В чем сущность передела чугуна в сталь? Расскажите о трех этапах выплавки стали.
Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).
Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.
Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:
.
Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.
Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.
Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.
Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.
Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора.
Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.
При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:
.
Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.
Также
создаются условия для удаления серы.
Сера в стали находится в виде сульфида
(
),
который растворяется также в основном
шлаке.
Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.
Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.
Осаждающее
раскисление осуществляется введением
в жидкую сталь растворимых раскислителей
(ферромарганца, ферросилиция, алюминия).
В результате раскисления восстанавливается
железо и образуются оксиды:
,
которые имеют меньшую плотность, чем
сталь, и удаляются в шлак.
Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:
а) спокойные,
б) кипящие,
в) полуспокойные.
Изобразите схему мартеновской печи, укажите основные элементы. Какими способами выплавляется сталь в мартеновский печах.
Мартеновская печь (рис.2.2.) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.
Рис.
7.4. Принципиальная схема мартеновской
печи:
1
— свод, 2 — завалочные окна, 3 — ванна
расплава, 4 — головки, 5 — регенераторы,
6 — перекидные клапаны
В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:
– скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.
– скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.
Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.
Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.
В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора.