Производство чугуна и стали

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.

                3.2.Производство стали в мартеновских печах. 

    В  мартеновских печах сжигают мазут  или предварительно подогретые  газы с

использованием  горячего дутья.

   Печь  имеет рабочее (плавильное) пространство  и две пары

регенераторов(воздушный  и газовый) для подогрева воздуха  и газа. Газы и

воздух проходят через нагретую до 1200( С огнеупорную  насадку

соответствующих регенераторов и нагреваются  до 1000-1200( С. Затем по

вертикальным  каналам направляются в головку  печи, где смешиваются и

сгорают, в результате чего температура под сводом достигает 1680-1750( С.

Продукты горения  направляются из рабочего пространства печи в левую пару

регенераторов и нагревают их огнеупорную насадку, затем поступают в котлы-

утилизаторы  и дымовую трубу. Когда огнеупорная  насадка правой пары

регенераторов остынет, остынет так что не сможет нагревать проходящие через

них газы и воздух до 1100( С, левая пара регенераторов  нагревается примерно

до 1200-1300( С. В  этот момент переключают направление  движения газов и

воздуха. Это  обеспечивает непрерывное поступление  в печь подогретых газов и

воздуха.

    Большинство  мартеновских печей отапливают  смесью доменного,

коксовального и генераторного газов. Также применяют и природный газ.

Мартеновская  печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только для

нагрева воздуха.

     Шихтовые  материалы (скрапы, чугун, флюсы)  загружают в печь наполненной

машиной через  завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и

шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с

факелом раскаленных  газов. Готовый металл выпускают  из печи через

отверстия, расположенные  в самой низкой части подины. На время плавки

выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной.

     Процесс  плавки в мартеновских печах  может быть кислым или основным.

При кислом процессе огнеупорная кладка печи выполнена  из динасов ого

кирпича. Верхние  части подины наваривают кварцевым  песком и ремонтируют

после каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак  с большим

содержанием кремнезема (42-58%)

    При  основном процессе плавки подину  и стенки печи выкладывают  из

магнезитового кирпича, а свод – из динасов ого  или хромомагнезитового

кирпича. Верхние  слои подины наваривают магнезитовым или доломитовым

порошком и  ремонтируют после каждой плавки. В процессе плавки получают

кислый шлак с большим содержанием  54 – 56% СаО.

    Основной  мартеновский процесс. Перед началом  плавки определяют

количество исходных материалов (чушковый чугун, стальной скрап, известняк,

железная руда) и последовательность их загрузки в  печь. При помощи

заливочной машины мульда (специальная коробка) с шахтой вводится в

плавильное пространство печи и переворачивается, в результате чего шихта

высыпается на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем более

крупный и на него кусковую известь (3 – 5 % массы  металла). После прогрева

загруженных материалов подают оставшийся стальной лом и  предельный чугун

двумя тремя  порциями.

    Этот порядок загрузки материалов позволяет их быстро прогреть и

расплавить. Продолжительность  загрузки шихты зависит от емкости  печи,

характера шихты, тепловой мощности печи и составляет 1,5 – 3 ч.

    В  период загрузки и плавления  шихты происходит частичная окисление

железа и фосфора  почти полное окисление кремния  и марганца и образования

первичного шлака. Указанные элементы окисляются сначала  за счет кислорода

печных газов  и руды, а затем за счет закиси железа растворенной в шлаке.

Первичный шлак формируется при расплавлении и окислении металла и содержит

10 –15% FeO, 35 –45% CaO, 13 – 17% MnO. После образования шлака  жидкий

металл оказывается  изолированным от прямого контакта с газами, и окисление

примесей происходит под слоем шлака. Кислород в этих условиях переносится

закисью железа, которая растворяется в металле  и шлаке. Увеличение

концентрации  закиси железа в шлаке приводит к  возрастанию ее концентрации в

металле.

    Для  более интенсивного питания металлической  ванны кислородом в шлак

вводят железную руду. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний,

марганец, фосфор и углерод по реакциям, рассмотренным  выше. 

    К  моменту рас плавления всей  шихты значительная часть фосфора  переходит

в шлак, так как  последний содержит достаточное количество закиси железа и

извести. Во избежание  обратного перехода фосфора в  металл перед началом

кипения ванны 40 – 50% первичного шлака из печи.

    После  скачивания первичного шлака  в печь загружают известь для

образования нового и более основного шлака. Тепловая нагрузка печи

увеличивается, для того чтобы тугоплавкая известь  быстрее перешла в шлак, а

температура металлической  ванны повысилась. Через некоторое  время 15 – 20

мин в печь загружают  железную руду, которая увеличивает  содержание окислов

железа в шлаке, и вызывает в металле реакцию окисления углерода

                            [C] + (FeO) = Coгаз.

    Образуется  окись углерода выделяется из  металла в виде пузырьков,

создавая впечатление  его кипения, что способствует перемешиванию  металла,

выделение металлических включений и растворенных газов, а также

равномерному  распределению температуры по глубине  ванны. Для хорошего

кипения ванны  необходимо подводить тепло, так  как данная реакция

сопровождается  поглощением тепла. Продолжительность  периода кипения ванны