О стали

Исходные материалы для производства чугуна. Найдите на карте предприятия полного металлургического цикла

Руда

Основные виды сырья для производства чугуна – железные руды, кремнезем, глинозем, пустые породы с содержанием оксидов кальция и магния.

Руда, кроме основного материала, содержит и дополнительные компоненты – ценные и редкоземельные металлы. Если их содержание невелико, они используются в производстве чугуна. Если же процентное содержание позволяет извлекать из них, например, молибден, ванадий или никель, такую руду разделяют на компоненты.

Породу, добытую из недр, переводят из сырой в товарную. Происходит это в несколько этапов:

1. Дробление для раскрытия рудного минерала.
2. Грохочение для калибрования кусков разного размера.
3. Окускование с целью получения крупных кусков руды из мелких.
4. Агломерация (спекание).
5. Обогащение для отделения пустой породы.
6. Обжиг – для удаления серы, воды и углекислоты.
7. Усреднение состава для достижения однородности.

После всех подготовительных процедур руду направляют на переплавку. Это делают в доменных печах на металлургических комбинатах.

Руда для чугуна

Разновидности

В промышленном применении наиболее ценными являются руды:

• магнитный железняк, в котором содержание Fe колеблется от 45 до 70% и почти отсутствуют вредные примеси;
• красный железняк (55-60% Fe);
• бурый железняк (35-50%), основной недостаток – значительное количество вредных примесей;
• шпатовый железняк (30-45%).

Основные месторождения этих руд в нашей стране сосредоточены на Урале, в Сибири и ЦФО.

Свойства

Характеристики руды определяет ее химический состав. Чем выше содержание основного компонента, тем она ценнее.

Тип железной руды	Содержание Fe, %
бедная	< 45
средняя	От 45
богатая	60-65
очень богатая	> 65

Наличие вредных примесей и количество пустой породы делает производство металла из руд низкого качества более дорогостоящим. Чем выше содержание железа и меньше дополнительных компонентов, тем выше качество чугуна и дешевле его производство.

Стоимость железной руды на бирже находится на уровне 85 долларов за 1 тонну (на 18.02.2020).

2. Производство чугуна и стали

Материалы, применяемые в доменном производстве, и их подготовка к плавке.

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

Руды: Железные руды содержат (55…60%) железа в различных соединениях (оксидов, гидроксидов, карбонатов и др.), а также пустую породу.

Марганцевые руды применяют для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца, а также передельный чугунов. Хромовые руды используют для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов – хромомагнезитов. Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды, хромоникелевые руды, железованадиевые руды.

Топливо: кокс – для получения необходимой температуры и создавать условия для восстановления железо из руды; в целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом.

Флюсы: это известняк CaCО3 или доломитизированный известняк, содержащий CaCО3 и МgСО3. Это необходимо для удаления серы из металла, в который она переходит из кокса и железной руды при плавке. Для нормальной работы доменной печи шлак должен быть достаточно жидкотекучим при температуре 14500С.

Подготовка руд к доменной плавке.

Цель этой подготовки – увеличить содержание железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей – серы, фосфора, а также повышение однородности по кусковатости и химическому составу:

• дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной для плавки величины;
• обогащение руды: гравитация (отсадка) – это отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда. Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы;
• окускование проводят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров;

Применяют два способа окускования.

1. Агломерация – это спекание мелкой шихты, удаление серы и мышьяка. Получается кусковой пористый офлюсованный материал – агломерат.
2. Окатывание – это окатывание шихты из измельчённых концентратов, флюса, топлива, всё это увлажняют, и при обработке во вращающихся барабанах получают шарики-окатыши диаметром до 30 мм.

Выплавка чугуна.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – домнах (рис. 1). Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом, выделяющимся при сгорании топлива в печи и твёрдым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. На рис. — фотография домны шахтного типа.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объём печи был заполнен. Полезный объём печи – это объём, занимаемой шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объём 2000…5000 м3. Полезная высота Н доменной печи достигает 35м.

Эффективность работы доменной печи характеризуется пребыванием шихты в доменной печи (5 – 6 ч) и длительностью компании (5 – 6 лет и более непрерывной работы).

Физико-химические процессы доменной плавки.

Условно процессы, протекающие в доменной печи, разделяют на:

• • горение топлива;
  • разложение компонентов шихты;
  • восстановление железа;
  • науглероживание железа;
  • восстановление марганца, кремния, фосфора, серы;
  • шлакообразования;

Горение топлива. Вблизи фурм углерод кокса, взаимодействует с кислородом воздуха, сгорает. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура выше 20000С.

Восстановления железа. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре 500…5700С начинается восстановление оксидов железа. Восстановление железа из руды в доменной печи происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте печи и повышения температуры в несколько стадий – от высшего оксида к низшему:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.

Науглероживание железа. В шахте доменной печи наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание при взаимодействии с оксидом углерода (СО2), коксом, сажистым углеродом. Это приводит к образованию жидкого расплава, который каплями начинает стекать в горн.

Таким образом, в результате процесса восстановления оксидов железа, части оксидов марганца и кремния, фосфатов и сернистых соединений, растворения в железе С, Mn, Si, P, S в доменной печи образуется чугун.

Образование шлака. Шлакообразования активно происходит в распаре после окончания процессов восстановления железа путём сплавления флюсов, добавляемых в доменную печь для обеспечения достаточной жидкотекучести при температуре 1400…15000С, оксидов пустой породы и золы кокса. Шлак стекает в горн и скапливается на поверхности жидкого чугуна благодаря меньшей плотности.

