Развитие технологических схем производства стали

Классификация сталей

Тема 5. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ, МАРКИРОВКА

Финансовое обеспечение отдельных государственных полномочий

Финансовое обеспечение отдельных государственных полномочий осуществляется в форме субвенций из федерального бюджета или бюджета субъекта Российской Федерации.

Для финансирования отдельных государственных полномочий в бюджетах субъектов Российской Федерации создаются региональные фонды компенсаций в режиме целевых бюджетных фондов (статья 63 Федерального закона «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации»).

Региональный фонд компенсаций формируется за счет:

субвенций из федерального фонда компенсаций на осуществление органами местного самоуправления отдельных государственных полномочий, переданных им федеральными законами;

иных доходов бюджета субъекта Российской Федерации в объеме, необходимом для осуществления органами местного самоуправления отдельных государственных полномочий, переданных им законами субъектов Российской Федерации.

Общий размер субвенций, предоставляемых из федерального бюджета в региональный фонд компенсаций и их регионального фонда компенсаций местным бюджетам определяется в федеральном законе и законе субъекта Российской Федерации пропорционально численности населения (отдельных групп населения) или потребителей соответствующих бюджетных услуг муниципального образования с учетом объективных условий, влияющих на стоимость этих бюджетных услуг (объем выплат).

Общий размер субвенций определяется раздельно по каждому из указанных государственных полномочий.

Органы местного самоуправления имеют право дополнительно использовать собственные материальные ресурсы и финансовые средства для осуществления переданных им отдельных государственных полномочий в случаях и порядке, предусмотренных уставом муниципального образования.

Сталью называют сплав на основе железа, содержа­ние которого в сплаве выше, чем содержание любого другого ме­таллического (Мn, Сr, Ni, W, V, Мo и др.) или неметаллического (С, Si, S и Р) элемента, а содержание углерода не превышает 2,14 %.

Сталь обладает разнообразными свойствами: способностью к деформации в нагретом и холодном состоянии, хорошей свари­ваемостью, хорошей обрабатываемостью резанием, высокими твердостью, пластичностью и износостойкостью, высокой корро­зионной стойкостью, способностью выдерживать высокие и низ­кие температуры.

Единой мировой системы классификации стали нет. В России классификация стали и требования к ее составу и качеству обусловливаются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями. Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам.

Сталь классифицируется по назначению, химическому составу, характеру затвердевания, качеству и способу производства.

1. По назначению. По этому признаку можно выделить следующие основные группы сталей: конструкционные, инструментальные и специальные.

К конструкционным относятся стали для изготовления деталей механизмов и машин, и элементам конструкций. Им предъявляется определенный уровень механических свойств, определяемых при статических и динамических нагрузках.

К инструментальным относятся стали, отличающиеся высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, что позволяет изготавливать из них инструмент для обработки давлением или резаньем.

Специальные стали отличаются особыми химическими и физическими свойствами (нержавеющая, трансформаторная, электротехническая, шарикоподшипниковая и т.д.).

2. По химическому составу. Различают стали углеродистые и легированные.

В сталях большинства марок главной полезной примесью является углерод. Такие стали называются углеродистыми. Углеродистые стали, делятся на три подгруппы:

- малоуглеродистые - содержание углерода в стали до 0,2%;

- среднеуглеродистые - от 0,3 до 0,8%;

- высокоуглеродистые - более 0,8%.

В равновесном состоянии (после медленного охлаждения) твердость и хрупкость углеродистой стали увеличивается с по­вышением содержания углерода. Стали с низким содержанием углерода называют мягкими, с высоким содержанием углерода - твердыми (табл. 5.1-1).

Таблица 5.1-1

Механические свойства углеродистых сталей в зависимости

от содержания углерода

Углеродистые стали обладают рядом существенных недостатков:

- высокой критической скоростью закалки (наименьшей скоростью охлаждения, при которой образуется мартенсит);

- плохой прокаливаемостью (глубина проникновения закалки от охлаждаемой поверхности к центру);

- низкой антикоррозионной стойкостью и т.д.

Введение в сталь в определенных количествах элементов, называемых легирующими, позволяет устранить указанные недостатки углеродистой стали, а также получить те или иные особые физико-химические и физико-механические свойства, которыми углеродистая сталь не обладает. Такую сталь называют легированной.

