Вопр.45. Способы получения чугунов и сталей

Производство черных металлов из железной руды – сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй – его перерабатывают в сталь. Чугун выплавляют в доменных печах. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы.

Железные руды – горные породы, содержащие железо в виде химических соединений с кислородом и другими элементами. В состав железных руд входят и другие соединения (объединяемые общим названием «пустая порода») в виде кремнезема, глинозема, известняка и т. П. Обычно для производства чугуна используют:

магнитный железняк (Fе3О4) с содержанием железа до 70 %,

красный железняк (Fе2О3), содержащий до 65 % железа,

бурый железняк (2Fе2О3-2Н2О), содержащий до 60 % железа.

Топливом в доменном процессе служит кокс, получаемый при сухой перегонке (сжигании без доступа воздуха) коксующихся каменных углей.

Флюсы (плавни) – известняки, доломиты и песчаники – применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак.

Доменная печь представляет собой шахту, снаружи покрытую металлическим кожухом и изнутри футерованную огнеупорным кирпичом. В печь через верхнюю часть, называемую колошником, непрерывно загружают шихтой, чередуя слои руды, флюса и топлива. Для поддержания горения топлива в нижнюю часть печи – горн – через фурмы подают под давлением нагретый воздух. Горение топлива – кокса – происходит в верхней части горна за счет кислорода воздуха по реакции С+О2=СО2. Образующийся при этом углекислый газ поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: СО2+С=2СО. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа, а сам переходит в углекислый газ.

Восстановление железа из его оксидов происходит во время движения шихты под действием собственной массы от верхней части печи к нижней. В нижней части печи при 900-1100 °С часть восстановленного железа соединяется с углеродом, в результате чего получается карбид железа Fе3С. Этот процесс называют науглероживанием. При температуре около 1150 °С начинается плавление науглероженного железа, и образовавшийся жидкий чугун стекает в горн печи. Сюда же стекает расплавленный шлак, который как более легкий материал всплывает над чугуном. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия – чугунную и шлаковую летки, причем сначала выпускают шлак, а затем – чугун. Чугун в расплавленном состоянии подают к разливочным машинам для отливки в «чушки» или в специальных ковшах доставляют в сталеплавильные цехи, где его перерабатывают в сталь.

Процесс производства стали состоит в уменьшении содержания имеющихся в предельном чугуне примесей углерода, кремния, марганца, серы, фосфора. Указанные примеси при выплавке стали выгорают, либо переходят в шлак. Исходными материалами для выплавки стали являются передельные чугуны, стальной лом, ферросплавы, железная руда и флюсы.

Современными способами производства стали являются конвертерный, мартеновский и электроплавильный (в электропечах).

Твердый или расплавленный чугун с добавкой скрапа (вторичный металл, металлическое сырье в виде лома и отходов производства) или руды плавится в мартене за счет сжигания топлива – смеси колошникового газа или генераторного газа с воздухом. Для повышения теплового эффекта газ и воздух предварительно нагревают в регенераторах, применяют кислородное дутье. Примеси – кремний, марганец и фосфор – окисляются закисью железа Fе2О3, образовавшейся в расплаве, переходя в оксиды, и удаляются в виде шлака, а закись железа переходит в чистое железо. Серу из расплава удаляют при помощи известняка, вводимого в качестве флюса. Углерод при высоких температурах выгорает. Образующийся в процессе выплавки стали шлак скапливается на поверхности жидкого металла, и его периодически удаляют.

Во время выплавки стали, продолжающейся 4- 8 час., в ее состав вводят различные добавки – ферросплавы (например, феррохром, феррованадий), получая тем самым легированную сталь. Химический состав расплава контролируют путем систематического отбора проб для анализа. После получения стали, заданного химического состава, ее выпускают в ковш и разливают по изложницам – чугунным и стальным формам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: