Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование и оптимизация вакуум-кислородного рафинирования коррозионностойкой стали с целью улучшения технико-экономических характеристик процесса

Диссертация: Исследование и оптимизация вакуум-кислородного рафинирования коррозионностойкой стали с целью улучшения технико-экономических характеристик процесса
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Целью работы являлось теоретическое и экспериментальное изучение поведения основных компонентов высокохромистого расплава при выплавке полупродукта и рафинирования металла на установке ВКО с целью оптимизации технологической схемы производства коррозионностойкой стали на ОАО «Ижсталь» — разработка математической модели для управления процессом вакуум-кислородного рафинирования высокохромистого… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Анализ существующих процессов производства высококачественных коррозионностойких сталей
    • 1. 1. Современное состояние мирового производства низкоуглеродистых коррозионностойких сталей
    • 1. 2. Технологические процессы выплавки коррозионностойких сталей
      • 1. 2. 1. Выплавка коррозионностойкой стали в ДСП
      • 1. 2. 2. Выплавка коррозионностойкой стали методом А (Ю
      • 1. 2. 3. Выплавка коррозионностойкой стали методом УСЮ
    • 1. 3. Управление процессом производства коррозионностойкой стали
    • 1. 4. Особенности технологической схемы производства коррозионностойкой стали на ОАО «Ижсталь»
    • 1. 5. Задачи исследования
  • 2. Исследование и совершенствование технологии выплавки полупродукта в ДСП для вакуум-кислородного рафинирования коррозионностойкой стали
    • 2. 1. Анализ исходной технологии выплавки полупродукта в ДСП
    • 2. 2. Исследование и обоснование оптимального состава и температуры полупродукта
    • 2. 3. Влияние режима подачи кислорода на основные параметры процесса
    • 2. 4. Изучение и обоснование рационального шлакового режима при выплавке полупродукта в ДСП
    • 2. 5. Рекомендуемая технология выплавки полупродукта
  • 3. Исследование и совершенствование технологии обработки металла на установке ВКО
    • 3. 1. Изменение химического состава и температуры металла при проведении процесса ВКО
    • 3. 2. Поведение хрома и углерода при вакуум-кислородной обработке ванны
    • 3. 3. Пылеобразование при проведении вакуум-кислородного рафинирования высокохромистого расплава
    • 3. 4. Испарение компонентов расплава при вакуум-кислородном рафинировании
  • 4. Разработка математической модели процесса вакуум-кислородного рафинирования корозионностойкой стали
  • 5. Изучение поведения материалов футеровки ковша при вакуум-кислородном обезуглероживании
  • 6. Разработка экономически эффективной технологии производства низкоуглеродистой коррозионностойкой стали
  • Выводы

Исследование и оптимизация вакуум-кислородного рафинирования коррозионностойкой стали с целью улучшения технико-экономических характеристик процесса (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Определяющими тенденциями в развитии технологии выплавки коррозионностойких марок стали является постоянный рост требований к качеству металла и стремление существенно улучшить технико-экономические показатели производства.

Несмотря на тяжелую ситуацию, многие российские заводы для успешной конкуренции на внутреннем и внешнем рынках проводят совершенствование технологии производства и предпринимают необходимые шаги для реконструкции.

Производство качественной коррозионностойкой стали с приемлемым уровнем себестоимости возможно при организации современной технологической цепочки с использованием дуплекс-процессов. Для многих отечественных предприятий наиболее подходящим является процесс вакуум-кислородного рафинирования. Установка вакуум-кислородного обезуглероживания (ВКО), на которой реализована подобная технологическая схема, смонтирована на ОАО «Ижсталь» .

Как показала практика, прямое копирование зарубежных технологических схем на российских предприятиях не всегда приводит к ожидаемому эффекту, о чем свидетельствовали первые эксперименты на установке ВКО.

Для исследования и управления обработкой высокохромистого расплава в вакууме необходимо использовать математические модели, отражающие реальные процессы, протекающие в ванне. Имеющиеся модели процесса вакуум-кислородного рафинирования, в большинстве описывают ограниченное количество параметров, что затрудняет получение полного представления о процессах, идущих в агрегате.

