Технология производства стали. Способы производства стали

Способы производства стали

Способы производства стали

Сталь сравнению с чугуном содержит меньше углерода, кремния, серы и фосфора, следовательно, для получения стали из чугуна нужно уменьшить содержание этих веществ. Производство стали основывается на окислении примесей, содержащихся в чугуне.

Сталь производят из чугуна и металлолома. Сначала кислород, который поступает с воздухом, окисляет железо и углерод:

2Fe + O2 = 2FeO

2C + O2 = 2CO.

Затем образован феррум (II) оксид окисляет примеси — кремний, марганец, фосфор и углерод:

Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe

Mn + FeO = MnO + Fe

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe

C + FeO = CO + Fe.

За счет теплоты, выделяющейся при реакции, поддерживается высокая температура. Полученные оксиды кремния (IV) и фосфора (V) реагируют с флюсами с образованием легкоплавких шлаков, которые удаляют из печи:

P2O5 + СaCO3 = Ca3 (PO4) 2 + CO2

SiO2 + СaCO3 = CaSiO3 + CO2.

Избыток феррум (II) оксида удаляют с помощью розкисникив (марганца, ванадия, титана), которые восстанавливают феррум с феррум (II) оксида:

Mn + FeO = MnO + Fe.

Дополнительно в процессе выплавки стали добавляют так называемые легирующие добавки (кобальт, никель, вольфрам, хром и др.), которые предоставляют стали коррозионной стойкости, прочности и других свойств, необходимых при ее применении.

Итак, процесс выплавки стали является окислительно-восстановительным процессом.

Существует несколько способов переработки чугуна в сталь: конвертерный, мартеновский и электротермический.

Конвертерный способ производства стали предложил английский инженер-изобретатель Генри Бесемер в 1856 году. В этом методе используют специальный конвертер, который имеет грушевидную форму и может вращаться. Он изготовлен из стальных листов, а изнутри он изложен огнеупорным кирпичом. Конвертер работает периодически. Конвертер наполняют в наклонном положении расплавленным чугуном и металлоломом, а производство проводят в вертикальном положении. В конвертер через специальную камеру и отверстия нагнетается воздух, окисляет примеси. После окончания процесса подачу воздуха прекращают, переводят конвертер в горизонтальное положение, выпускают шлак и добавляют розкисникы. Весь процесс длится 15-20 минут. Готовую сталь выливают в ковш и направляют в другие цеха.

По кислородно-конвертерного способа вместо воздуха в конвертер продувают кислород. Обогащение кислородом сокращает продолжительность продувки, а также увеличивает производительность конвертера.

При мартеновском методе, который предложил в 1864 году французский металлург Пьер Мартен, металлолом, чугун и флюсы загружают в печь через завалочные окна. В мартеновских печах сжигают мазут или предварительно подогретые газы. Кислород или воздух пропускают над расплавленным чугуном. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной. Для интенсификации мартеновского процесса воздух обогащают кислородом.

Переработку чугуна в сталь осуществляют также в электрических дуговых печах при температуре 2000 º С и выше. Это способствует более удалению фосфора и серы за счет связывания их в шлаки. В электропечах выплавляют высококачественные углеродные и легированные стали и ферросплавы.

Способы выплавки стали

Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

Производство стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

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.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11,а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

Рис.2.2. Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 12500C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 12000C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.

Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор.

Охлажд¨нные газы покидают печь через дымовую трубу 8.

После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени достигает 1800 0C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

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 основныммартеновским процессом, а если кислые– кислым.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание в шлаке возрастает, ауменьшается.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется, поэтому шихта должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится до заданного химического состава, из него удаляются газы и неметаллические включения.

Затем проводят раскисление металла в два этапа. Сначала раскисление идет путем окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну раскислителей – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора.

Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений. Следовательно, кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, е¨ используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

• производительность печи – съ¨м стали с 1м2площади пода в сутки (т/м2в сутки), в среднем составляет 10 т/м2; р

• расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей увеличивается их экономическая эффективность.

studfiles.net

13. Способы производства стали

13.1. Кислородно-конвертерное, мартеновское производство стали и производство стали в електропечах

Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 1,5 % уг­лерода. Кроме углерода, сталь содержит марганец (до 0,8 %), кремний (до 0,4 %), фосфор (до 0,07 %), серу (до 0,06 %).

Для производства стали используют передельный чугун и стальной скрап (лом). По химическому составу сталь отличается от передельного чугуна содержанием углерода, марганца, кремния, серы, фосфора и др. элементов. Поэтому производство стали сводится к проведению окислительной плавки для удаления избытка углерода, марганца и др. примесей.

В технике использу­ют легированные стали с хромом, никелем и пр. Существует свыше 1500 марок сталей.

Наряду с выплавкой стали проводят такие процессы, как раскисление, легирование, рафинирование и т.д.

13.1.1. Кислородно-конвертерный процесс

Сущность его заключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертер) расплавленный чугун продувают струёй кислорода сверху через фурмы под давлением 0,9-1,4 МПа. В больших конвертерах – до 4 фурм. Их ставят под углом к расплаву для лучшего перемешивания. Время продувки- 1,5-2,5 мин. Температуру жидкого чугуна поддерживают горячим пламенем воздуха и теплом, выделяющимся при окислительных реакциях. Для загрузки шихты конвертер наклоняют, засыпают скрап, заливают расплавленный чугун, переворачивают, вставляют фурмы и продувают. Потом засыпают часть флюса и железной руды. Остальное – в процессе сталеварения. Окончание продувки – бурое пламя, свидетельствующее о горении железа. Потом конвертер поворачивают в горизонтальное положение и берут пробы металла и шлака на химический анализ. При удовлетворительном анализе открывают лётку и через неё выпускают в ковш сталь, а через горловину – шлак в шлаковозы.

Углерод, кремний и другие примеси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь, по схеме : 2Fе+О2=2FeO ; С + FeO = CO + Fe ; Si + 2FeO = SiCО2 + Fe ; Mn + FeO = MnO + Fe.

Раскисление стали - завершающая операция выплавки стали. Выплавка стали из чугуна и скрапа является окислительным процес­сом, поэтому сталь в конце плавки содержит растворенный кислород, ухудшающий прочность и пластичность стали. Раскисляют обычно ферросплавами, богатыми марганцем, кремнием, и алюминием: [Мn] + [О] = (MnO) + Q; [Si]+2[О]=(SiО2)+Q; 2[А1]+3[О]=(А12О3)+Q.

Существует еще бессемеровский кислородный процесс, в котором жидкий чугун продувают снизу. Недостаток – остается много азота в стали, вследствие чего появляется пористость) или горячим кислородом (недостаток – развивается большая температура, и днище печи прогорает.

Продуктивность кислородного конвертера значительно большая, чем у мартеновской печи: 400-500 тонн стали в сутки, тогда как в мартене – 80 тонн. Кроме того, не требуется топливо. Шихта расплавляется за счет тепла, которое выделяется за счет экзотермического окисления примесей. Производство стали в конвертере увеличивается, а в мартене – уменьшается.

В кислородных конвертерах получают практически все углеродистые стали и часть легированных. Из нее изготавливают кузова автомобилей, балки швеллеры и т.п.

studfiles.net

Способы производства стали

Сталь сравнению с чугуном содержит меньше углерода, кремния, серы и фосфора, следовательно, для получения стали из чугуна необходимо снизить содержание этих веществ. Производство стали основано на окислении примесей, содержащихся в чугуне.

Сталь производят из чугуна и металлолома. Сначала кислород, который поступает с воздухом, окисляет железо и углерод:

2Fe + O2 = 2FeO

2C + O2 = 2CO.

Затем образованный феррум (II) оксид окисляет примеси - кремний, марганец, фосфор и углерод:

Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe

Mn + FeO = MnO + Fe

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe

C + FeO = CO + Fe.

За счет теплоты, выделяющейся при реакции, поддерживается высокая температура. Полученные оксиды кремния (IV) и фосфора (V) реагируют с флюсами с образованием легкоплавких шлаков, которые удаляют из печи:

P2O5 + СaCO3 = Ca3 (PO4) 2 + CO2

SiO2 + СaCO3 = CaSiO3 + CO2.

Избыток феррум (II) оксида удаляют с помощью розкисникив (марганца, ванадия, титана), которые восстанавливают феррум с феррум (II) оксида:

Mn + FeO = MnO + Fe.

Дополнительно в процессе выплавки стали добавляют так называемые легирующие добавки (кобальт, никель, вольфрам, хром и др.), которые предоставляют стали коррозионной стойкости, прочности и других свойств, необходимых при ее применении.

Итак, процесс выплавки стали являются окислительно-восстановительным процессом.

Существует несколько способов переработки чугуна в сталь: конвертерный, мартеновский и электротермический.

Конвертерный способ производства стали предложил английский инженер-изобретатель Генри Бесемер в 1856 году. В этом методе используется специальный конвертер, который имеет грушевидную форму и может вращаться. Он изготовлен из стальных листов, а изнутри он выложен огнеупорным кирпичом. Конвертер работает периодически. Конвертер наполняют в наклонном положении расплавленным чугуном и металлоломом, а производство проводят в вертикальном положении. В конвертер через специальную камеру и отверстия нагнетается воздух, окисляет примеси. После окончания процесса подачу воздуха прекращают, переводят конвертер в горизонтальное положение, выпускают шлак и добавляют розкисникы. Весь процесс длится 15-20 минут. Готовую сталь выливают в ковш и направляют в другие цеха.

По кислородно-конвертерным способом вместо воздуха в конвертер продувают кислород. Обогащение кислородом сокращает продолжительность продувки, а также увеличивает производительность конвертера.

При мартеновском методе, который предложил в 1864 году французский металлург Пьер Мартен, металлолом, чугун и флюсы загружают в печь через завалочное окна. В мартеновских печах сжигают мазут или предварительно подогретые газы. Кислород или воздух пропускают над расплавленным чугуном. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной. Для интенсификации мартеновского процесса воздух обогащают кислородом.

