Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут»
Фізико-Технічний Інститут
Фізико-Технічний Інститут
С.В. Цапков, 9 клас, Криворізька педагогічна гімназія, Дніпропетровська обл.
Науковий керівник: В.П. Лялюк
Педагогічний керівник: І.Л. Лінчук
Сталеплавильне виробництво при досить «поважному віці» в останнє десятиліття дало десятки нових марок сталі і тим самим вирішило проблеми надійності і технологічності для машинобудування та будівництва, та інших різноманітних галузей промисловості.
При обмеженості світових природних ресурсів стійкий розвиток економіки можливий тільки за рахунок невпинного зниження її ресурсоємності. Щоб підвищувати надійність і довговічність машин і споруд при зниженні їх металоємності і трудомісткості виготовлення, необхідний випереджальний розвиток фундаментальної металургійної науки, а також з'єднання інформаційних технологій в інтегровані системи управління процесами і якістю продукту. Бурхливі дискусії з екологічних проблем показали, що чорна металургія є унікальною галуззю, що забезпечує практично завершений рециклинг своїх основних продуктів і крім того здатної з користю утилізувати відходи інших галузей і виробництв.
Металургійна галузь в цілому і чорна металургія зокрема є стратегічним національним ресурсом. Турбота про конкурентоспроможність її продукції на основі застосування високих технологій, створення сприятливого інноваційного клімату – ці та інші чинники гарантують державі в широких масштабах зайнятість висококваліфікованих фахівців на привабливих видах трудової діяльності та примноження національного багатства в цьому активному секторі економіки.
Серед основних напрямків розвитку галузі провідна роль належить створенню і впровадженню ефективних процесів позадоменного отримання вуглецевого напівпродукту, маловідходних екологічно чистих ресурсозберігаючих технологій виплавки сталі з наднизьким вмістом шкідливих домішок, використанню ливарно-прокатних модулів, будівництву електросталеплавильних комплексів (міні-заводів) нового покоління з широким застосуванням автоматизованих систем і комп'ютерним управлінням усіма виробничими процесами, впровадженню так званих «безлюдних» технологій.
Мета роботи:
1. Вивчення та аналіз ресурсо- та енергоємності сталеплавильних процесів: є однією з найважливіших проблем, що стоять в даний час перед металургійною галуззю – чорною металургією, є зниження питомих витрат вихідних матеріалів і енергії на одиницю виробленої продукції, тобто проблема удосконалення та створення інтенсивного розвитку енерго- і ресурсозберігаючих технологій.
2. Вивчення сучасних проблем виробництва сталі: структуру сталеплавильного виробництва, що склалася в Україні в період глибокого економічного спаду, не можна визнати показовою. За умови загального підйому економіки неминуче зросте попит на металопродукцію на внутрішньому ринку. Очікуване зростання виробництва сталі, мабуть, не може бути забезпечений введенням нових потужностей в конвертерному і електросталеплавильному виробництві, що вимагає великих інвестицій. Отже, обсяг мартенівського виробництва збережеться, а можливо і зросте, принаймні, в осяжному майбутньому, тому проблеми мартенівського виробництва залишаються на сьогодні досить актуальними. Серед них найважливішими є: зниження економічних і ресурсних затрат, поліпшення екологічної ситуації, підвищення якості продукції і як наслідок, економічних показників виробництва.
3. Вивчення та аналіз проблем та задач обстеження технології по розливанню та посаду злитків з рідкою серединою.
Актуальність: Відповідно до проведеної роботи по дослідженню та впровадженню виробництва технології посада і нагріву злитків в нагрівальні колодязі з рідкою серединою може бути отриманий значний економічний ефект за рахунок економії коксодоменного газу.
В роботі відсліджуються резерви по економії металу, покращенні його якості, та зниження витрат енергоносіїв.
Отримані результати: Розливання сталі є заключним етапом в сталеплавильному виробництві. Цей процес надає визначальний вплив на якість готової продукції сталеплавильного виробництва – сталевого злитка і сталевий виливки. В даний час розливання сталі здійснюється у виливниці зверху і сифонним способами, а також на машинах безперервного розливання. Незважаючи на важливі переваги безперервного розливання, розливання металу в виливниці поки зберігає своє значення. Крім цього розливання зверху неминуче, наприклад, при виробництві великих злитків (масою в кілька десятків і сотень тонн).
Важливими характеристиками злитка спокійної сталі є обсяг усадочної раковини і глибина її проникнення в тіло злитку.
Утворення усадочної раковини в зливку спокійної сталі пов'язано з явищем усадки сталі. Усадка сталі – це процес зменшення питомого обсягу сталі, що відбувається при знижені температури і складається з усадки стали в рідкому стані при переході її з рідкого стану в твердий і в твердому стані при охложденні до цехової температури. Коефіцієнт усадки стали в рідкому стані значно вище, ніж в твердому. Тому зменшення внутрішнього об'єму ще рідкого металу всередині несформованого злитка більш значно, ніж зменшення зовнішніх розмірів злитка, що відбуваються під впливом усадки твердого металу, в результаті цього після затвердіння металу виходить різниця між обсягом злитка, що визначаються його зовнішніми розмірами, і обсягом твердого металу в зливку. Величина цієї різниці визначає обсяг усадочної раковини.
Таким чином, обсяг усадочної раковини у злитку дорівнює об'єму усадки рідкого металу всередині затверділого злитку, об'ємної усадки при затвердінні (перехід стали з рідкого стану в твердий), об'ємної усадки твердого металу всередині злитку за вирахуванням об'ємної усадки всього злитка до кінця затвердіння.
Утворення усадочної раковини відбувається при затвердінні сталі в так званому тепловому центрі злитка – зоні найбільш високих температур.
Для моделювання процесу розливання сталі використовується парафін. Парафін, хоч і аморфне речовина, має майже однакові зі сталлю відносну зміну обсягу при затвердінні. Ця обставина дозволяє вивчити вплив ряду факторів розливання на величину усадочної раковини.
Для з'ясування зміни температури нагріву парафіну проводиться розливка його зверху в виливницю з вертикальними стінками.
Після розливання парафін в виливницях охолоджується до повного затвердіння, а потім злитки витягуються з виливниць. При витяганні злитків необхідно виключити порушення їх форми і руйнування. На кожен витягнутий злиток з двох протилежних сторін накосити номер виливниці і, таким чином, проводиться маркування злитків. Витягнуті злитки зважуються, а потім проводиться вимірювання їх розмірів висоти злитка, висоти прибуткової частини зливка, нижнього та верхнього діаметра злитка, нижнього і верхнього діаметра прибуткової частини злитка. Обсяг усадочної раковини вимірюється шляхом заливки води в раковину з мензурки. При цьому а необхідних випадках виробляються створення двох отворів у плівці, що закриває раковину; одне з цих отворів використовується для наповнення раковини водою, а інше – для видалення повітря з раковини. Потім проводиться розрізання злитків вздовж на дві половини. Завершуються досліди замальовкою розрізу усадочної раковини в масштабі 1:1, а також виміром глибини залягання усадочної раковини.
Проведені лабораторні дослідження дають можливості для їх перенесення в реальні промислові умови і т.д.
Перелік використаних джерел