Экономически эффективное производство высококачественной низкоуглеродистой коррозионностойкой стали возможно на основе сочетания современных технологий, опыта отечественных металлургов и с 4 использованием систем управления, базирующихся на математических моделях, описывающих реальные процессы, происходящих в расплаве.

Целью работы являлось теоретическое и экспериментальное изучение поведения основных компонентов высокохромистого расплава при выплавке полупродукта и рафинирования металла на установке ВКО с целью оптимизации технологической схемы производства коррозионностойкой стали на ОАО «Ижсталь» — разработка математической модели для управления процессом вакуум-кислородного рафинирования высокохромистого расплававыдача рекомендаций по технологии выплавки полупродукта и обработке металла на установке ВКО в условиях ОАО «Ижсталь» .

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: обобщение, систематизация и обработка существующего материала по производству низкоуглеродистых коррозионностойких сталей. Получение аналитических зависимостей, описывающих обезуглероживание высокохромистых расплавов с использованием установок вакуум-кислородного рафинированияэкспериментальное изучение обезуглероживания высокохромистых расплавов при производстве полупродукта и обработке металла на установке ВКО в условиях ОАО «Ижсталь» — создание математической модели, описывающей поведение компонентов высокохромистого расплава при низкой окисленности ванны с учетом значительной пространственной неоднородности протекающих процессов.

Результаты работы использованы при разработке технологических рекомендаций по производству коррозионностойких сталей в агрегатах вакуумного и вакуум-кислородного рафинирования, получено существенное снижения себестоимости стали и улучшения технико-экономических 5 показателей процессов. Технологические результаты внедрены на ОАО «Ижсталь», соответствующие акты приводятся в работе.

По результатам исследования опубликованы две статьи.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 110 страниц текста, 36 рисунков, 5 таблиц.

Список использованных источников

из 90 наименований.

Выводы.

1. На основании теоретического и экспериментального изучения процессов, протекающих в высокохромистом расплаве, установлены оптимальные параметры технологии выплавки полупродукта и вакуумной обработки коррозионностойкой стали. Показано, что минимальные потери хрома при выплавке полупродукта обеспечиваются содержанием углерода в шихте не менее 1,2%. Обработка металла в печи под шлаком с основностью 1,21,4 позволяет снизить содержание СГ2О3 в шлаке после раскисления до уровня 7−10%.

2. На основании теоретического и экспериментального анализа показано, что на совместное поведение хрома и углерода при обработке высокохромистого расплава в низкоокислительных условиях (аргон-кислородное рафинирование, вакуум-кислородное рафинирование) оказывает влияние значение активности Сг203 в шлаковой фазе. Как показали проведенные исследования, фактические данные, характеризующие совместное окисление хрома и углерода при вакуум-кислородном рафинировании, адекватно описываются основными термодинамическими зависимостями при асг2о3 в шлаке на уровне 0,1−0,2.

3. Разработана математическая модель, позволяющая описать изменение основных компонентов расплава, определить потребность в легирующих, раскислителях и шлакообразующих при обработке расплава на установке ВКО. Предложенная модель при использовании исходных параметров полупродукта в ввде химического состава, температуры, веса металла, которые определяются при передаче ковша с расплавом от печи к вакуумной установке, позволяет прогнозировать процесс внепечной обработки расплава, что особенно важно для установки ОАО «Ижсталь», не оборудованной шлюзовой камерой и системой анализа отходящих газов. Модель также может быть использована для оценки зоны наибольшего износа.

102 огнеупорной кладки ковша и для разработки дифференцированной футеровки агрегата ВКО.

