Быстрый переход к готовым работам
|
Производство стали
В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния,
серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию
веществ путем окислительной плавки. В современной металлургической промышленности сталь
выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах. Производство
стали в конверторах.
Конвертор представляет собой сосуд грушевидной
формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через
которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую
форму. В нижней части есть приставное днище,
которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная
коробка, в которую поступает сжатый воздух. Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и
более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха
необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров. Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального
положения, при котором отверстия фурм оказываются выше уровня залитого чугуна.
Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают
дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную
коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна выгорают кремний, марганец, углерод и
частично железо. При достижении необходимой концентрации углерода
конвектор возвращают в горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха.
Готовый металл раскисляют и выливают в ковш. Бессемеровский процесс. В конвертор заливают жидкий
чугун с достаточно высоким содержанием кремния (до 2,25% и выше), марганца (0,6-0,9%), и минимальным количеством
серы и фосфора. По характеру происходящей реакции бессемеровский процесс можно разбить
на три периода. Первый период начинается после пуска дутья в конвертор и
продолжается 3-6 мин. Из горловины конвертора вместе с газами вылетают мелкие
капли жидкого чугуна с образованием искр. В этот период окисляются кремний,
марганец и частично железа по реакциям: Si + O2 = SiO2, 2Mn + O2 = 2MnO, 2Fe + O2 = 2FeO. Образующаяся закись железа частично растворяется в
жидком металле, способствуя дальнейшему окислению кремния и марганца. Эти
реакции протекают с выделением большого количества тепла, что вызывает разогрев
металла. Шлак получается кислым (40-50% SiO2). Второй период начинается после почти полного выгорания кремния и
марганца. Жидкий металл достаточно хорошо разогрет, что создаются благоприятные
условия для окисления углерода по реакции C + FeO
= Fe + CO, которая протекает с поглощением тепла.
Горение углерода продолжается 8-10 мин и сопровождается некоторым понижением
температуры жидкого металла. Образующаяся окись углерода сгорает на воздухе.
Над горловиной конвектора появляется яркое пламя. По мере снижения содержания углерода в металле пламя
над горловиной уменьшается и начинается третий период. Он отличается от
предыдущих периодов появлением над горловиной конвертора бурого дыма. Это
показывает, что из чугуна почти полностью выгорели кремний, марганец и углерод и началось очень сильное
окисление железа. Третий период продолжается не более 2 – 3 мин, после чего
конвектор переворачивают в горизонтальное положение и в ванну вводят
раскислители (ферромарганец, ферросилиций или алюминий) для понижения
содержания кислорода в металле. В металле происходят реакции FeO + Mn
= MnO + Fe,
2FeO + Si = SiO2 + Fe, 3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe. Готовую сталь
выливают из конвектора в ковш, а затем направляют на разливку. Чтобы получить сталь с заранее заданным количеством углерода
(например, 0,4 – 0,7% С), продувку металла прекращают в тот момент, когда из
него углерод еще не выгорел, или можно допустить полное выгорание углерода, а
затем добавить определенное количество чугуна или содержащих углерод
определенное количество ферросплавов.
Томасовский процесс. В конвертор с основной футеровкой сначала загружают
свежеобожженную известь, а затем заливают чугун, содержащий 1,6-2,0% Р, до 0,6%Si и до 0,8% S. В
томасовском конвекторе образуется известковый шлак, необходимый для извлечения
и связывания фосфора. Заполнение конвектора жидким чугуном, подъем конвертора,
и пуск дутья происходят также как и в бессемеровском процессе. В первый период
продувки в конвекторе окисляется железо, кремний, марганец и формируется
известковый шлак. В этот период температура металла несколько повышается. Во второй период продувки выгорает углерод, что сопровождается
некоторым понижением температуры металла. Когда содержание углерода в металле
достигнет менее 0,1%, пламя уменьшится и исчезнет. Наступает третий период,
вовремя которого интенсивно окисляется фосфор
2P + 5FeO + 4CaO
= (CaO)4*P2O5
+ 5Fe.
В результате окисления фосфор переходит из металла в шлак, поскольку
тетрафосфат кальция может раствориться только в нем. Томасовские шлаки содержат
16 – 24% Р2О5.
Данная реакция сопровождается выделением значительного количества
тепла, за счет которого происходит более резкое повышение температуры
металла.
Перед раскислением металла из конвертора необходимо удалить шлак, т.к.
содержащиеся в раскислителях углерод, кремний, марганец будут восстанавливать
фосфор из шлака, и переводить его в металл. Томасовскую сталь применяют для
изготовления кровельного железа, проволоки и сортового проката.
Кислородно-конверторный процесс.
Для интенсификации бессемеровского и томасовского процессов в последние
годы начали применять обогащенное кислородом дутье.
При бессемеровском процессе обогащения дутья кислородом позволяет
сократить продолжительность продувки и увеличить производительность конвертора
и долю стального скрапа, подаваемого в металлическую ванну в процессе плавки.
Главным достоинством кислородного дутья является снижение содержания азота в
стали с 0,012-0,025(при воздушном дутье) до 0,008-0,004%(при кислородном
дутье). Введение в состав дутья смеси кислорода с водяным паром или углекислым
газом позволяет повысить качество бессемеровской стали, до качества стали,
выплавляемой в мартеновских и электрических печах. Большой интерес представляет использование чистого кислорода для выплавки
чугуна в глуходонных конверторах сверху с помощью водоохлаждаемых фурм. Производство стали кислородно-конверторным способом с
каждым годом увеличивается. Заказать написание авторской работы |
|