Болатты қыздыру технологияларының негіздері
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада металлургиялық өнеркәсіпте орналасқан
қыздыру
құдығы қарастырылды. Қыздыру құдығындағы орналасқан
керамикалық рекуператорлардың жұмыс істеу принципі, артықшылықтары
және кемшіліктері қарастырылды. Қыздыру құдығындағы керамикалық
рекуператорлардың өлшемдеріне сәйкес, болатты радиациялық
рекуператорларымен алмастырылды. Рекуператорлардың жылутехникалық
есептеулері жүргізілді. Қыздыру құдығында орнатылған радиациялық
рекуператорлардың сұлбасы көрсетілді.
Жобаның экономикалық
көрсеткіштері мен оны жүзеге асыру үшін жұмсалатын шығындар
қарастырылды. Қыздыру құдығының түтін мұржасынан шығатын зиянды
заттектердің мөлшері есептелді.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрен нагревательный колодец на
металлургическом производстве. Рассмотрены принцип работы, недостатки и
преимущества керамических рекуператоров установленных в нагревательном
колодце. Керамический рекуператоры были заменены на стальные
радиационные, в соответствие с размерами. Произведены теплотехнические
расчеты рекуператоров. Предоставлена технологическая схема радиационного
рекуператора установленного в нагревательном колодце. Рассмотрены
экономические показатели проекта и требуемые расходы на его
осуществления. Рассчитаны выбросы твердых частиц выходящих из дымовой
трубы нагревательного колодца в окружающую среду.
Annotation
In this degree project the heating well on metallurgical production is
considered. Shortcomings and advantages of ceramic recuperators established in a
heating well are considered. In a heating well established ceramic recuperators,
were replaced on steel radiation, in compliance with sizes. Heattechnical
calculations of recuperators are made. The technological scheme of a radiation
recuperator established in a heating well is provided. Economic indicators of the
project and demanded expenses on its implementation are considered. Emissions of
firm particles leaving a chimney of a heating well in environment are calculated.
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 тарау. Болатты қыздыру технологиялары және қыздыру құдығының жұмыс
істеу принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Болатты қыздыру технологияларының негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ...
Болаттың тотығуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Болатты көмірсіздендіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Болатты аса қыздыру және аса күйдіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 тарау. Шамотты құбырлық керамикалық рекуператорлар ... ... ... ... ... . ...
2.1
2.2
Керамикалық рекуператолар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Құбырлы шамоттық элементтерден тұратын рекуператорларды
пайдалану ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.3.
2.4.
Отынның жануы есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Шамоттық құбырлы рекуператорларды есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 тарау. Қуысты радиациялық рекуператорлар есептелуі ... ... ... ... ... ... .
3.1
Қуысты радиациялық рекуператор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.1.1 Рекуператор өлшемдерін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.1.2 Ауалық жақтың жылуберу еселеуішін анықтаймыз ... ... ... ... ... ... . ... ...
3.1.3 Түтін жағындағы жылуберу еселеуішін анықтаймыз ... ... ... ... ... ... . ... .
4 тарау. Конвективті құбырлы рекуператорлар есептелуі ... ... ... ... ... ... .. ... ...
4.1
Конвективті құбырлы рекуператорлар ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
5 тарау. Экономикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.1
5.2
Өнім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Қаржылық жоспар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5.2.1 Керамикалық рекуператорды орнатуға кеткен капиталдық
шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2.2 Керамикалық рекуператорларды эксплуатациялауға кеткен
шығындары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5.2.3
Радиациялық және құбырлық рекуператорларды ендірудің
экономикалық тиімділігін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2.4 Радиациялық пен құбырлық рекуператорларды эксплуатациялауға
кеткен шығындары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
6 тарау. Өмір тірішілік қауіпсіздігі бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
6.1
Атмосфера ластануының деңгейi бойынша кәсiпорын ауданының
орналасу сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.1 Атмосфераға шағарылатын ластағыш заттар көздерінің сипаттамасы
6.1.2 Жерге жақын ластағыш заттектердің концентрциясын анықтау және
сараптау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.3 Азот диоксидінің концентрациясын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
6.1.4 Азот оксидінің концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.5 Көміртек оксидінің концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қатты бөлшектер концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.7 Жерге жақын әрбір зияды заттектердің максимал шоғырлану мәндерін
См (мгм) шекті-рауалы концентрацияларымен салыстыру (ШРКм.р) ... ... ... .
6.2
Өртке қарсы қолданылатын шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.2.1 Өндірістегі өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.2.2 Өндіріс қондырғыларын орнату ережелері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ..
6.2.3 Өндірістік процестердің қауіпсіздігін бақылау
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Кіріспe
Металлургия өнеркәсіптерінде орналасқан көптеген пештердің ішіндегі,
қарастыратынымыз қыздыру пештері. Ол пештер алаулы және электрлік
болып бөлінеді. Біздің қарастыратын пешіміз алаулық пештерге жататын,
қыздыру құдығы. Қыздыру құдығы, металлургия өнеркәсібіндегі маңызды
пештердің бірі болып табылады. Негізгі қызметі, металлды прокаттаудың
алдында оны жоғары температуралық қыздыру. Металлды қыздыру
процесінің өзі бірнеше кезеңдерге бөлінеді және қыздыру кезінде пайда
болатын ақаулары да болады. Олардың сипаттамалары негізгі бөлімде
көрсетілген.
Қыздыру құдықтары ауа мен газды қыздырудың тәсіліне байланысты
регенераторлық және рекуператорлық болып бөлінеді.Рекуператорлық
құдықтар өз кезегінде ортасында және жоғарғыда орналасқан оттықтармен
жылытылатын құдықтар деп бөлінеді. Отынды пайдалану сипаттамалары
бойынша барлық құдықтар бір
-
біріне жақын болғандықтан,
артықшылықтарын капиталдық шығындары, қолданушылық тиімділігі мен
цехтағы жинақты орналасуы арқылы салыстыруға болады. Біз табанның
ортасынан жылытылатын рекуператорлық қыздыру құдықтарын
қарастырамыз.
Қыздыру құдығындағы орналасқан керамикалық рекуператорлар ауаны
қажетті жоғары температураға дейін қыздырады, отынның жану
қарқындылығын арттырады, құрылысы қарапайым болады. пештегі отынның
шығынын азайтады. Сонымен қатар керамикалық рекуператорлардың
кемшіліктері де болады. Өлшемдері өте үлкен және жөндеуге қолайсыз
болады. Құбырлары керамикалық элементтерден жасалғандықтан, оның
газдық тығыздығы нашар болады. Яғни, ауаның түтін газдарына өтіп кетуі
жүзеге асады. Ол өз кезегінде түтін газдарының температурасын төмендетеді
де, ауаны қыздыру ойдағыдай жүзеге аспайды. Керамикалық
рекуператорладың жылуөткізгіштік коэффициенті төмен болады. Осыған
байланысты ауаны қыздыру қарқындылығы төмендейді. Керамикалық
рекуператордың осы және тағы басқа кемшіліктерін жоюдың бірден - бір
амалы, оны металлдық рекуператорлармен алмастыру.
Дипломдық жобаның негізгі мақсаты болып, керамикалық
рекуператорларды болатты радиациялық рекуператорлармен алмастыру.
Рекуператорлардың жылутехникалық есептеулерін жүргізіп, олардың жұмыс
істеу тиімділігін анықтау.
1 тарау. Болатты қыздыру технологиялары және қыздыру құдығының
жұмыс істеу принципі
1.1 Болатты қыздыру технологияларының негіздері
Болатты қыздыру технологиясы туралы түсінік, өткен ғасырдың 50-60-
ы жылдарында Н.Ю. Тайцтың еңбектерінің арқасында пайда болды. Айтылған
түсініктін жалпы мағынасы (технология сөзі грек тілінің techne- өнер, ұсталық,
шеберлік және logos - ілім деген сөздерінен шыққан) болатты қыздыру
шеберлігі. Н.Ю. Тайц өткен заманның техникасы мен ғылымының деңгейіне
сәйкес болатты қыздыру технологияларының басты элементтерін нақты әрі
ұқыпты тұжырымдады. Оларды үш топқа бөліп қарастыруға болады:
- қыздырылатын
болаттың қасиеттері (жылуфизикалық,
термомеханикалық, пластикалық және т.б.);
- қыздырғыш аспаптың құрылымдық ерекшелітері, қыздырылатын
болаттың геометриялық сипаттамалары (пішіні);
- қыздыру
режимінің параметрлері (температураның көтерілу
жылдамдығы, қыздырудыңаяғындағы температура және т.б.);
Қыздыру технологияларын әзірлеген кезде көптеген факторладың
жиынтығы мен олардың арасындағы қатынасты ескеру керек.
Г.Г. Немзер болат құймалардың қыздыру технологиясының басты
міндеті ретінде металлды аса қыздырусыз және оның бірыңғайлығын бұзбай,
болаттың кажетті пластикалық қасиеттеріне сәйкес келетін жылулық күйін
қамтамасыз ету деп санайды. Осымен қатар отынның шығынын, тотығудан
пайда болатын болат ысырабын және пайдаланушылық шығындардың
төмендетуін қамтамасыз ету.
Болатты қыздыру теориясы мен технологиясының, есептеу техникасы
мен математикалық жобалаудың, автоматтау мен қыздыру пештерінің
басқару жүйелерінің айтарлықтай прогрессі, прокаттық өндірісте жылулық
процесстердің тереңірек зерттелуіне алып келді, бірақ оданда маңыздысы,
оларды біртұтас жиынтық ретінде қарастыруға мүмкіндік берді. Мысалы,
металлды құю - суыту - қыздыру - прокаттау - суыту. Осындай біртұтас
жиынтық, жылутехнологиясы мен жылулық өңдеу (құймаларды және үзілмей
құйылған дайындамаларды құйылғаннан кейінгі суыту, қысымды өңдеудің
алдында оларды қыздыру, пластикалық диформациядан кейінгі суыту)
түсініктерін кеңінен қолданатын Г.Г. Немзер, В.Г. Лисиенко, Ю.А. Самойлович,
В.И. Тимпошольский ғалымдарының жұмыстарында қолданысқа ие. [1]
Қыздыру технологиясының ең пайдалы әсерін тек болат маркасының
көптеген қасиеттерін түпкілікті ескере отырып қана жүзеге асыруға болады.
Мұндай болат қыздыру технологияларын процесстікк - құрылымдық -
қасиеттік бағытталуы (ПҚҚБ) ретінде сипаттауға болады. Осындай
технологиялардың басты мақсаты - қыздырылатын болатта өтетін физикалық
және физика-химиялық процесстердің ерекшеліктерін ең жоғарғы есепке алу,
нақты болат маркасының жылуфизикалық және термомеханикалық
қасиеттерінің ерекшелігін, құрылымдық күйінің эволюциясын, металл
өнімдерінің жоғары сапасын қамтамасыз ету, энергетикалық және қор
сақтағыш қыздыру режимдерін дамыту, кейбір жағдайларда - қыздырғыш
құрылығысының құрылымын жетілдіруге мүмкіндік беру. ПҚҚБ технологиясы
пеш құрылысының, жылумаңызалмасуының, физикалық химияның,
металлтану мен металл физикасының, металлды қысыммен өңдеудің
теориясы мен тәжірибесінің синтезі ретінде танылады.
Болатты қысыммен өңдеу үшін температурасы 0-20°С-тан 1100-
1300 °С-қа дейін қыздырған кездегі белгілі физикалық және физика-
химиялық процесстер бүкіл температуралық интервалда өтеді деп айтуға
болады. Мысалы ретінде, ең көп тараған болаттың тобы - перлит
классындағы болаттар. Болатты қысыммен өңдеуге қажетті қыздыруды,
шартты үш кезеңін немесе сатысын ерекше атап өтсек болады (1.1 сурет).
Бастапқы кезең - металл температураларының облысы бастапқы
=0
°С-тан 730 °С-қа дейін. Бұл облыс, болаттың суық және жылы енгізулері
кезінде ғана қолданысқа ие болады. Берілген облыстағы болаттың құрылымы
перлит ретінде ұсынылды. Бұл температуралар облысындағы нөлден 400-600
°С-қа дейінгі интервалда, Т уақыт аралығындағы жылдамдатылған қыздыру
кезінде, болаттың кейбір маркаларында жарықшақ пайда болуының және
дайындаулардың қисаюының қауіпі бар.
1 мен 2
-
дайындаулардың бетіндегі және ортасындағы
температуралар; 3 - беттік-орталық температуралар құламасы;
1.1
сурет
-
Қысыммен өңдеуге арналған болатты қыздыру
температурасының графигі
Аралық кезең - фазалық айналулар өтетін металл температураларының
облысы 730-900 °С. Бұл кезеңнің өзіндік белгісі ретінде,
уақыт
интервалындағы фазалық айналулар (аустенитизация) облысында, металл
температурасының өсу жылдамдығының 10 - 20 %-тік баяулау мүмкіндігі
болып табылады. азалық айналулардың бастамасы - болаттың беттік
қабаттарындағы температураның сындық
аяқталуы - орталық қабаттарының
нүктесіне дейін жетуі, ал
нүктесіне дейінгі қызуы болып
табылады. Қыздыру жылдамдығының баяулауы, ал кейбір жағдайларда
декалесценция құбылысының пайда болуы - металл температурасының
төмендеуі, айналулар нәтижесінің эндотермиялық әсерге алып келетін
фазалық айналулардың байланысымен болады. Қыздырылатын металлдың
қалыңдығына байланысты эндотермиялық айналулардың біркелкі емес өтуі,
елеулі бірқалыпсыз температуралық өрістің пайда болуына алып келеді.