Переработку чугуна в сталь осуществляют также в электрических дуговых печах при температуре 2000 ? С и выше. Это способствует более удалению фосфора и серы за счет связывания их в шлаки. В электропечах выплавляют высококачественные углеродистые и легированные стали и ферросплавы.

worldofscience.ru

Технология производства стали | Kursak.NET

Чугун и металлолом – основное сырье для производства стали. Передельный чугун, как правило, содержит 3,8…4,4% С, 0,2…2,0% Si, 0,6…3,5% Mn, 0,07…1,6% P, 0,03…0,08% S. Сталь получают окислением избытка C, Si, Mn, S и Р.

Сталь – это сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода колеблется от 0,01 до 2%. Кроме углерода, она содержит марганец, кремний, серу и фосфор в незначительных количествах. Вследствие этого стали обладают высокой механической прочностью, сравнительно легко обрабатываются давлением, резанием, хорошо свариваются и являются основным конструкционным материалом в машиностроении.

Для выплавки стали используются следующие шихтовые материалы: чугун (жидкий или твердый), стальной и чугунный лом, железная руда, металлизированные окатыши, ферросплавы, флюсы. Основу шихты составляют чугун (55%) и металлолом (45%). В качестве флюсов используются: известняк, известь, боксит, плавильный шпат; окислителями служат железная руда, окалина, кислород, агломерат и др. Применяется газообразное топливо – доменный, коксовый, природный газ; жидкое – мазут, смола; твердое топливо – каменноугольная пыль.

Сталь получают в результате окисления и удаления большей части примесей чугуна – углерода, кремния, марганца, фосфора, серы за счет кислорода, содержащегося в атмосфере, в оксидах железа и марганца или специально вводимого в расплавленную ванну.

В зависимости от степени раскисления различают спокойную, кипящую и полуспокойную стали. Спокойная сталь – это сталь, полностью раскисленная, она застывает спокойно, без выделения газов. Кипящая сталь частично раскислена; при кристаллизации в слитках она бурлит («кипит») в результате выделения пузырьков СО. Полуспокойная сталь по степени раскисления занимает промежуточное место между кипящей и спокойной.

В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный.

Кислородно конвертерный способ производства стали

 Сущность его состоит в продувке жидкого чугуна в конвертере технически чистым кислородом. Конвертер (рис. 7.2) представляет собой стальной сосуд грушевидной формы вместимостью 100-350 т, выложенный внутри огнеупорным кирпичем. В верхней части корпуса расположена горловина для загрузки в конвертер металлического лома, заливки жидкого чугуна, подачи других материалов, опускания в конвертер кислородной фурмы, а также для выхода газов во время продувки. Сбоку находится летка для слива готового металла из конвертера в ковш. Поворот конвертера осуществляется электроприводом через систему редукторов. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360 градусов.

Перед началом процесса конвертер поворачивают в наклонное положение, загружают металлолом и заливают жидкий чугун при температуре 1250-1400°С. Затем конвертер ставят в горизонтальное положение, загружают известняк, опускают водоохладительную фурму и подают кислород под давлением 1-1,4 МПа.

Под воздействием кислородного дутья примеси чугуна окисляются, при этом выделяется большое количество тепла. Это способствует расплавлению всех шихтовых материалов, поддержанию металлов в жидком состоянии, быстрому растворению извести и образованию активного шлака. В отличие от других сталеплавильных процессов в кислородном конвертере выплавка стали протекает без подвода тепла извне.

Когда содержание углерода достигает требуемого значения (это определяется путем экспресс-анализа пробы металла), продувку прекращают, фурму извлекают из конвертера. Продувка обычно продолжается 15-20 минут. Выплавленную сталь сливают в ковш, поворачивая конвертер вокруг горизонтальной оси.

Полученный металл содержит избыток кислорода, поэтому в ковш вводят раскислители и легирующие добавки. Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером. Общая продолжительность конвертерной плавки составляет 35-60 минут. Годовая производительность конвертера вместимостью 250 тонн составляет более 1,5 млн. т.

В кислородных конвертерах в основном выплавляют углеродистые, низколегированные и легированные стали, из которых изготовляют катанку, проволоку, лист, трубы, рельсы и широкий сортамент других изделий.

Мартеновский процесс.

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлолома в отражательной печи. В отличие от конвертерного процесса здесь недостаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Поэтому в печь (рис. 7.3) подводится дополнительное тепло, получаемое при сжигании в рабочем пространстве газообразного или жидкого топлива в струевоздуха, нагретого до 1100-1200°С. Вместимость мартеновских печей600-900 т.

Мартеновская печь оборудована системой переходных клапанов для изменения направления подачи в печь топлива и воздуха и отвода из печи продуктов сгорания.

Топливо и воздух поступают в рабочее пространство поочередно то с правой, то с левой стороны. В результате сгорания топлива в рабочем пространстве возникает факел. Такая работа печи обеспечивает высокие температуры в рабочем пространстве на протяжении всей плавки.

В период загрузки и плавления шихты происходит окисление примесей за счет кислорода, содержащегося в печных газах и руде, и по тем же реакциям, что и при конвертерном способе. Известняк переводит в шлак серу и фосфор.

Важным моментом плавки является период «кипения» – выделение образующегося оксида углерода в виде пузырьков. Металл при этом перемешивается, выравнивается его температура и химический состав, удаляются газы, всплывают неметаллические включения. При достижении требуемого содержания углерода в кипящем металле, что определяется путем экспресс-анализа отбираемых проб, приступают к последней стадии плавки – доводке и раскислению металла. В печь вводят рассчитанную дозу ферромарганца и ферросилиция. После раскисления берут контрольную пробу металла и шлака, пробивают летку и по желобу выпускают сталь в ковш. Продолжительность плавки стали в мартеновской печи составляет 8-16 часов, печь работает непрерывно. Длительность функционирования печи зависит от стойкости ее свода. Для динасового свода она составляет 200-350 плавок, а для магнезита хромового – 300-1000 плавок.

Рис. 7.3. Схемамартеновской печи

1 – регенератор; 2 – головка; 3 – рабочее  пространство; 4 – загрузочное окно

Электросталеплавильный процесс

Выплавка стали в электрических печах (рис. 7.4) имеет ряд преимуществ по сравнению с другими сталеплавильными процессами. Основные преимущества – это возможность создания высокой температуры в плавильном пространстве печи (более 2000°С) и выплавки стали и сплавов любого состава, использование известкового шлака, способствующего хорошему очищению металла от вредных примесей серы и фосфора.

Тепло в электропечах выделяется в результате преобразования электрической энергии в тепловую при возникновении электрической дуги либо в специальных нагревательных элементах. Электроплавку можно вести в любой среде – окислительной, восстановительной, нейтральной и в широком диапазоне давлений – в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления.

Электросталь содержит минимальное количество вредных примесей фосфора и серы, неметаллических включений и по качеству превосходит кислородно-конвертерную и мартеновскую сталь. В электропечах выплавляют наиболее качественные конструкционные, высоколегированные, коррозионностойкие, жаропрочные и другие стали.

Рис. 7.4. Схема дуговой электрической печи

1 – сферическое днище; 2 – выпускное отвертстие; 3 – металлическая ванна; 4 – кожух; 5 – футеровка печи; 6 – свод печи; 7 – медные шины; 8 – электродержатели и электроды; 9 – загрузочное окно; 10 – устройство для наклона печи; 11 – под печи

Дуговая печь состоит из металлического корпуса цилиндрической формы со сферическим днищем. Изнутри корпус печи футерован высокоогнеупорными материалами. Свод печи делается съемным и имеет отверстие для электродов, которые крепятся в электродержателях и при помощи механизма могут перемещаться вниз и вверх. Печь имеет одно или два рабочих окна и выпускное отверстие и устанавливается на два опорных сегмента, с помощью которых она может наклоняться в сторону рабочего окна или выпускного отверстия.

Для загрузки шихты в печь свод поднимают и вместе с электродами отводят в сторону. Шихта в плавильное пространство опускается в специальном контейнере с открывающимся дном.

Электрический трехфазный ток в плавильное пространство подводится от понижающего трансформатора с помощью трех электродов. Дуговые печи снабжают индукторами для электромагнитного перемешивания жидкой ванны.

Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, возникающая между электродами и жидким материалом или шихтой при подаче на электроды необходимого напряжения.

Плавка в электропечи начинается с заправки пода и завалки шихты. По окончании загрузки опускают электроды до соприкосновения с металлом, включают напряжение и начинают плавку. В течение первого периода плавки происходит расплавление твердой шихты и окисление примесей: кремния, марганца, фосфора, углерода, частично железа. Образовавшийся первичный фосфористый шлак удаляют из печи и загружают известь и руду. Через некоторое время начинается «кипение» металла, это выгорает избыточный углерод, удаляются растворенные газы и неметаллические включения. Затем берется проба стали для экспресс-анализа содержания углерода и марганца, а также пробы шлака для определения по содержанию СаО и SiO2. Затем снова удаляется шлак.

Первый период плавки завершается снижением содержания в стали фосфора до 0,01-0,012% и окислением примесей, однако в стали еще остается кислород и сера.

Во втором периоде плавки производят раскисление, десульфурацию и рафинирование стали (окончательную доводку химического состава). С этой целью добавляют известь, плавиковый шпат и молотый кокс. После этого сталь раскисляют ферромарганцем и ферросилицием. Сера переходит в шлаки. Берут пробы стали и при необходимости вводят легирующие элементы. Про-должительность плавки 2-4 часа в зависимости от вместимости печи и сорта выплавляемой стали. Вместимость дуговых печей – до 200 тонн.

Применяются также индук-ционные печи, представляющие собой тигель из огнеупорного материала, окруженный медной трубчатой спиралью (индуктором), через которую пропускается ток высокой частоты (рис. 7.5). Емкость печей – от десятков килограммов до 30 т. Тигли изготовляют как из кислых, так и из основных огнеупорных матери-алов. При пропускании тока через индуктор 1 в металле 2 (ших-те) возникают вихревые токи, обеспечивающие нагрев и плавление металла. Под действием электромагнитных сил металл в тигле циркулирует, что ускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла. Эти печи применяются для выплавки наиболее качественных высоколегированных сталей и сплавов особого назначения. Шихтовые материалы загружают сверху, используя отходы легированных или чистых по сере и фосфору углеродистых сталей, ферросплавов. В конце плавления загружают флюс. В кислых печах много кремния, который приводит к самораскислению стали, окончательно раскисляют сталь ферросплавами и алюминием. В основном процессе раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса,алюминия, ферросилиция и др.

Электрические печи потребляют много электроэнергии, поэтому они используются, как правило, для получения только высококачественной стали.

Возможность получения в электропечах высококачественных сталей объясняется также отсутствием подачи воздуха для горения, что создает лучшую восстановительную среду, при которой сталь получается менее окисленной.

Разлив стали и получение слитка

Независимо от того, в каких печах и каким способом сварена сталь, из сталеплавильной печи ее выпускают в разливочный ковш, из которого затем разливают в изложницы. Изложница – чугунный сосуд с толстыми стенками. В ней жидкая сталь постепенно остывает, кристаллизуется и образует слиток. В зависимости от размеров и формы изложницы получается и соответствующий слиток: квадратного, прямоугольного, круглого или иного сечения и различного веса (чаще 6-8 т).

Получение слитка – сложный и ответственный процесс; от него в значительной мере зависит качество получаемой стали.

Выпущенную из печи сталь выдерживают некоторое время (10-15 мин) в ковше. За это время из стали выделяется часть растворенных в ней газов и на поверхность всплывают неметаллические включения (частички шлака и футеровки печей).

Наличие в жидком металле растворенных газов является причиной образования в слитке пустот, снижающих механические свойства стали. Для предотвращения образования таких пустот необходима дегазация жидкой стали до разливки ее в изложницы. Наиболее полная дегазация достигается обработкой стали в вакуумных камерах, в результате которой значительно повышаются плотность слитка и физико-механические свойства металла.

Заливку стали в изложницы производят как сверху, так и снизу, через литник (сифонная разливка). Этот способ применяют для получения малых слитков.

При неравномерном охлаждении стали в изложнице происходят неравномерная кристаллизация металла, снижающая его качество, и усадка (вследствие уменьшения объема при охлаждении), вызывающая образование усадочной раковины. Для предотвращения таких дефектов слитка принимаются меры, обеспечивающие его равномериое охлаждение и правильную кристаллизацию.

В последнее время широко применяется более прогрессивный способ разливки стали (рис. 7.6) на машинах непрерывной разливки. Здесь жидкий металл из сталеразливочного ковша подается в промежуточный ковш, предназначенный для снижения и стабилизации напора струи и для распределения ее по нескольким ручьям. Из промежуточного ковша жидкий металл непрерывно поступает в сквозную (бездонную) изложницу – медный кристаллизатор, стенки которого интенсивно охлаждаются водой, циркулирующей по внутренним каналам.

Попадая в кристаллизатор, металл затвердевает у стенок и на затравке. После заполнения кристаллизатора металлом затравку вытягивают с помощью валков тянущей клети, а за ней опускается и оболочка образовавшейся стальной заготовки. При этом уровень металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным.

Из кристаллизатора вытягивается слиток с незатвердевающей сердцевиной; он поступает в зону вторичного охлаждения, где на его поверхность со всех сторон из форсунок подается распыленная вода. В результате интенсивного охлаждения при непрерывном движении заготовки происходит полная кристаллизация массы слитка. Затем слиток пропускают через валки тянущей клети, отделяют затравку и разрезают его на заготовки определенной длины.

Машины непрерывной разливки стали бывают трех типов: вертикальные, радиальные и криволинейные. Разливка на этих машинах имеет ряд преимуществ: отсутствие многочисленных изложниц и другого громоздкого оборудования, полная механизация и автоматизация процесса разливки, высокое качество получаемых заготовок, большой выход годного металла. Кроме того, такие слитки не нужно прокатывать на крупных обжимных станках (блюмингах и слябингах), значительно улучшаются условия труда.

Рис. 7.6. Принципиальная технологическая схема установки непрерывной разливки стали:

1 – ковш; 2 – промежуточное устройство; 3 – кристализатор; 4 – валки; 5 – зона резки

Мини-металлургические заводы

С середины 80-х гг. ХХ столетия в практику металлургического производства прочно вошло понятие “мини-металлургические заводы”, которые стали успешно конкурировать с заводами полного цикла.

В настоящее время примерно 30% всей стали производится именно на таких заводах. Современное  содержание понятия “мини-завод” включает в себя минимальные затраты на производство, минимальные выбросы технологических отходов в окружающую среду, минимальные простои оборудования и агрегатов, минимальный производственный цикл при максимальной производительности, продажах, рентабельности и т.п. Обычно к этой категории относят заводы с объемом производства 0,1…1,6(2) млн. т стали в год. По разным  оценкам, в мире в настоящее время насчитывается около 500-600 мини-заводов.

Мини-металлургический завод – это комплекс, состоящий из следующих агрегатов: электродуговая печь, установка доводки стали в ковше “печь-ковш”, высокопроизводительная машина непрерывной разливки стали и группа прокатных станов.

Основу успешного функционирования мини-металлургических заводов составляет высокая экономическая эффективность работы основных технологических агрегатов, входящих в их состав, а также высокая степень их функциональной совместимости в едином производственном цикле. По существу, связующим элементом между электродуговой печью и машиной непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является агрегат «печь-ковш», в котором осуществляется комплекс мероприятий по доводке стали по температуре и химическому составу, её рафинированию, а также выдержке по времени в соответствии с режимом разливки на МНЛЗ. Следует особо обратить внимание на тот факт, что именно агрегаты, позволяющие  выполнять регламентируемый подогрев стали в ковше, обеспечивают на практике как расширение функциональных возможностей внепечной обработки и стабилизацию работы МНЛЗ при разливе длинными сериями с выходом годного выше 96…97%,  так и значительный энерго- и ресурсосберегающий эффект.

Исключительно важной особенностью новых мини-заводов является стремление обеспечить максимально высокую удельную производительность плавильных агрегатов и МНЛЗ, производящих сортовую заготовку.

Маркировка сталей

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств стали обыкновенного качества подразделяются на группы А, Б, В. Стали этих групп имеют гарантирование: А – механические свойства; Б – химический состав; В – оба этих параметра.

Маркируют сталь обыкновенного качества буквами Ст и цифрами от 0 до 7, означающими порядковый номер, с ростом которого растет прочность, но падает пластичность стали. Принадлежность стали к группам Б и В отмечается в маркировке этими же буквами. Примеры маркировки: Ст2кп, БСт6сп, ВСт3пс, БСт6Гпс. С ростом номера стали растет и содержание углерода, но цифра не соответствует его среднему содержанию (в Ст3 содержится 0,14…0,22% С, в Ст4 – 0,18…0,27% С, в Ст6– 0,38…0,49% С, в СтО – примерно 0,23% С).

Стали группы А используются в основном в состоянии поставки без последующих технологических операций (сварки, обработки давлением и т.д.). Термическая обработка не рекомендуется, так как стали имеют значительные колебания в химическом составе.

Стали групп Б и В имеют гарантированный химический состав и могут упрочняться термообработкой: закалка в воде, нормализация. Особенно эффективно проведение ТМО: 2-, 3-кратное повышение прочности сопровождается повышением пластичности в 1,5…2 раза. Эти стали используются при переработке полуфабриката в изделия с применением сварки или горячей деформации.

Свариваемость стали ухудшается с повышением содержания углерода, поэтому сварные конструкции изготавливаются из сталей марок Ст1, Ст2, СтЗ (не кипящих) групп Б и В. Стали группы В (повышенного качества) имеют специализированное назначение: судостроение, мостовые сооружения, моторостроение и т.д.

Из сталей Ст1,Ст2, СтЗ группы А изготавливают крепеж, баки и др. Эти же стали групп Б и В идут для изготовления цементируемых изделий (малонагруженных деталей машин, работающих на износ, измерительного инструмента), Ст4 используется в судостроении (обшивка корпусов и др.), Ст5, Ст6 идут на изготовление средненагруженных деталей (валов, пружин, рессор, крюков кранов, крепежа и т.д.). Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У (углеродистые) и цифрой, показывающей содержание углерода в десятых долях процента (например, У7–0,7% С, У 13–1,3% С). Они подразделяются на качественные (У8, У 12), содержащие менее 0,035% S и Р (каждого), и высококачественные (УЗА, У12А), содержащие менее 0,02%S и 0,02% Р.

Легированные стали маркируются так: первые цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие за буквой, обозначающей определенный элемент (Н–Ni, К–Со, X–Сг, М-Мо, Г-Мп, С-Si, Ф-У, В-W, Ю-А1, А-М, Д-Си, Р–В, Т–Т1, Б–Nb, Ц–Zr, Ч–редкоземельные и др.),–его среднее количество в процентах. При содержании менее 1…1,5% элемента стали маркируются только буквой.

Легированные конструкционные стали выплавляют качественными (содержат не более 0,035% S и 0,035% Р) и высококачественными (≤0,025% S, ≤ 0,025% Р). Например, сталь 14Х2НЗМА: 0,14% С, 2% Сг, 3% М1, 1% Мо (буква А в конце марки означает “высококачественная”).

Маркировка конструкционных машиностроительных, инструментальных сталей и сплавов с особыми свойствами приведена в специальной литературе.

Прямое восстановление железа из руд

Большое внимание уделяется разработке процессов прямого восстановления железа из руд. Исключение из производства стали промежуточного процесса – получение чугуна – экономически выгодно. Но это трудная задача, и, хотя опробовано более 70 различных способов, лишь малое количество из них нашло промышленное применение.

Наибольшее распространение получило производство губчатого железа. Это пористый полупродукт (95% железа, 5% оксидов железа, 0,01…0,016% S и ~0,01% Р, примесей породы и др.), переплавляемый в сталеплавильных агрегатах на сталь. Существуют способы производства губчатого железа в шахтных печах, в кипящем слое, во вращающихся трубчатых печах. Исходный продукт – металлизованная шихта, чистая по сере и фосфору, содержащая 71…72% Fе. Восстановление шихты в небольших по высоте шахтных печах (ретортных) ведется в смеси газов СО+Н2, иногда СО+Н2+N2.

Химизм процесса:

Fe2O3+3h3=2Fe+3h3O

Fe2O3+CO=2Fe+2CO2

Восстановители h3 и CO получают конверсией на никелевом катализаторе природного газа метана по реакции:Ch5+h3O-CO+3h3

Схема такого производства (рис. 7.7) реализована на Оскольском електрометаллургическом комбинате (недалеко от Харькова).