Чугун выпускают из печи каждые 3…4 ч, а шлак 1…1,5 ч. Чугун транспортируют в кислородно-конверторные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, разливают в изложницы разливочной машины, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг.

Рис. 1. Устройство доменной печи: 1 – горн; 2 – воздухопровод; 3 – заплечики; 4 – распар; 5 – шахта; 6 – колошник; 7 – приёмная воронка; 8 – засыпной аппарат; 9 – вагонетка; 10 – малый конус; 11 – чаша; 12 – мост; 13 — большой конус (предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу).

Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приёмная воронка после очередной загрузки поворачиваются на угол, кратный 60о.

Рис. Домна шахтного типа

Продукты доменной плавки.

Чугун – основной продукт доменной плавки:

• передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конверторах или в мартеновских печах. Он содержит 4…4,4% С, 0,6…0,8%Si, 0,25…1,5%Mn, 0,15…0,3%P и 0,03…0,07%S.
• литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Кроме чугуна в доменной печи выплавляют ферросплавы доменные – сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами, применяемые для раскисления и легирования стали;
• побочные продукты доменной плавки – шлак и доменный газ. Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, а доменный газ после очистки используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.

На рис. 3 показан выпуск чугуна из домны.

Рис. 3. Выпуск чугуна из домны в ковши

Производство стали.

Сущность процесса. Сущность любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне.

Процессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов. Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

На этом этапе температура металла невысока; интенсивно происходит окисление железа, образования оксида железа и окисление примесей Si, P, Mn. Наиболее важная задача этого процесса – удаления фосфора (одной из вредных примесей стали).

Второй этап – «кипение» металлической ванны – начинается по мере её прогрева до более высоких, чем на первом этапе температур. Кипения ванны, является главным в процессе выплавки, стали.

В этот же период создаются условия для удаления серы из металла. Чем выше температура, тем больше количество FeS растворяется в шлаке, т.е. больше серы переходит из металла в шлак.

Третий этап (завершающий) – раскисления стали – заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышения содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами:

• осаждающим;
• диффузионным.

Осаждающее раскисления осуществляют введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия). В результате восстанавливается железо, а образующиеся оксиды марганца, кремния и алюминия удаляются в шлак.

Диффузионное раскисления осуществляют раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и другие раскислители в мелкоразмельчённом виде загружают на поверхность шлака.

В зависимости от степени раскислённости выплавляют спокойные, кипящие и полуспокойные стали.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше. Кипящая сталь раскисленна в печи не полностью. Её раскисления продолжается в изложнице при затвердевании слитка благодаря взаимодействию FeO и углерода, который содержатся в металле. Газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений – продуктов раскисления, поэтому

обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскислённость между спокойной и кипящей.

Легирование стали осуществляют введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав.

Легирующие элементы (Ni, Co, Mo, Cu), сродство к кислороду у которых меньше, чем у железа, при плавке и разливке практически не окисляются, и поэтому их вводят в печь в любое время плавки (обычно вместе с остальной шихтой). Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti и др.), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда непосредственно в ковш.

Технологические процессы производства стали.

Стали производят в различных по принципу действия металлургических агрегатах: кислородных конвертерах, электрических и индукционных печах и др.

Производство стали в кислородных конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой (магнезит и доломит) и продувкой кислородом через водохлаждаемую форму (рис 4.).

Перед плавкой конвертер наклоняют (рис. 4,1) через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап, заливают чугун при температуре 1250 – 1400оС. После этого конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение, внутрь его водоохлаждаемую форму и через неё подают кислород под давлением 0,9 – 1,4 МПа. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную руду (рис. 4,2). Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Благодаря интенсивному окислению примесей чугуна при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура до 2400оС.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 4, 3).

При выпуске стали из конвертера её раскисляют в ковше осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием; затем из конвертера сливают шлак (рис. 4,4).

Вместимость конвертера 70 – 350 т расплавленного чугуна.

Рис 4. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются:

• жидкий чугун;
• стальной лом (не более 30%);
• известь для наведения шлака;
• железная руда;
• боксит (Al2O3) и плавиковый шпат (СaP2), для разжижения шлака.

В кислородном конвертере благодаря присутствию шлаков с большим содержанием СaO и FeO, перемешиванию металла и шлака создаются условия для удаления из металла фосфора в начале продувки ванны кислородом, когда её температура ещё не высока. В чугунах, перерабатываемых в конвертерах, не должно быть более 0,15% Р и 0,07% S.

В кислородных конвертерах выплавляют: конструкционные стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные.

В кислородных конвертерах трудно выплавлять стали, содержащие легко-окисляющие легирующие элементы, поэтому в них выплавляют низколегированные (до 2– 3% легирующих элементов) стали. Легирующие элементы вводят в ковш, расплавив их в электропечи, или твёрдые ферросплавы, вводят в ковш перед выпуском из него, стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130 – 300 т заканчивается через 25 – 30 мин.

Производство стали в электропечах.

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами, так как в них можно получать высокую температуру металла, создавая окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет выплавлять сталь любого состава, раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений – продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Для плавки стали используют дуговые и индукционные печи (рис. 5).