Шекті кезең - металл температураларының облысы 900 °С-тан 1100 -
1300 °С-қа дейін. Бұл облыста в уақыт интервалында температурасы 900 -
950 °С-тан жоғары болатын болаттың көмірсіздендіру және диффузиялық
тотығу процесстерінің қарқындауы, дәндерінің өсуі, қажетті иілімділікті және
пластикалық деформациясының кедергісін қамтамасыз ететін металлдың
шекті жылулық күйінің қалыптасуы, болатты аса қыздыру мен аса күйдіру
қауіпі пайда болады. ПҚҚБ технологиясын жеке бағыт ретінде
қалыптастырудың қазіргі заманғы алғышарттары келесідей:
- қара металлдарың балқымалары мен болаттың маркалық іріктеуінің
елеулі артуы;
- микролегирлеу мен түрлендірудің арқасында болат қасиеттерінің
қолданысқа қажетті бағыттардың қалыптасуының елеулі кеңеюі, мысалы
болаттың карбидтық және нитридтік қалыптастырушы элементтері бар болат
түрлерінің көбеюі (V, Ti, Nb және т.б); болатты ванадиймен 0,03 - 0,15 % -ке
дейін микролегирлеу карбонитридтік қатаю әсеріне алып келеді, оның ішіне
дисперстік қатаю, дәндердің ұнтақталуы және жетілдірілген құрылымның
қалыптасуы кіреді; көміртекті
болаттың орнына ванадиймен
микролегирленген болаттардың қолданылуы, кейбір жағдайларда металл
өнімдерінің массасын және құрылысын 30 - 50 %-ға дейін төмендету
мүмкіндігін береді;
- металлургиялық кәсіпорындардың белгіленген үрдіске сәйкес
мамандандырылуы, демек болат өндірісінің кең түрінен тар түріне өтуі,
мысалы рельстік, парақтық болат маркаларының өндірісіне өтуі, ол өз бетінде
болаттың өзіндік қасиеттерін қыздыру пешінің жобалау сатысында-ақ есепке
алуға мүмкіндік береді;
- математикалық модельдеудің дамуы, ЭЕМ-ның көмегімен болаттағы
әр түрлі температуралық интервалдарда өтетін процесстерді ескеріп, жылдам
әрі жеткілікті дәлдік дәрежесімен көп факторлы және көп нұсқалы
температуралық және жылулық режимдерін есептеуге болады;
- автоматты басқару жүйелерін қолдана отырып қыздыру пешін оданда
икемді басқаруға мүмкіндік береді, оның салдарынан қажетті температуралық
және жылулық режимдерді қалыптастыруға болады;
- прокаттық облыстағы қондырғылардың дамуы (прокаттық
қондырғылардың қуаттарының өсуі, дестелер тұрақтылығының артуы және
т.б.).
Болатты қыздырудың ПҚҚБ технологиясын қолданудағы жетістік
дефектологиямен тығыз байланысыты, дәлірек айтатын болсақ - қыздыру
технологиясының болат сапасына әсерімен, дефекттер пайда болуының
алғышарттарын анықтаумен, олардың металлургиялық өндірістің циклындағы
трансформация мен түрленуінің ерекшелігімен байланысты болады.
1.2 Болаттың тотығуы
Жалпы жағдайда болаттың тотығуын (отқабыршықтың пайда болуы)
газдардың (ауаның, отынның жану өнімдерінің) темірмен өзара
әрекеттесуінің
салдарынан металлдың бетінде оксид (отқабыршық)
қабатының пайда болуын айтады.
Отқабыршық - болаттың атмосферамен өзара әрекеттесу салдарынан
пайда болатын өнім. Отқабыршықты пештік (бастапқы), яғни пештік агрегатта
(қыздыру пеші) пайда болған, ауалық және прокаттық (екіншілік), яғни
металлды пештен тұрағына дейін тасымалдаған кездегі, болатты десте
прокаттау кездегі және одан кейін суытқан кездегі, осындай түрлерлерге
бөлуге болады.
Прокаттау үшін қыздырылған болаттың тотығу процесстерін
қарастырған кезде жиі қалдық деген түсінікті пайдал анады. Қалдық -
металлды қыздырғаннан кейінгі массасының жоғалуы, демек жалпы
қалдықды темірдің, қоспанды элементтер мен көміртектің тотығуы
салдарынан металл массаның жоғалуы ретінде қарастыруға болады. Металл
бетінің 1
-дағы қалдықтың мөлшері килограммен, металлдың бастапқы
массасынан %, отқабыршыққа ауысқан болат қабатының қалыңдығы мм
өлшенеді.
Оттық пештерде, болатты қысыммен өңдеудің алдындағы қыздырудың
негізгі тотықтырғыш ретінде қолданылатын газдар: көмірқышқыл газы
,
оттегі
, су буы
, күкірт диоксиді
. Темірдің тотығу реакциялары
- экзотермиялық, оларды келесі түрде ұсынуға болады:
+ 0,5О =
+ 0,5О =
О + 0,5О =2
,
О
О
(1.1)
(1.2)
(1.3)
+ О =
+
(1.4)
+
=
+
(1.5)
+ О =
О
(1.6)
+
=
О
(1.7)
Прокаттау температурасына дейін қыздырылатын болаттың бетінде
көбінесе отқабыршық қабаты темір оксидтерінен қалыптасады: вюститтен
(FeO), магнетиттен
О
және гематиттен (
О ), олардың қабат
қалыңдықтарының өзара қатынасы шамамен 100:(5 - 10): 1 құрайды. Осыған
байланысты оттегінің қосылуымен (отқабыршықтағы темірдің мөлшері 0,715 -
0,765 құрайды) болаттың жалпы массасы артады, отқабыршықтың көлемі
тотыққан металлдың көлемінен шамамен 1,7-2 есе үлкен болғандықтан,
көлденең өлшемдері де артады. Қалыңдығы 1 мм темір қабатының тотығу
процесінде 2,8 мм дейін отқабыршық қабаты пайда болады.
Жоғары температуралы тотығу - қатты фазаның, отқабыршықты
құрайтын кристаллдық торлары арқылы оттегі және металл атомдарының
қарсы реакциялық диффузия процесі. Оны келесі бірнеше кезең бөлуге
болады:
- металлдың бетіндегі оттегі диффузиясы;
- оттегінің беттік адсорбциялануы;
- оксид қабаттары арқылы оттегіне бағытталған әрекет етуші заттардың
диффузиясы;
- қатты фазалардағы тор құрылымының және құрамының өзгеруі
нәтижесі ретінде кристаллды - химиялық айналулар.
Осы жағдайда оттегі атомдарының металлдың ішіне бағытталған
диффузиялық процессі емес, темір атомдарының сыртқы диффузиялық
процессі шешу рөлді атқарады.
Отқабыршықтың пайда болу қарқындылығына температура, қыздыру
уақыты және пеш атмосферасының құрамы аса қатты ықпал етеді.
Болаттың тотығуына аса қатты ықпал ететін факторлардың біріне -
температура жатады. Тотығу қарқындылығымен температураның арасында
экспоненциалдық тәуелділік орын алады. Тотығудың елеулі қарқындылығы
850 - 900 °С температуралар облысында байқалады, ол өз кезегінде вюститтің
елеулі мөлшерінің пайда болуымен тікелей байланысты. Егер 900 °С пайда
болатын отқабыршықтың мөлшерін бірге тең деп алсақ, онда 1000 °С ол екі
есе, ал 1300 °С жеті есе артады. У қалдықдың температураға (
- тотығудың
қарқындалу температурасының басталуы) тәуелділігінің жалпы көрінісі 1.2
суретте көрсетілген.
1.2 сурет - Қалдықтың температураға тәуелділігі
Қыздыру уақыты да болат қалдығының шамасына үлкен әсерін тигізеді.
Егер қыздыру процессінде отқабыршық қабатының бұзылуы орын алмаса,
онда отқабыршыққа айналған металл массасының қыздыру уақытына
тәуелділігі квадраттық түбір заңына бағынады (1.3 сурет). Нақты жағдайда
болатқа пештің механикалық әсерінен немесе отқабыршық пен металлдың
меншікті көлемдерінің айырмашылығынан пайда болған өзіндік кернеудің
салдарынан отқабыршық қабатының бұзылу мүмкіндігі пайда болады, ол өз
кезегінде қалдықтың уақытқа тәуелділігінде квадраттық түбір заңынан
шегінуге алып келеді. 1.3 суретте (2 қисық)
және
уақыт мезетінде
отқабыршықтың кезеңдік жойылуы мен бұзылуы кезіндегі қалдықтың
уақытқа тәуелділігі көрсетілген. Отқабыршық қабаты бұзылғаннан кейін
қалдықтың қарқындалуы
заңды деп танылады. Металл ысырабы
көзқарасынан апатты тотығу өте қауіпті болып табылады. Қыздыру процессі
кезінде, отқабыршық металл бетінен жойылған кезде апатты тотығу жүзеге
асады. Мысалы, балқып кету салдарынан, металл беті әрдайым жалаңаш
болады, ал тотығудың уақытқа тәуелділігі сызықтық заңға бағынады десек
болады және отқабыршықтың пайда болу әсерінің баяулауы болмайды. [2]
1 - апатты тотығу; 2 - отқабыршықтың кезеңдік жойылуы кезінде;
3 - квадраттық түбір заңына бағынатын тотығу.
1.3 сурет - Қалдықтың уақытқа тәуелділігі
Отқабыршықтың пайда болу қарқындылығына отынның жану
өнімдерінде болатын ванадий мен күкіртің араласуы айтарлықтай әсерін
тигізеді. Газ атмосферасында
және
болуы, оңай балқымалы күкірті
металл қоспаларының пайда болуына және қалдықдың қарқындалуына алып
келеді. Мысалы, 1100 - 1300 °С-тағы пеш атмосферасында, мөлшері 0,2 %-
дағы күкіртті қосылыстардың болуы, тотығу процессі атмосферада күкіртті
қоспалары жоқ тотығу процессімен салыстырғанда 1,8 - 2,2 есе артады.
Отқабыршықтың пайда болуы, пайдалы металл массаның қайтымсыз
ысырабына алып келеді. Металлдың жалпы ысырабынан басқа, МЕСТ пен
техникалық шарттарда ескерілмейтін өндірістің қорсыйымдылығының
артуына алып келетді. Отқабыршықтың пайда болуы прокат бетінің сапасын
төмендетеді және келесі ақау түрлерінің себепшісі ретінде болады:
- майысқан отқабыршық;
- шұбарланған;
- қуыстық;
Прокаттың беттік ақауларын тазалау өте бейнетті жұмыс болып
табылады, себебі прокаттық цехтің 35% жұмысшыларын жұмсауға тура келеді.
МЕСТ 21014 - 88-ге сәйкес майысқан отқабыршық - қалған
отқабыршық дақтарының деформация салдарынан металл бетіне батырылу
арқылы пайда болған беттік ақау; шұбарланған - майысқан отқабыршықты
жойған кезде металл бетінде майда шұңқырлар келбетінде тор немесе
сызықтар пайда болатын ақау; қуыс - майысқан отқабыршықтың кетіріп
және түсіріп тастаған кезде металл бетінде жеке шұңқырлар келбетінде
жарым-жартылай прокаттау бағытында созылып пайда болатын ақау
(шұбарланған отқабыршықтан айырмашылығы үлкен өлшемдері мен аз
мөлшері).
Отқабыршық қыздыру пештеріне қызмет көрсетуді қиындатады, яғни
оттықтың астын кезең сайын тазалауын қажет етеді; отқа төзімді заттармен
әрекеттескен кезде олардың бұзылуына алып келеді. Егер, металлды
қыздыру температурасы 1300 °С-тан аспайтын болса, онда отқабыршық қатты
күйінде болады және оның отқа төзімді заттармен әрекеттесу қарқындылығы
жоғары болмайды. Ал керісінше, металлды қыздыру температурасы 1300 °С-
тан асып кетсе, онда отқабыршық сұйық күйінде болады да, оның отқа төзімді
заттармен әрекеттесу қарқындылығы әлдеқайда артады да, жоғарыда
айтылып кеткендей көптеген қиындықтарды туғызады.
1.3 Болатты көмірсіздендіру
Көмірсіздендіру - болаттың құрамындағы көміртектің өзара әрекеттесу
процессі, металл өнімдерінің немесе құйма дайныдамаларының беттік
қабаттарындағы көміртек мөлшерінің төмендеуміен жүретің поцесс. Негізгі
көмірсіздендіру газдары: көмірқышқыл газы, оттегі, су буы, сутегі. Құрамында
темір карбиді бар болатты көмірсіздендіру, келесі негізгі реакциялардың
көмегімен жүзеге асады:
(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)
Көмірсіздендіру - қарсы екі жақты диффузия процессі. Көмірсіздендіру
газдары металлдың бетіне қарай диффузияланады, ал олардың алдына газ
күйіндегі реакция өнімдері қозғалады. Осыдан басқа, көміртек
концентрациялардың айырмасына байланысты ішкі қабаттардан
көмірсіздендірілген сыртқы қабаттарға қарай жылжуы болады.
