Файл: Дипломная работа специальность 5В070900 Металлургия Павлодар.doc
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 192
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Республики КазахстанНекоммерческое акционерное общество «Торайгыров университет»ИВАНОВ ИВАН ИВАНОВИЧДИПЛОМНАЯ РАБОТАСпециальность 5В070900 – «Металлургия»ПавлодарМинистерство образования и науки Республики КазахстанНекоммерческое акционерное общество «Торайгыров университет»Факультет инженерииКафедра «Металлургия»Допущен к защите___ ________ 20__годаЗаведующий кафедрой _____________М. М. Суюндиков(подпись)ДИПЛОМНАЯ РАБОТАСнижение содержания азота при выплавке высококачественных низколегированных сталей в условиях ПФ ТОО "KSPSteel"по специальности 5В070900 – МеталлургияВыполнил ___________ И. И. Иванов(подпись)Группа Мт-402Нормоконтроль,магистр, ст. преподаватель ____________ Д. Р. Абсолямова(подпись)Павлодар2021Содержание
Нормативные ссылкиВ настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты:ГОСТ 10157-79 − Аргон газообразный и жидкий. Технические условия.ГОСТ 11255-75 – Мелочь коксовая. Технические условия.ГОСТ 29220-91 − Концентраты плавиковошпатовые металлургические. Технические условия.ГОСТ 4756-91 – Ферросиликомарганец. Технические условия.ГОСТ 1415-93 − Ферросилиций. Технические требования и условия поставки.ГОСТ 4761-91 – Ферротитан. Технические требования и условия поставки.ГОСТ 2713-94 – Феррованадий. Технические требования и условия поставки.ГОСТ 4762-71 – Силикокальций. Технические условия.
ГОСТ 4755-91 –Ферромарганец. Технические условия.ГОСТ 13843-78 − Катанка алюминиевая. Технические условия.ГОСТ 12359 − Стали углеродистые, легированные и высоколегированные. Методы определения азота.ГОСТ 17745 – Стали и сплавы. Методы определения газов.ГОСТ 18895 −Метод фотоэлектрического спектрального анализа.ГОСТ 27809 − Чугун и сталь. Метод спектрографического анализа.СТ ТОО 070341015761− Методы контроля химического состава стали.ГОСТ 28033 – Сталь. Метод рентгенофлюоресцентного анализа.ГОСТ 10243 – Сталь. Метод испытаний и оценки макроструктуры.ASTM.E381 – Стандартный метод контроля макроструктуры травлением для стального сортового проката, сутунок, блюмов и поковок.СТО 007-2015 – Метод контроля макроструктуры непрерывнолитой заготовки для производства сортового проката и труб.Т 25000.00005–Выплавка стали в ДСП-60.Т 250000.00008 – Внепечная обработка стали.Т 25000.00007 – Обработка стали на вакуумном дегазаторе.Т 25000.00099 «Производство горячекатаных бесшовных труб на ПФ ТОО «KSP Steel».ГОСТ 632 – 80 Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.ГОСТ 633 – 80 Трубы насосно – компрессорные и муфты к ним. Технические условия.СТО 002 – 2017 Заготовка непрерывнолитая круглого сечения.С. 25000.00012 – Отбор пробы жидкой сталиОпределения, обозначения и сокаращенияЭСПЦ – электросталеплавильный цех;ДСП – дуговая сталеплавильная печь;АКП – агрегат ковш печь;ВД – вакуумная дегазация;МНЛЗ – машина непрерывного литья заготовок;НЛЗ – непрерывнолитая заготовка;ЛГП – линия горячего проката;ГОСТ – государственный стандарт;ТПП – трубопрокатное производство;ЦПШ – цех переработки шихты;ТУ – техническое условие;НТД – нормативно – техническая документация; ФМИ – физико – механические испытания.ВведениеОценка современного состояния решаемой научной проблемы. В условиях ПФ ТОО «KSP Steel» для производства бесшовных труб нефтегазового сортамента используются углеродистые и низколегированные стали.Для таких марок стали как 13ХФА и некоторых других по требованиям заказчиков предъявляются жесткие требования по содержанию азота (0,008 % + 0,003 %), что в условиях электросталеплавильного производства по сравнению с кислородно–конвертерным процессом производства стали довольно сложная задача.
Актуальность дипломной работы. На основании вышесказанного, можно заключить, что актуальным вопросом при производстве трубных сталей нефтегазового сортамента с пониженным содержанием азота является анализ факторов влияющих на поведение азота в процессе выплавки и разливки стали.Целью дипломной работы являлся анализ факторов влияющих на поведение азота в процессе выплавки и разливки стали, оценка влияния азота в шихтовых материалах, материалах, используемых при выплавке и внепечной обработке стали, чистоты кислорода и других факторов на возможность достижения пониженного содержания азота в электростали, разработка рекомендаций по реализации имеющихся возможностей снижения содержания азота.Задачами дипломной работы являлись:
Практическая значимость. Информация, полученная в процессе выполнения дипломной работы, позволит в дальнейшем более эффективно разрабатывать технологические процессы выплавки стали с пониженным содержанием азота в условиях ПФ ТОО «KSP Steel».Теоретической и методологической базой являлась новая информация по выплавке стали для трубного производства и известные в специальной литературе методы расчета и проектирования металлургических заводов и технологических расчетов производства стали.Практическая база написание дипломного проекта. Практической базой дипломного проекта являлись существующие технологии, которые осуществляются в электросталеплавильном цехе ПФ ТОО «KSP Steel».1 Описание текущей (проблемной) ситуацииОсновная деятельность KSP Steel связана с производством стальных бесшовных труб различного диаметра и назначения.Завод KSP Steel включает в себя несколько основных цехов: цех подготовки шихты (ЦПШ), электросталеплавильный цех (ЭСПЦ), трубопрокатное производство (ТПП), машиностроительный комплекс (МК), ферросплавное производство (ФП), шаропрокатное производство (ШП).В условиях ПФ ТОО «KSP Steel» для производства бесшовных труб нефтегазового сортамента используются углеродистые и низколегированные стали.Выплавка сталей обыкновенного качества (Ст. 5), конструкционных (Сталь 20) и низколегированных сталей (35ГС, 70Г и других) в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) осуществляется в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) емкостью 60 тонн одношлаковым процессом с доводкой стали в агрегате ковш–печь (АКП) и ковшевом вакуумном дегазаторе. Для таких марок стали как 13ХФА и некоторых других по требованиям заказчиков предъявляются жесткие требования по содержанию азота (0,008 % + 0,003 %), что в условиях электросталеплавильного производства по сравнению с кислородно–конвертерным процессом производства стали довольно сложная задача.2 Результаты литературного обзораПри снижении содержания азота в стали отмечается повышение ее механических свойств (например, пластичности, ударной вязкости и др.), снижение чувствительности к трещинообразованию при прокатке, а также снижение содержания нитридных включений в металле, что способствует сокращению брака по поверхностным дефектам и снижению количества переназначений [1].
Обзор научно-технической информации [2 - 13] показал, что на содержание азота в стали оказывает влияние ряд факторов:- шихтовые материалы;- материалы, используемые при выплавке и внепечной обработке стали (науглероживающие, шлакообразующие и т.д.);- чистота кислорода;- условия горения дуг ДСП;- режимы продувки и вдувания кислорода и коксика;- уровень раскисленности металла на выпуске;- режимы обработки на АКП и вакууматоре;- защита стали от вторичного окисления при разливке на МНЛЗ и другие факторы.Влияние шихтовых материалов на содержание азота показаны в таблице 1 и 2 [4]. Таблица 1 – Содержание азота в шихтовых материалах
Таблица 2 – Содержание азота в материалах электроплавки
| | Нормативные ссылки Определения, обозначения и сокращения Введение | 4 5 6 |
| 1 | Описание текущей (проблемной) ситуации | 8 |
| 2 | Результаты литературного обзора | 9 |
| 3 | Варианты решения проблемы | 13 |
| | Заключение | 14 |
| | Список использованных источников | 15 |
ГОСТ 4755-91 –Ферромарганец. Технические условия.ГОСТ 13843-78 − Катанка алюминиевая. Технические условия.ГОСТ 12359 − Стали углеродистые, легированные и высоколегированные. Методы определения азота.ГОСТ 17745 – Стали и сплавы. Методы определения газов.ГОСТ 18895 −Метод фотоэлектрического спектрального анализа.ГОСТ 27809 − Чугун и сталь. Метод спектрографического анализа.СТ ТОО 070341015761− Методы контроля химического состава стали.ГОСТ 28033 – Сталь. Метод рентгенофлюоресцентного анализа.ГОСТ 10243 – Сталь. Метод испытаний и оценки макроструктуры.ASTM.E381 – Стандартный метод контроля макроструктуры травлением для стального сортового проката, сутунок, блюмов и поковок.СТО 007-2015 – Метод контроля макроструктуры непрерывнолитой заготовки для производства сортового проката и труб.Т 25000.00005–Выплавка стали в ДСП-60.Т 250000.00008 – Внепечная обработка стали.Т 25000.00007 – Обработка стали на вакуумном дегазаторе.Т 25000.00099 «Производство горячекатаных бесшовных труб на ПФ ТОО «KSP Steel».ГОСТ 632 – 80 Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.ГОСТ 633 – 80 Трубы насосно – компрессорные и муфты к ним. Технические условия.СТО 002 – 2017 Заготовка непрерывнолитая круглого сечения.С. 25000.00012 – Отбор пробы жидкой сталиОпределения, обозначения и сокаращенияЭСПЦ – электросталеплавильный цех;ДСП – дуговая сталеплавильная печь;АКП – агрегат ковш печь;ВД – вакуумная дегазация;МНЛЗ – машина непрерывного литья заготовок;НЛЗ – непрерывнолитая заготовка;ЛГП – линия горячего проката;ГОСТ – государственный стандарт;ТПП – трубопрокатное производство;ЦПШ – цех переработки шихты;ТУ – техническое условие;НТД – нормативно – техническая документация; ФМИ – физико – механические испытания.ВведениеОценка современного состояния решаемой научной проблемы. В условиях ПФ ТОО «KSP Steel» для производства бесшовных труб нефтегазового сортамента используются углеродистые и низколегированные стали.Для таких марок стали как 13ХФА и некоторых других по требованиям заказчиков предъявляются жесткие требования по содержанию азота (0,008 % + 0,003 %), что в условиях электросталеплавильного производства по сравнению с кислородно–конвертерным процессом производства стали довольно сложная задача.
Актуальность дипломной работы. На основании вышесказанного, можно заключить, что актуальным вопросом при производстве трубных сталей нефтегазового сортамента с пониженным содержанием азота является анализ факторов влияющих на поведение азота в процессе выплавки и разливки стали.Целью дипломной работы являлся анализ факторов влияющих на поведение азота в процессе выплавки и разливки стали, оценка влияния азота в шихтовых материалах, материалах, используемых при выплавке и внепечной обработке стали, чистоты кислорода и других факторов на возможность достижения пониженного содержания азота в электростали, разработка рекомендаций по реализации имеющихся возможностей снижения содержания азота.Задачами дипломной работы являлись:
-
литературный обзор и оценка влияния азота в шихтовых материалах, материалах, используемых при выплавке и внепечной обработке стали, чистоты кислорода и других факторов на возможность достижения пониженного содержания азота в электростали; -
выбор мероприятий для выплавки сталей с пониженным содержанием азота.
-
применять чистые по содержанию азота шихтовые, легирующие, науглероживающие и шлакообразующие материалы. Использование металлизованного железорудного сырья (окатыши и/или брикеты) позволяет снизить содержание азота в конечном металле; -
Предусмотреть формирование пенистых шлаков с основностью (CaО+MgO)/(SiO2+Al2O3) = 1,8 ÷ 2,2 одновременно с продувкой кислородом и периодическим присаживанием углеродсодержащих материалов; -
при выплавке низкоуглеродистого полупродукта для последующей внепечной обработки необходимо обеспечить содержание углерода по расплавлении не менее 0,8 %, начало продувки при 1500–1540 °С, расход кислорода должен обеспечить скорость обезуглероживания не менее 0,06 %/мин, а электрический режим – достижение температуры выпуска при содержании углерода не менее 0,4 %. Это позволит исключить работу дуг при слабом кипении ванны в конце обезуглероживания; -
при обработке стали в АКП основной задачей является исключение возможностей повышения содержания азота. Это может быть достигнуто наведением шлака и осуществлением режимов продувки металла аргоном, не приводящими к оголению поверхности жидкого металла, прежде всего в зоне горения электрических дуг. Присадка ферросплавов и легирующих в АКП под шлак с контролем процесса горения электрических дуг. Раскисление металла по возможности следует производить в ковше под шлаком, в том числе и углеродсодержащей проволокой. Десульфурацию металла следует проводить до достижения содержания серы не более 0,010 %; -
осуществлять вакуумирование глубоко раскисленного (до 0,002 % [О]) металла с пониженным содержанием серы при давлении не более 1,0 мм рт. ст. при расходе аргона 0,5 – 0,7 м3/т. При этом необходимо обеспечить высокую герметичность вакуумной камеры для исключения подсоса (натекания) воздуха в процессе вакуумирования; -
разливку стали на МНЛЗ следует проводить с защитой струи жидкого металла на выходе из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и из промежуточного ковша в кристаллизатор. При этом необходимо исключать подсос воздуха в зону истечения струи. Целесообразно использовать промежуточные ковши с герметичными крышками и заполнением их пространства инертным газом.