Рис 5. Схема дуговой плавильной электропечи

Дуговая плавильная печь работает на трёх фазном переменном токе. Электрический ток от трансформатора мощностью 25 – 45 кВ *А. Рабочее напряжение 160 – 600 В, сила тока 1 – 10 кА. Во время работы печи длина дуги регулируется автоматически, путём перемещения электродов. На рис. 6 изображена дуговая плавильная печь.

Рис. 6. Дуговая плавильная электропечь постоянного тока

Рис. 7. Выпуск стали из дуговой плавильной электропечи

Вместимость этих печей 0,5 – 400 т. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.

Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости в печь вводят ферросплавы для получения заданного химического состава металла, после чего выполняют, конечную стадию раскисления, стали алюминием и силикокальцием и выпускают металл из печи в ковш рис. 7.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

Индукционная тигельная плавильная печь (рис 8).

Через индуктор (4) от генератора промышленной частоты (50 Гц) или от генератора высокой частоты (500 – 2500 Гц) проходит однофазный переменный ток. Ток создаёт переменный магнитный поток, пронизывающий куски металла в тигле. Переменный магнитный поток наводит в них мощные вихревые токи Фуко (1), нагревающие металл до расплавления и необходимых температур перегрева. Тигель изготовляют из основных или кислых огнеупоров (5). Вместимость тигля 60 кг – 25 т. (2) – свод тигельной печи. (3) – горловина для слива металла.

Рис 8. Схема индукционной тигельной плавильной печи

Индукционные печи обладают преимуществами перед дуговыми печами: в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газов и малым угаром элементов; при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые перемешивают металл и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или вакуум.

Однако эти печи имеют малую стойкость футеровки, и температура шлака в них недостаточна для протекания в них металлургических процессов между металлом и шлаком.

В индукционных печах с основной футеровкой выплавляют, высококачественные легированные, стали с высоким содержанием марганца, никеля, титана, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные, легированные стали.

При вакуумной индукционной плавке индуктор с тиглем, дозатор шихты и изложницы помещают в вакуумные камеры. Плавка, введение легирующих добавок, раскислителей, разливка металла в изложницы проводятся без нарушения вакуума в камере. Таким способом получают сплавы высокого качества с малым содержанием газов, неметаллических включений, сплавы, легированные любыми элементами. На рис. 9. изображена индукционная тигельная плавильная печь.

Рис. 9. Индукционная тигельная плавильная печь

На рис. 10 зафиксирован рабочий момент плавки стали в индукционной тигельной плавильной печи.

Рис. 10. Плавка стали в индукционной тигельной плавильной печи

Разливка стали (рис. 11; 12; 13).

Выплавленную сталь выпускают из плавильной печи в разливочный ковш, из которого её разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает, и получаются слитки, которые подвергают прокатке, ковке.

Рис. 11. Схема разливки стали сверху непосредственно из ковша

Рис. 12. Сифонная разливка стали: где 1— ковш, 2 — центровой литник, 3— сифонные кирпичи, 4— поддон, 5 — изложницы, 6 — шлакоуловители, 7 — огнеупорная масса

Сверху отливаются слитки крупного развеса (до 200 т), а также некоторые сорта легирован стали (быстрорежущей, шарикоподшипниковой и др.), в которых допустимо минимальное содержание неметаллических включений.

По сифонному способу из ковша 1 через центровой литник 2 одновременно заливается в зависимости от развеса слитков от двух до 60—

100 изложниц. При этом металл, проходя по центровому литнику 2, поступает по системе каналов, образованных специальными сифонными кирпичами 3 в чугунном поддоне 4, к каждой изложнице 5. Преимущества сифонного способа: можно отливать одной струей большое число слитков, поверхность слитков получается чистой, вследствие уменьшения высоты и объема усадочной раковины можно получить качественные слитки развесом до 20—30 г стали. Недостаток сифонной разливки — трудоемкая работа по сборке изложниц под разливку и большой расход металла на литники. Поэтому при разливке дорогостоящих сталей этот способ не применяют.

Прогрессивным способом является непрерывная разливка стали (рис. 13).

Металл из ковша заливается непрерывной струей в промежуточное устройство, а из него поступает в охлаждаемые водой кристаллизаторы, в которые предварительно закладываются стальные заготовки, образующие дно. При соприкосновении жидкого металла с этими заготовками

(затравками) и стенками кристаллизаторов начинается быстрое затвердевание его, еще более усиливающееся при проходе через зону вторичного охлаждения. Затвердевшая заготовка вытягивается роликами, действующими от специального механизма к тележкам газорезок, разрезается на куски, а затем по конвейеру поступает в прокатный цех. Применение способа непрерывной разливки стали позволяет сократить отходы металла с 15—20% при обычной разливке до 3—5%, т. е. в 5 раз.

Рис. 13. Схема машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков (квадратных,

прямоугольных, круглых или многогранных поперечных сечений). Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (двутавровые балки, швеллеры, уголки и т.д.). Слитки прямоугольного сечения переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготовляют трубы, колёса. Многогранные слитки используют для поковок.

Для прокатки отливают слитки массой 200 кг – 25 т; для поковок – массой 300 т и более. Обычно углеродистые спокойные и кипящие стали разливают в слитки массой до 25 т, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 500 кг – 7 т, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки массой в несколько килограммов.

Машины непрерывного литья могут иметь несколько кристаллизаторов, что позволяет одновременно получать несколько слитков, которые могут быть прокатаны на сортовых станах, минуя блюминги и слябинги.

Строение слитка.

Залитая в изложницы сталь отдаёт теплоту её стенкам, поэтому затвердевание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся корки непрерывно увеличивается, при этом между жидкой сердцевиной слитка и твёрдой коркой металла располагается зона, в которой одновременно имеются растущие кристаллы и жидкий металл между ними. Кристаллизация слитка заканчивается вблизи его продольной оси.

Сталь затвердевает в виде кристаллов древовидной формы – дендритов.

Размеры и формы дендритов зависят от условий кристаллизации (рис. 14).

Рис. 14. Схема строения стальных слитков: а, г – спокойная сталь; б, д – кипящая сталь; в, г – полуспокойная сталь;

А – тонкая наружная корка мелкозернистых кристаллов; Б – зона крупных столбчатых кристаллов (дендриты); В – зона крупных неориентированных кристаллов; Г – мелкокристаллическая зона у донной части слитка.

Спокойная сталь затвердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная раковина, а в средней – усадочная осевая рыхлость.

Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твёрдое. Ликвация бывает двух видов – дендритная и зональная.

Дендритная ликвация – неоднородность стали в пределах одного кристалла (дендрита) – центральной оси и ветвей. Например, при кристаллизации стали содержание серы на границах дендрита по сравнению с содержанием в центре увеличивается в 2 раза, фосфора – 1,2 раза, а углерода уменьшается почти наполовину.

Зональная ликвация – неоднородность состава стали в различных частях слитка. В верхней части из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивается в несколько раз, а в нижней части – уменьшается. Зональная ликвация приводит к отбраковке металла вследствие отклонения его свойств от заданных. Поэтому прибыльную и под прибыльную часть слитка, а также донную его часть при прокатке отрезают.

В слитках кипящей стали не образуется усадочные раковины: усадка стали, рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении, стали, в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются.

Полуспокойная сталь сохраняет преимущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков.

Полуспокойная сталь частично раскисляется в печи и ковше, а частично в изложнице. Слиток полуспокойной стали имеет в нижней части структуру спокойной стали, а в верхней – кипящей. Ликвация в верхней части слитка полуспокойной стали меньше, чем кипящей, и близка, к ликвации спокойной стали, но слитки полуспокойной стали, не имеют, усадочных раковин.

Способы повышения качества стали.

Развития машиностроения и приборостроения предъявляет возрастающие требования к качеству металла: его прочности, пластичности, газосодержанию. Улучшить эти показатели можно уменьшением в металле вредных примесей, газов, неметаллических включений.

Для повышения качества металла используют:

• обработку металлов синтетическим шлаком;
• вакуумную дегазацию металла;
• электрошлаковый переплав (ЭШП);
• вакуумно-дуговой переплав (ВДП);
• переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах и др.

Обработка металла синтетическим шлаком заключается в следующем – смешивают жидкий шлак с жидкой сталью, происходит

реакция, при которой уменьшается содержание серы, кислорода и неметаллических включений в стали. Повышается её пластичность и прочность. Такие стали используют для изготовления ответственных деталей машин.

Вакуумирование стали проводят для понижения концентрации кислорода, водорода, азота и неметаллических включений. Для вакуумирования используется различные способы, например, вакуумирование в ковше, циркуляционное и поточное вакуумирование, струйное и порционное вакуумирование и др.

Электрошлаковый переплав (рис. 15). ЭШП применяют для выплавки высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Источником теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении через неё электрического тока. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду, погружённому, в шлаковую ванну, и к поддону, установленному в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе, в котором находится затравка. На рис. 16. изображена установка электрошлакового переплава стали.

Рис. 15. Схема электрошлакового переплава расходуемого электрода: а – кристаллизатор; б – включение установки 1 – электрод; 2 – шлаковая ванна; 3 – капли металла; 4 – металл; 5 – корка; 6 – слиток; 7 – кристаллизатор; 8 – затравка; 9 – поддон.

Рис. 16. Установка электрошлакового переплава стали

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включении. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. На рис. 17. изображена схема на рис. 18. установка вакуумно-дуговой переплавки стали.

Рис. 17. Схема вакуумно-дуговой переплавки: 1 – корпус; 2 – водоохлаждаемый шток; 3 – электрод-катод; 4 – капли жидкого металла; 5 – жидкий металл; 6 – изложница; 7 – слиток; 8 – затравка-анод

В зависимости от требований, предъявляемых к получаемому металлу, расходуемый электрод изготовляют механической обработкой слитка, выплавленного в электропечах или в установках ЭШП.

Слитки ВДП содержат мало газов, неметаллических включений, отличаются высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Из них изготовляют ответственные детали турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 т.

Рис. 18. Установка вакуумно-дугового переплава стали

Плавку в электронно-лучевых печах (рис. 19) применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и сталей.

Вакуум внутри печи, большой перегрев, вызванный пучком электронов, направленный на металл, и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получению металла особо высокого качества. Однако при переплаве шихты, содержащей легко испаряющие элементы, изменяют химический состав металла.

Рис. 19 Схема электронно-лучевой печи

Плавку стали в плазменно-дуговых печах (рис. 20.), применяют для получения высококачественных, сталей и сплавов.

Источник теплоты – низкотемпературная плазма (30000оС), получаемая в плазменных горелках. В этих печах можно создавать нейтральную среду заданного состава (аргон, гелий). Плазменно-дуговые печи позволяют быстро расплавить шихту, а в нейтральной газовой среде происходит дегазация выплавляемого металла, легкоиспаряющие элементы, входящие в его состав, не испаряются.

Рис. 20. Установка плазменно-дуговой печи

1.5 Современные сталеразливочные системы

Системы разливки стали и сплавов комплектуются современными шиберными затворами линейного и поворотного типа с кассетной конструкцией огнеупоров. Применение композитных материалов существенно повышает стойкость огнеупорного комплекта и сокращает время обслуживания. Исключение вторичного окисления предполагает применение различных конструкций устройств защиты, обеспечивающих наилучшее показатели даже без применения защитной трубы [2,3].

Под сталеразливочными системами следует принимать комплекс исполнительных и вспомогательных устройств, осуществляющих автоматическое дозирование расплавленного металла из технологических емкостей (ковши, печи, конвертеры и др.) и обеспечивающих для выполнения данной функциональной цели постоянный и плотный контакт рабочих поверхностей огнеупорных элементов, их самоустановку, своевременную замену расходуемых огнеупорных частей.

Рис. 1.4 Огнеупорный комплект шиберного затвора: 1 – гнездовой блок, 2 – ковшевой стакан, 3 – шиберные плиты в обечайке, 4 – стакан-коллектор в обечайке, 5 – уплотнительная вставка, 6 – защитная труба

Наиболее ответственными расходными комплектующими сталеразливочных систем являются огнеупорные элементы (рис. 1.4), имеющие различную эксплуатационную стойкость в зависимости от физико-химического состава.

Анализ эволюции развития сталеразливочных систем, позволяет сформулировать требования к шиберным затворам нового поколения:

– многоточечный пружинный механизм равномерного прижатия огнеупорных плит,

– увеличенная долговечность узлов и деталей системы,

– наличие системы фиксации огнеупорных плит,

– минимизация человеческого фактора при эксплуатации системы,

– быстрота и удобство замены огнеупоров.

Применение современных технических решений даёт возможность обеспечить достаточную равномерность приложения прижимного усилия на огнеупорные плиты, обеспечить их самоустановку, компенсировать циклические температурные расширения и износ огнеупорных и металлических деталей затвора, снизить требования к точности изготовления деталей и узлов.

Определено, что требованиям, предъявляемым к шиберным системам последнего поколения соответствуют целый ряд современных моделей зарубежных производителей «Меtacon AG», «Vesuvius», «FloCon», «Interstop»,

«Knoellinger», «Uberzetta», «Sanac» и российского предприятия ООО НПП

«Вулкан ТМ», представленные на рис.1.5 [7,9]. На Украине совместную разработку устройств для дозированного перелива жидкого металла в условиях сталеплавильного производства ведут Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ) и НПО «ДОНИКС» [2].

Марка затвора	Объем ковша, т	Диаметр канала, мм	Область применения
ВТ-30	2-50	30-50	МиниУНРС, литейные производства
ВТ-50	30-150	до 70	УНРС
ВТ60/80	160-250	45-80	УНРС

Оригинальным решением для мини-металлургических заводов и литейных производств является двухплитный шиберный затвор ВТ-30, отличающийся компактностью и простотой обслуживания, что позволяет использовать его на ковшах ёмкостью до 30 т (рис. 1.6). Оригинальная схема поджатия плит с опорными роликами, обеспечивает постоянное усилие прижима плит в точках, равноудаленных от оси разливочного канала, восстановление усилия сжатия между разливками, самоустановку плит.

Рис.1.6 Шиберный затвор ВТ-30

Наряду с вышеуказанными преимуществами к отличительным особенностям конструкции относятся:

– кассетная замена огнеупоров в металлических обечайках непосредственно на ковше;

– усилие прижатия плит создается при взведении одного упругого элемента пружинно-торсионного механизма прижима плит.

– ручной привод перемещения подвижной каретки, либо возможность установки гидроили электропривода по требованию заказчика;

– простота в изготовлении, монтаже;

– пружинно-торсионный механизм прижима плит;

– контроль работоспособности затвора на ковше без разборки шибера.

Автовзведение прижимного механизма происходит при втягивании приводом направляющих подвижной каретки на опорные ролики независимых траверс.

Благодаря модульной конструкции, затворы серии ВТМ-30 адаптированы по обслуживанию и могут применяться на металлургических предприятиях с различными условиями эксплуатации. Модульное исполнение шиберного затвора в сочетании с кассетным принципом использования огнеупоров позволяет производить замену огнеупорного комплекса без снятия затвора с ковша, отпадает необходимость в шиберной мастерской.

В настоящее время наиболее распространённым методом защиты металла от вторичного окисления является использование защитной трубы из огнеупорного материала, надеваемой на выступающий конец стакана-коллектора. При этом струя металла находится внутри защитной трубы, не имея контакта с воздухом. Использование защитной трубы не даёт 100 процентной защиты струи от окисления в следствие негерметичности стыка стакана-коллектора и защитной трубы. При таком способе защиты используют защитные трубы, оборудованные системой подачи аргона в зону сопряжения, с целью препятствия проникновения кислорода внутрь защитной трубы (рис. 1.7). Благодаря инертным свойствам аргона, он не вступает в реакции с химическими элементами потока металла и тем самым не оказывает вредного влияния на состав получаемого металла.

Рис. 1.7 Способ защиты струи металла от вторичного окисления

с использованием защитной трубы и подачей аргона в зону сопряжения

Совместное использование защитной трубы и аргоновой продувки накладывает существенные ограничения на предельные отклонения геометрических размеров стыкующихся поверхностей огнеупоров, что требует ужесточения технологии их изготовления и, в свою очередь, сказывается на повышении себестоимости стаканов-коллекторов и защитных труб. Еще одним существенным недостатком данных систем защиты является невозможность использования в их составе огнеупорных элементов других производителей.

Другим способом защиты металла от вторичного окисления является совместное использование защитной трубы и эластичного уплотнения из огнеупорного материала, устанавливаемого между стаканом-коллектором и защитной трубой. Огнеупорное уплотнение обеспечивает плотный контакт стыкуемых поверхностей огнеупоров, за счет эластичного состава, который принимает форму сопряженных поверхностей, тем самым компенсируя отклонения их формы и размеров. Многие производители огнеупоров, как в России, так и за рубежом, производят эластичные вставки различного состава и отличающихся в основном конфигурацией установочных выступов. Недостатком способов защиты металла от вторичного окисления с использованием защитных труб, а также эластичных вставок, является то, что они одноразовые и требуют замены после каждой плавки. В литейных производствах, а также в металлургии, где имеет место сифонная разливка, использование защитных труб не возможно.

В качестве альтернативного варианта защиты струи металла от вторичного окисления НПП «Вулкан-ТМ» предлагает использовать устройство газодинамической защиты металла от вторичного окисления (рис. 1.8), которое имеет широкие технические возможности, в том числе адаптировано под сифонную разливку металла.

Рис. 1.8 Устройство газодинамической защиты металла от вторичного окисления производства НПП «Вулкан-ТМ

Устройство газодинамической защиты металла от вторичного окисления производства НПП «Вулкан-ТМ» монтируется на шиберном затворе путем защелкивания на байонетной гайке во время межплавочного обслуживания сталеразливочного ковша. Продувка аргоном осуществляется весь период разливки плавки. Стойкость системы защиты составляет до 7 плавок. Износ системы обуславливается накапливанием металла в продувочных щелях и растрескиванием огнеупорного кольца.

Материалы для доменного производства чугуна.

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

К железным рудам относится магнитный, красный, бурый и шпатовый железняк.

Магнитный железняк (магнетит) содержит железо в виде Fe3O4(закись-окись железа), обладающей хорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат 40…70 % железа и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднее других руд

Красный железняк (гематит) содержит железо в виде Fe2O3 (безводная окись железа). Содержание железа составляет 55…60 % при малом содержании вредных примесей.

Бурый железняк (лимонит) содержит гидраты оксидов железа 2Fe2O3∙ 3H2OиFe2O3∙H2O. Содержание железа – 25…50 %. Гидратная влага, легко удаляемая при плавке, делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Бурые железняки содержат значительное количество серы, фосфора и других вредных примесей.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли FeCO3. Содержание железа – 30…37 %. Перед плавкой эти руды обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению.

Комплексные железные руды наряду с железом содержат другие полезные металлы, которые при доменной плавке переходят в чугун и улучшают его свойства.

Железные руды обычно содержат мало марганца, который необходим для получения чугуна. Поэтому в шихту (специально подготовленную смесь, содержащую руду, топливо и флюсы) для доменных печей добавляют марганцевые руды. Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца (10…82% ), а также передельных чугунов, содержащих до 1% марганца. Mарганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: MnO2,Mn2O3,Mn3O4,MnCO3 и др.

Топливом для доменной плавки служит кокс, который играет двоякую роль: служит топливом и обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры; обеспечивает восстановление окислов железа. Возможна частичная замена кокса газом или мазутом.

Флюсомявляется известняк CaCO3или доломитизированный известняк, содержащий CaCO3 и MgCO3, так как в шлак должны входить основные оксиды (CaC,MgO), которые необходимы для удаления серы из металла. В их состав входит минимальное количество вредных примесей.

16. Выплавка чугуна в доменной печи. Продукты доменной плавки.

Читайте также:  Медно-каштановый цвет волос. Фото, кому подходит, краски, техники

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на что расходуется примерно 80-85% всего чугуна.

A) Основные задачи плавки чугуна в доменной печи: 1) восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава; 2) оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи. Сырые материалы при загрузке в доменную печь попадают в область низких температур на колошнике 200 — 300′ С, перемещаются сверху вниз и встречают более высокие температуры, которые достигают 1800 — 1900′ С на уровне фурм и снижаются в горне до 1450′ С. Вдуваемый через фурмы нагретый воздух обусловливает горение углерода кокса по реакции: С + О2 = СО2 + 94 052 кал (394 кДж). Встречая раскаленный кокс при высокой температуре, углекислота восстанавливается. СО2 + С = 2СО — 412 220 кал (176 кДж). Кроме того, окись углерода образуется в результате взаимодействия паров влаги и углерода кокса: Н2О + С = СО + Н2 — 31 382 кал (132 кДж). В верхних горизонтах доменной печи при температуре 100- 200 С испаряется влага, а при 300 — 350′ С удаляется гидратная вода. Из топлива удаляются летучие вещества. При более высоких температурах (до 900 С) разлагается известняк с выделением углекислоты: СаСО3 = СаО + СО2 — 42 490 кал (178 кДж). Восстановление железа происходит последовательно по схеме Fe2O3 -> Fe3O4 -> FeO -> Fe. При более умеренных температурах происходит косвенное (непрямое) восстановление руды окисью углерода. ЗFe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2 + 12 136 кал (50,7 кДж); 2Fe3O4 + 2СО = 6FeO + 2СО2 — 16 528 кал (69,2 кДж); 6FeO + 6СО = 6Fe + 6СО2 + 23 616 кал (99,1 кДж). При более высоких температурах (> 950′ С) в нижней части печи происходит прямое восстановление железа за счет сажистого углерода, осаждающегося в порах материалов: FeO + С = Fe + СО — 37 284 кал (155,5 кДж). Газами восстанавливается около 60% получающегося в доменной печи железа, а твердым углеродом — около 40%. Кроме железа, в доменной печи восстанавливаются кремний, марганец, сера, фосфор и другие элементы. Восстановление кремния и марганца происходит при высоких температурах (около 1450′ С) твердым углеродом и требует больших затрат тепла и топлива: SiO2 + 2С = Si + 2СО — 152 568 кал (639,5 кДж); MnO + С = Mn + СО — 65 584 кал (275,8 кДж). Сера как вредная примесь чугуна должна быть, по возможности, более полно удалена из него. В доменную печь сера попадает вместе с сырыми материалами; содержится в коксе, руде и флюсах. Около 10 — 60% серы улетучивается с газами в верхних горизонтах печи. Для удаления серы обеспечивают избыток извести в шлаках и высокую температуру в горне. Сера удаляется по реакции FeS + СаО = CaS + FeO + 4380 кал (18,4 кДж). Образующийся сульфид кальция нерастворим в чугуне, переходит в шлак и вместе с ним удаляется из печи. Дополнительно десульфурация чугуна происходит после выпуска его из доменной печи за счет взаимодействия серы с марганцем, которого для этого должно быть в чугуне достаточно много. FeS + Mn = Fe + MnS + 21 700 кал (90,9 кДж). Фосфор также является вредной примесью чугуна, однако его удаление из жидкого чугуна в условиях доменной плавки затруднительно. Фосфор, попавший в доменную печь с сырыми материалами, растворяется в чугуне и остается в нем. Непосредственно после восстановления в доменной печи получается твердое пористое губчатое железо с высокой температурой плавления 1539′ С. При его взаимодействии с окисью углерода образуется карбид железа (цементит) Fe₃С: 3Fe + 2СО = Fe3C + СО2 + 36 220 кал (150,4 кДж). Цементит растворяется в железе, науглероживает его до 4,3% и понижает температуру плавления до 1140 — 1150′ С. Науглероженное низкоплавкое железо расплавляется, каплями стекает в горн и по пути растворяет кремний, марганец, серу, фосфор и другие элементы. Образующийся сплав сложного состава представляет собой чугун — главный продукт доменной плавки. Шлакообразование должно происходить после завершения процессов восстановления железа из руды, так как иначе легкоплавкий холодный шлак стекает вниз печи, захолаживает ее, расстраивает нормальный ход плавки и приводит к изменению химического состава чугуна и шлака. Согласование процессов восстановления и шлакообразования достигается поддержанием определенного химического состава и температуры плавления шлаков, а также регулированием всего хода плавки. Образование шлака начинается после опускания шихты приблизительно до распара при температуре 1200′ С, когда пустая порода сплавляется с флюсами (известью). При стекании шлака вниз он обедняется окислами железа и марганца, обогащается известью и приобретает заданный состав.

B) К продуктам доменного производства относятся чугун, ферросплавы, шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Чугун- главный продукт, остальные — побочные. Чугуны, выплавляемые в доменной печи, в зависимости от назначения подразделяются на передельные (применяются для выплавки стали); литейные (используемые для получения отливок); ферросплавы (используемые при плавке стали для раскисления, а также для введения в сплавы легирующих элементов). Передельных (половинчатых) чугунов в доменных печах выплавляется около 80 — 90%. Они содержат 0,2 — 1,75% кремния, 0,5 — 1,75% марганца, не более 0,08% серы, не более 0,07% — фосфора (кроме томасовского). В зависимости от вида сталеплавильного агрегата, в котором будет выплавляться сталь, передельные чугуны подразделяются на мартеновские, содержащие значительное количество марганца (1,0 — 1,75%) и мало кремния (0,76 — 1,25%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 0,3%); бессемеровские, содержащие много кремния (0,7 — 1,75%) и томасовские, содержащие много фосфора (1,6 — 2,0%). Литейных (серых) чугунов выплавляется около 8 — 17%. В их состав входит 1,25 — 4,75% кремния, 0,5 — 1,3% марганца, до 0,05% серы и до 1,2% фосфора. Ферросплавов в доменных печах выплавляется 2 — 3%. Различают три вида ферросплавов: ферросилиций с содержанием 10- 15% кремния; ферромарганец с 70 — 80% марганца и зеркальный чугун с 10 — 25% марганца. 17.Производство стали. Сущность процесса, этапы выплавки стали.

Сталь — это железоуглеродистый сплав, в котором содержится практически до 1,5% углерода, при большом его содержании увеличивается хрупкость и твёрдость стали, но они не широко применяются.

А)Способы получения стали зависят от применяемого оборудования:

1)кислородно-конвертерный;

2)мартеновский;

3)электроплавильный.

1)При первом способе

выплавка стали производиться в конвертере, представляющим собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Для получения стали ,в конвертер заливают жидкий чугун, имеющий высокую температуру (1250-1400 С) и загружают известняк, металлолом. Затем подают кислород под давлением. При этом кислород быстро выжигает из чугуна избыток углерода и др. примесей, известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак. По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному продувку кислородом прекращают и сталь сливают в ковш, а шлак сливают через специальное отверстие. Преимущества конвертерного способа:1) высокая производительность; 2) компактность и простота устройства конвертера; 3) низкая себестоимость стали.

