Федеральне агентство з освіти
Новокузнецький філія-інститут
Кемеровського державного університету
Кафедра економіки
Студент групи ЕПЗВ-06 / 1
Глібова Ірина Олександрівна
Контрольна робота
ПО Основою технічної ЗНАНЬ
«ВИРОБНИЦТВО СТАЛІ»
Керівник:
Синявський Ігор Олександрович
Контрольна робота
допущена до захисту захищена
_________________ _______________
підпис керівника підпис керівника
«__» _______ 200_ р. "__" _______ 200_ р.
Новокузнецьк 2006
ЗМІСТ
Введення
1 Класифікація стали
2 Сталеплавильні шлаки
3 Неметалічні включення в сталі
4 Розкислення і легування стали
4.1 Розкислення стали
4.2 Легування сталі
5 Шихтові матеріали сталеплавильного виробництва
6 конвертерне виробництво сталі
6.1 Конвертерні процеси з донним повітряним дуттям
6.1.1 Плавка в бесемерівському конвертері
6.1.2 Плавка в томасівському конвертері
6.2 киснево-конвертерний процес
7 Мартенівське виробництво сталі
7.1 Різновиди мартенівського процесу
7.1.1 Основний мартенівський процес
7.1.2 Кислий мартенівський процес
8 Виплавка сталі в електричних печах
8.1 Електричний режим
8.2 Виплавка сталі в основних дугових електропечах
8.3 Виплавка сталі в кислих дугових електропечах
8.4 Виплавка сталі в індукційних печах
Висновок
Список використаних джерел та літератури
ВСТУП
Сталь - це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами. У цьому сплаві залізо є основою (розчинником), а інші елементи - домішками, розчиненими в залозі. Домішки можуть надавати на властивості стали як позитивне, так і негативний вплив, тому їх ділять на корисні і шкідливі. Корисні домішки в основному впливають на властивості кристалів (зерен), а шкідливі домішки погіршують межкристаллических (межзеренного) зв'язку. У сталях більшості марок головною корисною домішкою є вуглець. Такі стали називають вуглецевими. Вміст вуглецю у вуглецевих сталях найчастіше становить 0,05 - 0,50%, але може досягати ≥ 1% (теоретично до 2,14%). У вуглецевих сталях в якості корисної домішки також можуть міститися марганець (0,3 - 0,6%) і кремній (0,15 - 0,3%). Вміст шкідливих домішок, якими зазвичай є сірка, фосфор, кисень і азот, обмежують сотими і тисячними долями відсотка.
Металургія сталі як виробництво виникла приблизно 3,5 тис. років тому в районі Суецького затоки (Сирія, Єгипет). Шлях розвитку чорної металургії можна розділити на кілька етапів.
За застосовуваному основної сировини або технологічною схемою сталеплавильне виробництво має два основних етапи розвитку: 1) пряме отримання сталі з залізних руд так званим сиродутним процесом, тобто одноступінчаста виробництво за схемою залізна руда - сталь; 2) отримання сталі шляхом рафінування чавуну, тобто двоступенева виробництво за схемою залізна руда - чавун - сталь.
Розвиток виробництва сталі шляхом рафінування чавуну, що забезпечує найбільший технічний прогрес, у свою чергу має три важливі етапи розвитку, на кожному з яких, як правило, використовувалося декілька способів отримання сталі.
Перший етап - переділ чавуну в сталь, одержувану в тістоподібному стані у вигляді криці (зварювального заліза). Він почався з застосуванням крічного процесу, на зміну якому прийшов пудлінгового процес ( 1784 р ., Англія).
Другий етап - переділ чавуну в рідку сталь без добавки або з добавкою брухту (скрапу) в агрегатах періодичної дії без застосування кисневого дуття. Початок цього етапу пов'язаний зі створенням бесемерівського процесу (1855 - 1860 рр.., Англія). Подальше його розвиток привів до розробки мартенівського (1864 - 1865 рр.., Франція), томасовського (1877 - 1879 рр.., Англія) і електродугового ( 1900 р ., Франція) процесів. Перехід до отримання сталі в рідкому стані дозволив здійснити стрибок в інтенсифікації виробництва - у підвищенні продуктивності агрегатів і поліпшення якості сталі.
Третій етап - переділ чавуну в рідку сталь в агрегатах періодичної дії із застосуванням кисневого дуття. Це сучасний етап розвитку сталеплавильного виробництва, який має такі особливості: впровадження в широке використання киснево-конвертерного процесу (1952 1953 рр.., Австрія); застосування кисню для інтенсифікації мартенівського і електродугового процесів; широке використання в цілях підвищення якості сталі способів внеагрегатной (ковшовий) обробки рідкої сталі - синтетичними шлаками або шлаковими сумішами, вакуумом, інертними газами в поєднанні з мікролегірующімі порошками або без них, а також способів переплаву сталі в особливих умовах (електрошлакового, вакуумно-дугового, електронно-променевого, плазмово-дугового).
1 КЛАСИФIКАЦIЯ СТАЛИ
Отримані тим чи іншим способом стали надзвичайно різноманітні за своїми властивостями та складом. Їх класифікують за способом виробництва, призначенням, якістю, хімічним складом, характером застигання в виливницях і будовою получающегося злитка.
Класифікація стали і вимоги до її складу і якості обумовлені відповідними державними стандартами та технічними умовами.
За способом виробництва сталь може бути мартенівської, конвертерної, електросталлю, електрошлакового переплаву і отриманої іншими способами.
За призначенням можна виділити наступні основні групи сталей:
а) конструкційна сталь, яку застосовують при виготовленні різних металоконструкцій (для будівництва будівель, мостів, різних машин і т.п.). Конструкційні сталі можуть бути як простими вуглецевими, так і легованими. Легована сталь дещо дорожче вуглецевої, але так як вона має значно кращими механічними властивостями, то витрата її на виготовлення тих чи інших конструкцій значно нижче, ніж вуглецевої;
б) топкова і котельня сталь - низкоуглеродистая сталь, що застосовується для виготовлення парових котлів і топок. Ця сталь повинна мати гарні пластичні властивості в холодному стані, добре зварюватися, не повинна мати схильності до старіння;
в) сталь для залізничного транспорту - рейкова сталь, осьова сталь, сталь для бандажів залізничних коліс. Це середньовуглецевих сталь, до неї пред'являються високі вимоги при механічних випробуваннях, наприклад на втому, при перевірці суцільності структури металу;
г) підшипникова сталь служить матеріалом для виготовлення кулькових і роликових підшипників. До цієї сталі, що містить близько 1% З і 1,5% Cr, пред'являють дуже високі вимоги за змістом неметалічних включень;
д) інструментальна сталь застосовується для виготовлення різних інструментів, різців, валків прокатних станів, деталей ковальського і штампувального обладнання. Вона містить звичайно значну кількість вуглецю, а також у ряді марок - значна кількість легуючих елементів: хрому, вольфраму, молібдену та інших.
Крім зазначених, є ще ряд груп сталей, призначення яких видно з самого їх назви: рессорнопружінние, електротехнічні, трансформаторні, динамной, нержавіючі, гарматні, снарядні, броньові, трубні стали й інші.
За якістю сталі ділять на наступні групи: сталь звичайної якості, якісну і високоякісну. Відмінності між цими групами полягають у дозволяється за вміст шкідливих домішок (в першу чергу сірки та фосфору), а також в особливих вимогах за змістом неметалічних включень.
За хімічним складом розрізняють стали: вуглецеві, низьколеговані, леговані.
За характером застигання сталі в виливницях розрізняють спокійні, киплячі і напівспокійних сталі. Поведінка металу при кристалізації у виливниці залежить від ступеня раскисления: чим повніше безкисневі сталь, тим спокійніше кристалізується злиток.
Кожен з перелічених видів класифікації стали характеризує властивості металу, його надійність у роботі, вартість, можливість отримання в певних кількостях і інші параметри.
2 СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ШЛАКІВ
Виплавка сталі зазвичай супроводжується процесами окислення заліза і його домішок, а також процесами роз'їдання футеровки сталеплавильних агрегатів. У шихті, що завантажується в сталеплавильні агрегати, завжди є більша або менша кількість забруднень. Крім того, при введенні плавки у ванну зазвичай додають різні флюси і додаткові матеріали. У результаті утворюється Неметалева фаза, звана шлаком.
Основні джерела утворення шлаку наступні:
а) продукти окислення домішок чавуну і брухту - кремнію, марганцю, фосфору, сірки, хрому та інших елементів;
б) продукти руйнування футеровки агрегату - при роз'їдання основний футеровки (доломіту, магнезиту) в шлак переходять СаО, MgO, при роз'їдання кислої - SiO 2;
в) забруднення, внесені шихтою (пісок, глина, міксерних шлак і т.п.);
г) іржа, що покриває завалюємося в сталеплавильні агрегати брухт, - оксиди заліза;
д) додаткові матеріали та окислювачі (вапняк, вапно, боксит, плавиковий шпат, залізна і марганцева руди і т.п.).
в кожному конкретному випадку ступінь впливу перерахованих забруднень на склад шлаків різна. Вводячи після відповідного розрахунку ту чи іншу кількість певних добавок, домагаються отримання шлаку потрібного складу. При необхідності проводять операції оновлення (скачування) шлаку, коли певна кількість шлаку видаляють з агрегату, а потім вводячи потрібну кількість тих чи інших добавок, «наводять» новий шлак необхідного складу.
3 неметалічних включень у сталі
Неметалевими включеннями називають містяться в сталі сполуки металів з неметалами. Кількість неметалевих включень, їх склад, розміри і характер розташування в готовому виробі справляють істотний, а іноді вирішальний вплив на властивості сталі. Неметалічні включення погіршують не тільки механічні (міцність, пластичність) та інші властивості сталі (магнітну проникність, електропровідність і ін), тому що порушують суцільність металу і утворюють порожнини, в яких концентруються напруги в металі. Неметалічні включення прийнято розділяти на дві групи:
а) включення, що утворюються у процесі реакцій металургійного переділу (ендогенні включення);
б) включення, механічно які в сталь (екзогенні включення). Ці включення являють собою частинки забруднень, що були у шихті і не віддалився з металу в процесі плавки, частки залишився в металі шлаку, частки потрапила в метал футеровки жолоби, ковша.
Ендогенні включення безперервно утворюються в металі в процесі плавки, розливання, кристалізації злитка або відливання. Велика частина утворилися включень встигає спливти і віддалитися в шлак, але якась частина залишається.
4 розкислювання і легування сталі
4.1 Розкислення стали
Технологічну операцію, при якій розчинений у металі кисень перекладається в нерозчинний в металі з'єднання або видаляється з металу, називають розкисленням. Після операції розкислення сталь називають розкислення. Така сталь при застиганні у виливницях веде себе «спокійно», з неї майже не виділяються гази, тому таку сталь називають «спокійною». Якщо ж операцію розкислення не проводити, то встали при її поступовому охолодженні у виливниці буде протікати реакція між розчиненим у металі киснем і вуглецем. Утворені при цьому бульбашки оксиду вуглецю будуть виділятися з кристалізується злитку, метал буде вирувати. Таку сталь називають «киплячій».
У деяких випадках розкислення стали проводять таким чином, щоб видалити з неї не весь кисень. Що залишився розчинений кисень викликає короткочасне «кипіння» металу на початку його кристалізації. Таку сталь називають «напівспокійної».
Будова злитку киплячій і напівспокійної сталі відрізняється від будови злитку спокійної сталі.
Застосовують наступні способи розкислення сталі:
а) глибинне;
б) дифузійне;
в) обробкою синтетичними шлаками;
г) обробкою вакуумом.
4.2 Легування сталі
Легуванням називають процес присадки в сталь легуючих елементів, щоб отримати так звану леговану сталь, тобто таку сталь, у складі якої знаходяться спеціальні домішки, введені в неї в певних кількостях для того, щоб повідомити стали які-небудь особливі фізико-хімічні або механічні властивості.
З точки зору впливу на властивості сталі легуючі елементи ділять на дві великі групи:
а) 1-я - легуючі елементи, що розширюють γ-область твердих розчинів. У цю групу входять як елементи володіють необмеженою розчинністю в залозі (нікель, марганець, кобальт), так і елементи, що утворюють сплави, в яких гомогенна область безперервного ряду твердих розчинів обмежується гетерогенної внаслідок появи нових фаз (вуглецю, азоту, міді);
б) 2-я - легуючі елементи, що звужують γ-область. Сюди входять як елементи, що утворюють із залізом сплави з повністю замкнутої γ-областю (берилій, алюміній, кремній, фосфор, титан, ванадій, хром, молібден, вольфрам), так і елементи, що утворюють сплави з звуженою γ-областю (ніобій, тантал , цирконій, церій).
Залежно від ступеня спорідненості до кисню легуючі елементи також ділять на дві великі групи:
а) 1-я - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких менше, ніж у заліза (нікель, кобальт, молібден, мідь);
б) 2-я - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких більше, ніж у заліза (кремній, марганець, алюміній, хром, ванадій, титан).
Крім легуючих цих двох основних груп застосовують легуючі, введення яких в метал пов'язане з можливою небезпекою для здоров'я, тому що пари цих металів або їх сполук шкідливі (сірка, свинець, селен, телур).
У всіх випадках для здешевлення стали прагнуть використовувати максимальну кількість дешевих відходів (шлак, руду), містять потрібний елемент.
5 Шихтові матеріали СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ВИРОБНИЦТВА
Матеріали, використовувані для виплавки сталі, прийнято ділити на металовмісні (металошихти, металлодобавкі), додаткові (флюси) і окислювачі. Як металошихти використовують: а) чавун (рідкий або твердий), б) сталевий (в деяких випадках чавунний) брухт; в) продукти прямого відновлення заліза із залізної руди; г) феросплави.
Основну частину металошихти становлять чавун і сталевий брухт. Також використовується продукт прямого відновлення залізної руди - металізовані котуни (93 - 98% Fe). Найдешевша частина металошихти - сталевий брухт.
У тих випадках, коли до складу заводу входять сталеплавильні цехи і доменний цех, чавун у сталеплавильний цех надходить в рідкому вигляді. Використання як шихти рідкого чавуну дозволяє отримувати помітну економію у витраті палива і скорочує тривалість плавки.
У залежності від технологічних або економічних вимог сталеплавильники використовують чавун тієї або іншої марки. В окремих випадках для поліпшення складу чавуну застосовують методи внедоменной його обробки (для видалення зайвих сірки, кремнію, фосфору).
Якщо в складі заводу немає доменного цеху, то в якості шихти використовують твердий чавун, який надходить в чушках. В окремих випадках для прискорення плавки та підвищення продуктивності сталеплавильних агрегатів чушковий чавун попередньо розплавляють в «металургійних» вагранках або інших плавильних агрегатах.
Другою головною складовою частиною металошихти є брухт. У будь-якій промисловій країні щорічно утворюється значна кількість залізовмісного брухту. Збір цього брухту та її обробка з метою раціонального використання представляє важливу народохозяйственних завдання. Для її вирішення існує спеціальна галузь - брухтопереробне промисловість, оснащена складним обладнанням. Із загальної кількості утворюється брухту близько 35% утворюється безпосередньо на металургійних заводах (обрізків металу при прокатці, браковані злитки, скрап і т.д.), звичайно це великоваговий брухт, хімічний склад якого відомий. Цей лом в основній своїй масі використовують як металошихти на тих же заводах, де він утворюється.
Близько 20% брухту утворюється при металообробці на машинобудівних заводах і їм подібних заводах (стружка, відходи при штампуванні і т.д.); 45 - 50% становить амортизаційний брухт (відслужили свій термін машини, рейки тощо), а також метал, який отримують при розбиранні шлакових відвалів.
Новокузнецький філія-інститут
Кемеровського державного університету
Кафедра економіки
Студент групи ЕПЗВ-06 / 1
Глібова Ірина Олександрівна
Контрольна робота
ПО Основою технічної ЗНАНЬ
«ВИРОБНИЦТВО СТАЛІ»
Керівник:
Синявський Ігор Олександрович
Контрольна робота
допущена до захисту захищена
_________________ _______________
підпис керівника підпис керівника
«__» _______ 200_ р. "__" _______ 200_ р.
Новокузнецьк 2006
ЗМІСТ
Введення
1 Класифікація стали
2 Сталеплавильні шлаки
3 Неметалічні включення в сталі
4 Розкислення і легування стали
4.1 Розкислення стали
4.2 Легування сталі
5 Шихтові матеріали сталеплавильного виробництва
6 конвертерне виробництво сталі
6.1 Конвертерні процеси з донним повітряним дуттям
6.1.1 Плавка в бесемерівському конвертері
6.1.2 Плавка в томасівському конвертері
6.2 киснево-конвертерний процес
7 Мартенівське виробництво сталі
7.1 Різновиди мартенівського процесу
7.1.1 Основний мартенівський процес
7.1.2 Кислий мартенівський процес
8 Виплавка сталі в електричних печах
8.1 Електричний режим
8.2 Виплавка сталі в основних дугових електропечах
8.3 Виплавка сталі в кислих дугових електропечах
8.4 Виплавка сталі в індукційних печах
Висновок
Список використаних джерел та літератури
ВСТУП
Сталь - це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами. У цьому сплаві залізо є основою (розчинником), а інші елементи - домішками, розчиненими в залозі. Домішки можуть надавати на властивості стали як позитивне, так і негативний вплив, тому їх ділять на корисні і шкідливі. Корисні домішки в основному впливають на властивості кристалів (зерен), а шкідливі домішки погіршують межкристаллических (межзеренного) зв'язку. У сталях більшості марок головною корисною домішкою є вуглець. Такі стали називають вуглецевими. Вміст вуглецю у вуглецевих сталях найчастіше становить 0,05 - 0,50%, але може досягати ≥ 1% (теоретично до 2,14%). У вуглецевих сталях в якості корисної домішки також можуть міститися марганець (0,3 - 0,6%) і кремній (0,15 - 0,3%). Вміст шкідливих домішок, якими зазвичай є сірка, фосфор, кисень і азот, обмежують сотими і тисячними долями відсотка.
Металургія сталі як виробництво виникла приблизно 3,5 тис. років тому в районі Суецького затоки (Сирія, Єгипет). Шлях розвитку чорної металургії можна розділити на кілька етапів.
За застосовуваному основної сировини або технологічною схемою сталеплавильне виробництво має два основних етапи розвитку: 1) пряме отримання сталі з залізних руд так званим сиродутним процесом, тобто одноступінчаста виробництво за схемою залізна руда - сталь; 2) отримання сталі шляхом рафінування чавуну, тобто двоступенева виробництво за схемою залізна руда - чавун - сталь.
Розвиток виробництва сталі шляхом рафінування чавуну, що забезпечує найбільший технічний прогрес, у свою чергу має три важливі етапи розвитку, на кожному з яких, як правило, використовувалося декілька способів отримання сталі.
Перший етап - переділ чавуну в сталь, одержувану в тістоподібному стані у вигляді криці (зварювального заліза). Він почався з застосуванням крічного процесу, на зміну якому прийшов пудлінгового процес (
Другий етап - переділ чавуну в рідку сталь без добавки або з добавкою брухту (скрапу) в агрегатах періодичної дії без застосування кисневого дуття. Початок цього етапу пов'язаний зі створенням бесемерівського процесу (1855 - 1860 рр.., Англія). Подальше його розвиток привів до розробки мартенівського (1864 - 1865 рр.., Франція), томасовського (1877 - 1879 рр.., Англія) і електродугового (
Третій етап - переділ чавуну в рідку сталь в агрегатах періодичної дії із застосуванням кисневого дуття. Це сучасний етап розвитку сталеплавильного виробництва, який має такі особливості: впровадження в широке використання киснево-конвертерного процесу (1952 1953 рр.., Австрія); застосування кисню для інтенсифікації мартенівського і електродугового процесів; широке використання в цілях підвищення якості сталі способів внеагрегатной (ковшовий) обробки рідкої сталі - синтетичними шлаками або шлаковими сумішами, вакуумом, інертними газами в поєднанні з мікролегірующімі порошками або без них, а також способів переплаву сталі в особливих умовах (електрошлакового, вакуумно-дугового, електронно-променевого, плазмово-дугового).
1 КЛАСИФIКАЦIЯ СТАЛИ
Отримані тим чи іншим способом стали надзвичайно різноманітні за своїми властивостями та складом. Їх класифікують за способом виробництва, призначенням, якістю, хімічним складом, характером застигання в виливницях і будовою получающегося злитка.
Класифікація стали і вимоги до її складу і якості обумовлені відповідними державними стандартами та технічними умовами.
За способом виробництва сталь може бути мартенівської, конвертерної, електросталлю, електрошлакового переплаву і отриманої іншими способами.
За призначенням можна виділити наступні основні групи сталей:
а) конструкційна сталь, яку застосовують при виготовленні різних металоконструкцій (для будівництва будівель, мостів, різних машин і т.п.). Конструкційні сталі можуть бути як простими вуглецевими, так і легованими. Легована сталь дещо дорожче вуглецевої, але так як вона має значно кращими механічними властивостями, то витрата її на виготовлення тих чи інших конструкцій значно нижче, ніж вуглецевої;
б) топкова і котельня сталь - низкоуглеродистая сталь, що застосовується для виготовлення парових котлів і топок. Ця сталь повинна мати гарні пластичні властивості в холодному стані, добре зварюватися, не повинна мати схильності до старіння;
в) сталь для залізничного транспорту - рейкова сталь, осьова сталь, сталь для бандажів залізничних коліс. Це середньовуглецевих сталь, до неї пред'являються високі вимоги при механічних випробуваннях, наприклад на втому, при перевірці суцільності структури металу;
г) підшипникова сталь служить матеріалом для виготовлення кулькових і роликових підшипників. До цієї сталі, що містить близько 1% З і 1,5% Cr, пред'являють дуже високі вимоги за змістом неметалічних включень;
д) інструментальна сталь застосовується для виготовлення різних інструментів, різців, валків прокатних станів, деталей ковальського і штампувального обладнання. Вона містить звичайно значну кількість вуглецю, а також у ряді марок - значна кількість легуючих елементів: хрому, вольфраму, молібдену та інших.
Крім зазначених, є ще ряд груп сталей, призначення яких видно з самого їх назви: рессорнопружінние, електротехнічні, трансформаторні, динамной, нержавіючі, гарматні, снарядні, броньові, трубні стали й інші.
За якістю сталі ділять на наступні групи: сталь звичайної якості, якісну і високоякісну. Відмінності між цими групами полягають у дозволяється за вміст шкідливих домішок (в першу чергу сірки та фосфору), а також в особливих вимогах за змістом неметалічних включень.
За хімічним складом розрізняють стали: вуглецеві, низьколеговані, леговані.
За характером застигання сталі в виливницях розрізняють спокійні, киплячі і напівспокійних сталі. Поведінка металу при кристалізації у виливниці залежить від ступеня раскисления: чим повніше безкисневі сталь, тим спокійніше кристалізується злиток.
Кожен з перелічених видів класифікації стали характеризує властивості металу, його надійність у роботі, вартість, можливість отримання в певних кількостях і інші параметри.
2 СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ШЛАКІВ
Виплавка сталі зазвичай супроводжується процесами окислення заліза і його домішок, а також процесами роз'їдання футеровки сталеплавильних агрегатів. У шихті, що завантажується в сталеплавильні агрегати, завжди є більша або менша кількість забруднень. Крім того, при введенні плавки у ванну зазвичай додають різні флюси і додаткові матеріали. У результаті утворюється Неметалева фаза, звана шлаком.
Основні джерела утворення шлаку наступні:
а) продукти окислення домішок чавуну і брухту - кремнію, марганцю, фосфору, сірки, хрому та інших елементів;
б) продукти руйнування футеровки агрегату - при роз'їдання основний футеровки (доломіту, магнезиту) в шлак переходять СаО, MgO, при роз'їдання кислої - SiO 2;
в) забруднення, внесені шихтою (пісок, глина, міксерних шлак і т.п.);
г) іржа, що покриває завалюємося в сталеплавильні агрегати брухт, - оксиди заліза;
д) додаткові матеріали та окислювачі (вапняк, вапно, боксит, плавиковий шпат, залізна і марганцева руди і т.п.).
в кожному конкретному випадку ступінь впливу перерахованих забруднень на склад шлаків різна. Вводячи після відповідного розрахунку ту чи іншу кількість певних добавок, домагаються отримання шлаку потрібного складу. При необхідності проводять операції оновлення (скачування) шлаку, коли певна кількість шлаку видаляють з агрегату, а потім вводячи потрібну кількість тих чи інших добавок, «наводять» новий шлак необхідного складу.
3 неметалічних включень у сталі
Неметалевими включеннями називають містяться в сталі сполуки металів з неметалами. Кількість неметалевих включень, їх склад, розміри і характер розташування в готовому виробі справляють істотний, а іноді вирішальний вплив на властивості сталі. Неметалічні включення погіршують не тільки механічні (міцність, пластичність) та інші властивості сталі (магнітну проникність, електропровідність і ін), тому що порушують суцільність металу і утворюють порожнини, в яких концентруються напруги в металі. Неметалічні включення прийнято розділяти на дві групи:
а) включення, що утворюються у процесі реакцій металургійного переділу (ендогенні включення);
б) включення, механічно які в сталь (екзогенні включення). Ці включення являють собою частинки забруднень, що були у шихті і не віддалився з металу в процесі плавки, частки залишився в металі шлаку, частки потрапила в метал футеровки жолоби, ковша.
Ендогенні включення безперервно утворюються в металі в процесі плавки, розливання, кристалізації злитка або відливання. Велика частина утворилися включень встигає спливти і віддалитися в шлак, але якась частина залишається.
4 розкислювання і легування сталі
4.1 Розкислення стали
Технологічну операцію, при якій розчинений у металі кисень перекладається в нерозчинний в металі з'єднання або видаляється з металу, називають розкисленням. Після операції розкислення сталь називають розкислення. Така сталь при застиганні у виливницях веде себе «спокійно», з неї майже не виділяються гази, тому таку сталь називають «спокійною». Якщо ж операцію розкислення не проводити, то встали при її поступовому охолодженні у виливниці буде протікати реакція між розчиненим у металі киснем і вуглецем. Утворені при цьому бульбашки оксиду вуглецю будуть виділятися з кристалізується злитку, метал буде вирувати. Таку сталь називають «киплячій».
У деяких випадках розкислення стали проводять таким чином, щоб видалити з неї не весь кисень. Що залишився розчинений кисень викликає короткочасне «кипіння» металу на початку його кристалізації. Таку сталь називають «напівспокійної».
Будова злитку киплячій і напівспокійної сталі відрізняється від будови злитку спокійної сталі.
Застосовують наступні способи розкислення сталі:
а) глибинне;
б) дифузійне;
в) обробкою синтетичними шлаками;
г) обробкою вакуумом.
4.2 Легування сталі
Легуванням називають процес присадки в сталь легуючих елементів, щоб отримати так звану леговану сталь, тобто таку сталь, у складі якої знаходяться спеціальні домішки, введені в неї в певних кількостях для того, щоб повідомити стали які-небудь особливі фізико-хімічні або механічні властивості.
З точки зору впливу на властивості сталі легуючі елементи ділять на дві великі групи:
а) 1-я - легуючі елементи, що розширюють γ-область твердих розчинів. У цю групу входять як елементи володіють необмеженою розчинністю в залозі (нікель, марганець, кобальт), так і елементи, що утворюють сплави, в яких гомогенна область безперервного ряду твердих розчинів обмежується гетерогенної внаслідок появи нових фаз (вуглецю, азоту, міді);
б) 2-я - легуючі елементи, що звужують γ-область. Сюди входять як елементи, що утворюють із залізом сплави з повністю замкнутої γ-областю (берилій, алюміній, кремній, фосфор, титан, ванадій, хром, молібден, вольфрам), так і елементи, що утворюють сплави з звуженою γ-областю (ніобій, тантал , цирконій, церій).
Залежно від ступеня спорідненості до кисню легуючі елементи також ділять на дві великі групи:
а) 1-я - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких менше, ніж у заліза (нікель, кобальт, молібден, мідь);
б) 2-я - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких більше, ніж у заліза (кремній, марганець, алюміній, хром, ванадій, титан).
Крім легуючих цих двох основних груп застосовують легуючі, введення яких в метал пов'язане з можливою небезпекою для здоров'я, тому що пари цих металів або їх сполук шкідливі (сірка, свинець, селен, телур).
У всіх випадках для здешевлення стали прагнуть використовувати максимальну кількість дешевих відходів (шлак, руду), містять потрібний елемент.
5 Шихтові матеріали СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ВИРОБНИЦТВА
Матеріали, використовувані для виплавки сталі, прийнято ділити на металовмісні (металошихти, металлодобавкі), додаткові (флюси) і окислювачі. Як металошихти використовують: а) чавун (рідкий або твердий), б) сталевий (в деяких випадках чавунний) брухт; в) продукти прямого відновлення заліза із залізної руди; г) феросплави.
Основну частину металошихти становлять чавун і сталевий брухт. Також використовується продукт прямого відновлення залізної руди - металізовані котуни (93 - 98% Fe). Найдешевша частина металошихти - сталевий брухт.
У тих випадках, коли до складу заводу входять сталеплавильні цехи і доменний цех, чавун у сталеплавильний цех надходить в рідкому вигляді. Використання як шихти рідкого чавуну дозволяє отримувати помітну економію у витраті палива і скорочує тривалість плавки.