Жалпы жағдайда жоғары температуралы қыздырудан кейін жоғары
көміртекті болаттың металлдың көлденең қимасындағы газдық
атмосферамен әрекеттесуінде ерекше қабаттарды атап өтуге болады, олар өз
кезегінде 1.4 суретте көрсетілген. Металлдың тотығуы кезінде, оның беті
отқабыршық қабатымен жамылады және ол отқабыршыққа айналған металл
қабатынан қалыңырақ болады. Отқабыршықтан кейін, ішкі қабаттың
тотығуы немесе ауыпалы аймақ басталады, ол металлдың ішіне еніп кетекен
(ереже бойынша, еніп кету, дәндердің шекарасынан басталады) металл мен
оксидтердің қоспасы ретінде танылады. Осыдан кейін, құрылымы таза
феритті болып табылатын толық көмірсіздендірілген аймақтарды және
құрылымы, металлдың негізгі құрылымынан өзгеше болаттын жарым -
жартылай көмірсіздендіруді ерекше атап өтуге болады. Жоғары көміртекті
болатта, жарым - жартылай көмірсіздендіру, металл дәндерінің шекарасы
бойындағы тұтас немесе үзілген феритті тор түрінде көрінуі мүмкін. Жалпы
көмірсіздендірілген қабаттың (көрінетін көмірсіздендірудегі) тереңдігі,
металл бетінен оның негізгі (өзгермейтін) құрылымына дейінгі қашықтықпен
анықталады да, толық және жарым - жартылай көмірсіздендірілген аймақтар
тереңдіктерінің қосындысына тең болады. Аналитикалық есептеулер мен
компьютерлік моделдеу кезінде жиі қолданылатын ұғым ретінде қабаттың
жиынды көмірсіздендіруін айтуға болады, ол өз кезегінде отқабыршыққа
айналған металл қабатының шамасына қатысты көрінетін отқабыршықтан
үлкен болады, себебі тотыққан металл да көмірсіздендірілген. Қыздыру
режимдеріне, атмосфераның құрамына және одан да басқа факторлаға
байланысты кейбір аймақтар жоқ болуы мүмкін.
1 - тотығуға дейінгі металлдың беті; 2 - отқабыршыққа айналған металл
қабаты; 3 - отқабыршық; 4 - ішкі тотығу аймағы; 5 - толық көмірсіздендіру
аймағы; 6 - жарым-жарылай көмірсіздендіру аймағы (дәндер шекарасының
бойындағы тұтас феритті тор); 7 - жарым-жарылай көмірсіздендіру аймағы (
дәндер шекарасының бойындағы үзілген феритті тор); 8 - өзгермейтін металл;
1.4 сурет - Атмосферамен жоғары температуралық әрекеттесуден
кейін болаттың беттік қабаттарының сұлбасы
Жоғары температуралық аймақта (800 - 900 °С астам) тотығу және
көмірсіздендіру процесстері өзара байланысты және параллель өтеді.
Көрінетін көмірсізденген қабаттың тереңдігі болаттың тотығу процесстерінің
кинетикасына, көміртектің бетке қатысты диффузиясы мен оның тотығуына
тәуелді болады. Осыған сәйкес, егер болаттың тотығу жылдамдығы
көмірсіздену жылдамдығынан жоғары болса, онда қыздырудан кейін
отқабыршықтың астында көмірсізденген қабат болмайды, егер көмірсіздену
жылдамдығы тотығу жылдамдығынан жоғары болса, онда қыздыру
процессінде отқабыршықтың астында көмірсізденген қабаттың қалыптасуы
жүзеге асады. Тотығу және көмірсіздену процесстерінің қарқындылығын
қасақана басқару немесе отқабыршықтың пайда болу температурасы,
көмірсіздену температурасынан жоғары болатын температуралық
интервалдарды қолдану, кейбір жағдайларда қалдықтың салдарынан металл
ысырабының ұлғаюына қарамастан, дайын металл өнімдеріндегі көрінетін
көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігін азайтатын тиімді шара болып
табылады.
Тотығу және көмірсіздену процестерінің динамикасына температура
және қыздыру уақыты, демек температуралық және уақыттық факторлар
негізгі әсерін тигізеді. Тотығу мен көмірсіздену процетерінің қыздыру пешінде
өзара байланысты өтуінің әр түрлі нұсқаулары бар, бастапқы металлдың
тотықпаған және көмірсізденбеген кездегі тотығу мен көмірсіздену Қ
қарқындылығының τ қыздыру уақытына тәуелділігі, түзу сызықты көріністен
өзгеше болатыны 1.5 суретте көрсетілген.
1.5, а суреті: бірінші кезең - тотығу қарқындылығы көмірсіздену
қарқындылығынан жоғары, екінші кезең - көмірсіздену қарқындылығы
тотығу қарқындылығынан жоғары, үшінші кезең - тотығу қарқындылығы
көмірсіздену қарқындылығынан жоғарылы болып келеді. Осыған сәйкес,
бірінше кезеңде көмірсіздендірілген қабат тереңдігінің үлкеюі жүзеге
аспайды, екінші кезеңде - көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігі артады,
үшіншіде - азаяды.
1.5, б суреті: бірінші кезең - көмірсіздену қарқындылығы тотығу
қарқындылығынан жоғары, екінші кезең
-
тотығу қарқындылығы
көмірсіздену қарқындылығынан жоғары, үшінші кезең - көмірсіздену
қарқындылығы тотығу қарқындылығынан жоғары болып келеді. Осыған
сәйкес, бірінше кезеңде көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігінің артуы,
екінші кезеңде - оның толық жойылуына дейін азаюы, үшіншіде - қайтадан
артуы байқалады.
1.5 сурет - Болаттың тотығу (Т) және көмірсіздену (К) процестерінің
өзара байланысты өтуінің әр түрлі сұлбалары
1.4 Болатты аса қыздыру және аса күйдіру
Металлды
аса қыздыру
дәндердің қарқынды өсуімен, елеулі
көмірсіздендірумен және отқабыршықтың пайда болуымен сипатталады,
тағыда болаттың бетінде бос отқабыршықтың пайда болуымен қоса жүруі
мүмкін.
Аса қыздыруды түзетуге болатын ақаудың түріне жатқызады. Аса
қыздырудың салдарынан пайда болған ірі дәнді құрылым, төменгі
механикалық қасиеттермен сипатталады. Болаттың қатты аса қыздырылуы
дәндердің шекараларында цементитті тордың пайда болуына алып келеді.
Металлдың аса қыздыру дәрежесіне байланысты пайда болатын
сынықтардың түрлері: нафталиндік және тас түріндегі. Нафталиндік
сынық, ірі дәндердің бойымен өтетін біркелкі бұзылу беті болып табылады
және жарықтың түсу бұрышының өзгеруіне байланысты, нафталин
кристалдарының жылтырауына ұқсайтын ерекше таңдамалы жылтырауға ие
болады. Тас түріндегі сынық, жоғары температураларда және аустенитте
шектеулі еритін майда бөлшектерден қалыптасқан дөрекі дәндердің
шекарасымен өтетін біркелкі бұзылу бетінің пайда болуын айтады. Дәндердің
шекараларында артылған, шектеулі еритін γ - фазасындағы нитридтер,
карбидтер, карбониттер, сульфидтер, фосфидтер ерекшеленеді.
Тас күйіндегі сынықтың пайда болу механизмі келесідей. Аса қыздыру
температурасына дейін қыздыруда аустенит дәнінің елеулі өсуі байқалады.
Оның ішінде карбидтер, нитридтер және сульфидтер ериді. Жоғарғы беттік
белсенділіктеріне байланысты күкірт пен азот ірі аустенит дәндерінің
шекарасында адсорцияланады және артылған фазаларды қалыптастырады.
Металлды аса күйдіру аса қыздыруға қарағанда жоғарырақ қыздыру
температураларында пайда болады және түзетуге болмайтын ақаулардың
қатарына жатады. Аса күйдіру құбылысы солидус температураларына жақын
аймақта өтеді, ол өз кезегінде болаттың жоғары температуралы
сыңғыштығын, яғни беріктік және пластикалық қасиеттерінің кенет
төмендеуін тудыртады, ол прокаттауда дөрекі шұбарланудың пайда болуына
алып келеді. Тұтқырлы - әлсіз өтудің температуралық интервалы бар болғаны
10 °С құрайды. Деформация мен механикалық әсердің салдарынан, аустенит
дәндерінің шекараларымен бұзылулар пайда болады.
Әр түрлі элементтері (массалық үлестері, 0,01 - 1,90 С, 0,001 - 0,042 S,
0,001 - 0,040 Р, 0,34 - 1,93 Мn, 0,01 - 1,00 Si, % ) бар болаттың тұтқырлы-әлсіз
өтуінің температурасын болжау үшін келесі теңдеуді қолдану керек
(1.12)
Тұтқырлы - әлсіз өту температурасына ең көп күкірт, фосфор және
көміртегінің әсер ететінін 1.12 теңдеуден байқауға болады, демек болаттың
жоғары температуралы әлсізденудің ең жоғарғы ықтималдығы
-
ликвациондық аймақта болады.
Аса қыздыру мен аса күйдірудің пайда болу ықтималдығының алғы
шарттары ретінде болаттың пісуі, отқабыршықтың балқуы болып табылады.
Өйткені отқабыршықтың балқу температурасы шамамен тұтқырлы - әлсіз
өтудің температурасы тең болады. Бірақ отқабыршықтың балқуы аса қыздыру
мен аса күйдірудің адекватты растауы болып табылмайды, өйткені қыздыру
кезінде отқабыршық температурасы металл температурасынан үлкен болады,
дәндер шекараларының тотығу процестері диффузиялық сипатта болады
және олардың дамуына белгілі бік уақыт интервалы қажет болады. Осымен,
болатты отқабыршықтың балқуына дейін күшейтілген қыздыру, ереже
бойынша, болаттың қасиеттері мен құрылымының нашарлануына алып
келмейді. Сонымен бірге, тұтқырлы - әлсіз өтудің температурасында
металлдың пластикалық деформациясымен бірге шұбарланудың да пайда
болуына алып келеді, ол дәндер шекарасының тотығуының әсерінен емес,
болаттың қатты
-
сұйық күйіне өтуімен,яғни олардың беріктігінің
дөмендеуімен сипатталады. Шұбарланудың болаттың бұрыштарында пайда
болуының қауіпі жоғары болады, өйткені қыздыру кезінде ортасына
қарағанда температуралық шекаралары жоғарырақ болады.
Прокаттауға қыздырылған болаттың максимал температурасын оның
берілген маркасына байланысты солидус қисығынан 100 - 150 °С-қа төмен
алынады. Көміртекті және төменлегирленген болаттар үшін солидус
температурасы (
келесі тәуелділік бойынша анықтауға болады
(1.13)
мұндағы C, Si, Mn, ... . - болаттың құрамындағы болатын элементтердің
үлестік мөлшері.
Көміртекті болаттардың аса қыздыру температурасын (
Е.И. Казанцевтің қатынасын қолдануға болады
ақ
анықтау үшін
(1.14)
Құрамында көміртектің мөлшері 0,1 - 1,5 % болатын көміртекті
болаттардың аса күйдіру температурасын (
және қыздырудың максимал
температурасын (
анықтау үшін Н.Ю. Тайцтың жұмыстрынан келесі
тәуелділіктер пайда болды:
(1.15)
(1.16)
Көміртекті болаттардың максималды пластикалық температурасын (
келесі теңдік бойынша анықтауға болады:
С 0,18 % болаттар үшін; (1.17)
0,18С1,5 % болаттар үшін. (1.18)
1.5 Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі
Қыздыру пеші - қатты материалдарды қыздыру үшін, яғни олардың
пластикалық қасиеттерін
жоғарылату немесе осы материалдардың
құрылымын өзгерту үшін қолданылатын пеш. Келесі баяндауларда, біз
қыздыру пештерін, материалдарды қысыммен өңдеу үшін қыздыруға
арналған пеш ретінде түсінетін боламыз. Материалдардың құрылымын
өзгерту мақсатында жүргізілетін қыздыру, термиялық пештерде жүзеге асады.
Қыздыру пеші - ең көп таралған пештердің классы, өйткені олар тек
қара металлургияда ғана кең қолданылмай, түсті металлургияда, машина
құрастыруында да кең қолданысқа ие болады.
Металлургиялық зауыттарда қыздыру құдықтары мен методикалық
пештер құймалар мен дайындамаларды қыздыру үшін қолданылады.
Қыздыру құдығы - жаншу бітіміндегі прокаттаудың алдында ірі болат
құймаларын қыздыратын және кезеңдік күйде жұмыс істейтін (болат
құймаларын пештің үстіндегі қақпақ арқылы енгізеді және шығарады) пеш.
Құдықта массасы 2-3 тоннадан басталып 25 тоннаға дейін құймалардың
қыздырылуы жүзеге асады. Құймалардың қалыңдығы, әдетте 350 - 400 мм
асады, сондықтан құймаларды жұмыс кеңістігінде тік орнатып, қыздыруды
төрт жақтан жүргізеді. Құдықтар топтарға бірігеді (2 немесе 4 құдықтан) және
әр топ жеке түтін мұржасымен қамтамасыздандырылады.
Қыздыру құдығы пештің камералық түріне жатады. Өйткені, онда бүкіл
көлем бойынша бірдей температура ұсталып тұрады.
Кезкелген қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі келесідей болады.