4. На основании проведенной работы выданы рекомендации по оптимизации выплавки низкоуглеродистой коррозионностойкой стали методом вакуум-кислородного рафинирования на действующем оборудовании ОАО «Ижсталь». Положения, регламентирующие содержание углерода в полупродукте, учет поведения углерода с использованием установленной скорости его окисления, увеличение массы полупродукта, учтены в измененных технологических инструкциях и подтверждено соответствующими актами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. J. Chipman. «J. Iron and Steel Institute», 1955, 180, № 6, p. 97−106.
  2. В.А., Белянчиков JI.H., Стомахин А. Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М: Металлургия, 1987, 271 с.
  3. Д.Ф., Глейзер М&bdquo- Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1969. 252 с.
  4. Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов. -М:Металлургия, 1989-
  5. Г. Г. Поволоцкий Д.Я. Термодинамика раскисления стали. М: Металлургия, 1993, 144 с.
  6. Д.Я. Термодинамический анализ и кинетика окисления углерода и хрома в процессе рафинирования высокохромистого расплава.//Научные проблемы и технические решения: юбилейный сборник научных трудов./ Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1997.
  7. Д.Я. Производство нержавеющей стали. М. Металлургия. 1984 г. 378 с.
  8. Технологические инструкции ТИ 23−88 ОАО «Ижсталь».
  9. Ю.Исследование и разработка технологии аргоно-кислородного рафинирования высокохромистого расплава. Канд. дисс. МИСис, Москва, 1976
  10. Д. Янке. Металлургические основы вакуумной обработки жидкой стали. Черные металлы. 1987, № 19, с. 3−11.
  11. Новые разработки в технологии вторичной металлургии нержавеющих сталей. Чоудхури А., Шольц А., Шуманн Дж. /Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. 1994, № 2. М: Металлургия .104
  12. Д.Я., Кудрин В. А., Вишкарев А. Ф. Внепечная обработка стали.-М.: МИСИС. 1995.-256 с.
  13. A.B., Решетов В. И. Ковшовые вакууматоры за рубежом. Металлургическое оборудование, ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982, № 31 .
  14. Mullins Peter J. CLU steelmaking is less costly. «Iron age metalwork Int.», 1974, 13 № 5, 37.
  15. П. Jlepya. Донная продувка конвертеров ЦНИИЧМ, перевод № 9374, M., 1976.
  16. . Производство нержавеющих сталей — процесс ЭДП-АКОС-ВКО. 1996.
  17. Физикохимические расчеты электросталеплавильных процессов. Григорян В. А., Стомахин А. Я., Пономаренко А. Г. и др. /М.: Металлургия, 1989.
  18. Г. Г. Поволоцкий Д.Я. Термодинамика раскисления стали. М: Металлургия, 1993, 144 с.
  19. A.A., Шкирмонтов А. П. Газокислородное рафинирование стали / Ин-т «Черметинформация». М., 1989 (Обзор, информ.) —
  20. А.Е. Исследование технологии выплавки коррозионностойкой стали с применением донной пролувки кислородсодержащими газами в конвертере. Канд. дисс. МИСиС, Москва, 1978 г.
  21. A.B. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии.-М: Металлургия, 1991-
  22. Металлургия стали. Явойский В. И., Кряковский Ю. В., Григорьев В. П., Нечкин Ю. М., Кравченко В. Ф., Бородин Д. И. М.: Металлургия, 1983. 584 с.
  23. В.И. Баптизманский. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. М.: Металлургия, 1960.283 с.
  24. A.A., Шварцман JI.A. Физическая химия. М.: Металлургия, 1976. 544 с.
  25. А.Е. Дефосфорация и глубокое обезуглероживание высоколегированных расплавов в условиях низкой окисленности. Докт. дисс. МИСиС, Москва. 1996 г.105
  26. Г. В. Физико-химические закономерности процессов рафинирования и разработка малоотходной технологии выплавки легированных сталей и сплавов на основе электрохимических измерений. Докт. дисс. МИСиС. Москва. 1991 г.
  27. А.Н. Исследование и совершенствование способов выплавки коррозионностойких марок сталей с пониженным содержанием фосфора в расплаве, стабилизация потерь легирующих элементов. Канд. дисс. МИСиС, Москва.
  28. В. И. Симонов, С. И. Филиппов. Изв. ВУЗов. Черная металлургия., 1968, № 3, 67−70.
  29. С.Н. Падерин, С. И. Филиппов. Изв. ВУЗов. Черная металлургия., 1968, № 5, 5−10.
  30. В. С. Римкевич, С. И. Филиппов. Изв. ВУЗов. Черная металлургия., 1972, № 1, 18−22.
  31. Г. Ф. Гладышев. Исследование и разработка технологии выплавки аустенитных нержавеющих сталей с содержанием углерода менее 0,03%. Канд. дисс. МИСиС, Москва, 1976.
  32. Г. О. Нейгебауэр. Исследование свойств и процесса выплавки аустенитной нержавеющей стали с азотом. Канд. дисс., МИСиС, 1967.
  33. А.Я. Стомахин, JI.H. Кац, J1.M. Романов, В. А. Григорян. Изв. ВУЗов, Черные металлы., 1973, № 11, 70−72.
  34. JI.M. Романов, В. А. Григорян, А. Я. Стомахин, JI.H. Кац, Изв. ВУЗов. Черная метаалургия, 1977, № 1, 63−66.
  35. Г. Кнюппель. Раскисление и вакуумная обработка стали. М. Металлургия, 1973, с. 260.106
  36. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка технологии рафинирования нержавеющих сталей газо-кислородными смесями в специальном агрегате». ЦНИИЧермет, НПО «Тулачермет», МИСиС. Москва-Тула, 1976.
  37. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование и разработка технологии выплавки коррозионностойкой стали методом вакуум-кислородного обезуглероживания». МИСиС, ОАО «Ижсталь». Москва-Ижевск. 1997 г.
  38. А.М. Бигеев, Ю. А. Колесников. Основы математического описания и расчеты конвертерных процессов. М., Металлургия, 1970.
  39. В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса. М.: Металлургия, 1975. 375 с.
  40. Внепечное вакуумирование стали/ А. Н. Морозов, M. М. Стрекаловский, Г. И. Чернов и др. М.: Металлургия, 1975, 288 с.
  41. М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов. Киев — Донецк: Вшца школа, 1979. 276 с.
  42. Д.Я. Раскисление стали. М.: Металлургия, 1972. 207 с.
  43. Г. О. Нейгебауэр, Р. А. Гизатулин, М. Б. Оржех. Изв. ВУЗов. Черная металлургия., 1990, № 10, 17−22.
  44. .В. Вакуумная индукционная плавка. М.: Металлургия, 1975, 240 с.
  45. Н.И., Парсункин Б. Н., Рябков В. М. Автоматизация производственных процессов в черной металлургии. М.: Металлургия, 1980. 303 с.
  46. Э. , Райхель Я. , Вильмсхефор X. Моделирование окислительной продувки высокохромистых сталей в вакууме //Черные металлы. 1988. № 14—15. С. 33—39 .
  47. Управление процессом вакуумного обезуглероживания высокохромистых сталей / Келе 3., Райхель Я., Диттер Д Никель Э // Черные металлы .1988. № 8. С. 46−51.107
  48. В aurn, R. Stahl u. Eisen 95. 1975. Nr. 1. S. 8—11.
  49. К о h 1 e, S. Dynamic Modelling and Control of the VOD-Process- Proc. 5th International Iron and Steel Congress, Washington D. C. 1986.
  50. К о h 1 e, S.'Beobachtung, Modellbildung und Steiierung des Vakiiumfrischens- BFI-Bericht 1041. Dusseldorf. 1986.
  51. К о h 1 e, S. Stahl u. Elsen 108. 1988. Nr. 8. S 397−401.
  52. Asai, S. Metallurgical transactions 5. 1974. Nr. 3. S.651— 57.
