерода и дегазация стали в ДСП. Обезуглероживание высокохромистых расплавов. Окончательное раскисление. Внепечная обработка жидкой стали
Переплав легированных отходов с частичным окислением газообразным кислородом. Его преимущества и недостатки
Переплав легированнх отходов без окисления («чистый» переплав). Технико-экономические показатели.
Особенности технологии выплавки нержавеющей стаи монопроцессом (типа 10Х18Н10Т и т.д.).
Особенности выплавки особонизкоуглеродистой нержавеющей стали дуплекс-процессом (00Х18Н10).
Особенности технологии получения конструкционных шарикоподшипниковых, инструментальных, электротехнических и сталей со специальными физико-химическими свойствами.
Особенности технологии выплавки электростали в большегрузных сверхмощных печах. Одношлаковый процесс.
Современные методы интенсификации электроплавки стали. Особенности обессеривания стали в дуговой печи.
4.9. Производство ферросплавов. Теоретические основы. Способы получения их по печам, восстановителям и др. признакам.
Сплавы кремния, материалы, реакции, технология, технико-экономические показатели.
Сплавы марганца, сортамент, шихтовые материалы, реакции, технико-экономические показатели.
Сплавы хрома, шихтовые материалы. Технология.
Сплавы вольфрама. Сплавы титана. Сплавы молибдена. Влияние ферросплавов на качество конструкционных материалов на основе железа. Перспективы развития.
Углубленные вопросы специализации «Электрометаллургия стали и ферросплавов»
Вольтамперная характеристика дуги переменного тока и ее влияние на технологический режим электроплавки стали. Особенности выплавки нержавеющей аустенитной стали типа 10Х18Н10Т монопроцессом. Особенности выплавки особо низкоуглеродистой нержавеющей аустенитной стали (00Х18Н10) дуплекс-процессом. Шлаковый режим при выплавке стали в ДСП по периодам плавки. Совмещенный процесс электроплавки стали, его сущность, технологические особенности. Одношлаковый процесс электроплавки стаи, его преимущества и недостатки. Особенности обезуглероживания стали в ДСП. Формула Н.М. Чуйко. Обезуглероживание высокохромистых расплавов. Осадочно-диффузионное раскисление электростали, его сущность, реакции. Комплексные раскислители. Особенности обессеривания в ДСП.
Понятие о ферросплавах, их применение в производстве стали. Роль железа в сплавах. Полнота восстановления ведущего элемента различными восстановителями. Управление процессом. Электротермический метод производства сплавов. Преимущества электрического нагрева. Сплавы кремния, состав, назначение, технология производства, выбор восстановителя. Стали с кремнием. Сплавы марганца, состав, назначение, руды марганца, технология производства. Стали с марганцем. Сплавы хрома, состав, назначение, руды хрома, технология производства. Стали с хромом. Методы понижения содержания углерода в ферросплавах (окислительное рафинирование, вакуумные процессы). Методы получения низкоуглеродистых сплавов хрома и марганца. Металлотермический метод производства сплавов. Преимущества и недостатки метода. Поведение серы и фосфора в производстве ферросплавов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Коротич В.И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. М.: Металлургия, 1978.
Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металлургия черных металлов. М.: Металлургия, 1987.
Шумаков Н.С., Леонтьев Л.И., Гараева О.Г. Процессы и аппараты подготовки руд к плавке. - Екатеринбург, УрО РАН.2000. 150с.
Фастовский М.Х., Дакалов Г.В., Носовский А.А. Механическое и транспортное оборудование агломерационных фабрик. М.: Металлургия, 1983.
Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.К. Металлургия чугуна. Киев: Вища школа, 1981.
Металлургия чугуна/Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин. М.: Металлургия, 1978.
Рамм А.Н. Современный доменный процесс. М.: Металлургия, 1980.
Готлиб А.Д. Доменный процесс. М.: Металлургия, 1966.
Китаев Б.И., Ярошеко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Теплообмен в доменной печи. М.: Металлургия, 1966.
Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. М.: Металлургия, 1980.
Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик: Справочник. М.: Металлургия, 1986.
Теплотехника доменного процесса/Б.И. Китаев, Г.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов и др. М.: Металлургия, 1978.
Остроухов М.Я. Процесс шлакообразования в доменной печи. М.: Металлургия, 1963.
Куликов И.С. Десульфурация чугуна. М.: Металлургия, 1966.
Остроухов М.Я., Шпарбер Л.Я. Справочник мастера-доменщика. М.: Металлургия, 1977.
Доменное производство: Справочник/Под ред. И.П. Бардина. М.: Металлургия, 1963. Т.1,2.
Князев В.Ф., Гиммельфарб А.И., Неменов А.М. Бескоксовая металлургия железа. М.: Металлургия, 1972.
Гиммельфарб А.И., Неменов А.М., Тарасов Б.Е. Металлизация и электроплавка железорудного сырья. М.: Металлургия, 1981.
Теория металлизации железорудного сырья/Ю.С. Юсфин, В.В. Даньшин, Н.Ф. Пашков, В.А. Питателев. М.: Металлургия, 1982
Бескоксовая переработка титаномагнетитовых руд/В.А. Ровнушкин, Б.А. Боковиков, С.Г. Братчиков и др. М.: Металлургия, 1988.
Металлургия стали/Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев Н.П., Нечкин Ю.М. и др. М.: Металлургия, 1983. 584с.
Электрометаллургия стали и ферросплавов: Учебник для вузов/ Поволоц-кий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А. и др.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1995. 568с.
Попель С.А., Сотников А.И., Бороненков В.Я. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1989. 463с.
Морозов А.Н. Современное производство стали в дуговых печах. М.: Металлургия, 1983. 184с.
Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов/А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердев и др.: Под ред. А.Д. Свенчанского.- 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоиздат,1987. 296с.
Григорьян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин Н.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1989. 256с.
Кудрин В.А., Парма В.М. Технология получения качественной стали. М.: Металлургия, 1984. 320с.
Кнюппель Г. Основы и технология ковшевой металлургии. М.: Металлургия, 1984. 385с.
Дуговые сталеплавильные печи: Атлас/И.П. Зинуров, А.И. Строганов, Л.Я. Кузнецов и др. М.: Металлургия, 1981. 180с.
Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1988. 784с.
Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса. М.: Металлургия, 1975. 375с.
Кудрин В.А. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1981. 488с.
Лычагин А.С. Проектирование мартеновских печей. М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1962. 280с.
Атлас шлаков: Справочное издание. Перев. с немецкого. М.: Металлургия, 1985. 208с.
Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали. М.: Металлургия, 1992. 336с.
Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988. 288с.
Расчеты металлургических процессов на ЭВМ: Учебное пособие для вузов./ Рыжонков Д.И., Падерин С.Н., Серов Г.В. и др. М.: Металлургия, 1987. 231с.