Способи виробництва сталі (мартенівський, бесемерівський, томасівський- конвектори

Тому що сталь виплавляється  під шаром кислого шлаку з  низьким змістом вільного закису заліза, цей шлак захищає метал від насичення киснем. Перед випуском з печі в сталі міститься менше розчиненого кисню, чим у сталі, виплавленої при основному процесі.

Для інтенсифікації мартенівського процесу повітря збагачують киснем, що подається в смолоскип полум'я. Це дозволяє одержувати більш високі температури в смолоскипі полум'я, збільшувати її випромінювальну здатність, зменшувати кількість продуктів горіння і завдяки цьому збільшувати теплову потужність печі.

Кисень можна вводити  й у ванну печі. Уведення кисню в смолоскип і у ванну печі скорочує періоди плавки і збільшує продуктивність печі на 25-30%. Виготовлення хромомагнезитових зводів замість динасових дозволяє збільшувати теплову потужність печей, збільшити міжремонтний період у 2-3 рази і підвищити продуктивність на 6-10%.

3. Виробництво  сталі в електричних печах

Для виплавки сталі використовують електричні печі двох типів: дугові й  індукційні (високочастотні). Перші  з них одержали більш широке застосування в металургійній промисловості.

Дугові печі мають ємність 3 - 80 т і більш. На металургійних заводах установлюють печі ємністю 30 –80 тонн. В електричних печах можна одержувати дуже високі температури (до 2000( З), розплавляти метал з високою концентрацією тугоплавких компонентів мати, мати основний шлак, добре очищати метал від шкідливих домішок, створювати відбудовну чи атмосферу вакуум (індукційні печі) і досягати високого розкислення і дегазації металу.

Нагрівання і розплавлювання шихти здійснюється за рахунок тепла, випромінюваного трьома електричними дугами. Електричні дуги утворяться в плавильному просторі печі між вертикально підвішеними електродами і металевою шихтою.

Дугова піч має наступні основні частини: зварений чи клепаний кожух циліндричної форми, зі сфероидальним  днищем; подини і стінок; знімне аркове склепіння з отворами для електродів; механізм для закріплення вертикального переміщення електродів; дві опорні станини; механізм нахилу печі, що дозволяє повертати пекти при випуску сталі по жолобі й убік завантажувального вікна для скачування шлаку.

У сталеплавильних печах  застосовують вугільний і графітування електроди. Діаметр електродів визначається потужністю споживаного струму і  складає 350 – 550 мм. У процесі плавки нижні кінці електродів згоряють. Тому електроди поступово опускають  і в необхідних випадках нарощують зверху.

Технологія виплавки сталі в дугових печах. В електричних  дугових печах високоякісну вуглеводневу чи леговану сталь. Звичайно для виплавки сталі, застосовують шихту у твердому стані. Тверду шихту в дугових  печах з основний футеровкою використовують при плавці сталі з окислюванням шихти і при переплавлянні металу без окислювання шихти.

Технологія плавки з  окислюванням шихти в основній дуговій  печі подібнаі технології плавки сталі  в основних мартенівських печах (скрапам-процесам). Після заправлення падини в піч завантажують шихту. Середній зміст вуглецю в шихті на 0,5 –0,6% вище, ніж у готовій сталі. Вуглець вигорає і забезпечує гарне кипіння ванни. На подину печі завантажують дрібний сталевий брухт, потім більш великий. Укладати шихту в печі треба щільно. Особливо важливо добре укласти шматки шихти в місці перебування електродів. Шихту в дугові печі малої і середньої ємності завантажують чи мульдами лотками через завалочне вікно, а в печі великої ємності через звід, що відводять убік разом з електродами. Після завантаження шихти електроди опускають до легкого зіткнення із шихтою. Підклавши під нижні кінці електродів шматочки коксу, включають струм, і починають плавку сталі.

При плавки сталі в  дугових печах розрізняють окисний і відбудовний періоди.

Під час окисного періоду  розплавляється шихта, окисляється  кремній, марганець, фосфор, надлишковий  вуглець, частково залізо й інші елементи, наприклад кульгавий, титан, і утвориться первинний шлак. Реакція окислювання  такі ж, як і при основному мартенівському процесі. Фосфор з металу віддаляється протягом першої половини окисного періоду, поки метал у ванні сильно не розігрівся. Утворений при цьому первинний фосфористий шлак у кількості 60 – 70% видаляють з печі.

Для одержання нового шлаку в основну дугову піч подають обпалене вапно й інші необхідні матеріали. Після видалення фосфору і скачування первинного шлаку метал добре прогрівається і починається горіння вуглецю. Для інтенсивного кипіння ванни в піч закидають необхідна кількість залізної чи руди окалини і шлакоутворюючих речовин.

Під час кипіння ванни  протягом 45-60 хв надлишковий вуглець  згоряє, розчинені гази і неметалічні  включення віддаляються. При цьому  відбирають проби металу для швидкого визначення в ньому змісту вуглецю і марганцю і проби шлаку для визначення його складу. Основність шлаку підтримується рівної 2-2,5, що необхідно для затримки в ньому фосфору.

Після видалення вуглецю  скачивают весь шлак. Якщо в металі в період окислювання вуглецю  міститься менше, ніж потрібно по хімічному аналізі, то в піч уводять шматки графітових чи електродів кокс.

У відбудовний період плавки розкислюють метал, переводять максимально можлива кількість  сірки в шлак, доводять хімічний склад металу до заданого і підготовляють  його до випуску з печі.

Відбудовний період плавки в основних дугових печах при  виплавці сталей з низьким змістом  вуглецю проводиться під білим (вапняним) шаром шлаком, а при  виплавці високовуглеводних сталей – під карбідним шлаком.

Для одержання білого шлаку в піч завантажують жужільну суміш, що складається з вапна і плавикового шпату. Через якийсь час на поверхні утвориться шар шлаку з досить високою концентрацією Fe і Mn. Проби шлаку мають темний колір.

Перед розкисленням металу в піч двома-трьома порціями закидають  другу жужільну суміш, що складається з кускового вапна, плапікового шпату, меленого деревного вугілля і коксу. Через якийсь час зміст Feo і Mn знижується. Проби шлаку стають світліше, закис заліза з металу починає переходити в шлак. Для посилення розкислюючої дії до кінця відбудовного періоду в піч закидають порошок ферросиліція, під впливом якого зміст Fe у шлаку знижується. У білому шлаку міститься до 50 – 60% Сао, а на поверхні його плаває деревне вугілля, що дозволяє ефективно видаляти сірку з металу.

Під час відбудовного періоду плавки в метал уводять необхідні добавки, у тому числі і легуючі. Остаточно метал раскислюють у печі алюмінієм.

Виплавка сталі під  карбідним шлаком на першій стадії відбудовного процесу відбувається так само, як і під білим шлаком. Потім на поверхню шлаку завантажують карбідоутворюючу суміш, що складається з коксу, сповісти і плавикого шпату. При високих температурах протікає реакція

Ca + 3C = Ca2 + CO.

Карбід кальцію, що утвориться, збільшує розкислюючу й обезсірковуючу здатність  карбідного шлаку. Для прискорення утворення карбідного шлаку пекти добре герметизують. Карбідний шлак містить 55 –65% Сао і 0,3 – 0,5% Fe; він володіє здатністю насичуватися вуглецем.

При виплавці сталі методом переплаву, у піч не завантажують залізну  руду; умови для кипіння ванни відсутні. Шихта складається з легованих відходів з низьким змістом фосфору, оскільки його не можна буде видалити в шлак. Для зниження змісту вуглецю в шихту додають 10 – 15% м'якого заліза. Первинний шлак, що утвориться при розплавлюванні шихти, з печі не видаляють. Це зберігає легуючі елементи (Cr, Ti, V), що переходять зі шлаку в метал.

Пристрій і робота індукційних  печей. Індукційні печі відрізняються  від дугових способом підведення енергії до розплавленого металу. Індукційна піч приблизно працює так само як звичайний трансформатор: мається первинна котушка, навколо якої при пропущенні перемінного струму створюється перемінне магнітне поле. Магнітний потік наводить у вторинній печі перемінний струм, під впливом якого нагрівається і розплавляється метал. Індукційні печі мають ємність від 50 кг до 100 т і більш.

