Процеси виплавки сталі здійснюють в три етапи.

Перший етап - розплавлення шихти і нагріваючи ванни рідкого металу.

Температура металу порівняно невисока, інтенсивно відбувається окислення заліза, утворення оксиду заліза і окислення домішок: кремнію, марганцю і фосфору.

Найбільш важливе завдання етапу - видалення фосфору. Для цього бажане проведення плавки в основній печі, де шлак містить . Фосфорний ангідрид утворює з оксидом заліза нестійке з'єднання Оксид кальцію - сильніша основа, ніж оксид заліза, тому при невисоких температурах зв'язує і переводить його в шлак:

.

Для видалення фосфору потрібні невисокі температура ванни металу і шлаку, достатній зміст в шлаку . Для підвищення змісту в шлаку і прискорення окислення домішок в піч додають залізну руду і окалину, наводячи залізистий шлак. У міру видалення фосфору з металу в шлак, вміст фосфору в шлаку збільшується. Тому необхідно прибрати цей шлак з дзеркала металу і замінити його новим зі свіжими добавками .

Другий етап - кипіння металевої ванни - починається у міру прогрівання до вищих температур.

При підвищенні температури інтенсивніше протікає реакція окислення вуглецю, що відбувається з поглинанням теплоти: .

Для окислення вуглецю в метал вводять незначну кількість руди, окалини або вдувають кисень.

При реакції оксиду заліза з вуглецем, бульбашки оксиду вуглецю виділяються з рідкого металу, викликаючи "кипіння ванни". При "кипінні" зменшується вміст вуглецю в металі до потрібного, вирівнюється температура за об'ємом ванни, частково віддаляються неметалічні включення, що прилипають до спливаючих бульбашок , а також гази, проникаючі у бульбашки . Усе це сприяє підвищенню якості металу. Отже, цей етап - основній в процесі виплавки сталі.

Також створюються умови для видалення сірки. Сірка в сталі знаходиться у вигляді сульфіду (), який розчиняється також в основному шлаку. Чим вище температура, тим більша кількість сульфіду заліза розчиняється в шлаку і взаємодіє з оксидом кальцію :

З'єднання , що утворюється, розчиняється в шлаку, але не розчиняється в залозі, тому сірка віддаляється в шлак.

Третій етап - розкислювання сталі полягає у відновленні оксиду заліза, розчиненого в рідкому металі.

При плавці підвищення вмісту кисню в металі потрібне для окислення домішок, але в готовій сталі кисень - шкідлива домішка, оскільки знижує механічні властивості сталі, особливо при високих температурах.

Сталь розкислюють двома способами: що осаджує і дифузійним.

Осаджуюче розкислювання здійснюється введенням в рідку сталь розчинних розкислювачів (феромарганця, феросиліцію, алюмінію), що містять елементи, які мають велику спорідненість до кисню, ніж залізо.

В результаті розкислювання відновлюється залізо і утворюються оксиди: , які мають меншу щільність, ніж сталь, і віддаляються в шлак.

Дифузійне розкислювання здійснюється розкислюванням шлаку. Феромарганець, феросиліцій і алюміній в подрібненому виді завантажують на поверхню шлаку. Розкислювачі, відновлюючи оксид заліза, зменшують його зміст в шлаку. Отже, оксид заліза, розчинений в сталі переходить в шлак. Оксиди, що утворюються при цьому процесі, залишаються в шлаку, а відновлене залізо переходить в сталь, при цьому в сталі знижується зміст неметалічних включення і підвищується її якість.

Залежно від міри розкислювання виплавляють сталі:

а) спокійні б) киплячі в) напівспокійні.

Спокійна сталь виходить при повному розкислюванні в печі і ковші.

Кипляча сталь розкислює в печі неповністю. Її розкислювання триває у виливниці при твердінні зливка, завдяки взаємодії оксиду заліза і вуглецю:

Оксид вуглецю , що утворюється, виділяється із сталі, сприяючи видаленню із сталі азоту і водню, гази виділяються у вигляді бульбашок, викликаючи її кипіння. Кипляча сталь не містить неметалічних включення, тому має хорошу пластичність.

Напівспокійна сталь має проміжну раскисленность між спокійною і киплячою. Частково вона розкислюється в печі і в ковші, а частково - у виливниці, завдяки взаємодії оксиду заліза і вуглецю, що містяться в сталі.

Легування сталі здійснюється введенням феросплавів або чистих металів у необхідній кількості в розплав. Легуючі елементи, у яких спорідненість до кисню менша, ніж у заліза (), при плавці і розливанні не окислюються, тому їх вводять у будь-який час плавки. Легуючі елементи, у яких спорідненість до кисню більша, ніж у заліза (), вводять в метал після розкислювання або одночасно з ним у кінці плавки, а іноді в ківш.

Способи виплавки сталі

Чавун переробляється в сталь в різних за принципом дії металургійних агрегатах: мартенівських печах, кисневих конвертерах, електричних печах.

Виробництво сталі в мартенівських печах

Мартенівський процес (1864-1865, Франція). У період до сімдесятих років був основним способом виробництва сталі. Спосіб характеризується порівняно невеликою продуктивністю, можливістю використання вторинного металу - сталевого скрапу. Місткість печі складає 200...900 т. Спосіб дозволяє отримувати якісну сталь.

Мартенівська піч (рис.2.2) по пристрою і принципу роботи є полум'яною відбивною регенеративною піччю. У плавильному просторі спалюється газоподібне паливо або мазут. Висока температура для отримання стали в розплавленому стані забезпечується регенерацією тепла пічних газів.