Недостатки:1)в конвертерах перерабатывается только жидкий чугун, а переработка металлолома возможна в небольшом количестве (до 10%); 2)в процессе продувки наряду с выгоранием углерода и других примесей выгорает немалая часть железа (потери металла составляют 10-15%); 3)процесс получения стали вследствие большой скорости с трудом поддается регулированию, что сокращает возможность получения стали точно определенного состава. Конвертерную сталь применяют главным образом для изготовления изделий не требующих от металла особо высоких качеств.

2) Мартеновская печь-

это печь особой конструкции пламенная печь, в которой металл плавится под непосредственным воздействием пламени горящего топлива. Мартеновская печь работает на газообразном и жидком топливе (мазуте).

Преимущества мартеновского способа:1) процесс плавки хорошо поддается управлению, что дает возможность получать сталь высокого качества и определенного состава; 2) возможность использования постоянно возрастающих ресурсов вторичного сырья (отходы сталелитейного производства, отходы металлообработки, амортизационный лом, который образуется в процессе эксплуатации машин и металлических изделий).

Недостатки:1) значительный расход топлива. 2)Одним из основных путей снижения себестоимости стали является снижение расхода топлива и увеличение производительности мартеновских печей.

Читайте также:  Расчет партии оцинкованного листа

3)Производство стали в электрических печах (дуговые и индукционные печи) является более совершенным, чем предыдущие способы. Наиболее широкое распространение в металлургической промышленности поучили дуговые электрические печи. При плавке стали в дуговых электропечах в состав шихтовых материалов входят в основном стальной лом и скрап с добавками чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов. В этих печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым электрической дугой, образуемой между электродами и металлом (служащим вторым электродом) (температура до 3500°С).

В индукционных печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым от вихревых токов, образующих от подачи на корпус индуктора тока высокой частоты. Плавку ведут быстро, поэтому металл не успевает сильно окислиться. Плавка в индукционных печах ведется в воздушной среде или вакууме.

Преимущества способа получения стали в электропечах:

1) создание высокой температуры в плавильном пространстве печи дает возможность быстро проводить плавку;

2) получать сталь и сплавы любого состава;

3) использование известкового шлака, способствует хорошему очищению металла от вредных примесей серы и фосфора;

4) возможность ведения плавки при всех режимах и условиях производства;

5) создание воздушной среды или вакуума в печи способствует хорошему раскислению и дегазации стали.

Недостатки:

1) значительный расход электроэнергии и электродов;

2) высокая стоимость получения стали.

В электропечах получают высоколегированные жаростойкие, жаропрочные и конструкционные стали и сплавы с особыми свойствами. В обычных сталеплавильных печах трудно, а иногда и невозможно получить металл, который удовлетворял бы возросшим потребностям современной техники. Поэтому большое развитие получают различные специальные способы производства высококачественных сплавов и сталей. К ним относятся плазменный, электрошлаковый, вакуумный, и другие. наиболее перспективны методы внепечной обработки стали: обработка жидкой стали в вакууме, продувка стали газами, обработка стали жидкими синтетическими шлаками.

Выбор способа производства стали зависит от ряда технических, экономических и географических факторов. Предпочтение отдается тому способу производства, который позволяет получить сталь необходимого состава и высокого качества при меньшей ее себестоимости.

В) Этапы выплавки стали

Первый этап. Нагрев ванны жидкого металла и расплавление шихты.

Температура металла не высокая, происходит процесс окисления железа примесей, образование оксида железа, а именно марганца, кремния и фосфора.

Самая важная задача этапа — это удаление фосфора. Для этого желательно провести плавку в основной печи. Должна быть не высокая температура ванны и шлака.

Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты:

FeO+C=CO+Fe-Q

Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.

Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция:

FeS+CaO=CaS+Fe

Третий этап. Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.

Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.

Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов — раскислителей.

Читайте также:  Механические свойства сплавов цветных металлов

Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.

Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:

а) спокойные,

б) полуспокойные,

в) кипящие.

При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.

Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.

18. Производство стали в мартеновских печах, виды мартеновских процессов.

Мартеновское производство — это процесс получения стали методом окислительной плавки в мартеновских печах.

Мартеновская печь — пламенная регенеративная печь с горизонтальным рабочим пространством. Для вы­плавки стали в мартеновской печи может применяться как жидкий, так и твердый чугун. В отличие от кисло­родного конвертора для выплавки стали в мартеновской печи недостаточно того тепла, которое выделяется в ре­зультате экзотермических реакций окисления примесей чугуна. Поэтому в печь подводится дополнительное теп­ло, получаемое в результате сжигания топлива в рабо­чем пространстве. В качестве топлива применяют природный газ, мазут, а также смесь доменного и коксового (образующегося при производстве кокса) газов.

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe2O3, MnO, CaO, P2O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий.

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 — 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.

Факторы размещения.

особенности используемого сырья;

применяемый для получения металла вид энергии;

география сырьевых и энергетических источников;

необходимость охраны окружающей среды;

предприятия, связанные с заключительной стадией металлургии – обработкой металла, чаще всего размещаются в районах потребления готовой продукции.

Флюсы

Минеральные вещества, которые добавляют в руду при выплавке, способствуют снижению температуры плавления и удалению шлака – золы, пустой породы, серы. Флюсами служат доломит, известняк, мартеновский шлак, кварц, кремнезем.

Производство чугуна