Құдықтың үстінде қақпақ ашылады және камераға кранның көмегімен 4
құймадан 24 құймаға дейін енгізіледі. Бұл құймалар қажетті температураға
дейін қыздырылады, ал қыздырудан кейін оларды біртіндеп шығарып алады
да, прокаттау үшін жаншу бітімдеріне жіберіледі. Осыдан кейін құймаларды
енгізу мен шығары циклы жалғаса береді. Құймалардың температуралық
және жылулық қыздыру режимдері 1.6 суртетте көрсетілген.
Қыздыру екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде отынның шығыны, басқаша
айтатын болсақ пештің жылулық қуаты - М, ең жоғарғы дейгеде ұсталып тұрады.
Осы кезеңнің соңына қарай пештің температурасы, металлды сапалы қыздыру
деңгейіне дейін жетеді. Қыздырудың сапалығы пештің екінші кезеңдегі тұрақты
температурасының tпеш ұстауымен қамтамасыздандырылады.
- пештің температурасы;
және
- металлдың бетіндегі және
ортасындағы температуралары;
тығыздығы;
- металл бетіндегі жылу ағынының
1.5 сурет - Қыздыру құдықтарындағы құймалардың қыздыру
режимдері: а) суық енгізу; б) ыстық енгізу
Бұл кезеңде берілген металл бетінің температурасына (1200 - 1350 С)
және құйма қимасының температуралар құламасына жеткізеді. Бізге белгілі,
құймалардың 1 метр қалыңдығына температуралардың меншікті құламасы 100-
300 С-тан аспауы керек. Бірінші кезеңді, қыздыру кезеңі немесе жылулық
қуаттың тұрақтылық (М = const) кезеңі деп атайды. Екінші кезеңді, ұстау кезеңі
немесе пеш температурасының тұрақтылық (tпеш = const) кезеңі деп атайды.
Бастапқы кезеңде (М = const) металлға бағытталған жылулық ағынның
мөлшерінің төмендейтінін, ал бетті қыздыру жылдадығының тұрақты
төмендеуімен құймалар бетінің температурасының артуын атап өйтсек болады.
Қыздыру құдықтарына әдетте 95 %-ға дейін құймалардың ыстық
енгізулері орналастырылады, олардың беттік температурасы 950 - 1000 С-тан
аспайды. Осымен бірге құйманың өзегі сұйық күйінде болуы мүмкін.
Әдетте металлургиялық зауыттарда қыздыру құдықтары
төменгікалориялық газ тәріздес (домналық газ, кокстық - домналық газ
қоспасы) отынды жандырудың буфері ретінде қолданылады. Бұл жағдайда
жұмыс кеңістігіндегі жоғары температураға дейін ауаны қыздыру арқылы
жеткізуге болады, ал көптеген жағдайларда (домналық газды жандырған
кезде) - ауамен бірге газды да қыздыру арқылы жеткізуге болады.
Қыздыру құдықтары ауа мен газды қыздырудың тәсіліне байланысты
регенераторлық (ең көне құдықтар) және рекуператорлық болып бөлінеді.
Рекуператорлық құдықтар өз кезегінде ортасында және жоғарғыда орналасқан
оттықтармен жылытылатын құдықтар деп бөлінеді. Отынды пайдалану
сипаттамалары бойынша барлық құдықтар бір - біріне жақын болғандықтан,
артықшылықтарын капиталдық шығындары, қолданушылық тиімділігі мен
цехтағы жинақты орналасуы арқылы салыстыруға болады. Біз табанның
ортасынан жылытылатын рекуператорларды қарастырамыз.
Табанның ортасынан жылытылатын рекуператорлық құдықтар - ауасы
керамикалық рекуператорда қыздырылатын, ал газ бен ауа табанның
саңылаулары арқылы жеткізілетін қыздыру құдығы. Құдықтың сұлбасы 1.6
суретте көрсетілген. Төртбұрышты ұяшықта 10 - 14 құймалар қыздырылады.
Құймалардың жалпы массасы 45 - 105 тоннаға дейін жетеді. Ұяшықтың
ортасында оттық орналасқан, ол ыстық ауалы үрлеу өту үшін каналмен
қоршалған газдық шүмек ретінде елестетуге болады. Ауа желдеткіштің
көмегімен ұяшыққа беріледі. Рекуператордың ені ұяшықтың еніне тең болады.
Рекуператорды сегізқырлы керамикалық құбырлардан құрастырылады.
Құбырларды бір - бірімен сегізқырлы жұлдызшалармен (муфталармен)
біріктіреді, ол өз кезегінде рекуператордың беріктігін арттырады және ауа мен
түтіннің тоғыспалы қозғалуын қамтамасыз етеді. Салқындап келе жатқан
түтін, рекуператорлардың құбырларымен жоғарыдан төмен қарай
бағытталады. Ауа құбырлардың арасымен көлденең бағытталады. Ауа өтетін
қабаттың биіктігі, әдетте құбыршаның биіктігімен бірдей болады. Әр
жұлдызшаның қасында 4 саңылаудан болады. Егер саңылауларды отқа төзімді
заттармен бітеп тастаса, онда ауа жоғарғы қабатқа өтіп кете алмайды.
Қабаттың соңында жұлдызшалардың қазында саңылаулар ашық болады да,
ауа келесі (жоғарғы) қабатқа өтіп кетеді. Осылай, рекуператорларда ауаның
тоғыспалы-қарсыағынды қозғалысы орын алады, ол өз кезегінде түтіннің
ауаға жылуберуінің артуына алып келеді.
1 - оттық; 2 - керамикалық рекуператор; 3- суық ауаның кірісі; 4- ыстық ауа
кірісінің каналы; 5- түтінді шығару каналдары; 6 - құймалар; 7 - қож ыдысы; 8
-
"өзіндік"түтінді шығаратын түтін каналдары; 9 - көрші ұяшықтың
"транзиттік" түтінін шығаратын түтін каналдары
1.6 сурет - Табанының ортасынан жылытылатын рекуператорлық
құдықтың сұлбасы
Рекуператорға ауа, үш кірістік ауа құбырларымен жеткізіледі. Кірістік ауа
құбырының диаметрі рекуператордан оттыққа дейін жететіндіктен,
қыздырылған ауаны жинақтау үшін рекуператордың үстінде коридор
орналасқан. Қыздыру құдығы әдетте жану жылуы 5,5 - 10 МДжм3 болатын
кокстық - домналық немесе табиғи - домналық қоспасымен жылуландырылады.
Газды металлдық рекуператорда қыздыруға болады және оны керамикалық
рекуператорлардан кейін, яғни ортақ түтін жолында орналастыруға болады.
Қыздыру құдықтарының тобы 2 ұяшықан тұрады және бір түтін
мұржасы қолданылады.
Қалдықты жинау, әдетте құрғақ түрінде жүзеге асады.
Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі келесідей болады.
Құймалар кранның көмегімен, қыздыру құдығының жұмыс кеңістігіне,
үстіндегі қақпашасы арқылы енгізіледі (қыздыру құдығының қақпашасы 1.5
суретте шартты көрсетілмеген). Астыдан жұмыс кеңістігіне газ бен ауа
жеткізіледі. Газдың температурасы 250-300 С-қа дейін, ал ауаның
температурасы 750-800 С-қа дейін жетеді. Газдың жану әсерінен пайда
болған алау, бүкіл жұмыс кеңістігін қамтиды, қыздыру құдығының
қақпашасына тіреледі де, ол өз кезегінде алау ұзындығының қысқаруына алып
келеді және қақпаша тұрақытылығының төмендуіне де алып келеді. Алаудың
тұтамдары қабырғалармен төмен түседі. Осыдан кейін екі түтін терезесі
арқылы түтін
рекуператорға дейінгі кеңістікке келеді, тек одан кейін
рекуператорлардың құбырларына жетеді. Қыздыру аяқталғаннан кейін, газ
бен ауаның берісі тоқтатылады да, құймаларды бір - бірден кран арқылы
шығарып, одан кейін оларды блюмингке жібереді.
Қыздыру құдығының кемшіліктері: а) жанудың алдында, газ бен ауаның
жеткіліксіз араласуының салдарынан құймалардың биіктігі бойынша
қыздырылуы біркелкі болмайды; б) суық күйінде отырғызылған құймалардың
қыздыру ұзақтығы мен меншікті отын шығыны регенераторлық құдықтарға
қарағанда жоғарырақ болады, осымен бірге қыздыру құдықтары
калориялылығы жоғарырақ отынды қажет етеді; в) қолдану процессінде
рекуператор герметикалығының бұзылуы, ауаның ысырабына алып келеді.
Ауаның ысырабы, рекуператордың түтіндік және ауалық жақтарының
арасындағы қысымның елеулі құламаларымен сипатталады. Бұл қысым
құламалары қыздыру құдығының жұмыс істеу процессіндегі жоғарғы
қатардың құбырларындағы кіріс саңылауларының шаң басуымен
сипатталады. Қыздыру құдығы жаңа болған кезде, ауаның
ысырабы 10 - 30 %, ал науқанның соңында 50 - 60 % құрайды.
Ауаның ысырабы отынды жағудың сапасына, жылуылық қуаттың
шамасына, қыздыру процессінің ұзақтығына, отын шығынына және қыздыру
құдығының жұмыс істеу науқанының ұзақтығына жағымсыз әсерін тигізеді.
Рекуператорларды әр 1,5 - 2 жыл сайын қайта жасауды қажет етеді. Ауаның
жылыстауы түтінді араластырады да оның температурасының төмендеуіне
алып келеді. Осылай, рекуператордың тиімділігі төмендейді. Егер,
рекуператорларда жөндеуден кейінгі бірінші апталарда ауаны қызыдыру
температурасы 750 - 800 С құраса, кейін келе ауаны қыздыру температурасы
400-500 С дейін төмендеуі мүмкін.
Меншікті отынның меншікті шығыны құймалардың енгізу
температурасына байланысты болады және келесі шамаларға ие болады: суық
енгізу кезінде жуықтап 55
температурасы 700 - 800 С
-
65 кг м.о.болаттың тоннасына; енгізу
кезінде жуықтап 30-40 кг м.о.болаттың
тоннасына.
Отынның шығынын азайту үшін келесі шараларды ұсынуға болады:
1) жылулық қуатын қалпында ұстау үшін және жағу шарттарын жақсарту
үшін, қыздыру құдығының жұмыстық кеңістігіне оттық арқылы жетіспейтін
оттегі мөлшерін енгізу керек;
2) ыстық ауа каналдарында инжекторларды орнату, ол өз кезегінде ауаның
қысымын және ысырабын азайтуға көмектеседі;
3) керамикалық рекуператорлады металл құбырлық және радиациялық
рекуператорларға ауыстыру;
4) оттықтың басында әр түрлі алау тілушілерін алауды қақпашадан
табанына қарай түсіру мақсатымен орнату керек;
5) керамикалық рекуператорларды шарлық қондырмалары бар жинақы
регенераторларға ауыстырылу керек.
2 тарау. Шамотты құбырлы керамикалық рекуператорлар
2.1 Керамикалық рекуператолар
Керамикалық рекуператорларды, жалпы жағдайда жоғары
температуралы қыздыру пештерінде
(қыздыру құдықтары, прокатты
методикалық пештер және т.б.) түтін газдарының 1000 - 1500 °С-тағы кіруші
температуралары арқылы ауаны 600 - 900 °С-қа дейін сенімді қыздыру үшін
орналастырады.
КСРО кезінде өндірісте ең көп тараған рекуператорлар, элементтері
шамот және карбошамоттан, яғни шамот және карборунд қоспалары бар
керамикалық рекуператорлар болып табылады. ХХ ғасырда КСРО-да
рекуператорлық элементтерді айтылған материалдардан жасауды отқа
төзімді өндірістерде жатық меңгерілген, сонымен қатар шет мемлекеттерде
де блюмингтік қыздыру құдықтарында және прокаттық методикалық
пештерінде орнатылған керамикалық рекуператорлардың барлық дерлік
элементтері шамот және карборунд қоспаларынан жасалған.
Кейбір кезде керамикалық рекуператорларды, карборундтан,
корундтан, ситалдан жасалған элементтерден құрастырады. Карборунд
шамамен 20 - 25 есе, ал корунд 10 есе шамоттан қымбат болады, бірақ бұл
материалдарды қолданудың болашағы келесідей анықталады:
1. Шамотқа қарағанда карборундтың жылуөткізгіштік коэффициенті
(800-1000 °С кезінде) 7 - 8 есе, ал корундтың 3 есе үлкен болады, мысалы,
карборундты қолданатын болсақ, онда қыздырудың бірлік бетінің құны
айтарлықтай төмендейді және ол шамоттық рекуператорлардағы қыздырудың
бірлік бетінің құнына жақындайды.
2. Шамоттан жасалған рекуператорлық элементтер қабырғаларының
минималды қалыңдығы, дайындау технологиясына байланысты 16 мм болса,
онда корундты рекуператорлық құбырларды, қабырғалар қалыңдығы 5 мм
ғана етіп жасайды. []
3. Шамоттан және карбошамоттан жасаған рекуператор элементтерінің
минималды ұзындығы 400 мм, карборундтық құбырларлар 1,32 м-ге дейін,
корундтық 2 м-ге дейін болады, ол өз кезегінде рекуператорлық элементтердің
түйіскен ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Бұл дипломдық жобада металлургиялық өнеркәсіпте орналасқан
қыздыру
құдығы қарастырылды. Қыздыру құдығындағы орналасқан
керамикалық рекуператорлардың жұмыс істеу принципі, артықшылықтары
және кемшіліктері қарастырылды. Қыздыру құдығындағы керамикалық
рекуператорлардың өлшемдеріне сәйкес, болатты радиациялық
рекуператорларымен алмастырылды. Рекуператорлардың жылутехникалық
есептеулері жүргізілді. Қыздыру құдығында орнатылған радиациялық
рекуператорлардың сұлбасы көрсетілді.
Жобаның экономикалық
көрсеткіштері мен оны жүзеге асыру үшін жұмсалатын шығындар
қарастырылды. Қыздыру құдығының түтін мұржасынан шығатын зиянды
заттектердің мөлшері есептелді.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассмотрен нагревательный колодец на
металлургическом производстве. Рассмотрены принцип работы, недостатки и
преимущества керамических рекуператоров установленных в нагревательном
колодце. Керамический рекуператоры были заменены на стальные
радиационные, в соответствие с размерами. Произведены теплотехнические
расчеты рекуператоров. Предоставлена технологическая схема радиационного
рекуператора установленного в нагревательном колодце. Рассмотрены
экономические показатели проекта и требуемые расходы на его
осуществления. Рассчитаны выбросы твердых частиц выходящих из дымовой
трубы нагревательного колодца в окружающую среду.
Annotation
In this degree project the heating well on metallurgical production is
considered. Shortcomings and advantages of ceramic recuperators established in a
heating well are considered. In a heating well established ceramic recuperators,
were replaced on steel radiation, in compliance with sizes. Heattechnical
calculations of recuperators are made. The technological scheme of a radiation
recuperator established in a heating well is provided. Economic indicators of the
project and demanded expenses on its implementation are considered. Emissions of
firm particles leaving a chimney of a heating well in environment are calculated.
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 тарау. Болатты қыздыру технологиялары және қыздыру құдығының жұмыс
істеу принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Болатты қыздыру технологияларының негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ...
Болаттың тотығуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Болатты көмірсіздендіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Болатты аса қыздыру және аса күйдіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 тарау. Шамотты құбырлық керамикалық рекуператорлар ... ... ... ... ... . ...
2.1
2.2
Керамикалық рекуператолар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Құбырлы шамоттық элементтерден тұратын рекуператорларды
пайдалану ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.3.
2.4.
Отынның жануы есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Шамоттық құбырлы рекуператорларды есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 тарау. Қуысты радиациялық рекуператорлар есептелуі ... ... ... ... ... ... .
3.1
Қуысты радиациялық рекуператор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.1.1 Рекуператор өлшемдерін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.1.2 Ауалық жақтың жылуберу еселеуішін анықтаймыз ... ... ... ... ... ... . ... ...
3.1.3 Түтін жағындағы жылуберу еселеуішін анықтаймыз ... ... ... ... ... ... . ... .
4 тарау. Конвективті құбырлы рекуператорлар есептелуі ... ... ... ... ... ... .. ... ...
4.1
Конвективті құбырлы рекуператорлар ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
5 тарау. Экономикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.1
5.2
Өнім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Қаржылық жоспар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5.2.1 Керамикалық рекуператорды орнатуға кеткен капиталдық
шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2.2 Керамикалық рекуператорларды эксплуатациялауға кеткен
шығындары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5.2.3
Радиациялық және құбырлық рекуператорларды ендірудің
экономикалық тиімділігін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
5.2.4 Радиациялық пен құбырлық рекуператорларды эксплуатациялауға
кеткен шығындары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
6 тарау. Өмір тірішілік қауіпсіздігі бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
6.1
Атмосфера ластануының деңгейi бойынша кәсiпорын ауданының
орналасу сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.1 Атмосфераға шағарылатын ластағыш заттар көздерінің сипаттамасы
6.1.2 Жерге жақын ластағыш заттектердің концентрциясын анықтау және
сараптау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.3 Азот диоксидінің концентрациясын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
6.1.4 Азот оксидінің концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.5 Көміртек оксидінің концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қатты бөлшектер концентрациясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.1.7 Жерге жақын әрбір зияды заттектердің максимал шоғырлану мәндерін
См (мгм) шекті-рауалы концентрацияларымен салыстыру (ШРКм.р) ... ... ... .
6.2
Өртке қарсы қолданылатын шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.2.1 Өндірістегі өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6.2.2 Өндіріс қондырғыларын орнату ережелері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ..
6.2.3 Өндірістік процестердің қауіпсіздігін бақылау
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Кіріспe
Металлургия өнеркәсіптерінде орналасқан көптеген пештердің ішіндегі,
қарастыратынымыз қыздыру пештері. Ол пештер алаулы және электрлік
болып бөлінеді. Біздің қарастыратын пешіміз алаулық пештерге жататын,
қыздыру құдығы. Қыздыру құдығы, металлургия өнеркәсібіндегі маңызды
пештердің бірі болып табылады. Негізгі қызметі, металлды прокаттаудың
алдында оны жоғары температуралық қыздыру. Металлды қыздыру
процесінің өзі бірнеше кезеңдерге бөлінеді және қыздыру кезінде пайда
болатын ақаулары да болады. Олардың сипаттамалары негізгі бөлімде
көрсетілген.
Қыздыру құдықтары ауа мен газды қыздырудың тәсіліне байланысты
регенераторлық және рекуператорлық болып бөлінеді.Рекуператорлық
құдықтар өз кезегінде ортасында және жоғарғыда орналасқан оттықтармен
жылытылатын құдықтар деп бөлінеді. Отынды пайдалану сипаттамалары
бойынша барлық құдықтар бір
-
біріне жақын болғандықтан,
артықшылықтарын капиталдық шығындары, қолданушылық тиімділігі мен
цехтағы жинақты орналасуы арқылы салыстыруға болады. Біз табанның
ортасынан жылытылатын рекуператорлық қыздыру құдықтарын
қарастырамыз.
Қыздыру құдығындағы орналасқан керамикалық рекуператорлар ауаны
қажетті жоғары температураға дейін қыздырады, отынның жану
қарқындылығын арттырады, құрылысы қарапайым болады. пештегі отынның
шығынын азайтады. Сонымен қатар керамикалық рекуператорлардың
кемшіліктері де болады. Өлшемдері өте үлкен және жөндеуге қолайсыз
болады. Құбырлары керамикалық элементтерден жасалғандықтан, оның
газдық тығыздығы нашар болады. Яғни, ауаның түтін газдарына өтіп кетуі
жүзеге асады. Ол өз кезегінде түтін газдарының температурасын төмендетеді
де, ауаны қыздыру ойдағыдай жүзеге аспайды. Керамикалық
рекуператорладың жылуөткізгіштік коэффициенті төмен болады. Осыған
байланысты ауаны қыздыру қарқындылығы төмендейді. Керамикалық
рекуператордың осы және тағы басқа кемшіліктерін жоюдың бірден - бір
амалы, оны металлдық рекуператорлармен алмастыру.
Дипломдық жобаның негізгі мақсаты болып, керамикалық
рекуператорларды болатты радиациялық рекуператорлармен алмастыру.
Рекуператорлардың жылутехникалық есептеулерін жүргізіп, олардың жұмыс
істеу тиімділігін анықтау.
1 тарау. Болатты қыздыру технологиялары және қыздыру құдығының
жұмыс істеу принципі
1.1 Болатты қыздыру технологияларының негіздері
Болатты қыздыру технологиясы туралы түсінік, өткен ғасырдың 50-60-
ы жылдарында Н.Ю. Тайцтың еңбектерінің арқасында пайда болды. Айтылған
түсініктін жалпы мағынасы (технология сөзі грек тілінің techne- өнер, ұсталық,
шеберлік және logos - ілім деген сөздерінен шыққан) болатты қыздыру
шеберлігі. Н.Ю. Тайц өткен заманның техникасы мен ғылымының деңгейіне
сәйкес болатты қыздыру технологияларының басты элементтерін нақты әрі
ұқыпты тұжырымдады. Оларды үш топқа бөліп қарастыруға болады:
- қыздырылатын
болаттың қасиеттері (жылуфизикалық,
термомеханикалық, пластикалық және т.б.);
- қыздырғыш аспаптың құрылымдық ерекшелітері, қыздырылатын
болаттың геометриялық сипаттамалары (пішіні);
- қыздыру
режимінің параметрлері (температураның көтерілу
жылдамдығы, қыздырудыңаяғындағы температура және т.б.);
Қыздыру технологияларын әзірлеген кезде көптеген факторладың
жиынтығы мен олардың арасындағы қатынасты ескеру керек.
Г.Г. Немзер болат құймалардың қыздыру технологиясының басты
міндеті ретінде металлды аса қыздырусыз және оның бірыңғайлығын бұзбай,
болаттың кажетті пластикалық қасиеттеріне сәйкес келетін жылулық күйін
қамтамасыз ету деп санайды. Осымен қатар отынның шығынын, тотығудан
пайда болатын болат ысырабын және пайдаланушылық шығындардың
төмендетуін қамтамасыз ету.
Болатты қыздыру теориясы мен технологиясының, есептеу техникасы
мен математикалық жобалаудың, автоматтау мен қыздыру пештерінің
басқару жүйелерінің айтарлықтай прогрессі, прокаттық өндірісте жылулық
процесстердің тереңірек зерттелуіне алып келді, бірақ оданда маңыздысы,
оларды біртұтас жиынтық ретінде қарастыруға мүмкіндік берді. Мысалы,
металлды құю - суыту - қыздыру - прокаттау - суыту. Осындай біртұтас
жиынтық, жылутехнологиясы мен жылулық өңдеу (құймаларды және үзілмей
құйылған дайындамаларды құйылғаннан кейінгі суыту, қысымды өңдеудің
алдында оларды қыздыру, пластикалық диформациядан кейінгі суыту)
түсініктерін кеңінен қолданатын Г.Г. Немзер, В.Г. Лисиенко, Ю.А. Самойлович,
В.И. Тимпошольский ғалымдарының жұмыстарында қолданысқа ие. [1]
Қыздыру технологиясының ең пайдалы әсерін тек болат маркасының
көптеген қасиеттерін түпкілікті ескере отырып қана жүзеге асыруға болады.
Мұндай болат қыздыру технологияларын процесстікк - құрылымдық -
қасиеттік бағытталуы (ПҚҚБ) ретінде сипаттауға болады. Осындай
технологиялардың басты мақсаты - қыздырылатын болатта өтетін физикалық
және физика-химиялық процесстердің ерекшеліктерін ең жоғарғы есепке алу,
нақты болат маркасының жылуфизикалық және термомеханикалық
қасиеттерінің ерекшелігін, құрылымдық күйінің эволюциясын, металл
өнімдерінің жоғары сапасын қамтамасыз ету, энергетикалық және қор
сақтағыш қыздыру режимдерін дамыту, кейбір жағдайларда - қыздырғыш
құрылығысының құрылымын жетілдіруге мүмкіндік беру. ПҚҚБ технологиясы
пеш құрылысының, жылумаңызалмасуының, физикалық химияның,
металлтану мен металл физикасының, металлды қысыммен өңдеудің
теориясы мен тәжірибесінің синтезі ретінде танылады.
Болатты қысыммен өңдеу үшін температурасы 0-20°С-тан 1100-
1300 °С-қа дейін қыздырған кездегі белгілі физикалық және физика-
химиялық процесстер бүкіл температуралық интервалда өтеді деп айтуға
болады. Мысалы ретінде, ең көп тараған болаттың тобы - перлит
классындағы болаттар. Болатты қысыммен өңдеуге қажетті қыздыруды,
шартты үш кезеңін немесе сатысын ерекше атап өтсек болады (1.1 сурет).
Бастапқы кезең - металл температураларының облысы бастапқы
=0
°С-тан 730 °С-қа дейін. Бұл облыс, болаттың суық және жылы енгізулері
кезінде ғана қолданысқа ие болады. Берілген облыстағы болаттың құрылымы
перлит ретінде ұсынылды. Бұл температуралар облысындағы нөлден 400-600
°С-қа дейінгі интервалда, Т уақыт аралығындағы жылдамдатылған қыздыру
кезінде, болаттың кейбір маркаларында жарықшақ пайда болуының және
дайындаулардың қисаюының қауіпі бар.
1 мен 2
-
дайындаулардың бетіндегі және ортасындағы
температуралар; 3 - беттік-орталық температуралар құламасы;
1.1
сурет
-
Қысыммен өңдеуге арналған болатты қыздыру
температурасының графигі
Аралық кезең - фазалық айналулар өтетін металл температураларының
облысы 730-900 °С. Бұл кезеңнің өзіндік белгісі ретінде,
уақыт
интервалындағы фазалық айналулар (аустенитизация) облысында, металл
температурасының өсу жылдамдығының 10 - 20 %-тік баяулау мүмкіндігі
болып табылады. азалық айналулардың бастамасы - болаттың беттік
қабаттарындағы температураның сындық
аяқталуы - орталық қабаттарының
нүктесіне дейін жетуі, ал
нүктесіне дейінгі қызуы болып
табылады. Қыздыру жылдамдығының баяулауы, ал кейбір жағдайларда
декалесценция құбылысының пайда болуы - металл температурасының
төмендеуі, айналулар нәтижесінің эндотермиялық әсерге алып келетін
фазалық айналулардың байланысымен болады. Қыздырылатын металлдың
қалыңдығына байланысты эндотермиялық айналулардың біркелкі емес өтуі,
елеулі бірқалыпсыз температуралық өрістің пайда болуына алып келеді.
Шекті кезең - металл температураларының облысы 900 °С-тан 1100 -
1300 °С-қа дейін. Бұл облыста в уақыт интервалында температурасы 900 -
950 °С-тан жоғары болатын болаттың көмірсіздендіру және диффузиялық
тотығу процесстерінің қарқындауы, дәндерінің өсуі, қажетті иілімділікті және
пластикалық деформациясының кедергісін қамтамасыз ететін металлдың
шекті жылулық күйінің қалыптасуы, болатты аса қыздыру мен аса күйдіру
қауіпі пайда болады. ПҚҚБ технологиясын жеке бағыт ретінде
қалыптастырудың қазіргі заманғы алғышарттары келесідей:
- қара металлдарың балқымалары мен болаттың маркалық іріктеуінің
елеулі артуы;
- микролегирлеу мен түрлендірудің арқасында болат қасиеттерінің
қолданысқа қажетті бағыттардың қалыптасуының елеулі кеңеюі, мысалы
болаттың карбидтық және нитридтік қалыптастырушы элементтері бар болат
түрлерінің көбеюі (V, Ti, Nb және т.б); болатты ванадиймен 0,03 - 0,15 % -ке
дейін микролегирлеу карбонитридтік қатаю әсеріне алып келеді, оның ішіне
дисперстік қатаю, дәндердің ұнтақталуы және жетілдірілген құрылымның
қалыптасуы кіреді; көміртекті
болаттың орнына ванадиймен
микролегирленген болаттардың қолданылуы, кейбір жағдайларда металл
өнімдерінің массасын және құрылысын 30 - 50 %-ға дейін төмендету
мүмкіндігін береді;
- металлургиялық кәсіпорындардың белгіленген үрдіске сәйкес
мамандандырылуы, демек болат өндірісінің кең түрінен тар түріне өтуі,
мысалы рельстік, парақтық болат маркаларының өндірісіне өтуі, ол өз бетінде
болаттың өзіндік қасиеттерін қыздыру пешінің жобалау сатысында-ақ есепке
алуға мүмкіндік береді;
- математикалық модельдеудің дамуы, ЭЕМ-ның көмегімен болаттағы
әр түрлі температуралық интервалдарда өтетін процесстерді ескеріп, жылдам
әрі жеткілікті дәлдік дәрежесімен көп факторлы және көп нұсқалы
температуралық және жылулық режимдерін есептеуге болады;
- автоматты басқару жүйелерін қолдана отырып қыздыру пешін оданда
икемді басқаруға мүмкіндік береді, оның салдарынан қажетті температуралық
және жылулық режимдерді қалыптастыруға болады;
- прокаттық облыстағы қондырғылардың дамуы (прокаттық
қондырғылардың қуаттарының өсуі, дестелер тұрақтылығының артуы және
т.б.).
Болатты қыздырудың ПҚҚБ технологиясын қолданудағы жетістік
дефектологиямен тығыз байланысыты, дәлірек айтатын болсақ - қыздыру
технологиясының болат сапасына әсерімен, дефекттер пайда болуының
алғышарттарын анықтаумен, олардың металлургиялық өндірістің циклындағы
трансформация мен түрленуінің ерекшелігімен байланысты болады.
1.2 Болаттың тотығуы
Жалпы жағдайда болаттың тотығуын (отқабыршықтың пайда болуы)
газдардың (ауаның, отынның жану өнімдерінің) темірмен өзара
әрекеттесуінің
салдарынан металлдың бетінде оксид (отқабыршық)
қабатының пайда болуын айтады.
Отқабыршық - болаттың атмосферамен өзара әрекеттесу салдарынан
пайда болатын өнім. Отқабыршықты пештік (бастапқы), яғни пештік агрегатта
(қыздыру пеші) пайда болған, ауалық және прокаттық (екіншілік), яғни
металлды пештен тұрағына дейін тасымалдаған кездегі, болатты десте
прокаттау кездегі және одан кейін суытқан кездегі, осындай түрлерлерге
бөлуге болады.
Прокаттау үшін қыздырылған болаттың тотығу процесстерін
қарастырған кезде жиі қалдық деген түсінікті пайдал анады. Қалдық -
металлды қыздырғаннан кейінгі массасының жоғалуы, демек жалпы
қалдықды темірдің, қоспанды элементтер мен көміртектің тотығуы
салдарынан металл массаның жоғалуы ретінде қарастыруға болады. Металл
бетінің 1
-дағы қалдықтың мөлшері килограммен, металлдың бастапқы
массасынан %, отқабыршыққа ауысқан болат қабатының қалыңдығы мм
өлшенеді.
Оттық пештерде, болатты қысыммен өңдеудің алдындағы қыздырудың
негізгі тотықтырғыш ретінде қолданылатын газдар: көмірқышқыл газы
,
оттегі
, су буы
, күкірт диоксиді
. Темірдің тотығу реакциялары
- экзотермиялық, оларды келесі түрде ұсынуға болады:
+ 0,5О =
+ 0,5О =
О + 0,5О =2
,
О
О
(1.1)
(1.2)
(1.3)
+ О =
+
(1.4)
+
=
+
(1.5)
+ О =
О
(1.6)
+
=
О
(1.7)
Прокаттау температурасына дейін қыздырылатын болаттың бетінде
көбінесе отқабыршық қабаты темір оксидтерінен қалыптасады: вюститтен
(FeO), магнетиттен
О
және гематиттен (
О ), олардың қабат
қалыңдықтарының өзара қатынасы шамамен 100:(5 - 10): 1 құрайды. Осыған
байланысты оттегінің қосылуымен (отқабыршықтағы темірдің мөлшері 0,715 -
0,765 құрайды) болаттың жалпы массасы артады, отқабыршықтың көлемі
тотыққан металлдың көлемінен шамамен 1,7-2 есе үлкен болғандықтан,
көлденең өлшемдері де артады. Қалыңдығы 1 мм темір қабатының тотығу
процесінде 2,8 мм дейін отқабыршық қабаты пайда болады.
Жоғары температуралы тотығу - қатты фазаның, отқабыршықты
құрайтын кристаллдық торлары арқылы оттегі және металл атомдарының
қарсы реакциялық диффузия процесі. Оны келесі бірнеше кезең бөлуге
болады:
- металлдың бетіндегі оттегі диффузиясы;
- оттегінің беттік адсорбциялануы;
- оксид қабаттары арқылы оттегіне бағытталған әрекет етуші заттардың
диффузиясы;
- қатты фазалардағы тор құрылымының және құрамының өзгеруі
нәтижесі ретінде кристаллды - химиялық айналулар.
Осы жағдайда оттегі атомдарының металлдың ішіне бағытталған
диффузиялық процессі емес, темір атомдарының сыртқы диффузиялық
процессі шешу рөлді атқарады.
Отқабыршықтың пайда болу қарқындылығына температура, қыздыру
уақыты және пеш атмосферасының құрамы аса қатты ықпал етеді.
Болаттың тотығуына аса қатты ықпал ететін факторлардың біріне -
температура жатады. Тотығу қарқындылығымен температураның арасында
экспоненциалдық тәуелділік орын алады. Тотығудың елеулі қарқындылығы
850 - 900 °С температуралар облысында байқалады, ол өз кезегінде вюститтің
елеулі мөлшерінің пайда болуымен тікелей байланысты. Егер 900 °С пайда
болатын отқабыршықтың мөлшерін бірге тең деп алсақ, онда 1000 °С ол екі
есе, ал 1300 °С жеті есе артады. У қалдықдың температураға (
- тотығудың
қарқындалу температурасының басталуы) тәуелділігінің жалпы көрінісі 1.2
суретте көрсетілген.
1.2 сурет - Қалдықтың температураға тәуелділігі
Қыздыру уақыты да болат қалдығының шамасына үлкен әсерін тигізеді.
Егер қыздыру процессінде отқабыршық қабатының бұзылуы орын алмаса,
онда отқабыршыққа айналған металл массасының қыздыру уақытына
тәуелділігі квадраттық түбір заңына бағынады (1.3 сурет). Нақты жағдайда
болатқа пештің механикалық әсерінен немесе отқабыршық пен металлдың
меншікті көлемдерінің айырмашылығынан пайда болған өзіндік кернеудің
салдарынан отқабыршық қабатының бұзылу мүмкіндігі пайда болады, ол өз
кезегінде қалдықтың уақытқа тәуелділігінде квадраттық түбір заңынан
шегінуге алып келеді. 1.3 суретте (2 қисық)
және
уақыт мезетінде
отқабыршықтың кезеңдік жойылуы мен бұзылуы кезіндегі қалдықтың
уақытқа тәуелділігі көрсетілген. Отқабыршық қабаты бұзылғаннан кейін
қалдықтың қарқындалуы
заңды деп танылады. Металл ысырабы
көзқарасынан апатты тотығу өте қауіпті болып табылады. Қыздыру процессі
кезінде, отқабыршық металл бетінен жойылған кезде апатты тотығу жүзеге
асады. Мысалы, балқып кету салдарынан, металл беті әрдайым жалаңаш
болады, ал тотығудың уақытқа тәуелділігі сызықтық заңға бағынады десек
болады және отқабыршықтың пайда болу әсерінің баяулауы болмайды. [2]
1 - апатты тотығу; 2 - отқабыршықтың кезеңдік жойылуы кезінде;
3 - квадраттық түбір заңына бағынатын тотығу.
1.3 сурет - Қалдықтың уақытқа тәуелділігі
Отқабыршықтың пайда болу қарқындылығына отынның жану
өнімдерінде болатын ванадий мен күкіртің араласуы айтарлықтай әсерін
тигізеді. Газ атмосферасында
және
болуы, оңай балқымалы күкірті
металл қоспаларының пайда болуына және қалдықдың қарқындалуына алып
келеді. Мысалы, 1100 - 1300 °С-тағы пеш атмосферасында, мөлшері 0,2 %-
дағы күкіртті қосылыстардың болуы, тотығу процессі атмосферада күкіртті
қоспалары жоқ тотығу процессімен салыстырғанда 1,8 - 2,2 есе артады.
Отқабыршықтың пайда болуы, пайдалы металл массаның қайтымсыз
ысырабына алып келеді. Металлдың жалпы ысырабынан басқа, МЕСТ пен
техникалық шарттарда ескерілмейтін өндірістің қорсыйымдылығының
артуына алып келетді. Отқабыршықтың пайда болуы прокат бетінің сапасын
төмендетеді және келесі ақау түрлерінің себепшісі ретінде болады:
- майысқан отқабыршық;
- шұбарланған;
- қуыстық;
Прокаттың беттік ақауларын тазалау өте бейнетті жұмыс болып
табылады, себебі прокаттық цехтің 35% жұмысшыларын жұмсауға тура келеді.
МЕСТ 21014 - 88-ге сәйкес майысқан отқабыршық - қалған
отқабыршық дақтарының деформация салдарынан металл бетіне батырылу
арқылы пайда болған беттік ақау; шұбарланған - майысқан отқабыршықты
жойған кезде металл бетінде майда шұңқырлар келбетінде тор немесе
сызықтар пайда болатын ақау; қуыс - майысқан отқабыршықтың кетіріп
және түсіріп тастаған кезде металл бетінде жеке шұңқырлар келбетінде
жарым-жартылай прокаттау бағытында созылып пайда болатын ақау
(шұбарланған отқабыршықтан айырмашылығы үлкен өлшемдері мен аз
мөлшері).
Отқабыршық қыздыру пештеріне қызмет көрсетуді қиындатады, яғни
оттықтың астын кезең сайын тазалауын қажет етеді; отқа төзімді заттармен
әрекеттескен кезде олардың бұзылуына алып келеді. Егер, металлды
қыздыру температурасы 1300 °С-тан аспайтын болса, онда отқабыршық қатты
күйінде болады және оның отқа төзімді заттармен әрекеттесу қарқындылығы
жоғары болмайды. Ал керісінше, металлды қыздыру температурасы 1300 °С-
тан асып кетсе, онда отқабыршық сұйық күйінде болады да, оның отқа төзімді
заттармен әрекеттесу қарқындылығы әлдеқайда артады да, жоғарыда
айтылып кеткендей көптеген қиындықтарды туғызады.
1.3 Болатты көмірсіздендіру
Көмірсіздендіру - болаттың құрамындағы көміртектің өзара әрекеттесу
процессі, металл өнімдерінің немесе құйма дайныдамаларының беттік
қабаттарындағы көміртек мөлшерінің төмендеуміен жүретің поцесс. Негізгі
көмірсіздендіру газдары: көмірқышқыл газы, оттегі, су буы, сутегі. Құрамында
темір карбиді бар болатты көмірсіздендіру, келесі негізгі реакциялардың
көмегімен жүзеге асады:
(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)
Көмірсіздендіру - қарсы екі жақты диффузия процессі. Көмірсіздендіру
газдары металлдың бетіне қарай диффузияланады, ал олардың алдына газ
күйіндегі реакция өнімдері қозғалады. Осыдан басқа, көміртек
концентрациялардың айырмасына байланысты ішкі қабаттардан
көмірсіздендірілген сыртқы қабаттарға қарай жылжуы болады.
Жалпы жағдайда жоғары температуралы қыздырудан кейін жоғары
көміртекті болаттың металлдың көлденең қимасындағы газдық
атмосферамен әрекеттесуінде ерекше қабаттарды атап өтуге болады, олар өз
кезегінде 1.4 суретте көрсетілген. Металлдың тотығуы кезінде, оның беті
отқабыршық қабатымен жамылады және ол отқабыршыққа айналған металл
қабатынан қалыңырақ болады. Отқабыршықтан кейін, ішкі қабаттың
тотығуы немесе ауыпалы аймақ басталады, ол металлдың ішіне еніп кетекен
(ереже бойынша, еніп кету, дәндердің шекарасынан басталады) металл мен
оксидтердің қоспасы ретінде танылады. Осыдан кейін, құрылымы таза
феритті болып табылатын толық көмірсіздендірілген аймақтарды және
құрылымы, металлдың негізгі құрылымынан өзгеше болаттын жарым -
жартылай көмірсіздендіруді ерекше атап өтуге болады. Жоғары көміртекті
болатта, жарым - жартылай көмірсіздендіру, металл дәндерінің шекарасы
бойындағы тұтас немесе үзілген феритті тор түрінде көрінуі мүмкін. Жалпы
көмірсіздендірілген қабаттың (көрінетін көмірсіздендірудегі) тереңдігі,
металл бетінен оның негізгі (өзгермейтін) құрылымына дейінгі қашықтықпен
анықталады да, толық және жарым - жартылай көмірсіздендірілген аймақтар
тереңдіктерінің қосындысына тең болады. Аналитикалық есептеулер мен
компьютерлік моделдеу кезінде жиі қолданылатын ұғым ретінде қабаттың
жиынды көмірсіздендіруін айтуға болады, ол өз кезегінде отқабыршыққа
айналған металл қабатының шамасына қатысты көрінетін отқабыршықтан
үлкен болады, себебі тотыққан металл да көмірсіздендірілген. Қыздыру
режимдеріне, атмосфераның құрамына және одан да басқа факторлаға
байланысты кейбір аймақтар жоқ болуы мүмкін.
1 - тотығуға дейінгі металлдың беті; 2 - отқабыршыққа айналған металл
қабаты; 3 - отқабыршық; 4 - ішкі тотығу аймағы; 5 - толық көмірсіздендіру
аймағы; 6 - жарым-жарылай көмірсіздендіру аймағы (дәндер шекарасының
бойындағы тұтас феритті тор); 7 - жарым-жарылай көмірсіздендіру аймағы (
дәндер шекарасының бойындағы үзілген феритті тор); 8 - өзгермейтін металл;
1.4 сурет - Атмосферамен жоғары температуралық әрекеттесуден
кейін болаттың беттік қабаттарының сұлбасы
Жоғары температуралық аймақта (800 - 900 °С астам) тотығу және
көмірсіздендіру процесстері өзара байланысты және параллель өтеді.
Көрінетін көмірсізденген қабаттың тереңдігі болаттың тотығу процесстерінің
кинетикасына, көміртектің бетке қатысты диффузиясы мен оның тотығуына
тәуелді болады. Осыған сәйкес, егер болаттың тотығу жылдамдығы
көмірсіздену жылдамдығынан жоғары болса, онда қыздырудан кейін
отқабыршықтың астында көмірсізденген қабат болмайды, егер көмірсіздену
жылдамдығы тотығу жылдамдығынан жоғары болса, онда қыздыру
процессінде отқабыршықтың астында көмірсізденген қабаттың қалыптасуы
жүзеге асады. Тотығу және көмірсіздену процесстерінің қарқындылығын
қасақана басқару немесе отқабыршықтың пайда болу температурасы,
көмірсіздену температурасынан жоғары болатын температуралық
интервалдарды қолдану, кейбір жағдайларда қалдықтың салдарынан металл
ысырабының ұлғаюына қарамастан, дайын металл өнімдеріндегі көрінетін
көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігін азайтатын тиімді шара болып
табылады.
Тотығу және көмірсіздену процестерінің динамикасына температура
және қыздыру уақыты, демек температуралық және уақыттық факторлар
негізгі әсерін тигізеді. Тотығу мен көмірсіздену процетерінің қыздыру пешінде
өзара байланысты өтуінің әр түрлі нұсқаулары бар, бастапқы металлдың
тотықпаған және көмірсізденбеген кездегі тотығу мен көмірсіздену Қ
қарқындылығының τ қыздыру уақытына тәуелділігі, түзу сызықты көріністен
өзгеше болатыны 1.5 суретте көрсетілген.
1.5, а суреті: бірінші кезең - тотығу қарқындылығы көмірсіздену
қарқындылығынан жоғары, екінші кезең - көмірсіздену қарқындылығы
тотығу қарқындылығынан жоғары, үшінші кезең - тотығу қарқындылығы
көмірсіздену қарқындылығынан жоғарылы болып келеді. Осыған сәйкес,
бірінше кезеңде көмірсіздендірілген қабат тереңдігінің үлкеюі жүзеге
аспайды, екінші кезеңде - көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігі артады,
үшіншіде - азаяды.
1.5, б суреті: бірінші кезең - көмірсіздену қарқындылығы тотығу
қарқындылығынан жоғары, екінші кезең
-
тотығу қарқындылығы
көмірсіздену қарқындылығынан жоғары, үшінші кезең - көмірсіздену
қарқындылығы тотығу қарқындылығынан жоғары болып келеді. Осыған
сәйкес, бірінше кезеңде көмірсіздендірілген қабаттың тереңдігінің артуы,
екінші кезеңде - оның толық жойылуына дейін азаюы, үшіншіде - қайтадан
артуы байқалады.
1.5 сурет - Болаттың тотығу (Т) және көмірсіздену (К) процестерінің
өзара байланысты өтуінің әр түрлі сұлбалары
1.4 Болатты аса қыздыру және аса күйдіру
Металлды
аса қыздыру
дәндердің қарқынды өсуімен, елеулі
көмірсіздендірумен және отқабыршықтың пайда болуымен сипатталады,
тағыда болаттың бетінде бос отқабыршықтың пайда болуымен қоса жүруі
мүмкін.
Аса қыздыруды түзетуге болатын ақаудың түріне жатқызады. Аса
қыздырудың салдарынан пайда болған ірі дәнді құрылым, төменгі
механикалық қасиеттермен сипатталады. Болаттың қатты аса қыздырылуы
дәндердің шекараларында цементитті тордың пайда болуына алып келеді.
Металлдың аса қыздыру дәрежесіне байланысты пайда болатын
сынықтардың түрлері: нафталиндік және тас түріндегі. Нафталиндік
сынық, ірі дәндердің бойымен өтетін біркелкі бұзылу беті болып табылады
және жарықтың түсу бұрышының өзгеруіне байланысты, нафталин
кристалдарының жылтырауына ұқсайтын ерекше таңдамалы жылтырауға ие
болады. Тас түріндегі сынық, жоғары температураларда және аустенитте
шектеулі еритін майда бөлшектерден қалыптасқан дөрекі дәндердің
шекарасымен өтетін біркелкі бұзылу бетінің пайда болуын айтады. Дәндердің
шекараларында артылған, шектеулі еритін γ - фазасындағы нитридтер,
карбидтер, карбониттер, сульфидтер, фосфидтер ерекшеленеді.
Тас күйіндегі сынықтың пайда болу механизмі келесідей. Аса қыздыру
температурасына дейін қыздыруда аустенит дәнінің елеулі өсуі байқалады.
Оның ішінде карбидтер, нитридтер және сульфидтер ериді. Жоғарғы беттік
белсенділіктеріне байланысты күкірт пен азот ірі аустенит дәндерінің
шекарасында адсорцияланады және артылған фазаларды қалыптастырады.
Металлды аса күйдіру аса қыздыруға қарағанда жоғарырақ қыздыру
температураларында пайда болады және түзетуге болмайтын ақаулардың
қатарына жатады. Аса күйдіру құбылысы солидус температураларына жақын
аймақта өтеді, ол өз кезегінде болаттың жоғары температуралы
сыңғыштығын, яғни беріктік және пластикалық қасиеттерінің кенет
төмендеуін тудыртады, ол прокаттауда дөрекі шұбарланудың пайда болуына
алып келеді. Тұтқырлы - әлсіз өтудің температуралық интервалы бар болғаны
10 °С құрайды. Деформация мен механикалық әсердің салдарынан, аустенит
дәндерінің шекараларымен бұзылулар пайда болады.
Әр түрлі элементтері (массалық үлестері, 0,01 - 1,90 С, 0,001 - 0,042 S,
0,001 - 0,040 Р, 0,34 - 1,93 Мn, 0,01 - 1,00 Si, % ) бар болаттың тұтқырлы-әлсіз
өтуінің температурасын болжау үшін келесі теңдеуді қолдану керек
(1.12)
Тұтқырлы - әлсіз өту температурасына ең көп күкірт, фосфор және
көміртегінің әсер ететінін 1.12 теңдеуден байқауға болады, демек болаттың
жоғары температуралы әлсізденудің ең жоғарғы ықтималдығы
-
ликвациондық аймақта болады.
Аса қыздыру мен аса күйдірудің пайда болу ықтималдығының алғы
шарттары ретінде болаттың пісуі, отқабыршықтың балқуы болып табылады.
Өйткені отқабыршықтың балқу температурасы шамамен тұтқырлы - әлсіз
өтудің температурасы тең болады. Бірақ отқабыршықтың балқуы аса қыздыру
мен аса күйдірудің адекватты растауы болып табылмайды, өйткені қыздыру
кезінде отқабыршық температурасы металл температурасынан үлкен болады,
дәндер шекараларының тотығу процестері диффузиялық сипатта болады
және олардың дамуына белгілі бік уақыт интервалы қажет болады. Осымен,
болатты отқабыршықтың балқуына дейін күшейтілген қыздыру, ереже
бойынша, болаттың қасиеттері мен құрылымының нашарлануына алып
келмейді. Сонымен бірге, тұтқырлы - әлсіз өтудің температурасында
металлдың пластикалық деформациясымен бірге шұбарланудың да пайда
болуына алып келеді, ол дәндер шекарасының тотығуының әсерінен емес,
болаттың қатты
-
сұйық күйіне өтуімен,яғни олардың беріктігінің
дөмендеуімен сипатталады. Шұбарланудың болаттың бұрыштарында пайда
болуының қауіпі жоғары болады, өйткені қыздыру кезінде ортасына
қарағанда температуралық шекаралары жоғарырақ болады.
Прокаттауға қыздырылған болаттың максимал температурасын оның
берілген маркасына байланысты солидус қисығынан 100 - 150 °С-қа төмен
алынады. Көміртекті және төменлегирленген болаттар үшін солидус
температурасы (
келесі тәуелділік бойынша анықтауға болады
(1.13)
мұндағы C, Si, Mn, ... . - болаттың құрамындағы болатын элементтердің
үлестік мөлшері.
Көміртекті болаттардың аса қыздыру температурасын (
Е.И. Казанцевтің қатынасын қолдануға болады
ақ
анықтау үшін
(1.14)
Құрамында көміртектің мөлшері 0,1 - 1,5 % болатын көміртекті
болаттардың аса күйдіру температурасын (
және қыздырудың максимал
температурасын (
анықтау үшін Н.Ю. Тайцтың жұмыстрынан келесі
тәуелділіктер пайда болды:
(1.15)
(1.16)
Көміртекті болаттардың максималды пластикалық температурасын (
келесі теңдік бойынша анықтауға болады:
С 0,18 % болаттар үшін; (1.17)
0,18С1,5 % болаттар үшін. (1.18)
1.5 Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі
Қыздыру пеші - қатты материалдарды қыздыру үшін, яғни олардың
пластикалық қасиеттерін
жоғарылату немесе осы материалдардың
құрылымын өзгерту үшін қолданылатын пеш. Келесі баяндауларда, біз
қыздыру пештерін, материалдарды қысыммен өңдеу үшін қыздыруға
арналған пеш ретінде түсінетін боламыз. Материалдардың құрылымын
өзгерту мақсатында жүргізілетін қыздыру, термиялық пештерде жүзеге асады.
Қыздыру пеші - ең көп таралған пештердің классы, өйткені олар тек
қара металлургияда ғана кең қолданылмай, түсті металлургияда, машина
құрастыруында да кең қолданысқа ие болады.
Металлургиялық зауыттарда қыздыру құдықтары мен методикалық
пештер құймалар мен дайындамаларды қыздыру үшін қолданылады.
Қыздыру құдығы - жаншу бітіміндегі прокаттаудың алдында ірі болат
құймаларын қыздыратын және кезеңдік күйде жұмыс істейтін (болат
құймаларын пештің үстіндегі қақпақ арқылы енгізеді және шығарады) пеш.
Құдықта массасы 2-3 тоннадан басталып 25 тоннаға дейін құймалардың
қыздырылуы жүзеге асады. Құймалардың қалыңдығы, әдетте 350 - 400 мм
асады, сондықтан құймаларды жұмыс кеңістігінде тік орнатып, қыздыруды
төрт жақтан жүргізеді. Құдықтар топтарға бірігеді (2 немесе 4 құдықтан) және
әр топ жеке түтін мұржасымен қамтамасыздандырылады.
Қыздыру құдығы пештің камералық түріне жатады. Өйткені, онда бүкіл
көлем бойынша бірдей температура ұсталып тұрады.
Кезкелген қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі келесідей болады.
Құдықтың үстінде қақпақ ашылады және камераға кранның көмегімен 4
құймадан 24 құймаға дейін енгізіледі. Бұл құймалар қажетті температураға
дейін қыздырылады, ал қыздырудан кейін оларды біртіндеп шығарып алады
да, прокаттау үшін жаншу бітімдеріне жіберіледі. Осыдан кейін құймаларды
енгізу мен шығары циклы жалғаса береді. Құймалардың температуралық
және жылулық қыздыру режимдері 1.6 суртетте көрсетілген.
Қыздыру екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде отынның шығыны, басқаша
айтатын болсақ пештің жылулық қуаты - М, ең жоғарғы дейгеде ұсталып тұрады.
Осы кезеңнің соңына қарай пештің температурасы, металлды сапалы қыздыру
деңгейіне дейін жетеді. Қыздырудың сапалығы пештің екінші кезеңдегі тұрақты
температурасының tпеш ұстауымен қамтамасыздандырылады.
- пештің температурасы;
және
- металлдың бетіндегі және
ортасындағы температуралары;
тығыздығы;
- металл бетіндегі жылу ағынының
1.5 сурет - Қыздыру құдықтарындағы құймалардың қыздыру
режимдері: а) суық енгізу; б) ыстық енгізу
Бұл кезеңде берілген металл бетінің температурасына (1200 - 1350 С)
және құйма қимасының температуралар құламасына жеткізеді. Бізге белгілі,
құймалардың 1 метр қалыңдығына температуралардың меншікті құламасы 100-
300 С-тан аспауы керек. Бірінші кезеңді, қыздыру кезеңі немесе жылулық
қуаттың тұрақтылық (М = const) кезеңі деп атайды. Екінші кезеңді, ұстау кезеңі
немесе пеш температурасының тұрақтылық (tпеш = const) кезеңі деп атайды.
Бастапқы кезеңде (М = const) металлға бағытталған жылулық ағынның
мөлшерінің төмендейтінін, ал бетті қыздыру жылдадығының тұрақты
төмендеуімен құймалар бетінің температурасының артуын атап өйтсек болады.
Қыздыру құдықтарына әдетте 95 %-ға дейін құймалардың ыстық
енгізулері орналастырылады, олардың беттік температурасы 950 - 1000 С-тан
аспайды. Осымен бірге құйманың өзегі сұйық күйінде болуы мүмкін.
Әдетте металлургиялық зауыттарда қыздыру құдықтары
төменгікалориялық газ тәріздес (домналық газ, кокстық - домналық газ
қоспасы) отынды жандырудың буфері ретінде қолданылады. Бұл жағдайда
жұмыс кеңістігіндегі жоғары температураға дейін ауаны қыздыру арқылы
жеткізуге болады, ал көптеген жағдайларда (домналық газды жандырған
кезде) - ауамен бірге газды да қыздыру арқылы жеткізуге болады.
Қыздыру құдықтары ауа мен газды қыздырудың тәсіліне байланысты
регенераторлық (ең көне құдықтар) және рекуператорлық болып бөлінеді.
Рекуператорлық құдықтар өз кезегінде ортасында және жоғарғыда орналасқан
оттықтармен жылытылатын құдықтар деп бөлінеді. Отынды пайдалану
сипаттамалары бойынша барлық құдықтар бір - біріне жақын болғандықтан,
артықшылықтарын капиталдық шығындары, қолданушылық тиімділігі мен
цехтағы жинақты орналасуы арқылы салыстыруға болады. Біз табанның
ортасынан жылытылатын рекуператорларды қарастырамыз.
Табанның ортасынан жылытылатын рекуператорлық құдықтар - ауасы
керамикалық рекуператорда қыздырылатын, ал газ бен ауа табанның
саңылаулары арқылы жеткізілетін қыздыру құдығы. Құдықтың сұлбасы 1.6
суретте көрсетілген. Төртбұрышты ұяшықта 10 - 14 құймалар қыздырылады.
Құймалардың жалпы массасы 45 - 105 тоннаға дейін жетеді. Ұяшықтың
ортасында оттық орналасқан, ол ыстық ауалы үрлеу өту үшін каналмен
қоршалған газдық шүмек ретінде елестетуге болады. Ауа желдеткіштің
көмегімен ұяшыққа беріледі. Рекуператордың ені ұяшықтың еніне тең болады.
Рекуператорды сегізқырлы керамикалық құбырлардан құрастырылады.
Құбырларды бір - бірімен сегізқырлы жұлдызшалармен (муфталармен)
біріктіреді, ол өз кезегінде рекуператордың беріктігін арттырады және ауа мен
түтіннің тоғыспалы қозғалуын қамтамасыз етеді. Салқындап келе жатқан
түтін, рекуператорлардың құбырларымен жоғарыдан төмен қарай
бағытталады. Ауа құбырлардың арасымен көлденең бағытталады. Ауа өтетін
қабаттың биіктігі, әдетте құбыршаның биіктігімен бірдей болады. Әр
жұлдызшаның қасында 4 саңылаудан болады. Егер саңылауларды отқа төзімді
заттармен бітеп тастаса, онда ауа жоғарғы қабатқа өтіп кете алмайды.
Қабаттың соңында жұлдызшалардың қазында саңылаулар ашық болады да,
ауа келесі (жоғарғы) қабатқа өтіп кетеді. Осылай, рекуператорларда ауаның
тоғыспалы-қарсыағынды қозғалысы орын алады, ол өз кезегінде түтіннің
ауаға жылуберуінің артуына алып келеді.
1 - оттық; 2 - керамикалық рекуператор; 3- суық ауаның кірісі; 4- ыстық ауа
кірісінің каналы; 5- түтінді шығару каналдары; 6 - құймалар; 7 - қож ыдысы; 8
-
"өзіндік"түтінді шығаратын түтін каналдары; 9 - көрші ұяшықтың
"транзиттік" түтінін шығаратын түтін каналдары
1.6 сурет - Табанының ортасынан жылытылатын рекуператорлық
құдықтың сұлбасы
Рекуператорға ауа, үш кірістік ауа құбырларымен жеткізіледі. Кірістік ауа
құбырының диаметрі рекуператордан оттыққа дейін жететіндіктен,
қыздырылған ауаны жинақтау үшін рекуператордың үстінде коридор
орналасқан. Қыздыру құдығы әдетте жану жылуы 5,5 - 10 МДжм3 болатын
кокстық - домналық немесе табиғи - домналық қоспасымен жылуландырылады.
Газды металлдық рекуператорда қыздыруға болады және оны керамикалық
рекуператорлардан кейін, яғни ортақ түтін жолында орналастыруға болады.
Қыздыру құдықтарының тобы 2 ұяшықан тұрады және бір түтін
мұржасы қолданылады.
Қалдықты жинау, әдетте құрғақ түрінде жүзеге асады.
Қыздыру құдығының жұмыс істеу принципі келесідей болады.
Құймалар кранның көмегімен, қыздыру құдығының жұмыс кеңістігіне,
үстіндегі қақпашасы арқылы енгізіледі (қыздыру құдығының қақпашасы 1.5
суретте шартты көрсетілмеген). Астыдан жұмыс кеңістігіне газ бен ауа
жеткізіледі. Газдың температурасы 250-300 С-қа дейін, ал ауаның
температурасы 750-800 С-қа дейін жетеді. Газдың жану әсерінен пайда
болған алау, бүкіл жұмыс кеңістігін қамтиды, қыздыру құдығының
қақпашасына тіреледі де, ол өз кезегінде алау ұзындығының қысқаруына алып
келеді және қақпаша тұрақытылығының төмендуіне де алып келеді. Алаудың
тұтамдары қабырғалармен төмен түседі. Осыдан кейін екі түтін терезесі
арқылы түтін
рекуператорға дейінгі кеңістікке келеді, тек одан кейін
рекуператорлардың құбырларына жетеді. Қыздыру аяқталғаннан кейін, газ
бен ауаның берісі тоқтатылады да, құймаларды бір - бірден кран арқылы
шығарып, одан кейін оларды блюмингке жібереді.
Қыздыру құдығының кемшіліктері: а) жанудың алдында, газ бен ауаның
жеткіліксіз араласуының салдарынан құймалардың биіктігі бойынша
қыздырылуы біркелкі болмайды; б) суық күйінде отырғызылған құймалардың
қыздыру ұзақтығы мен меншікті отын шығыны регенераторлық құдықтарға
қарағанда жоғарырақ болады, осымен бірге қыздыру құдықтары
калориялылығы жоғарырақ отынды қажет етеді; в) қолдану процессінде
рекуператор герметикалығының бұзылуы, ауаның ысырабына алып келеді.
Ауаның ысырабы, рекуператордың түтіндік және ауалық жақтарының
арасындағы қысымның елеулі құламаларымен сипатталады. Бұл қысым
құламалары қыздыру құдығының жұмыс істеу процессіндегі жоғарғы
қатардың құбырларындағы кіріс саңылауларының шаң басуымен
сипатталады. Қыздыру құдығы жаңа болған кезде, ауаның
ысырабы 10 - 30 %, ал науқанның соңында 50 - 60 % құрайды.
Ауаның ысырабы отынды жағудың сапасына, жылуылық қуаттың
шамасына, қыздыру процессінің ұзақтығына, отын шығынына және қыздыру
құдығының жұмыс істеу науқанының ұзақтығына жағымсыз әсерін тигізеді.
Рекуператорларды әр 1,5 - 2 жыл сайын қайта жасауды қажет етеді. Ауаның
жылыстауы түтінді араластырады да оның температурасының төмендеуіне
алып келеді. Осылай, рекуператордың тиімділігі төмендейді. Егер,
рекуператорларда жөндеуден кейінгі бірінші апталарда ауаны қызыдыру
температурасы 750 - 800 С құраса, кейін келе ауаны қыздыру температурасы
400-500 С дейін төмендеуі мүмкін.
Меншікті отынның меншікті шығыны құймалардың енгізу
температурасына байланысты болады және келесі шамаларға ие болады: суық
енгізу кезінде жуықтап 55
температурасы 700 - 800 С
-
65 кг м.о.болаттың тоннасына; енгізу
кезінде жуықтап 30-40 кг м.о.болаттың
тоннасына.
Отынның шығынын азайту үшін келесі шараларды ұсынуға болады:
1) жылулық қуатын қалпында ұстау үшін және жағу шарттарын жақсарту
үшін, қыздыру құдығының жұмыстық кеңістігіне оттық арқылы жетіспейтін
оттегі мөлшерін енгізу керек;
2) ыстық ауа каналдарында инжекторларды орнату, ол өз кезегінде ауаның
қысымын және ысырабын азайтуға көмектеседі;
3) керамикалық рекуператорлады металл құбырлық және радиациялық
рекуператорларға ауыстыру;
4) оттықтың басында әр түрлі алау тілушілерін алауды қақпашадан
табанына қарай түсіру мақсатымен орнату керек;
5) керамикалық рекуператорларды шарлық қондырмалары бар жинақы
регенераторларға ауыстырылу керек.
2 тарау. Шамотты құбырлы керамикалық рекуператорлар
2.1 Керамикалық рекуператолар
Керамикалық рекуператорларды, жалпы жағдайда жоғары
температуралы қыздыру пештерінде
(қыздыру құдықтары, прокатты
методикалық пештер және т.б.) түтін газдарының 1000 - 1500 °С-тағы кіруші
температуралары арқылы ауаны 600 - 900 °С-қа дейін сенімді қыздыру үшін
орналастырады.
КСРО кезінде өндірісте ең көп тараған рекуператорлар, элементтері
шамот және карбошамоттан, яғни шамот және карборунд қоспалары бар
керамикалық рекуператорлар болып табылады. ХХ ғасырда КСРО-да
рекуператорлық элементтерді айтылған материалдардан жасауды отқа
төзімді өндірістерде жатық меңгерілген, сонымен қатар шет мемлекеттерде
де блюмингтік қыздыру құдықтарында және прокаттық методикалық
пештерінде орнатылған керамикалық рекуператорлардың барлық дерлік
элементтері шамот және карборунд қоспаларынан жасалған.
Кейбір кезде керамикалық рекуператорларды, карборундтан,
корундтан, ситалдан жасалған элементтерден құрастырады. Карборунд
шамамен 20 - 25 есе, ал корунд 10 есе шамоттан қымбат болады, бірақ бұл
материалдарды қолданудың болашағы келесідей анықталады:
1. Шамотқа қарағанда карборундтың жылуөткізгіштік коэффициенті
(800-1000 °С кезінде) 7 - 8 есе, ал корундтың 3 есе үлкен болады, мысалы,
карборундты қолданатын болсақ, онда қыздырудың бірлік бетінің құны
айтарлықтай төмендейді және ол шамоттық рекуператорлардағы қыздырудың
бірлік бетінің құнына жақындайды.
2. Шамоттан жасалған рекуператорлық элементтер қабырғаларының
минималды қалыңдығы, дайындау технологиясына байланысты 16 мм болса,
онда корундты рекуператорлық құбырларды, қабырғалар қалыңдығы 5 мм
ғана етіп жасайды. []
3. Шамоттан және карбошамоттан жасаған рекуператор элементтерінің
минималды ұзындығы 400 мм, карборундтық құбырларлар 1,32 м-ге дейін,
корундтық 2 м-ге дейін болады, ол өз кезегінде рекуператорлық элементтердің
түйіскен ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz