Производство автолистовой стали

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Предмет : Технология конструкционных материалов

Реферат на тему :

Производство автолистовой стали

Выполнил студент II курса

Ловков В.А.

Специальность 190201

Группа ИС6-07-08 В

Проверил_________________

2009 г.

Введение.

Тенденции развития автолистовой стали.

В последнее время развитие листовых материалов для автомобилестроения определяют две основные тенденции:

• постоянное ужесточение требований к коррозионной стойкости автомобилей, что вынуждает сегодня их производителей гарантировать появление косметической коррозии не ранее чем через 5 лет и перфорирующей коррозии не ранее чем через 10 лет;

• постоянное ужесточение экологических требований к уровню вредных веществ в выхлопе автомобилей, что, в свою очередь, приводит к необходимости снижения массы автомобилей. Для выполнения этих требований автомобилестроители все большее внимание уделяют альтернативным материалам, главным образом различным пластикам и алюминию. Реальная угроза расширения применения пластиков и алюминия, а также жесткая конкуренция между самими производителями стального листа вынуждают последних постоянно искать пути повышения потребительских свойств листовых сталей.

Требования, предъявляемые к механическим свойствам автолистовой стали.

К листовой стали для автомобилестроения предъявляют постоянно растущие требования по прочности, пластичности (штампуемости), свариваемости, окрашиваемости, коррозионной стойкости и др. Основными критериями качества тонколистовой стали является пригодность к обработке деформацией – штампуемость в соответствие служебным требованиям к изделиям.

Этапы производства автолистовой стали :

1. Подготовка руды

2. Производство чугуна

3. Производство стали

4. Производство горячего и холодного листового проката

1. ПОДГОТОВКА РУДЫ

Чугун – сплав железа и углерода с сопутствующими элементами (содержание углерода более 2,14 %).
Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.
К железным рудам относятся:
– магнитный железняк (Fe₃O₄) с содержанием железа 55…60 %, месторождения – Соколовское, Курская магнитная аномалия (КМА);
– красный железняк (Fe₂O₃) с содержанием железа 55…60 % , месторождения – Кривой Рог, КМА;
– бурый железняк (гидраты оксидов железа 2Fe₂O₃ * 3H₂O и Fe₂O₃ * H₂O) c содержанием железа 37…55 % – Керчь.
Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца ( 10…82% Mn), а также передельных чугунов, содержащих до 1% марганца. Mарганец в руде содержится в виде окислов и карбонатов: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O_4, MnCO₃ и др.

Топливом для доменной плавки служит кокс, возможна частичная замена газом, мазутом.
Флюсом является известняк CaCO₃ или доломитизированный известняк, содержащий CaCO₃ и MgCO₃, так как в шлак должны входить основные оксиды (CaO, MgO), которые необходимы для удаления серы из металла.

Подготовка руд к доменной плавке
Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна.
Метод подготовки зависит от качества руды.
Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов.
Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав:
а) промывка – отделение плотных составляющих от пустой рыхлой породы;
б) гравитация (отсадка) – отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;
в) магнитная сепарация – измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.
Окусковывание производят для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.
При агломерации шихту, состоящую из железной руды (40…50 %), известняка (15…20 %), возврата мелкого агломерата (20…30 %), коксовой мелочи (4…6 %), влаги (6…9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300…1500 ⁰С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты, и получается кусковой пористый офлюсованный агломерат,
При окатывании шихту из измельчённых концентратов, флюса, топлива увлажняют и при обработке во вращающихся барабанах она приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Их высушивают и обжигают при температуре 1200…1350 ⁰С.
Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса – известняка в доменную печь при плавке.

2. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах.
Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твёрдым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.
При выплавке чугуна решаются задачи:
1. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.
2. Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.
Природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают.
В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 ⁰С.
Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:

CO₂+C=2CO-Q

H₂O+C=CO+H₂-Q

Устройство и работа доменной печи.
Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя.
Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 ⁰С у колошника.
Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 ⁰С начинается восстановление оксидов железа.