Сучасна мартенівська піч є витягнутою в горизонтальному напрямі камерою, складеною з вогнетривкої цеглини. Робочий плавильний простір обмежений знизу подиной 12, згори зведенням 11, а з боків передньої 5 і задньою 10 стінками. Подина має форму ванни з укосами у напрямку до стінок печі. У передній стінці є завантажувальні вікна 4 для подачі шихти і флюсу, а в задній - отвір 9 для випуску готової сталі.

Мал. 2.2 Схема мартенівської печі

Характеристикою робочого простору є площа череня печі, яку підраховують на рівні порогів завантажувальних вікон. З обох торців плавильного простору розташовані голівки печі 2, які служать для змішування палива з повітрям і подачі цієї суміші в плавильний простір. В якості палива використовують природний газ, мазут.

Для підігрівання повітря і газу при роботі на низькокалорійному газі піч має два регенератори 1.

Регенератор - камера, в якій розміщена насадка, - вогнетривка цеглина, викладена в клітину, призначена для нагріву повітря і газів.

Гази, що відходять від печі, мають температуру 1500…1600 ⁰C. Потрапляючи в регенератор, гази нагрівають насадку до температури 1250 ⁰C. Через один з регенераторів подають повітря, яке проходячи через насадку нагрівається до 1200 ⁰C і поступає в голівку печі, де змішується з паливом, на виході з голівки утворюється факел 7, спрямований на шихту 6.

Гази, що відходять, проходять через протилежну голівку (ліву), очисні пристрої (шлаковики), що служать для відділення від газу часток шлаку і пилу і спрямовуються в другий регенератор.

Охолоджені гази покидають піч через димар 8.

Після охолодження насадки правого регенератора перемикають клапани, і потік газів в печі змінює напрям.

Температура факела полум'я досягає 1800 ⁰C. Факел нагріває робочий простір печі і шихту. Факел сприяє окисленню домішок шихти при плавці.

Тривалість плавки складає 3.6 годин, для великих печей - до 12 годин. Готову плавку випускають через отвір, розташований в задній стінці на нижньому рівні череня. Отвір щільно забивають малоспекающимися вогнетривкими матеріалами, які при випуску плавки вибивають. Печі працюють безперервно, до зупинки на капітальний ремонт - 400…600 плавок.

Залежно від складу шихти, використовуваної при плавці, розрізняють різновиди мартенівського процесу:

скрап-процес, при якому шихта складається із сталевого лому (скрапу) і 25...45% чушкового передільного чавуну, процес застосовують на заводах, де немає доменних печей, але багато металобрухту.

скрап-рудный процес, при якому шихта складається з рідкого чавуну (55...75%), скрапу і залізної руди, процес застосовують на металургійних заводах, що мають доменні печі.

Футерування печі може бути основним і кислим. Якщо в процесі плавки стали, в шлаку переважають основні оксиди, то процес називають основним мартенівським процесом, а якщо кислі - кислим.

Найбільшу кількість сталі роблять скрап-рудным процесом в мартенівських печах з основним футеруванням.

У піч завантажують залізну руду і вапняк, а після підігрівання подають скрап. Після розігрівання скрапу в піч заливають рідкий чавун. В період плавлення за рахунок оксидів руди і скрапу інтенсивно окислюються домішки чавуну: кремній, фосфор, марганець і, частково, вуглець. Оксиди утворюють шлак з високим вмістом оксидів заліза і марганцю (залізистий шлак). Після цього проводять період "кипіння" ванни: в піч завантажують залізну руду і продувають ванну таким, що подається по трубах 3 киснем. В цей час відключають подачу в піч палива і повітря і видаляють шлак.

Для видалення сірки наводять новий шлак, подаючи на дзеркало металу вапно з додаванням бокситу для зменшення в'язкості шлаку. Зміст в шлаку зростає, а зменшується.

В період "кипіння" вуглець інтенсивно окислюється, тому шихта повинна містити надлишок вуглецю. На цьому етапі метал доводиться до заданого хімічного складу, з нього видаляються гази і неметалічні включення.

Потім проводять розкислювання металу в два етапи. Спочатку розкислювання йде шляхом окислення вуглецю металу, при одночасній подачі у ванну розкислювачів - феромарганця, феросиліцію, алюмінію. Остаточне розкислювання алюмінієм і феросиліцієм здійснюється в ковші, при випуску стали з печі. Після відбору контрольних проб сталь випускають в ківш.

У основних мартенівських печах виплавляють сталі вуглецеві конструкційні, низько - і середньолеговані (марганцовистые, хромисті), окрім високолегованих сталей і сплавів, які отримують в плавильних електропечах.

У кислих мартенівських печах виплавляють якісні стали. Застосовують шихту з низьким вмістом сірки і фосфору.

Сталі містять менше водню і кисню, неметалічних включення. Отже, кисла сталь має вищі механічні властивості, особливо ударну в'язкість і пластичність, її використовують для особливо відповідальних деталей: колінчастих валів великих двигунів, роторів потужних турбін, шарикопідшипників.

Основними техніко-економічними показниками виробництва сталі в мартенівських печах є:

продуктивність печі - з'їм сталі з 1м2 площі череня в добу (т/м2 в добу), в середньому складає 10 т/м2; р

витрата палива на 1т сталі, що виплавляється, в середньому складає 80 кг/т.

З укрупненням печей збільшується їх економічна ефективність.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: