1. Понятие о технологических процессах производства стали. Их классификация.

Под технологическим процессом понимают совокупность операций по добыче и переработке сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию.

Технологический процесс может быть расчленен на определенное число типовых технологических звеньев или операций и представлен в виде технологической схемы.

Сталь – это сплав железа с углеродом, где содержание углерода от 0,01- 2%. Кроме углерода в ней могут содержаться примеси марганца, кремния, серы, фосфора и т.д. Сырьем для производства стали является чугун (жидкий и твердый), стальной и чугунный лом, железная руда, металлизированные окатыши, ферросплавы и т.д. Для получения стали необходимо из имеющегося сырья удалить излишки углерода и вредные примеси, что достигается окислением этих веществ; в дальнейшем необходимо удалить оксид железа, т.е. необходимо раскисление. В итоге всех этих процессов мы получим сталь. Т.о. этот технологический процесс может быть представлен в виде схемы:

Основные способы получения стали: конверторный, мартеновский, в электропечах.

Конверторный способ.

Выплавка стали производится в конверторе (рис. 1) , представляющем собой стальной сосуд грушевидной формы 1 вместимостью 100-350 т. Внутри конвертер выложен огнеупорным кирпичом 2. В верхней части находится горловина 3, сбоку – летка 4. Снаружи конвертер опоясан стальным кольцом с двумя цапфами, которые удерживают контейнер и позволяют поворачивать его вокруг горизонтальной оси. Перед началом процесса конвертер поворачивают в наклонное положение, загружают металлический лом и жидкий чугун. Затем возвращают в вертикальное положение, загружают известняк, подают кислород под давлением 1.0 – 1.4 МПа через водоохлаждаемую фурму. При воздействии кислорода в конвертере протекают следующие реакции: окисляется железо (2Fe+O2 =2FeO), образующийся оксид железа взаимодействует с примесями, окисляя их (C+FeO = CO + Fe, Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe, Mn + FeO = MnO + Fe). Все реакции текут одновременно. Также одновременно идет процесс окисления примесей чистым кислородом. Известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак: 2Р+5FеО+4СаО= (СаО)4Р205 +5Fе. Сера удаляется в шлак с момента продувки и в течение всей плавки: FеS+СаО = СаS+FеО. Но степень десульфурации расплава не превышает 40 % вследствие высокого содержания FеО в шлаке. Контроль плавки ведется по спектру пламени, выходящего из горловины конвертера.

По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному, продувку прекращают, поднимают фурму и, повернув конвертер в горизонтальное положение, выпускают сталь через летку, а затем через горловину сливают шлак.

Рис. 1 Схема кислородного конвертера

В готовой стали остается кислород в виде оксида железа. Для его восстановления в ковш вводят раскислители. Часть раскислителей вводят в конвертор в конце плавки. Если сталь полностью раскислена и

при застывании в изложницах из нее почти не выделяются газы, ее называют «спокойной». При выплавке спокойной стали в качестве раскислителей сначала вводят ферромарганец, потом ферросилиций и в последнюю очередь алюминий.

В тех случаях, когда из стали не удален кислород, при ее разливке в изложницы и постепенном охлаждении последний взаимодействует с углеродом. Образующийся оксид углерода интенсивно выделяется из кристаллизирующегося слитка. Поверхность металла как бы бурлит, поэтому такую сталь называют «кипящей». При получении кипящей стали, в качестве раскислителя вводят только ферромарганец.

Закончив раскисление, приступают к разливке стали по изложницам. Температура стали при разливке -1600 .1650 С.

Мартеновский способ.

Мартеновская печь (рис. 2) сложена из огнеупорного кирпича и стянута рядом стальных балок, образующих наружный каркас.

Внутри печи находится рабочее пространство 3, сверху оно ограничено сводом, снизу - подом. Под выложен в виде овальной чаши, в которой происходит процесс плавки. В передней стенке печи имеются загрузочные окна 4, через которые загружают шихтовые материалы и следят за ходом плавки. В задней стенке устраиваются отверстия для выпуска стали и шлака.

Рис. 2. Схема мартеновской печи

В торцах печи расположены головки 2, соединяющие плавильное пространство с регенераторами 1. Последние представляют камеры, выложенные огнеупорным кирпичом, и служат для подогрева воздуха и газообразного топлива.

На многих заводах работают двух ванные печи. Это наиболее производительные подовые сталеплавильные агрегаты.

В зависимости от состава шихты различают скрап-процесс и

скрап-рудный процессы плавки. При скрап-процессе в печь загружаются скрап (55 .75%) и чушковый чугун (25 .45%). При

скрап-рудном процессе в печь заливают жидкий чугун (55 .75 %),

добавляют руду (12 .20 %) и скрап. Наиболее распространен

скрап-рудный процесс плавки.

Процессы плавки в мартеновских печах делят на кислые и основные. Характерные особенности кислого процесса: печь футеруется кислым огнеупорным кирпичом (динасовый кирпич, кварцевый песок), используется шихта с малым содержанием серы и фосфора, удаление которых в кислых печах затруднено. При основном процессе плавки футеровка печи выполняется из магнезитового или доломитового кирпича, для удаления серы и фосфора в шихту вводят известняк.

Основной скрап-рудный процесс включает заправку пода и откосов, завалку и прогрев твердой шихты, заливку жидкого чугуна, плавление, кипение, раскисление, доводку и выпуск готовой стали.

Заправка пода и откосов заключается в засыпке доломитовым или магнезитовым порошком выбоин и ямок, разъеденных шлаком.

Завалка шихты производится завалочными машинами. Сначала загружают часть лома, а на него - известняк и железную руду. После прогрева загружают остальной лом и нагревают до температуры плавления чугуна. Заливка жидкого чугуна производится из ковша по специально установленному желобу.

В период загрузки и плавления шихты происходит окисление примесей за счет кислорода, содержащегося в печных газах и руде, а после образования шлака - содержащегося в оксиде железа, растворенном в шлаке. Окисление примесей (С, S, Мn, Р) идет по тем же реакциям, что и при конвертерном процессе.

Важным моментом плавки является период «кипения» - выделения образующегося оксида углерода в виде пузырьков. Металл перемешивается, выравниваются его температура и химический состав, удаляются газы, всплывают неметаллические включения.

По достижении требуемого содержания углерода в кипящем металле, что определяется путем быстрого анализа отбираемых проб, приступают к последней стадии плавки - доводке и раскислению металла. В печь вводят рассчитанную дозу ферромарганца и ферросилиция, в результате чего уменьшается содержание оксида железа в металле (металл раскисляется).