6) Физико-химические процессы получения стали

Для выплавки стали используются следующие исход­ные материалы: металлошихта, металлодобавки, флюсы и окислители.

Основная масса металлошихты — это передель­ный чугун и стальной лом. В состав металло­шихты могут входить также продукты прямого восстановления железа из руд, ферросплавы. Основное назначение передела чугуна в сталь — это снижение содержания в нем углерода, кремния, марган­ца и фосфора путем окисления и перевода их в шлак или газы. Металлодобавки в виде ферросплавов вводятся в сталь для ее раскисления и легирования. Флюсами (добавочными материалами) служат изве­стняк, боксит и плавиковый шпат. Известняк способству­ет возникновению шлака, а боксит и плавиковый шпат - его жидкотекучести. Для окислительных процессов источником кислорода является газовая фаза (газообразный кислород, печная атмосфера) или твердые окислители (железная руда, аг­ломерат, окатыши, прокатная окалина). Железо при взаимодействии с кислородом окисляется. В сталеплавильном агрегате под шлаком (преимуще­ственно FeO и СаО) и при сравнительно невысокой тем­пературе удаляется фосфор (дефосфорация металла): 2[Р] + 5(FeO) + 4(СаО) = (СаО)4 .(Р2Ов) + 5Fe. Когда окисление примесей почти завершено, начина­ют образовываться оксиды железа. Растворяясь в стали, они повышают содержание в. ней кислорода. Это способ­ствует возникновению трещин при пластическом дефор­мировании стали. Поэтому проводят раскисление стали путем ввода элементов (раскислителей) с большим сродством к кислороду. Образующиеся оксиды удаляются в шлак. В качестве раскислителей используют кремний (в виде ферросилиция), марганец (ферромарганец), алю­миний и щелочноземельные металлы (ЩЗМ). В стале плавильных агрегатах применяют глубинное (внутрь ме­талла) раскисление В шлаке резко сокращается содержание FeO, что способ­ствует получению более качественной стали. Чтобы удалить серу, наводят шлак с еще большим содержанием СаО; к этому времени ванна доводится до высокой температуры. Сера в виде сульфидов удаляется в шлак: В случае необходимости плавку может завершать ле­гирование: тогда в сталь вво­дят легирующие элементы. Установлено, что получе­ние стали из железорудного сырья составляет 57 %, а с учетом утилизации отхо­дов — 63 %. Ежегодная мировая вы­плавка стали достигает 700... ...750 млн. т. На рис. 2.1 по­казан график производства стали в кислородных конвер­терах 1, мартеновских печах 2 и дуговых электропечах 3. Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы являются наиболее перспективными.

7) Производство стали в мартеновской печи.

Сталь это железоуглеродиотьй cплав, содержащий до 15% углерода. Который при нагреве до высоких температур подвергаются пластической деформации. .Сырье для производства стали является передельный чугун, скрап (лом) и ферроcплавы. Для массового производства стали используют печи с основной или кислой футеровкой. В зависимости от этого процессы подразделяются на кислый и основной процесс .Процессы выплавки стали в три этапа: 1) расплавление шихты и нагрев жидкого Fe. 2) кипение металлической ванны .Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды или вдувают кислород .При реакции FeО с С из жидкого металла выделяется пузырьки СО . При кипении уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляется неметаллические включения , которые прилипают к всплывающим пузырькам СО все это повышает качество Fe .Создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфидов FeS. Сульфид Fe взаимодействует с оксидом кальция, полученное соединение сульфида кальция растворяется в шлаке и удаляется. 3) Этап раскисления стали заключается в восстановлении оксида Fe (удаление кислорода). Сталь раскисляют двумя способами 1-ое охлаждающие раскисления осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей. В результате раскисления восстанавливается Fe и образуется оксиды и удаляются в шлак .2-ая Диффузионное раскисление. В зависимости от степени раскисления различают: 1) Спокойные стали 2) Кипящие стали.3) полуспокойные стали .Способы выплавки стали: чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатов. Мартеновских печах, кислородных конверторах, электрических печах. Производство стали в мартеновских печах. Способ характеризуется небольшой производительностью возможностью использования скрапа. Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной, регенеративной печью. Высокую температуру в рабочем пространстве обеспечивает регенерацию (восстановление Q печь отапливается газом и мазутом, футеровка может быть основной и кислой.)

8) Устройство мартеновской печи.

Кладка пода печи выполняется из динасового или магнезитового кирпича. Рабочая поверхность набивается из крошки соответствующему кирпичу состава. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подом сверху сводом с боков передней и задней стенками. Загрузка шихтовых материалов добавляемых по ходу плавки осуществляется через окна с помощью загрузочной машины. Шихта выравнивается на поде, после ее расплавления образуется слой металла, а сверху слой шлака. Мазут подается через форсунку и отгорает в струе нагретого до 1100-1200 градусов воздуха. Отходящие из печи газы попользуется для обогрева . Клапан позволяет переодически менять направление газового потока, и поочередно нагревают левый и правый регенераторы. Продолжительность плавки 3-12 часов готовую плавку выпускают через отверстие расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. В зависимости от состава шихты различают разновидности мартеновского процесса: скрап- рудный процесс при котором шихта состоит из жидкого чугуна. 2) рудный процесс- шихта состоит из жидкого чугуна и железной руды. Рудный и скрап рудный процессы применяются на больших металлургических заводах имеющих доменный процессы .3) Скрап процесс при котором шихта состоит из стального скрапа и передельного чугуна. Такой процесс применяют для выплавки более качественной стали на машиностроительные заводах. Технология мартеновского производства: В печь загружают через окошки железную руду и известняк, прогревают их и загружают скрап. Затем вторично прогревают и заливают шихту и жидкий чугун. Взаимодействие компонентов в период плавления приводит к окислению примесей и образование шлака. По окончанию расплавления начинается период кипения ванны. В печь периодически небольшими порциями загружает железную руду или продувает ванну кислородом. Это создает благоприятные условия для окисления углеродов. Временное отключение подачи топлива и воздуха в печь вызывает понижение давления в рабочем пространстве за счет этого происходит бурное выделение СО. Что вспенивает шлак. Для допопнительной очистки металла от вредных примесей наводят новый шлак .Наводка - загрузка в печь новые флюсы. Затем включают подачу газа и воздуха в печи проходят процессы кипения - раскисления стали. Плавку считают готовой если сталь и шлак имеет заданный состав и температуру обеспечивающую ее разливку и заливку, после плавки выпускает в оталеразливочный ковш, а шлак в шлаковый ковш. В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые низко и среднелегированные. В кислых мартеновских печах выплавляют качественные и особо качественные стали.