Легирующим называют элемент, вводимый в сталь для получения определенных свойств. Элементы, содержание которых в стали связано со способом производства не являются легирующими. Наиболее используются следующие легирующие элементы:

- Ni, Mn, Cr – стабилизируют g-фазу;

- Si – стабилизирует a-фазу;

- V, Mo – образует дисперсные фазы.

Легированные стали делятся по содержанию легирующего элемента:

- на низколегированные – легирующих элементов до 3%;

- среднелегированные - 3-10%;

- высоколегированные - более 10%.

Низко- и среднелегированные, как правило, являются конструкционными сталями. Высоколегированные – инструментальные и специальные.

3. По характеру затвердевания сталь подразделяется на кипящую, спокойную и полуспокойную.

Кипящая - это сталь, затвердевающая с признаками кипения. Эффект кипения производится образованием газа {СО} по химической реакции

[C] + [O] = {CO}­. (5.1-1)

Реакция возможна при наличии растворенного кислорода в металле. Из-за повышенного содержания кислорода в металле ([О] ≥ 0,025%), такая сталь называется малораскисленной.

Спокойная - это сталь, затвердевающая без признаков кипения, т.е. сталь с низким содержанием кислорода в металле ([О] ≤ 0,003%); такая сталь называется глубокораскисленной.

Полуспокойная - это сталь, занимающая промежуточное положение по характеру затвердевания и степени раскисленности ([О] ≤ 0,012%) между спокойной и кипящей сталью.

4. По качеству. Стали обычно делят на группы, различия между которыми заключается в допускаемом содержании вредных примесей(фосфора и серы):

- стали обычного качества, в них содержание фосфора и серы допускается до 0,045%;

- качественные - до 0,035%;

- высококачественные - до 0,025%;

- особовысококачественные - фосфора до 0,025%, серы до 0,015%.

5. По способу производства. В основу классификации положено физическое состояние получаемого продукта:

- производство стали в твердом состоянии;

- в размягченном состоянии;

- в жидком состоянии (литая сталь).

Способы получения стали в твердом состоянии

Сущность - получение железа путем непосредственного восстановления из руд углем или восстановительными газами. Температура процесса < 1100^оС. Температурный режим исключает расплавление оксидов пустой породы шихтового материала и расплавление металла. Готовый продукт железа получается в виде губки и называется губчатым железом.

Известны две разновидности процессов получения губчатого железа:

1. Восстановление оксидов железа в подвижном фильтрующем слое; агрегатом для этого служит шахтная печь (объем до 40 м³). Восстановитель – подогретые восстановленные газы, получаемые путем углекислотной конверсии природного газа

CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂. (5.1-2) Эта же реакция используется в процессе Виберга для регенерации отработанных газов.

Степень металлизации руды 86-96%. Чистота губчатого железа определяется чистотой рудного материала.

2. Восстановление в стационарном фильтрующем слое; агрегатом для этого служат периодически действующие реакторы. Восстановитель тот же. Степень металлизации руды 92-98%.

Это основные способы получения сырья для порошковой металлургии железа. Губка подвергается дроблению и сепарации.

Способы получения стали в размягченном состоянии

Особенность процессов - протекание восстановления в интервале температур 1250-1350^оС, в котором уже протекает расплавление оксидов пустой породы шихтовых материалов с образованием шлака.

Готовое железо получается в виде размягченных частичек, сваренных между собой.

Готовый продукт этих процессов - конгломерат спекшихся частиц металла и шлака, называемый крица. Отделение шлака осуществляется путем нагрева крицы до температур 1100-1200 ^оС и проковки ее на молотах. В процессе проковки происходит отделение жидкого шлака, а также сваривание частиц железа в единый монолит, т.е. готовым продуктом является сварочное железо, которое отличается высокой коррозионной стойкостью.

По существу процессов различают следующие разновидности:

1. Непосредственное восстановление из руд. Процессы протекают в контакте расплавленных материалов, раскаленный уголь, руда и сырое дутье. Этот процесс называется сыродутным. Современный его аналог - руднокричный процесс. Осуществляется во вращающихся печах. Недостатки: низкая производительность, низкая степень восстановления железа.

2. Восстановление из чугуна. Путем окисления его примесей. Осуществляется в кричных горнах в контакте раскаленной руды и чугуна. Примеси окислялись за счет кислорода руды.

