Методическая разработка занятия по внепечной обработке стали для специальности Металлургия

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ЗАНЯТИЯ

ПО МДК.01.03.Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними

по специальности 22.02.01 Металлургия черных металлов

Тема: Внепечная обработка стали

Организация-разработчик: ГБПОУ «Выксунский металлургический колледж им. А.А.Козерадского»

Разработчик: Е.В. Попкова, преподаватель ГБПОУ «Выксунский металлургический колледж им. А.А. Козерадского»

Методическая разработка открытого занятия по МДК.01.03.Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними

по специальности 22.02.01 Металлургия черных металлов

Тема: внепечная обработка стали / ГБПОУ Выксунский металлургический колледж им. А.А. Козерадского; Разр.: Е.В.Попкова. – Выкса, 2018. – 14 с.

В данной работе указаны цель открытого занятия, его задачи. Подробно рассмотрен ход занятия, в приложении представлен демонстрационный и раздаточный материал. Методическая разработка написана с целью демонстрации опыта проведения занятий.

Методическая разработка предназначена для преподавателей и обучающихся по специальности 22.02.01 Металлургия черных металлов

Работа может быть использована при проведении занятий по учебной практике, открытого мероприятия в рамках декады профессионального мастерства. Обучающимся может быть полезна при подготовке к квалификационному экзамену.

Оглавление

Введение

Методическая разработка предназначена для проведения учебного занятия по МДК.01.03.Управление технологическими процессами производства стали, ферросплавов и лигатур в электропечах и контроль за ними по специальности 22.02.01 Металлургия черных металлов.

Методическая разработка посвящена планированию и изучению темы программы «Внепечная обработка стали», определению форм и методов изучения содержания данной темы.

 Выбранные методы позволяют сформировать профессиональные навыки, способствуют развитию  компетенций.

В ходе изучения темы «Внепечная обработка стали» у обучающихся формируются следующие компетенции:

ПК 1.1 Осуществлять технологические операции по производству черных металлов.

ПК 1.4 Анализировать качество сырья и готовой продукции.

ПК 1.5 Анализировать причины брака выпускаемой продукции и разрабатывать мероприятия по его предупреждению.

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4 Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности.

ОК 6 Работать в коллективе и команде, обеспечивать ее сплочение, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7 Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

План-конспектучебного занятия

Преподаватель Попкова Екатерина Васильевна

Группа: 13, специальность 22.02.01 Металлургия черных металлов

Тема занятия: Внепечная обработка стали

Вид занятия: комбинированное.

Форма проведения: работа в группах, самостоятельная работа.

Межпредметная связь: «Материаловедение», «Основы металлургического производства»

Цель учебного занятия: изучение технологии внепечной обработки стали.

Задачи учебного занятия:

Обучающая: формирование навыков проведения технологических операций по внепечной обработке стали.

Развивающая: развитие профессиональных навыков и способностей.

Воспитательная: формирование познавательного интереса и навыков  коллективной работы в сочетании с самостоятельной деятельностью.

Раздаточный материал: тесты, конспект-занятия

Ход занятия

Организационный момент

Проверка д.з. – тестирование «Производство стали»

1. Для чего в сталь добавляют легирующие элементы

1) Для получения необходимых свойств стали.

2) Для изменения температуры плавления.

3) Для ведения металлургического процесса

2. Коррозионно-стойкие стали предназначены для работы:

1) в условиях воздействия агрессивных сред;

2) в малонагруженном состоянии в агрессивных газовых средах при высоких температурах;

3) в условиях воздействия высоких температур и действия механических нагрузок.