Рис. 7.7. Система технологий и материальных потоковпрямого восстановления железа

Как и в доменных печах, процесс основан на принципе противотока: железорудные материалы загружаются сверху, а восстано-вительные, нагретые примерно до 1200°С, газы поступают снизу. К восстановительному газу добавляют природный, обеспечивающий науглероживание окатышей. Хорошо отрегулированное стабильное опускание шихты и равномерное распределение газа по сечению печи обеспечивают в 2…5 раз большую производительность процесса по сравнению с доменной плавкой. В зоне восстановления температура составляет 850…900 °С.

Металлизация окатышей во вращающихся трубчатых печах осуществляется твердым восстановителем (вдувается угольная пыль).

Вращение расположенной под некоторым углом к горизонтали печи позволяет интенсифицировать процесс восстановления железа. Металлизированные окатыши перерабатывают в сталь в электропечах.

Преимущества “прямого восстановления” железа перед доменным:

– исключается дорогое и черезвычайно вредное производство кокса, почти отсутствуют характерные для коксового и доменного производства вредные выбросы серы, азота, канцерогенных органических соединений, пыли и шлака;

– отпадает надобность в энергоемких и вредных агломерационных и конвертерных цехах;

– транспортирование сырья осуществляется гидротранспортом и конвейерами, что значительно уменьшает загрязнение окружающей среды пылью по сравнению с традиционными видами транспорта с перегрузкой материалов.

Кроме указанных преимуществ, есть четвертое- перспективность усовершенствования процесса восстановления.

При улучшении энергетической ситуации в Украине экономически целесообразно получение восстановителя (Н2) электролизом из воды. В процессе восстановления водород, отбирая кислород у оксида, связывается в воду, которая снова вводится в цикл (на электролиз). То есть формируется действительно экологически чистое, практически безотходное производство (рис. 7.7).

Важным фактором такого процесса является уменьшение расхода воды и загрязнения рек и водохранилищ. Этот пример является ориентиром технико-экологического прогресса устаревших (по научной идее) технологий.

kursak.net

Основные способы производства стали. Технико-экономическая характеристика отдельных способов производства стали

Похожие главы из других работ:

Автоматизация систем управления технологическими процессами. Классификация сталей и способы ее получения

2.2 Способы получения стали

В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах...

Алкилирование изобутана изобутиленом до изооктана

3. Основные промышленные способы производства

В промышленности изооктан получают гидрогенизацией диизобутилена над никелевым, медно-хромовым и другими катализаторами. Так же широко применяется способ алкилирования изобутана изобутиленом...

Классификация и обработка сталей

Схемы и способы разливки стали, их достоинства, и недостатки

Выплавленную в плавильной печи сталь выпускают в сталеразливочный ковш (рис.1) и мостовым краном переносят к месту разливки в слитки. Емкость ковша обычно определяется емкостью плавильной печи и составляет 5...250 т...

Основные реакции в процессе вакуумирования стали

4.1 Основные способы вакуумирования стали

В настоящее время в промышленно развитых странах успешно работают сотни установок внепечного вакуумирования различной конструкции. Схемы наиболее распространенных конструкций представлены на рисунке 3...

Основные элементы моторно-осевого подшипника и подвески тягового электродвигателя

1. Основные элементы моторно-осевого подшипника и подвески тягового электродвигателя. Их назначение и работа. Основные неисправности, причины их возникновения и способы предупреждения

...

Основные элементы моторно-осевого подшипника и подвески тягового электродвигателя

1.2 Основные неисправности, причины их возникновения и способы предупреждения

...

Проектирование в условиях г. Владикавказа отделения обжига гранулированного молибденитового концентрата производительностью 6800 т/год

1.1 Основные способы вскрытия концентрата

Молибденитовые концентраты служат исходным сырьем для производства ферромолибдена и химических соединений различной степени чистоты: триоксида молибдена, парамолибдата аммония, молибдата натрия, молибдата кальция. Основной...

Разливка стали

3. СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Существуют два основных способа разливки стали в изложницы: разливка сверху и сифонная разливка. При разливке сверху (рис. 9) сталь из ковша 1 поступает в изложницы 2, устанавливаемые на поддонах 3. После наполнения изложницы стопор 4 закрывают...

Разработка технологического процесса изготовления трёхслойной втулки

1. Характеристика изделия и условия его работы. Основные методы и способы производства трехслойной втулки

Основное преимущество металлического магния - его легкость (магний-самый легкий из конструкционных металлов). Технически чистый магний обладает невысокой механической прочностью...

Свойства легированных сталей. Испытание на твёрдость по Бринеллю

5. Приведите основные характеристики механических свойств стали, по которым оцениваются стали конкретного назначения

Почти все стали материал конструкционный и в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы - теплостойкие, нержавеющие, и т.п...

Техническое обслуживание и ремонт уровнемера VEGAPULS 61

3.3 Основные неисправности и способы их устранения

Работа «VEGAPULS 61» характеризуется высокой надёжностью. Однако возможны отказы, источником которых может стать: датчик, питание, технологический процесс, формирование сигнала...