Практическая значимость. Информация, полученная в процессе выполнения дипломной работы, позволит в дальнейшем более эффективно разрабатывать технологические процессы выплавки стали с пониженным содержанием азота в условиях ПФ ТОО «KSP Steel».Теоретической и методологической базой являлась новая информация по выплавке стали для трубного производства и известные в специальной литературе методы расчета и проектирования металлургических заводов и технологических расчетов производства стали.Практическая база написание дипломного проекта. Практической базой дипломного проекта являлись существующие технологии, которые осуществляются в электросталеплавильном цехе ПФ ТОО «KSP Steel».1 Описание текущей (проблемной) ситуацииОсновная деятельность KSP Steel связана с производством стальных бесшовных труб различного диаметра и назначения.Завод KSP Steel включает в себя несколько основных цехов: цех подготовки шихты (ЦПШ), электросталеплавильный цех (ЭСПЦ), трубопрокатное производство (ТПП), машиностроительный комплекс (МК), ферросплавное производство (ФП), шаропрокатное производство (ШП).В условиях ПФ ТОО «KSP Steel» для производства бесшовных труб нефтегазового сортамента используются углеродистые и низколегированные стали.Выплавка сталей обыкновенного качества (Ст. 5), конструкционных (Сталь 20) и низколегированных сталей (35ГС, 70Г и других) в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) осуществляется в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) емкостью 60 тонн одношлаковым процессом с доводкой стали в агрегате ковш–печь (АКП) и ковшевом вакуумном дегазаторе. Для таких марок стали как 13ХФА и некоторых других по требованиям заказчиков предъявляются жесткие требования по содержанию азота (0,008 % + 0,003 %), что в условиях электросталеплавильного производства по сравнению с кислородно–конвертерным процессом производства стали довольно сложная задача.2 Результаты литературного обзораПри снижении содержания азота в стали отмечается повышение ее механических свойств (например, пластичности, ударной вязкости и др.), снижение чувствительности к трещинообразованию при прокатке, а также снижение содержания нитридных включений в металле, что способствует сокращению брака по поверхностным дефектам и снижению количества переназначений [1].
Обзор научно-технической информации [2 - 13] показал, что на содержание азота в стали оказывает влияние ряд факторов:- шихтовые материалы;- материалы, используемые при выплавке и внепечной обработке стали (науглероживающие, шлакообразующие и т.д.);- чистота кислорода;- условия горения дуг ДСП;- режимы продувки и вдувания кислорода и коксика;- уровень раскисленности металла на выпуске;- режимы обработки на АКП и вакууматоре;- защита стали от вторичного окисления при разливке на МНЛЗ и другие факторы.Влияние шихтовых материалов на содержание азота показаны в таблице 1 и 2 [4]. Таблица 1 – Содержание азота в шихтовых материалах
| Наименование материала | Содержание азота, % |
| Лом | 0,003 – 0,012 |
| Металлизованное сырье | 0,002 – 0,003 |
| Чушковый чугун (4 % С) | 0,002 – 0,003 |
| Углеродсодержащие материалы (кокс, антрацит) | 0,5 – 1,0 |
| Кислород | 0,003 – 0,020 |
| Известь | 0,040 |
| Материалы | содержание азота, % |
| Ферросплавы | |
| Ферросилиций | 0,01– 0,032 |
| Ферромарганец: | |
| - низкоуглеродистый | 0,070 |
| - высокоуглеродистый | 0,014 |
| - электролитический | 0,0045 |
| Селикомарганец | 0,0085 |
| Феррохром | 0,08–0,17 |
| Феррованадий | 0,26 |
| Феррониобий | 0,027 |
| Алюминий (проволока и гранулы) | 0,001 |
| Углеродсодержащие материалы | |
| Углеродистая проволока | 0,28 |
| Антрацит | 0,38–1,0 |
| Электродный бой | 0,67 |
| Коксовая мелочь | 0,09–1,02 |
| Низкоазотистый кокс | 0,07 |
| Шлакообразующие материалы | |
| Известь | 0,40 |
| Карбид кальция | 0,130 |
| CaF2 | 0,31 |