- •Предисловие
- •Введение
- •1 Современное металлургическое производство
- •2.2 Материалы, применяемые для получения чугуна
- •2.2.1 Железные руды
- •2.2.2 Подготовка железных руд к доменной плавке
- •2.2.3 Топливо
- •2.2.4 Флюсы
- •3 Производство чугуна
- •3.1 Устройство доменной печи
- •3.2 Доменный процесс получения чугуна
- •3.3 Продукты доменной плавки
- •3.4 Технология доменной плавки
- •4 Способы внедоменного получения железа
- •4.1 Роль и назначение прямого получения железа
- •4.2 Основные способы прямого получения железа
- •4.2.4 Химико-термический способ получения железа
- •5 Производство стали
- •5.2 Основные способы производства стали
- •5.2.1 Конвертерный способ
- •5.2.2 Мартеновский способ производства стали
- •5.2.3 Производство стали в электропечах
- •5.3 Непрерывные сталеплавильные процессы
- •5.4 Способы повышения качества стали
- •5.4.1 Способы повышения качества жидкой стали
- •5.5 Разливка стали
- •5.6 Кристаллизация и строение стальных слитков
- •6 Производство ферросплавов
- •6.2 Ферросплавная печь
- •6.3 Производство ферросилиция
- •6.4 Производство ферромарганца
- •6.5 Производство феррохрома
- •6.6 Производство ферротитана
- •7.1 Перспективы развития доменного производства
- •7.2 Перспективы развития производства стали
- •8 Производство цветных металлов
- •8.1 Производство меди
- •8.2 Производство алюминия
- •8.3 Производство магния
- •8.4 Производство титана
- •9.2 Производство порошков
- •9.2.1 Механические способы получения порошков
- •9.3 Прессование металлических порошков
- •9.3.1 Общие закономерности процесса прессования
- •9.3.2 Основные способы прессования
- •9.4 Спекание
- •9.5 Горячее прессование
- •9.6 Спеченные порошковые материалы
- •9.7 Фрикционные материалы
- •9.8 Пористые порошковые материалы
- •9.9 Спеченные конструкционные материалы
- •9.10 Электротехнические порошковые материалы
- •9.10.1 Материалы электротехнических контактов
- •9.10.2 Магнитные материалы
- •Список использованных источников
- •Рисунки
-высокой производительностью;
-низким удельным расходом топлива и огнеупоров.
К основным недостаткам процесса, ограничивающим его широкое распространение, относятся:
-более высокий расход жидкого чугуна по сравнению с мартеновским скрап-рудным процессом;
-более высокий угар железа;
-ограниченность сортамента выплавляемого металла.
5.2.3Производство стали в электропечах
Внастоящее время для выплавки стали широко применяют электропечи. Основными достоинствами электропечей являются:
- возможность быстрого нагрева металла, что позволяет вводить в печь большое количество легирующих добавок;
- возможность создать окислительную, восстановительную, нейтральную или вакуумную атмосферу, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений;
- возможность плавно и точно регулировать температуру металла.
Поэтому электропечи используют для выплавки высоколегированных, конструкционных, специальных сталей и сплавов.
Плавильные печи бывают:
-дуговыми;
-индукционными.
Основное количество электростали выплавляют в дуговых печах. Доля стали, выплавляемой в индукционных печах, в общем объеме выплавки невелика.
Дуговая плавильная печь. Дуговая электропечь состоит из рабочего пространства с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты (рисунок 24).
Плавку стали ведут в рабочем пространстве печи, ограниченным куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками.
Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Она может быть основной (магнезитовой, магнезитохромитовой) или кислой (динасовой). В съемном своде расположены три цилиндрических электрода из графитизированной массы, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх или вниз, автоматически регулируя длину дуги. Печь питается трехфазным переменным током.
Шихтовые материалы загружают на под печи сверху в открываемое рабочее пространство. После их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев шихты осуществляется за счет тепла электрических дуг, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой.
Для управления ходом плавки в печи имеются рабочее окно и отверстие для выпуска по желобу готовой стали (летка). С помощью поворотного механизма
печь может наклоняться в сторону сталевыпускного отверстия или рабочего окна. Вместимость дуговых печей может составлять 0,5 – 400 т.