3. Вредные примеси в сталях

1) железо и углерод

2) кремний и марганец

3) сера и фосфор

4. Процесс, проводимый перед разливкой для уменьшения в стали содержания кислорода до допустимых норм

1) легирование

2) раскисление

3) продувка кислородом

5. Параметр, по которому оценивается качество стали

1) содержание углерода

2) механические свойства стали

3) содержание S и P

6.Способ выплавки высококачественных сталей

1) в электропечах

2) мартеновский

3) кислородно-конвертерный

7. Вредное влияние, развивающееся из-за повышенного содержания серы в стали

1) горячеломкость (красноломкость)

2) хладноломкость

3) образуются флокены

8. Вредное влияние, развивающееся из-за повышенного содержания фосфора в стали

1) горячеломкость (красноломкость)

2) хладноломкость

3) образуются флокены

Правильные варианты ответов:

Критерии оценок

Основная часть занятия: изложение нового материала

Особенности процессов внепечной обработки стали

Первоначально все процессы по доводке стали до нужного химического состава (операции легирования, раскисления, рафинирования, модифицирования) и температуры выполняли непосредственно в сталеплавильном агрегате. Это приводило к увеличению времени плавки (соответственно снижению производительности агрегата) и большому угару легирующих элементов (которые могут быть очень дорогими). Постепенно вышеуказанные операции стали переносить в сталеразливочный ковш и специальные агрегаты.

Данные процессы получили название внепечной обработки стали или ковшевой металлургии.

Внепечная обработка стали начала активно применяться с 60-х годов ХХ века, главным образом для повышения производительности дуговых сталеплавильных печей и конвертеров, позволяя вынести часть процессов рафинирования из этих агрегатов в ковш.

Однако уже начало внедрения современных процессов внепечной обработки показало, что они позволяют не только существенно улучшить качество стали (механические свойства, коррозионную стойкость, электротехнические показатели и др.), но и получить сталь с принципиально новыми свойствами.

Подвергать внепечной обработке можно сталь, выплавленную любым способом. Таким образом, внепечная обработка стали позволяет:

увеличить производительность основного сталеплавильного агрегата за счет выноса операций раскисления, рафинирования и легирования в агрегат внепечной обработки;

повысить качество металла за счет удаления вредных газовых примесей и неметаллических включений;

повысить эффективность процессов раскисления и десульфурации;

обеспечить более точное соблюдение химического состава металла;

получать металл с принципиально новыми свойствами;

обеспечить необходимую температуру металла перед разливкой;

уменьшить угар дорогих легирующих элементов.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами одновременно). К простым методам относятся:

1.обработка металла вакуумом;

2.продувка инертным газом;

3.обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями;

4.введение реагентов вглубь металла.

Агрегат «печь-ковш»

Наиболее эффективным приемом внепечной обработки стали является комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. Агрегаты, обеспечивающие нагрев и перемешивание стали в ковше, ее рафинирование и корректировку химического состава, получили название «печь-ковш» (от английского ladle-furnace (LD).

Печь-ковш представляет собой установку, состоящую из крышки для ковша с отверстиями, через которые установлены три электрода. Под крышку помещается сталеразливочный ковш с металлом после выпуска из сталеплавильной печи. Кроме того, в состав установки «печь-ковш» обычно также входят средства для перемешивания металла инертным газом, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше.

В настоящее время непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Такая проволока большой длины поставляется в катушках на металлической или деревянной раме.

Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств. Схема установки «печь-ковш» производства фирмы SMS Mevac приведена на рис. 60.

Рис. 60. Схема установки «печь-ковш»: 1 — ковш; 2 — крышка-свод; 3 — трайб-аппарат для подачи проволоки; 4- электроды; 5 — фурма для вдувания порошка силикокальция в струе аргона; 6 — устройство для подачи сыпучих ферросплавов и флюсов; 7 — пористая пробка для подачи аргона

Одним из энергосберегающих способов при обработке стали на печи ковш является подача аргона через полые электроды. Данная технология позволяет сократить расход электроэнергии и угар электродов.

Обработка стали вакуумом

Вакуумирование металла осуществляют основным образом в сталеразливочном ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании нераскисленного металла. За счет создания разрежения над поверхностью металла происходит интенсивное выделение пузырьков растворенных в нем газов — водорода, азота и монооксида углерода. Также к поверхности этих пузырьков прилипают неметаллические включения, которые выводятся на поверхность и переходят в шлак. Кроме того, растворенный в металле кислород взаимодействует с углеродом, поэтому этот процесс используют и для получения безуглеродистых коррозионностойких сталей. После интенсивной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки.

Различают две разновидности процесса:

VD (Vacuum Degassing) — вакуумная дегазация металла;

VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) — вакуумно-кислородное обезуглероживание, при котором для удаления углерода из металла используют и продувку кислородом.