3. Пудлинговый процесс. На поду плазменно-отражательной печи. Путем перемешивания в ванне жидкого чугуна и железистого шлака. Современный аналог - процесс Астон-Байерс. Предварительно продутый в конвертере жидкий металл сливается в шлаковую чашу, заполненную расплавленной рудой при температуре 1250-1350^оС. При контакте капель металла и руды происходит тот же процесс взаимодействия.

Способы получения стали в жидком состоянии (литая сталь)

Характерная особенность - температура процесса 1600-1650 ^оС. Процессы классифицируют по типу агрегата: конвертерные, мартеновские, электропечные. Сталь соответственно называется конвертерная, мартеновская, электропечная. В настоящее время 99% стали получается в жидком состоянии по двухстадийной схеме «чугун-сталь», то есть на первой стадии получают из руды полупродукт – чугун, а на второй - литую сталь. Примерный химический состав чугуна и готовой стали, температуры ликвидуса (t_ликв) и выпуска (t_вып) приведены в табл.5.1-2.

Таблица 5.1-2

Характеристика чугуна и сталей

Материал	Химический состав, %	Температура, ^оС
C	Si	Mn	P	S	tликв	tвып
Чугун	3,8- 4,5	0,75-1,25	0,6-1,75	0,2-0,3	0,02-0,08
Сталь: - спокойная   - кипящая	0,2-0,8 £0,2	0,17-0,37 -	0,5-0,6   £0,25	0,025 - 0,045 -"-	0,015 -0,045 -"-	1480 -	1620-1650

Сталь выпускается при температуре t_ликв + Dt, где Dt - технологический перегрев металла, необходимый для проведения различных процессов (легирования, внепечной обработки, разливки стали и т.д.), которые связаны с охлаждением стали и Dt» 100-150 ^о.

Согласно данным табл. 5.1-2 можно отметить две технологических задачи, которые необходимо решать при переработке чугуна в сталь:

1) снижение концентрации примесей путем их окисления кислородом;

2) нагрев металла до температуры выпуска.

Рассмотрим сталеплавильные процессы. Их отличие заключается в способе нагрева металла и способе введения кислорода.

В конвертерных процессах высокие температуры, необходимые для процесса развиваются за счет экзотермических реакций окисления примесей. Кислород необходимый для окисления примесей вводится в виде воздуха или технически чистого кислорода.

Мартеновский процесс. Основной источник тепла для нагрева металла - сжигание топлива в рабочем пространстве печи. В факеле горения смешиваются воздух, нагретый до температуры 1100-1200 ^оС, природный газ и мазут. Нагрев воздуха проводят с использованием регенерации дымовых газов.

Основным источником кислорода для окисления примесей является газовая фаза рабочего пространства печи - это продукты горения топлива (СО₂, СО, Н₂О, О₂^изб).

Дополнительным источником кислорода в процессе является кислород оксидов железной руды (агломерат или окатыши) и технически чистый кислород.

В электросталеплавильном процессе задача нагрева металла решается за счет преобразования электрической энергии в тепловую. В зависимости от способа преобразования энергии различают печи дуговые, индукционные, сопротивления и электронно-лучевые. Наиболее распространенный агрегат - дуговая сталеплавильная печь, где электрическая энергия преобразуется в тепловую в электрической дуге (температура дуги более 3000 ^оС).

Основной источник кислорода для окисления примесей - это кислород оксидов железной руды и технически чистый кислород.

Дополнительный источник – кислород газовой фазы.

Особенности современного этапа сталеплавильного производства:

- применение кислорода для интенсификации мартеновского и электродугового процессов;

- широкое использование в целях повышения качества стали способов внепечной (ковшевой) обработки жидкой стали - синтетическими шлаками или шлаковыми смесями, вакуумом, инертными газами в сочетании с микролегирующими порошками или без них, а также способов переплава стали в особых условиях (электрошлакового, вакуумно-дугового, электронно-лучевого, плазменно-дугового, вакуумно-индукционного).

Существенным недостатком всех современных сталеплавильных агрегатов является периодичность действия, что исключает их полную автоматизацию. В настоящее время в России и в ряде других стран ведутся широкие исследования по созданию сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (САНД).

Переход к эксплуатации САНД, несомненно, будет означать новый этап в развитии производства стали, т.к. позволит обеспечить:

- повышение производительности и улучшение условий труда благодаря возможности полной автоматизации;

- повышение качества стали с гораздо меньшими затратами материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов благодаря возможности более глубокого рафинирования металла;

- резкое сокращение вредных выбросов в окружающую среду.

Дата добавления: 2013-12-13