  53. Otto, J. Die Konzentrationsbewegung hochchromhaltigei Stahie beim Vakuumfrischen und die Prozefluberwachung durch kontinuierliche Saueratoffpartialdruckmessung des Ab gases. Dissertation RWTH Aachen. 1975.
  54. Применение дегазации металла в ковше в технологической цепочке кислородный конвертер -MHJI3 / Нолле Д., Ойленбург У., Янс А. И др. // Черные металлы. 1990. № 8 .
  55. Развитие средств контроля и управления вакуумированием стали / Величко А. Г., Баптизманский В. И., Камалов А. Р. и др., / Сталь. 1990, № 4 .
  56. Устройство контроля процесса вакуумного обезуглероживания электротехнической стали / Нечаев Е. А., Григорьев Н. С., Ливенцов В. П. и др. //Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». М., 1989. Вып. 12. С. 51 .
  57. Контроль обезуглероживания при вакуум-кислородном рафинировании коррозионностойкой стали / Григорьев Н. С., Нечаев Е. А., Козлов Г. С. и др. //Сталь. 1989. № 5.
  58. Внепечное рафинирование и непрерывная разливка при производстве чистых сталей. // Новости черной металлургии за рубежом. 1995, — № 2. С. 51−53.
  59. Л.М., Кадинов Е. И., Шифрин В. М. Исследование гидродинамической обстановки процесса вакуумного обезуглероживания нержавеющей стали в ковше. Сообщение 1. «Изв. Вуз. Черная металлургия», 1982, 12, с.26−31.108
  60. Лившиц JIM., Кадинов Е. И., Шифрин В. М. Исследование гидродинамической обстановки процесса вакуумного обезуглероживания нержавеющей стали в ковше. Сообщение 2. «Изв. Вуз. Черная металлургия», 1983, 2, с.22−27.
  61. Стали для газопроводных труб и фиттингов. // Труды конференции.- М.: Металлургия. 1985. 480с.
  62. Производство высокопрочных марок стали для применения в условиях крайнего севера./ Антлингер К., Шимбек Р., и др.// Труды 4-го конгресса сталеплавильщиков.- Черметинформация.- 1997.- С. 55−59.
  63. Способы загрузки современных электродуговых печей./ Бургманн В., Лурье В., Рот Ж. Л., Вюрт П. // Электрометаллургия, — 1999.-ЖЗ. С. 17−22.
  64. А.Ф., Молчанов O.E., Каблуковская М. А. Краткий справочник электросталевара.-М.: Металлургия. 1994.-352 с.
  65. Choulet R.J., Masterson I.F. Secondary steelmaking in stainless steel refining. // Iron and Stellmaker.-1993. -v20.-№ 5.-P. 45−54.
  66. Химическая термодинамика. A.M. Кутепов, А. Д. Полянин, З. Д. Запрянов, A.B. Вязьмин, Д. А, Казенин. М.: Бюро Квантум, 1996. 336 с.
  67. Рафинирование расплавов от азота при внепечной обработке в условиях ОЭМК. / Кочетов А. И., Кац Л. Н., Алеев P.A. и др.// Электрометаллургия. -1998.-№ 1.-С.29−33.
  68. Я.Д., Шведов Л. В., Венецкий С. И. Краткий справочник ферросплавщика.-М.: Металлургия. 1964. -344 с.
  69. И.А. Газы в оксидных расплавах.-М.: Металлургия. 231с.
  70. А.Г. Вопросы термодинамики фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему. I. Свободная энергия фаз. // Журн. Физ. Химии, — 1974. т.48.-№ 7, — С. 1668−1671.
  71. А.Г. Вопросы термодинамики фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему. III. Химические109потенциалы и электронное строение фазы. // Журн. Физ. Химии.- 1974. т.48.-№ 8.- с. 1950−1953.
  72. А.Г. Вопросы термодинамики фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему. I V. Уровень Ферми в оксидных фазах. //Журн. Физ. Химии.- 1974. т.48.- № 8, — с. 1954−1958.
  73. А.Г., Козлов Ю. Е. О некоторых особенностях массопереноса в оксидных фазах. // Изв. Вузов. Черная металлургия.-1975.-№ 5, — С.20−25.
  74. Richardson F.D. Physikal Chemistry of Melts in Metallurgy.- New-York: Acad. Press, 1974.-574
  75. Motocawa H., Sano N. Thermodynamic of phosphide and phosphate in CaO-A1203 melt under strongly reducing conditions.// Trans. Iron and Steel Inst, of Japan.-1982.-V.22.- № 4.-P.8−87.
  76. Серов Ю.В.: Метрологическое обеспечение технологических процессов черной металлургии. М.: Металлургия, 1993. 272 с.
  77. Utochkin Y.I., Pavlov A.V., Hocking M.G. Refining of steel to remove nitrogen using fluxes with high nitride capacities.// Iron and Stellmaker.-V23.-№ 1.-P.40−45.
  78. В. А. Термодинамика и кинетика раскисления81.стали.- М.: Металлургия. 1978.-288с.
  79. С.И., Сотников А. И., Боренков В. Н. Теория металлургических процессов. -М.: Металлургия. 1986. -462с.
  80. А.Г. Исследование физико-химических свойств жидкого железа и сплавов железо-углерод с применением плавки железа во взвешенном состоянии (упругость пара, растворимость азота) Дис. канд. техн. наук.-М. 1966 г.
  81. Д. А. Свяжин А.Г. Константа массопереноса и поверхностной реакции при насыщении и дегазации металлического расплава // Изв. Вузов Черная металлургия, -1986.-№ 3.-С.26−30
  82. Исследования методом бестигельно плавки окислительных процессов, характерных для реактора агрегата струйного рафинирования /А.В.110
  83. , В.И. Явойский, А.А. Сигачев и др.// Теория и практика непрерывных сталеплавильных процессов. Научные труды МИСиС.-1978.-№ 109.-С.4−63.
  84. Bigot J., Clermont R. Production of RM’s by Levitation melting//International Symposium on Production and use of Reference Material. Berlin.-1979. Proceedings. -1980. -P .134−141.
  85. M. Oseki А. Характер затвердевания в условиях переохлаждения при левитационной плавке.//Current Advances in Materials and Processes.-1988.-VI.-№ 1.- P.264
  86. ГОСТ 12 345–88 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения серы.-М.: Издательство стандартов. 1988.
  87. ГОСТ 17 745–96 Стали и сплавы. Методы определения газов.-М: Издательство стандартов. 1996.
  88. И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия. 1975. С. 5 041 141. АКТизменения технологии выплавки полупродукта в ДСП для производства низкоуглеродистой коррозиен нестойкой стали.
  89. В результате внедрения данных изменений получены следующие результаты: коэффициент усвоения хрома увеличился до 95−97% при содержании углерода в конце кислородной продувки 0,45−0,55%, время плавки сократилось на 0,5−1,0 ч и составляет 2,5−3,0 ч.
  90. Вышеперечисленные изменения технологии оформлены в виде постоян1. АКТизменения технологии обработки высокохромистого расплава на установки вакуум-кислородного обезуглероживания (ВКО).
  91. Priority := TThreadPriority (PriorityLevel) — // Set Priority Level FreeOnTerminate:=true- // Thread Free Itself when terminated end-procedure Calk. UpdateForm- begin
  92. Forml.Panel 3. Caption:=FloatToStrF (time/60,ffGeneral, 4,6) — Forml.Panell.Caption:=FloatToStrF (pressure/100,ffGeneral, 3,6) — Forml. Label14 2. Caption:=IntToStr (iterat) —
  93. Result:=101 300*Power (10, (LoglO (pp.C)+0.23*pp.C-0.667*LoglO (pp.Cr)0. 02*pp.Cr+0.012*pp.Ni-13 663/(pp.T)+8.61)) —
  94. Result:=Power (asi,½)/(Power (fsi*siravn*ksi,½)*fo)-end-function Calk. OravAl: Single- var aal, alravn, kal: Single-beginaal:=activ.AlO- alravn:=pp.A1-kal:=Power (10,64 900/pp.T-20.63) — /// !!!
Заполнить форму текущей работой

На отлично!