Однако в последнее время все большее распространение получают комбинированные агрегаты, сочетающие в себе обе разновидности.

Рис. 61. Схемы ваккуумирования стали: а) камерное ваккуумирование; б) обезуглероживание стали; в) струйное вакуумирование; г) циркуляционное вакуумирование; д) порционное вакуумирование

В настоящее время наиболее распространенными способами обработки металла вакуумом в ковше являются:

помещение ковша с металлом в вакуумную камеру, последующее перемешивание металла инертным газом и ввод раскислителей из бункера, данный метод часто называют «ковшовым вакуумированием» (рис. 61, а), аналогичным образом происходит и обезуглероживание металла (рис. 61, б);

вакуумирование при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу. Поскольку обработке вакуумом подвергается «струя» металла, данный метод иногда называют «струйным вакуумированием» или «вакуумированием струи» (рис. 61, в);

циркуляционное вакуумирование, когда металл под действием вакуума всасывается в специальную камеру, где и происходит удаление вредных примесей (рис. 61, г);

порционное вакуумирование, при котором металла закачивается в камеру вакуумирования отдельными порциями (рис. 61, д).

Закрепление пройденного материала: интерактивная игра «Производство стали»

Домашнее задание:

Рефлексия: что знал? Что узнал? Что хочу узнать?

Конспект

Первоначально все процессы по доводке стали до нужного химического состава (операции легирования, раскисления, рафинирования, модифицирования) и температуры выполняли непосредственно в сталеплавильном агрегате. Это приводило к увеличению времени плавки (соответственно снижению производительности агрегата) и большому угару легирующих элементов (которые могут быть очень дорогими). Постепенно вышеуказанные операции стали переносить в сталеразливочный ковш и специальные агрегаты. Данные процессы получили название внепечной обработки стали или ковшевой металлургии. Подвергать внепечной обработке можно сталь, выплавленную любым способом. Таким образом, внепечная обработка стали позволяет:

увеличить производительность основного сталеплавильного агрегата за счет выноса операций раскисления, рафинирования и легирования в агрегат внепечной обработки;

повысить качество металла за счет удаления вредных газовых примесей и неметаллических включений;

повысить эффективность процессов раскисления и десульфурации;

обеспечить более точное соблюдение химического состава металла;

получать металл с принципиально новыми свойствами;

обеспечить необходимую температуру металла перед разливкой;

уменьшить угар дорогих легирующих элементов.

Методы внепечной обработки стали могут быть условно разделены на простые (обработка одним способом) и комбинированные (обработка металла несколькими способами одновременно). К простым методам относятся:

обработка металла вакуумом;

продувка инертным газом;

обработка металла синтетическим шлаком, жидкими и твёрдыми шлаковыми смесями;

введение реагентов вглубь металла.

Внепечная обработка металла комбинированными методами может производиться:

в обычном сталеразливочном ковше;

в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства;

в установке ковш-печь с крышкой (сводом), через которую опущены электроды, нагревающие металл в процессе его обработки;

в агрегате типа конвертера с продувкой металла кислородом, аргоном;

в агрегате типа конвертера, снабжённом оборудованием для вакуумирования расплава и т. д.

Рассмотрим различные способы внепечной обработки стали в отдельности.

Агрегат «печь-ковш»

Наиболее эффективным приемом внепечной обработки стали является комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. Агрегаты, обеспечивающие нагрев и перемешивание стали в ковше, ее рафинирование и корректировку химического состава, получили название «печь-ковш» (от английского ladle-furnace (LD).

Печь-ковш представляет собой установку, состоящую из крышки для ковша с отверстиями, через которые установлены три электрода. Под крышку помещается сталеразливочный ковш с металлом после выпуска из сталеплавильной печи. Кроме того, в состав установки «печь-ковш» обычно также входят средства для перемешивания металла инертным газом, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше.

В настоящее время непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Такая проволока большой длины поставляется в катушках на металлической или деревянной раме.

Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств. Схема установки «печь-ковш» производства фирмы SMS Mevac приведена на рис. 60.

Рис. 60. Схема установки «печь-ковш»: 1 – ковш; 2 – крышка-свод; 3 – трайб-аппарат для подачи проволоки; 4- электроды; 5 – фурма для вдувания порошка силикокальция в струе аргона; 6 – устройство для подачи сыпучих ферросплавов и флюсов; 7 – пористая пробка для подачи аргона

Обработка стали вакуумом

Суть технологического воздействия – снижение внешнего давления над металлом с целью смещения равновесия, зависящих от давления реакций рафинирования металла.

Повышение качества при вакуумировании происходит за счет протекания следующих процессов:

Дегазация металла путем снижения концентрации водорода и азота в стали.

Вакуумное раскисление стали за счет возрастания раскисляющей способности углерода. Кроме того, смещение равновесия реакции окисления углерода может быть использовано для глубокого обезуглероживания стали.

Снижение содержания в металле неметаллических включений, как в результате перемешивания, так и частичного восстановления неметаллических включений углеродом.

Частичное рафинирование от нежелательных примесей цветных металлов в результате испарения легколетучих примесей (цинк, свинец, сурьма, олово).

С точки зрения конструктивного решения и технологических особенностей могут быть выделены следующие способы вакуумирования стали:

Вакуумирование в ковше.

Струйное вакуумирование.

Порционное вакуумирование.

Циркуляционное вакуумирование.

Вакуумирование в ковше (рис.9.1-1) является сравнительно технически простым и о тносительно дешевым способом. Суть состоит в установке сталеразливочного ковша с металлом в вакуумную камеру, в которой после закрытия крышки с помощью системы вакуумных насосов производится снижение внешнего давления.

Струйное вакуумирование может быть реализовано как при переливе из ковша в другой ковш, установленный в вакуумной камере, так и при разливке в вакууме крупных слитков (более 50 т), когда в вакуумной камере установлена изложница. Особого внимания заслуживает вариант поточного вакуумирования при разливке стали на машине непрерывного литья заготовок.

Порционный и циркуляционный способы вакуумирования объединяет то, что единовременно подвергается вакуумирования только часть металла, засасываемая из ковша в специальную вакуумную камеру. Различие между способами заключается в способе обмена металла между ковшом и вакууматором. При порционном вакуумировании (процесс DH) вакуумная камера имеет один патрубок и обновление порции вакуумируемого металла происходит за счет перемещения вакуумной камеры «вверх-вниз». Вауумная камера для циркуляционного вауумирования (процесс RH, рис.9.1-2) оснащена двумя патрубками, один из которых предназначен для поступления металла в вакууматор (подающий патрубок), другой – для отвода металла из вакууматора (убирающий патрубок). Для организации циркуляции металла после опускания патрубков в ковш с металла в подающий патрубок осуществляется подача инертного газа. Формирующийся «газовый лифт» способствует поступлению в в акууматор новый порций металла из ковша, а возникающее избыточное ферростатическое давление способствует сходу соответствующего количества металла через убирающий патрубок обратно из вакууматора в ковш.

Рис. 9.1-1. Установка для вакуумной обработки металла в ковше

1 – вакуум-крышка; 2 – теплозащитный экран; 3 – сталеразливочный ковш;

4 – вакуум-камера

Р ис.9.1-2. Схема RH- процесса (циркуляционного вакуумирования)

1 – промышленная телевизионная камера; 2 – подключение вакуума; 3 – камера RH; 4 – подогрев камеры; 5 – патрубок для подвода транспортирующего газа; 6 – погружная трубка на входе; 7 – шлюзовое устройство для ввода в камеру легирующих добавок; 8 – лотковый дозатор в вакуум-плотном кожухе; 9 – погружная трубка на выходе; 10 – сталеразливочный ковш

Методы вакуумной обработки стали непрерывно совершенствуются, предлагаются новые решения, позволяющие получать металл высокого качества с использованием более простых метадов. Примером может служить процесс РМ (рис.9.1-3). Сущность метода заключается в переменном включении и выключении подачи аргона и вакуумного насоса, вследствие чего металл в цилиндре и в ковше интенсивно пульсирует, что обеспечивает высокую степень его рафинирования. Достоинством установки является возможность высокоэффективной работы без глубокого вакуума.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/360630-metodicheskaja-razrabotka-otkrytogo-uroka