Исходные материалы для производства чугуна.

Материалы	Разновидность материала	Химический состав	Назначение
1	2	3	4

ТАБЛИЦА 2

Подготовка железных руд к плавке.

Операции	Разновидности операций	Схемы	Назначение
1	2	3	4

ТАБЛИЦА 3

Физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.

Процесс	Химическая реакция	Зона печи	Температура
1	2	3	4

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Полностью заполненные таблицы 1, 2 и 3;

2. Определения новых специальных терминов, встретившихся при выполнении работы занести в словарь терминов.

Практическая работа №2

Тема: Производство стали.

Задачи:

• сформировать знания о материалах, используемых для получения стали;

• ознакомиться с физико-химическими процессами, происходящими при выплавке стали;

• получить представление об основных способах производства и разливки стали;

• приобрести умения по выбору способа сталеплавильного производства в зависимости от марки выплавляемой стали.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Сталь – это сплав железа с углеродом, который содержит менее 2% углерода. Кроме углерода сталь в своем составе всегда содержит постоянные примеси: марганец (до 0,8%), кремний (до 0,4%), фосфор (до 0,07%) и серу (до 0,06%), что связано с технологией ее выплавки. Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скраб). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне, поэтому сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. Примеси отличаются по своим физико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавильном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии.

В соответствии с законом действующих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Поскольку в наибольшем количестве в чугуне содержится железо, то оно и окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильной печи. Одновременно с железом окисляется Si, Mn, P, S, C и другие. Образующийся оксид железа при высоких температурах растворяется в железе и отдает свой кислород более активным элементам – примесям в чугуне, окисляя их. Чем больше оксида железа содержится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в сталеплавильные печи дополнительно в состав шихты вводят железную руду, окалину, содержащие много оксидов железа. В результате основное количество примесей окисляется за счет кислорода оксидов железа.

Скорость окисления примесей зависит не только от их концентрации, но и от температуры металла и подчиняется принципу Ле Шателье, в соответствии с которым химические реакции, выделяющие теплоту, протекают интенсивнее при более низких температурах или при некотором снижении температуры, а реакции, поглощающие теплоту, протекают активнее при высоких температурах или при некотором повышении температуры. Поэтому в начале плавки, когда температура металла невысока, интенсивнее идут процессы окисления кремния, фосфора и марганца, протекающие с выделением тепла, а углерод и сера интенсивно окисляются только при высокой температуре металла (в середине и конце плавки).

После расплавления шихты в сталеплавильной печи образуются две несмешивающиеся среды: жидкий металл и шлак, которые разделяются из-за различных плотностей. В соответствии с законом распределения (законом Нернста), если какое-либо вещество растворяется в двух соприкасающихся, но несмешивающихся жидкостях, то распределение вещества между этими жидкостями происходит до установления определенного соотношения (константы распределения), постоянного для данной температуры. Поэтому большинство компонентов (Mn, Si, P, S) и их соединения, растворимые в жидком металле и шлаке, будут распределятся между металлом и шлаком в определенном соотношении, характерном для данной температуры.

Нерастворимые соединения, в зависимости от плотности, будут переходить либо в шлак, либо в металл. Изменяя состав шлака, можно менять соотношение между количеством примесей в металле и шлаке так, что нежелательные примеси будут удаляться из металла в шлак. Убирая шлак с поверхности металла и наводя новый путем подачи флюса требуемого состава, можно удалять вредные примеси (S, P) из металла. Поэтому регулирование состава шлака с помощью флюсов является одним из основных путей управления металлургическим производством.

Используя изложенные законы, процессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов:

первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла;

второй этап – «Кипение» металлической ванны;

третий этап – раскисление стали (завершающий).

В зависимости от степени раскисления выплавляют спокойные, кипящие и полуспокойные стали. По количеству и концентрации элементов, входящих в состав стали, выделяют две основные классификационные группы. Стали, содержащие только железо, углерод и примеси, называют углеродистыми. Так, кроме углеродистых, в машиностроении широко применяют специальные (легированные) стали, в состав которых для придания определенных свойств вводят легирующие элементы: Cr, Ni, Co, W, Mo, V, Ti и др.

Углеродистые и малоуглеродистые стали выплавляют в кислородно-конверторных и мартеновских печах. Для выплавки качественных высоколегированных сталей и сплавов используют плавильные электропечи. Особо высококачественные стали производят с использованием методов спецэлектрометаллургии. Выплавленную сталь различными методами разливают в изложницы для получения слитка, либо на специальных установках непрерывного литья получают мерные заготовки требуемого сечения и геометрии. В зависимости от способа раскисления стальные слитки имеют разное строение.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

Для выполнения работы необходимо, используя материал лекций и рекомендованную литературу, заполнить обзорно-повторительные таблицы 4. 5, 6, и 7.

Таблицы 4 и 5 заполняются подобно таблицам 2 и 3 из практической работы №1, но в них необходимо внести данные, касающиеся только выплавки стали.

В таблице 6 нужно привести способы выплавки стали и их разновидности (если они есть), схемы печей и агрегатов, где происходит выплавка стали обозначенным способом. Обязательно указать тип футеровки, которая применяется для различных способов выплавки в различных агрегатах, а также состав используемой шихты. В последней графе необходимо показать классы сталей, которые целесообразно выплавлять предложенным способом.

В таблице 7 нужно привести способы разливки стали и их разновидности (если они есть), нарисовать схемы разливки по различным способам и указать достоинства и недостатки каждого способа.

После заполнения таблиц предложите способ производства конкретной стали, марки которых указаны в таблице вариантов задания (выбор варианта в соответствии со списком группового журнала). Составьте схему технологического процесса производства заданной стали и опишите её.

Схема должна включать все стадии технологического процесса производства стали, начиная с выбора материалов и подготовки руды для выплавки чугуна, передела его в сталь и кончая разливкой стали.

Для обоснования выбора способа выплавки стали необходимо проанализировать марку и указать класс стали.

Для описания технологического процесса используйте данные составленных Вами таблиц в практических работах № 1 и 2.

ТАБЛИЦА 4

Исходные материалы для производства стали

Материал	Назначение	Химический состав
1	2	3

ТАБЛИЦА 5

Физико-химические процессы, протекающие при выплавке стали

Процессы	Химические реакции	Назначение
1	2	3

Таблица 6

Способы выплавки стали

Способы	Разновидности	Схемы печей и агрегатов	Футеровка печей и агрегатов	Состав шихты %	Источник кислорода	Выплавляемая сталь
1	2	3	4	5	6	7

ТАБЛИЦА №7

Разливка стали

Способ разливки	Разновидности	Схемы разливки	Достоинства	Недостатки
1	2	3	4	5