Вметаллургических цехах используют электропечи с основной футеровкой,
ав литейных – с кислой.
Восновной дуговой печи можно осуществить плавку двух видов:
-без окисления примесей методом переплава шихты из легированных отходов;
-с окислением примесей на углеродистой шихте.
Плавка без окисления примесей. Шихта для такой плавки должна иметь низкое содержание фосфора и меньше, чем в выплавляемой стали, марганца и кремния. Производят нагрев и расплавление шихты. По сути это переплав. Однако в процессе плавки часть примесей окисляются (алюминий, титан, кремний, марганец).
После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак. При необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Затем проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак мелкораздробленный ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Плавкой без окисления примесей выплавляют стали из отходов машиностроительных заводов.
Плавка с окислением примесей. Плавку применяют для производства конструкционных сталей и ведут на углеродистой шихте. В печь загружают шихту, состоящую из стального лома (~90%), чушкового передельного чугуна (до 10%), электродного боя или кокса для науглероживания металла и известь (2-3%)
. Затем опускают электроды, включают ток и начинают плавку. Шихта под действием тепла дуги плавится, металл накапливается на подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты окисляются железо, кремний, фосфор, марганец и частично углерод. Оксид кальция и оксиды железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла.
После прогрева металла и шлака до температуры 1500 – 1550 °С в печь загружают руду и известь и проводят период кипения. Когда содержание углерода будет меньше заданного на 0,1%, кипение прекращают и удаляют из печи шлак. Затем проводят удаление серы и раскисление металла, доведение химического состава до заданного. Раскисление проводят осаждением и диффузионным методом. После удаления железистого шлака в печь подают раскислители (силикокальций, силикомарганец) для осаждающего раскисления. Затем в печь загружают известь, плавиковый шпат, шамотный бой для получения высокоосновного шлака. После расплавления флюсов и образования высокоосновного шлака на его поверхность вводят раскислительную смесь для диффузионного раскисления (известь, ферросилиций, плавиковый шпат, молотый кокс). Углерод кокса и кремний ферросилиция восстанавливают оксид железа в шлаке и содержание его в шлаке снижается.
В этот период создаются условия для удаления из металла серы, что объясняется высоким содержанием СаО в шлаке (около 60%), низким содержанием FeO (менее 0,5 %) и высокой температурой металла.
Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости в печь вводят ферросплавы для получения заданного химического
состава металла. Затем выполняют конечное раскисление стали и выпускают из печи в ковш.
В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали. Это конструкционные, инструментальные, жаропрочные и жаростойкие стали.
Индукционная плавильная печь. Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора, внутри которого находится тигель с металлической шихтой (рисунок 25). Через индуктор от генератора высокой частоты проходит переменный ток повышенной частоты. Ток создает переменный магнитный поток, пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи, нагревающие металл до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель может быть изготовлен из кислых и основных огнеупоров. Емкость тигля составляет до
25 т.
В соответствии с заданным химическим составом металла при загрузке тщательно подбирают состав шихты. Необходимое для этого количество ферросплавов загружают на дно тигля вместе с шихтой. После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, а также для защиты его от насыщения газами.
При плавке в кислой печи после расплавления и удаления шлака наводят новый шлак с высоким содержанием SiO2. Металл раскисляют ферросилицием, ферромарганцем и алюминием перед выпуском его из печи. В печах с кислой футеровкой выплавляют конструкционные стали, легированные другими элементами.
В печах с основной футеровкой выплавляют высококачественные легированные стали с высоким содержанием марганца, никеля, титана, алюминия.
Индукционные печи имеют ряд преимуществ перед дуговыми. Основными их них являются:
-отсутствие электрической дуги, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газов и малым угаром элементов;
-наличие электродинамических сил, которые перемешивают металл в печи способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений;
-небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создать любую атмосферу или вакуум.
Кнедостаткам этих печей можно отнести:
-недостаточная температура шлака для протекания металлургических процессов между металлом и шлаком;
-малая стойкость футеровки, что приводит к частым ремонтам и остановкам.
Поэтому в индукционных печах выплавляют сталь из легированных отходов методом переплава или методом сплавления чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов.