Производство стали

Автор: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2011 в 12:40, реферат

Описание работы

В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию веществ путем окислительной плавки.
В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах.

Работа содержит 1 файл

Сталь.docx

— 487.49 Кб (Скачать)

     Производство стали.

 
 
 

    В стали по сравнению с чугуном  содержится меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Для получения  стали из чугуна необходимо снизить  концентрацию веществ путем окислительной  плавки.

    В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в  трех агрегатах: конвекторах, мартеновских  и электрических печах.       
 
 

    

   1. Производство стали  в конверторах.

 

    Конвертор представляет собой сосуд грушевидной  формы. Верхнюю часть называют козырьком  или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и  сливают сталь и шлак. Средняя  часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище,  которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная  коробка, в которую поступает  сжатый воздух.

    Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

    Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при  котором отверстия фурм оказываются  выше уровня залитого чугуна. Затем  его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать  через отверстия фурм в воздушную  коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна  выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

     При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в  горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

    Бессемеровский  процесс. В конвертор заливают жидкий чугун с достаточно высоким содержанием кремния (до 2,25% и выше), марганца       (0,6-0,9%), и минимальным количеством серы и фосфора.

    По  характеру происходящей реакции  бессемеровский процесс можно разбить  на три периода. Первый период начинается после пуска дутья в конвертор  и продолжается 3-6 мин. Из горловины  конвертора вместе с газами вылетают мелкие капли жидкого чугуна с  образованием искр. В этот период окисляются кремний, марганец и частично железа по реакциям:

    Si + O2 = SiO2,

    2Mn + O2 = 2MnO,

    2Fe + O2 = 2FeO. 

    Образующаяся  закись железа частично растворяется в жидком металле, способствуя дальнейшему  окислению кремния и марганца. Эти реакции протекают с выделением большого количества тепла, что вызывает разогрев металла. Шлак получается кислым (40-50% SiO2).

    Второй  период начинается после почти полного  выгорания кремния и марганца. Жидкий металл достаточно хорошо разогрет, что создаются благоприятные  условия для окисления углерода по реакции C + FeO = Fe + CO, 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.

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

Информация о работе Производство стали