Получение стали

Материал из wiki.seymartec
Перейти к: навигация, поиск

Производство стали.

Сталь – это сплав железа с углеродом, где содержание углерода ниже, чем 2,14%.
Современный и самый распространенный способ получения стали это двухступенчатый способ.
Получение чугуна (железо насыщенного углеродом свыше 2,14%) в доменной печи.
Обработка чугуна кислородом и получение готовой стали.

Основной, самый древний и самый распространенный способ разложения оксида железа – это способ доменного получения железа (чугуна).
Чугун получаемый в доменной печи -это железо насыщенное углеродом. Данный продукт обладает определенной хрупкостью из-за высокого содержания углерода не пригоден для изготовления из него ответственных металлических деталей. Для придания такому железу определенных свойств из него надо удалить кислород. Для углерода из чугуна жидкий чугун продувают кислородом в специальных металлургических агрегатах -кислородных конвертерах. Для переработки накопившегося лома в сталь в основном используют электропечи.

Огромную роль при выплавке стали играют ферросплавы, которые используются для легирования, раскисления и удаления вредных примесей из стали. Современная структура в производстве черных металлов представлена трехступенчатой схемой, в той или иной мере воспроизводимой в черной металлургии. Подготовка сырьевых материалов. Обогащение, добываемой из недр сырой руды и окускование получаемых материалов, обогащение и коксование углей. Производство черного металла в доменных, ферросплавных или альтернативных агрегатах твердофазного или жидкофазного извлечения металла из руд. Передел первичного металла (чугун, металлизированные материалы) в сталь и другую продукцию черных металлов.

Сталь получают 3 способами: Конвертерным, Мартеновским и производство стали в электропечах.

Конвертерный способ производства стали.

Конвертерный способ включает несколько разновидностей:
конвертерные процессы с донным воздушным дутьем (бессемеровский и томасовский процессы);
кислородно-конвертерный процесс с продувкой кислородом сверху и снизу.

Бессемеровский процесс (кислая футеровка конвертора) и позволяет перерабатывать чугун с низким содержанием фосфора и серы и достаточным количеством кремния. Плавка в бессемеровском конвертере проводится следующим образом. В конвертер заливают бессемеровский чугун при температуре 1250 – 1300 °C и продувают его воздухом. За время продувки окисляются углерод, кремний и марганец чугуна и из образующихся оксидов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного содержания, продувку заканчивают. Металл сливают через горловину в ковш, одновременно раскисляя его. Поскольку шлак кислый при плавке не удаляются сера и фосфор.

Томасовский процесс (основная футеровка конвертера) для переработки чугуна с высоким содержанием фосфора. Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с внутренней футеровкой. Футеровка бессемеровского конвертера кислая (динасовый кирпич), томасовского – основная (смолодоломитовая). Сверху в горловине конвертера имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепиться отъемное днище с воздушной коробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сопла), имеющиеся в футеровке днища. В цилиндрической части конвертера имеются цапфы, на которых он поворачивается вокруг горизонтальной оси. Плавка в томасовском конвертере проводится следующим образом. В конвертер загружают известь для образования основного шлака. Затем заливают томасовский чугун, имеющий температуру 1200 – 1250 °C, и ведут продувку воздухом. Во время продувки окисляются углерод, марганец и кремний. В образующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05 - 0,07%. После этого металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Бессемеровская и томасовская сталь обладают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота были разработаны способы продувки снизу парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа, а также продувка дутьём, обогащенным кислородом. Однако бессемеровский и томасовский процессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья. Кислородно-конвертерный процесс это процесс выплавки стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. В процессе работы конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси на 360 градусов для завалки металлолома, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Перед плавкой конвертер наклоняют, загружают через горловину металлолом (скрап) и заливают чугун при температуре 1250 – 1400 °). После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, бокситы, железную руду для образования жидкоподвижного шлака. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию и перемешивание со шлаком. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер наклоняют, выпуская сталь в ковш через летку и одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки. В ковш сливают также небольшое количество шлака, который предохраняет металл в ковше от быстрого охлаждения. Оставшейся шлак сливают через горловину в шлаковую чашу. Плавка в конвертере с донной продувкой протекает следующим образом. В наклоненный конвертер загружают стальной лом и заливают жидкий чугун. При заливке конвертер поворачивают в почти горизонтальное положение, чтобы жидкий чугун не заливал фурм. Для защиты фурм от попадания чугуна и шлака через них продувают азот или воздух. Затем подают дутьё и конвертер поворачивают в рабочее вертикальное положение. В начале продувки вдувают порошкообразную известь иногда с добавкой плавикового шпата.

Мартеновский способ производства стали.

Мартеновский процесс ведут на поду пламенной отражательной печи, снабженной регенераторами. В печь загружают шихту, чугун, лом и другие компоненты, которая под воздействием факела сжигаемого топлива плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки с тем, чтобы получить металл нужного состава. Затем готовый металл выпускают в ковш и разливают. Мартеновская печь имеет рабочее плавильное пространство, ограниченное снизу подиной, сверху сводом, а с боков передней и задней стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной или кислой. Если в процессе плавки в шлаке преобладают основные окислы, процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые шлаки, процесс называют кислым. В передней стенке печи имеются загрузочные окна для подачи шихты, а в задней – отверстие для выпуска готовой стали.

По конструкции мартеновские печи делятся на:
стационарные;
качающиеся.

Производство стали в электропечах (электрометаллургия).

Плавка в электропечах имеет ряд преимуществ перед плавкой в конверторах и мартеновских печах. Высокая температура позволяет применять сильноосновные шлаки, вводить большое количество флюсов и достигать максимального удаления из стали серы и фосфора.

Исходными материалами для плавки в электропечах являются стальной лом, железная руда, окалина.

Электрические печи для плавки металла делятся на три вида: печи сопротивления, дуговые и индукционные.

Для плавки стали применяют в основном дуговые и индукционные печи, а в печах сопротивления плавят сплавы цветных металллов.

Дуговые печи наиболее распространены в промышленности. В дуговых печах электроэнергия превращается в тепловую энергию дуги, которая передается плавящейся шихте посредством излучения.

3 основных типа дуговых электропечей, различающихся по способу нагрева: печи прямого действия печи косвенного действия и печи с закрытой дугой.
В печах прямого действия дуга горит между графитовым (или угольным) электродом и расплавляемым металлом.
В печах косвенного действия дуга горит между двумя электродами над металлом.
В рудно-термических печах дуга горит внутри нагреваемой шихты и тепло выделяется не только в дуге, но и в самой шихте.

Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов с низким содержанием углерода, а также для производства тонкостенного фасонного литья специальными методами (по выплавляемым моделям, под давлением и т. п.). Принцип действия индукционной печи заключается в том, что под действием переменного тока, подводимого к первичной катушке (индуктору), во вторичном кольце расплавляемый металл, находящийся в тигле индуктируется ток, энергия которого создает высокую температуру. Благодаря этому шихта расплавляется быстро и процесс плавки ускоряется. Эти печи существуют двух видов: с железным сердечником и без сердечника (высокочастотные печи).

Электрическая печь сопротивления, электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением.

Большая часть электрических печей сопротивления — косвенного действия; в них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью. Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем. Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов.

В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током, что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев.

Использованные ссылки[править]

Производство стали
Технология производства высококачественной стали
Конвертерный способ производства стали
Конвертерный способ производства стали (видео)
Мартеновский способ производства стали
Производство стали в электропечах (электрометаллургия)
Дуговые печи
Виды дуговых плавильных печей
Устройство и принцип работы дуговой сталеплавильной печи
Производство стали на ЧМК (видео)