Сучасні методи виробництва сталі

Виплавляння сталі у конверторах з кисневим продуванням. У конверторному процесі джерелом тепла є хімічні екзотермічні реакції окислення елементів, які входять до складу чавуну. У кисневих конверторах можна виплавляти як вуглецеві, так і леговані сталі.

Кисневі конвертори поділяються на стаціонарні та обертові, місткістю від 100 до 350 т.

Стаціонарний конвертор (рис. 2.2) має два бандажі 4, кожний з яких спирається на два ролики 1. Горловина конвертора має сферичну форму. Конвертори викладають доломітовою цеглою. Льоток 3 призначений для зливання готової сталі.

У конвертор спочатку завантажують скрап, потім заливають чавун, далі засипають вапно, боксит, залізну руду і окалину (якщо потрібно), після чого проводять продування, взяття проб, аналіз їх, а потім зливання металу і шлаку. Процес виплавляння сталі у конверторах триває 15 хв.

Мартенівський спосіб виробництва сталі виник у 1864 році, розроблений французьким вченим П.Мартеном. У мартенівських печах сталь виплавляють з твердого або рідкого чавуну, стального і чавунного брухту з домішками залізної руди, окалин, флюсів і феросплавів: при цьому утворюється побічний продукт плавлення – мартенівський шлак.

Мартенівська піч складається з: плавильного простору 4, череня 7, склепіння 3, регенераторів 8 і 6 (які служать для підігрівання повітря і газового палива). У передній стінці мартенівської печі є вікна 9, через які з робочої площадки закидають шихту, беруть проби сталі і спостерігають за плавленням. У задній стінці міститься льоток для випускання сталі. Паливом служить мазут.

У залежності від шихти виплавляння сталі у мартенівських печах розділяють на: скрап–рудний процес (60–80 % рідкого чавуну і 20–40 % скрапу, залізна руда і флюси); скрап–процес (65–80 % відходів і брухту, решта чушковий чавун).

Мартенівські печі мають місткість до 1000 т. Тривалість плавлення залежить від місткості печі, виду палива, складу шихти і продовжується від 5 до 12 годин.

Рисунок 2.2 – Будова мартенівської печі

Виплавляння сталі в електропечах набуває дедалі більшого розвитку. Відсутність окислювального полум'я і незначний доступ повітря, а то й повна його відсутність, дають можливість створювати у печах нейтральне або відновлювальне середовище і досить повно розкислювати сталь, тобто виплавляти високоякісні сталі. Є два типи печей для виплавляння сталі: дугові та індукційні.

Для виплавляння сталі використовують дугові трифазні печі прямого нагрівання, де дуга горить між (графітовими) електродами і шихтою. Температура у печі досягає 4273–6273 ⁰К.

Робота індукційної печі базується на передачі електромагнітної енергії за допомогою індукції. (рис. 2.3) – наведено схему будови індукційної печі. У середині спірального багатовиткового індуктора 2 міститься вогнетривкий тигель 1. Індуктор і тигель встановлені у каркасі 3 печі. Для виливання готової сталі вся піч обертається навколо осі 4. Місткість тиглю від кількох кілограмів до кількох тонн. Метал у тиглі розігрівається індуктивними (вихровими) струмами. Індукційні печі використовують, в основному, для виплавляння високоякісних вуглецевих і легованих сталей та інших сплавів.

Рисунок 2.3 – Будова індукційної печі

Більш широке застосування в металургії отримав скрап–рудний процес виплавки сталі в основній мартенівській печі (рис. 2.2). Спочатку в піч завантажують і прогрівають залізну руду і вапняк, потім добавляють стальний скрап і заливають рідкий чавун. В процесі плавки домішки в чавуні окисляються за рахунок оксиду заліза і скрапу:

3Sі + 2Fе₂О₃ = 3SіО₂ + 4 Fе;

3Мn + Fе₂О₃ = 3 МnО + 2 Fе;

6Р + 5 Fе₂О₃ = 3Р₂О₃ +10 Fе;

3 С + Fе₂О₃ = 3 СО + 2 Fе.

Сірка видаляється в результаті взаємодії сірчистого заліза в вапном:

FеS + СаО = FеО + СаS.

	МАРТЕНІВСЬКА ПІЧ

Залізна руда і вапняк

Стальний скрап

Рідкий чавун

Видалення сірки

Рисунок 2.4 – Схема технологічного процесу виробництва сталі

Після плавлення шихти починається період кипіння ванни. В цей час інтенсивно окислюється вуглець в металі. В момент, коли вміст його досягає заданого, а кількість сірки і фосфору зменшується до мінімуму, кипіння закінчують і починають розкислення сталі в ванні феромарганцем, феросиліциєм і алюмінієм. Остаточно сталь алюмінієм і феросиліциєм в сталерозливочному ковші при випуску сталі із печі [4-7].

Дата добавления: 2015-10-24