У немагнітному каркасі існують  індуктор і вогнетривкий плавильний двигун. Індуктор печі виконаний у  виді котушки з визначеним числом витків мідної трубки, усередині якої циркулює охолодна вода. Метал завантажують у тигель, що є вторинною обмоткою. Перемінний струм виробляється в машинних чи лампових генераторах. Підведення струму від генератора до індуктора здійснюється за допомогою гнучкого чи кабелю мідних шин. Потужність і частота токи визначаються ємністю плавильного тигля і складу шихти. Звичайно в індукційних печах використовується струм частотою 500 – 2500 гц. Великі печі працюють на менших частотах. Потужність генератора вибирають з розрахунку 1,0 – 1,4 квт/кг шихти. Плавильні тиглі печей виготовляють з кислих чи основних вогнетривких матеріалів.

В індукційних печах сталь виплавляють  методом переплаву шихти. Чад  легуючих при цьому виходить дуже невеликим. Шлак утвориться при завантаженні шлакоутворюючих компонентів на поверхню розплавленого металу. Температура шлаку у всіх випадках менше температури металу, тому що шлак не володіє магнітної проникності й у ньому не індуцируется струм. Для випуску сталі з печі, тигель нахиляють убік зливального носка.

В індукційних печах немає вуглецю, тому метал не насичується вуглицем. Під дією електромагнітних сил метал циркулює, що прискорює хімічні реакції і сприяє одержанню однорідного металу.

Індукційні печі застосовують для  виплавки високолегованих сталей і  сплавів особливого призначення, що мають низький зміст вуглецю і кремнію.

4. Нові методи виробництва  й обробки сталі

Електроннопроменева плавка металів. Для одержання особливо чистих металів і сплавів використовують електроннолучевую плавку. Плавка заснована на використанні кінетичної енергії вільних електронів, що одержали прискорення в електричному полі високої напруги. На метал направляється потік електронів, у результаті чого він нагрівається і плавиться.

Електроннопроменева плавка має ряд  переваг: електронні промені дозволяють одержати високу щільність енергії нагрівання, регулювати швидкість плавки у великих межах, виключити забруднення розплаву матеріалом тигля і застосовувати шихту в будь-якому виді. Перегрів розплавленого металу в сполученні з малими швидкостями плавки і глибоким вакуумом створюють ефективні умови для очищення металу від різних домішок.

Електрошлаковий переплав. Дуже перспективним способом одержання високоякісного металу є електрошлаковий переплав. Краплі металу, що утворяться при переплаву заготівлі, проходять через шар рідкого металу і рафинируются. При обробці металу шлаком і спрямованої кристалізації злитка знизу нагору зміст сірки в заготівлі знижується на 30 – 50%, а зміст неметалічних включень – у два-три разів.

Вакуумування сталі. Для одержання високоякісної сталі, широко застосовується вакуумна плавка. У злитку містяться гази і деяка кількість неметалічних включень. Їх можна значно зменшити, якщо скористатися вакуумированием сталі при її виплавці і розливанні. При цьому способі рідкий метал піддається витримці в закритій камері, з якої видаляють повітря й інші гази. Вакуумирование сталі виробляється в ковші перед заливанням по изложницам. Кращі результати виходять тоді, коли сталь після вакуумирования в ковші розливають по изложницам так само у вакуумі. Виплавка металу у вакуумі здійснюється в закритих індукційних печах.

Рафінування сталі в  ковші рідкими синтетичними шлаками. Сутність цього методу полягає в тому, що очищення сталі від сірки, кисню і неметалічних включень виробляються при інтенсивному перемішуванні сталі в ковші з попередньо злитим у нього шлаком, приготовленому в спеціальної шлакоплавильної печі. Сталь після обробки рідкими шлаками володіє високими механічними властивостями. За рахунок скорочення періоду рафінування в дугових печах, продуктивність яких може бути збільшена на 10 – 15%. Мартенівська піч, оброблена синтетичними шлаками, по якості близька до якості сталі, виплавлюваної в електричних печах.