Технология конструкционных материалов и материаловедение

Раздел 5. Производственный и технологический процессы машиностроительного производства, их структура. Основные типы производства в зависимости от масштаба производства, их сравнительная характеристика

Объектами машиностроительного производства являются машины различного назначения. Технологический процесс изготовления машин предусматривает производство деталей, сборочных единиц (узлов) и изделий...

Технология производства сухих дрожжей

2.3 Основные способы выращивания дрожжей

Существуют два принципиально различных способа выращивания дрожжей: периодический и непрерывный. В первом случае в инокулятор задают питательную среду с солями, охлажденную до необходимой температуры, засевные дрожжи, затем подают воздух...

Ультразвуковая сварка

Физическая сущность и основные способы сварки.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или при пластическом деформировании...

Экономические основы технологии производства пластмасс

2.1 Основные способы производства пластмасс

Литье под давлением Это наиболее популярная технология переработки термопластичных материалов. Производство деталей осуществляется путем впрыска расплава пластмассового сырья под давлением в пресс-форму с последующим охлаждением...

prod.bobrodobro.ru

Способы производства стали - МТСК

С момента изобретения стали, менялись и совершенствовались способы ее производства. В настоящее время существует несколько приоритетных способов производства стали. К ним относятся кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный способы производства (или плавления) стали. В основе всех этих способов лежит окислительный процесс, направленный на снижение в чугуне некоторых веществ. Давайте остановимся на каждом способе более подробно и рассмотрим их отличия.

Кислородно-конвертерный способ

Первое использование кислородно-конвертерного способа приходится на пятидесятые годы двадцатого столетия. В процессе производства стали, чугун продувают в конвертере чистым кислородом. При этом, процесс происходит без затраты топлива. Для того, чтобы переработать 1 тонну чугуна в сталь требуется около 350 кубометров воздуха. Стоит отметить, что кислородно-конвертерный способ получения стали является наиболее актуальным на сегодняшний день. При этом, процесс не ограничивается на одном способе вдувания кислорода. Различают кислородно-конвертерный процесс с комбинированной, верхней и нижней поддувкой. Конвертерный способ производства стали с комбинированной поддувкой является наиболее универсальным.

Для осуществления этого метода необходим конвертер. Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму под давлением. В данном случае, процесс окисления является наиболее значимым. Окисление чугуна происходит под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла. далее происходит так называемое раскисление металла.

Мартеновский способ

В процессе производства стали мартеновским способом, участвует специальная отражательная печь. Для того чтобы нагреть сталь до нужной температуры (2000 градусов), в печь вводят дополнительное тепло с помощью регенераторов. Это тепло получают за счет сжигания топлива в струе нагретого воздуха. Обязательное условие – топливо должно полностью сгорать в рабочем пространстве. Особенностью мартеновского способа производства стали является то, что количество кислорода, подаваемого в печь, превышает необходимый уровень. Это позволяет создать воздействие на металл окислительной атмосферы. Сырье (чугун, железный и стальной лом) погружается в печь, где подвергается плавлению в течение 4 – 6 часов. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, путем взятия пробы. В мартеновской печи возможно получать специальные сорта стали. Для этого в сырье вводят необходимые примеси.

Электросталеплавильный способ

В результате электросталеплавильного способа, получают сталь высокого качества. Процесс этот происходит в специальных электрических печах. Основной принцип электросталеплавильного способа производства стали – использование электроэнергии для нагрева металла. Механизм производства следующий: в результате горения нагревательного элемента, выделяется тепло, за счет преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Важно отметить, что процесс выплавки связан с выработкой шлаков. Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Основной причиной образования шлаков, в процессе производства стали, является окисление шихты из оксидов.

Благодаря шлакам, происходит связь оксидов, которые образуются в процессе окисления чугуна, а так же удаление ненужных примесей. Кроме этого, шлаки являются передатчиками тепла и кислорода. Присутствие шлаков в процессе производства стали оказывает благотворное влияние на качество стали. Определенное соотношение количества шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор. Кроме вышеперечисленных способов производства стали, известны и такие способы, как производство стали в вакуумных индукционных печах, плазменно-дуговая сварка.

Давайте подробнее остановимся на способе производства особо чистой стали, а так же жаропрочных сплавов. Суть способа состоит в выплавке в вакуумных печах. После такой выплавки, сталь дополнительно переплавляют вакуумным дуговым переплавом. Что дает возможность получения качественной однородной стали. Такая сталь применяется, в основном, в авиакосмической промышленности, атомной энергетике и других важных отраслях. Мы рассмотрели основные способы производства стали. Выбор способа всегда зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и от других факторов. Естественно, что каждый способ имеет свои преимущества и свои недостатки.

© МТСК - Копирование материала только со ссылкой на www.metallsk.ru

www.metallsk.ru

• 
  Способы производства стали
• 
  Способы экономии ресурсов
• 
  Способы экономии ресурсов
• 
  Иэ 5107 у2
• 
  Иэ 5107 у2
• 
  Замена переднего крыла
• 
  Замена переднего крыла
• 
  Производство работ в зимнее время
• 
  Производство работ в зимнее время
• 
  Спринтер классик фургон
• 
  Легкие цветные металлы