Устройство доменной печи

Восстановление железа в доменной печи.
Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:

Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe

Температура определяет характер протекания химических реакций.
Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород.
Восстановление твердым углеродом (коксом)называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:

FeO+C=Fe+CO-Q

Восстановление газами (CO и H₂) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂+Q

Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂-Q

FeO+CO=Fe+CO₂+Q

За счет CO и H₂ восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.
При температуре 1000…1100 ⁰C восстановленное из руды твёрдое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и железо расплавляется (при температуре около 1300 ⁰С). Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 ⁰C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.
В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al₂O₃, CaO, MgO, SiO₂, MnO, FeO, CaS . Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания вниз, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна. Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку , а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг

3. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Строение и свойства стали.

Сталь-сплав железа с углеродом (до 2%) и сопутствующими примесями в виде марганца, кремния, серы, фосфора и др. Стали, применяемые в машиностроении, обычно содержат от 0,05 до 1,5% С.

Железо в твердом состоянии может находиться в двух модификациях: альфа- и гамма-Fe

Углерод является вторым основным компонентом, определяющим структуру, механические и технологические свойства стали.

Примеси, присутствующие в стали делят на четыре группы:

постоянные, или обычные -марганец, кремний, фосфор и сера, если их содержание находится в пределах: до 0,8% Mn; до 0,4% Si; до 0,05% Р и до 0,05% S;

скрытые - азот, кислород, водород, присутствующие в любой стали, в очень малых количествах (тысячные доли процента);

случайные - например, мышьяк, свинец, медь и др., попадающие в сталь из-за того, что они содержатся в рудах или шихтовых материалах данного географического района или связаны с определенным технологическим процессом производства стали;

специальные (легирующие элементы) - их вводят в состав стали для получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. В этом случае сталь называют легированной. Сталь также будет легированной, если содержание кремния 0,5%, а марганца 0,1 %.

3. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

В качестве исходных материалов при производстве стали используются жидкий или твердый чугун, металлолом, а также раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы. В зависимости от наличия в данном регионе или на данном заводе тех или иных шихтовых материалов (в первую очередь жидкого чугуна) сталь производят в конвертерах, мартеновских или электродуговых печах: при наличии жидкого чугуна в конвертерах или мартеновских печах, при его отсутствии - в мартеновских или электродуговых печах.

При переделе чугуна и металлолома в сталь решаются не сколько основных задач: плавление и нагрев шихты до температуры, обеспечивающей проведение последующих операций (обычно 1600.. 1650 °C, рафинирование стали от вредных примесей (обычно к ним относят серу, фосфор, водород и азот), легирование и, наконец, получение из жидкой стали стального слитка или непрерывнолитой заготовки. Нагрев до заданной температуры и частично рафинирование и легирование производятся в сталеплавильных агрегатах, окончательное рафинирование и легирование в сталеразливочных ковшах после выпуска плавки из агрегата с помощью специализированных установок и разливка в изложницы или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).В своей основе производство стали - процесс окислительный, так как в его ходе требуется прежде всего окислить избыток углерода (содержание последнего в стали значительно ниже, чем в чугуне) и примеси.

Сталеплавильные агрегаты для производства стали различаются между собой по источнику энергии, необходимой для нагрева металла до требуемой температуры. В конвертерах нагрев происходит за счет тепла, выделяющегося при окислении железа, углерода и других примесей, в мартеновских печах - за счет тепла горения жидкого (мазут) или газообразного (природный газ) топлива, в электродуговых печах - за счет подводимой электроэнергии, и др.

В промышленности применяются много способов получения стали :

Производство стали в конвертерах

Производство стали в мартеновских печах

Производство стали в дуговых электропечах

Выплавка стали в индукционных печах

Вакуум-дуговой переплав (ВДП)

Электрошлаковый переплав (ЭШП)

электронно-лучевой

плазменный

Для производства автолиста применяют сталь , получаемую в конвертерах , в мартеновских и дуговых электропечах.

Производство стали в конвертерах

Сущность производства стали в конвертерах заключается в том, что при вдувании газообразного кислорода в металл происходит окисление железа, углерода, кремния и марганца.

В результате протекания этих реакций выделяется тепло, обеспечивающее не только нагрев металла, но и возможность перерабатывать до 30 % металлолома. Продукты реакции окисления железа, марганца и кремния образуют первичный шлак, который может интенсивно растворять футеровку. Для предот-вращения разрушения футеровки в конвертер добавляют известь. Шлак с высоким содержанием СаО слабо взаимодействует с футеровкой. Кроме того, такой шлак обеспечивает рафинирование стали от фосфора и частично от серы.