У залежності від технологічних або економічних вимог сталеплавильники використовують чавун тієї або іншої марки. В окремих випадках для поліпшення складу чавуну застосовують методи внедоменной його обробки (для видалення зайвих сірки, кремнію, фосфору).
Якщо в складі заводу немає доменного цеху, то в якості шихти використовують твердий чавун, який надходить в чушках. В окремих випадках для прискорення плавки та підвищення продуктивності сталеплавильних агрегатів чушковий чавун попередньо розплавляють в «металургійних» вагранках або інших плавильних агрегатах.
Другою головною складовою частиною металошихти є брухт. У будь-якій промисловій країні щорічно утворюється значна кількість залізовмісного брухту. Збір цього брухту та її обробка з метою раціонального використання представляє важливу народохозяйственних завдання. Для її вирішення існує спеціальна галузь - брухтопереробне промисловість, оснащена складним обладнанням. Із загальної кількості утворюється брухту близько 35% утворюється безпосередньо на металургійних заводах (обрізків металу при прокатці, браковані злитки, скрап і т.д.), звичайно це великоваговий брухт, хімічний склад якого відомий. Цей лом в основній своїй масі використовують як металошихти на тих же заводах, де він утворюється.
Близько 20% брухту утворюється при металообробці на машинобудівних заводах і їм подібних заводах (стружка, відходи при штампуванні і т.д.); 45 - 50% становить амортизаційний брухт (відслужили свій термін машини, рейки тощо), а також метал, який отримують при розбиранні шлакових відвалів.
У зв'язку з різноманіттям джерел утворення цього брухту складу його далеко не завжди відомий. Іноді він забруднений містять сірку мастилами, кольоровими металами, що містяться в різних деталях здаються в лом машин.
Деякі з цих домішок шкідливі для обслуговуючого персоналу, і для агрегатів, і для якості сталі.
Доводиться враховувати також, що в ряді випадків завантажує у сталеплавильні агрегати брухт покритий значним шаром іржі, що впливає як на величину чаду металу при плавці, так і на технологію плавки.
Особливу цінність представляють лом і відходи стали легованих марок. Такі домішки, як нікель, молібден, кобальт, мідь, в процесі плавки не окислюються. Тому їх кількість, яка потрапляє з брухтом в агрегат, залишається у готовій сталі. Оскільки вартість всіх цих домішок дуже висока, використання легованого брухту для виплавки легованих марок сталі економічно дуже ефективно. Тому всі відходи стали легованих марок зберігають окремо і за їх використанням на заводах встановлено суворий контроль.
В якості додаткових матеріалів (флюсів) у сталеплавильному виробництві зазвичай використовують: а) вапняк; б) вапно, в) боксит та ін
В якості окислювачів застосовують кисень, стиснене повітря, залізну руду, окалину, агломерат, залізорудні брикети.
6 конвертерне виробництво сталі
6.1 Конвертерні процеси з донним повітряним дуттям
Першим способом масового виробництва рідкої сталі був бесемерівський процес, запропонований і розроблений англійцем Г. Бессемер в 1856 - 1860 рр..; Дещо пізніше - у 1878 р . - С. Томасом був розроблений схожий процес в конвертері з основною футеровкою.
Сутність конвертерних процесів на повітряному дуття полягає в тому, що залитий у плавильний агрегат (конвертер) чавун продувають знизу повітрям; кисень повітря окислює домішки чавуну, в результаті чого він перетворюється на сталь; при томасівському процесі, крім того, в основний шлак видаляються фосфор і сірка. Тепло, що виділяється при окисленні, забезпечує нагрів сталі до температури випуску (~ 1600 о С).
6.1.1 Плавка в бесемерівському конвертері
У конвертер заливають бесемерівський чавун (0,7 - 1,25% Si; 0,5 - 0,8% Mn; 3,8 -4,4% C; <0,065 P; <0,06% S) при температурі 1250 - 1300 о С і продувають його повітрям протягом 10 -15 хв. За час продувки окислюється вуглець, кремній і марганець чавуну і з утворюються окислів формується кислий шлак. Після того, як вуглець окислиться до заданого змісту, продувку закінчують, метал через горловину конвертера зливають в ківш, одночасно розкисли його шляхом добавки в ківш розкислювачів.
Загальна тривалість плавки становить 20 -30 хв; оскільки шлак кислий, при плавці не видаляється сірка і фосфор.
6.1.2 Плавка в томасівському конвертері
У конвертер для утворення основного шлаку завантажують вапно (12 - 18% від маси металу), заливають томасовський чавун (0,2 - 0,6% Si; 0,8 - 1,3% Mn; 2,8 - 3,3% C; 1,6 - 2,0% P; <0,08% S) має температуру 1180 - 1250 о С, і ведуть продувку повітрям протягом 16 - 22 хв. За цей час окислюється вуглець, кремній і марганець; з продуктів окислення складових чавуну і СаО вапна формується основний шлак і в кінці продувки в цей шлак частково видаляються фосфор і сірка.
Продування закінчують, коли вміст фосфору в металі знизиться до 0,05 - 0,07%, після чого метал випускають у ківш, куди вводять раскислители.
Загальна тривалість плавки становить 25 -40 хв.
6.2 киснево-конвертерний процес
Киснево-конвертерним процесом в нашій країні зазвичай називають процес виплавки сталі з рідкого чавуну і додавання брухту в конвертері з основною футеровкой і з продувкою киснем зверху через водоохолоджувальну фурму; за кордоном його називають процесом ЛД.
У промисловому масштабі киснево-конвертерний процес був вперше здійснений в 1952 -1953 рр.. в Австрії на заводах в м. Лінці і Донавіце. За короткий термін киснево-конвертерний процес набув широкого поширення у всіх країнах.
Швидкий розвиток киснево-конвертерного процесу пояснюється тим, що він, як і інші конвертерні процеси, володіє рядом переваг в порівнянні з мартенівським і електросталеплавильним процесами. Основні:
а) більш висока продуктивність одного працюючого сталеплавильного агрегату;
б) більш низькі капітальні витрати, тобто витрати на спорудження цеху, що пояснюється простотою пристрою конвертера і можливістю установки в цеху меншого числа плавильних агрегатів;
в) менше витрати по переділу, до числа яких входить вартість електроенергії, палива, вогнетривів, змінного обладнання, зарплати тощо;
г) процес більш зручний для автоматизації управління ходом плавки;
д) завдяки чіткому ритму випуску плавок робота конвертерів легко поєднується з безперервною розливанням.
Завдяки продувці чистим киснем сталь містить 0,002 - 0,005% азоту, тобто не більше, ніж мартенівська. Тепла, яке виділяється при окисленні складових чавуну, з надлишком вистачає для нагріву стали до температури випуску. Наявний завжди надлишок тепла дозволяє переробляти в конвертері значну кількість брухту, що забезпечує зниження вартості сталі, так як сталевий брухт дешевше рідкого чавуну.
7 мартенівське виробництво сталі
Сутність мартенівського процесу полягає у веденні плавки на поду полум'яної відбивної печі, обладнаної регенераторами для попереднього підігріву повітря (іноді і газу). Ідея отримання литої сталі на поду відбивної печі висловлювалася багатьма вченими, але здійснити це довгий час не вдавалося, так як температура факела звичайного в той час палива - генераторного газу - була недостатньою для нагріву металу вище 1500 о С (тобто недостатня для отримання рідкої сталі). У 1856 р . Брати Сіменс запропонували використовувати для підігріву повітря тепло гарячих газів, що відходять, встановлюючи для цього регенератори. Принцип регенерації тепла був використаний П'єром Мартеном для плавки сталі. Початком існування мартенівського процесу можна вважати 8 квітня 1864 р ., Коли П. Мартен на одному із заводів Франції випустив першу плавку.
У мартенівську піч завантажують шихту (чавун, скрап, металевий лом і т.п.), яка під дією тепла від факела палива, що спалюється поступово плавиться. Після розплавлення у ванну вводять різні добавки для отримання металу заданого складу і температури; потім готовий метал випускають у ковші і розливають. Завдяки своїм якостям і невисокої вартості мартенівська сталь знайшла широке застосування. Вже на початку ХХ ст. в мартенівських печах виплавляли половину загального світового виробництва сталі.
7.1 Різновиди мартенівського процесу
У мартенівських печах можна переплавляти в сталь чавун скрап будь-якого складу і в будь-якій пропорції.
У залежності від складу шихти мартенівський процес ділять на кілька різновидів:
а) скрап-процес - процес, при якому основною складовою частиною шихти є сталевий скрап. Скрап-процес зазвичай застосовують в цехах металургійних і машинобудівних заводів, у складі яких немає доменних печей і які розташовані у великих промислових центрах, де багато металобрухту. Крім скрапу, в шихту завантажують деяка кількість (25 - 45%) чавуну.
б) скрап-рудний процес - переділ в мартенівських печах шихти, тверда складова якої - скрап і залізна руда. Основна маса шихти (55 - 75%) - рідкий чавун. Коли металева шихта на 100% складається з рідкого чавуну (скрапу немає), а в піч у твердому вигляді заливають тільки залізну руду, процес називають рудним.
У залежності від складу шлаку і матеріалу пода мартенівський процес може бути «основним» і «кислим».
7.1.1 Основний мартенівський процес
Хід плавки при скрап-процесі. У мартенівської печі при скрап-процесі чавун зазвичай надходить у цех у твердому стані в «чушках». У більшості випадків завалку роблять у такий спосіб: спочатку заливають залізний скрап, потім чавун. Крапельки чавуну, розплавляється під впливом факела, стікаючи вниз передають тепло нижнім верствам шихти і насичуватися вуглецем скрап, знижуючи тим самим температуру його плавлення. Врешті-решт настає момент, коли вся металева шихта розплавляється і починається енергійне окислення знаходиться в металі вуглецю: починається період доведення і кипіння. До цього моменту ванна виявляється покритою шлаком.
Для видалення фосфору і сірки основність шлаку повинна бути досить високою, для цього в шихту основний мартенівської плавки вводять вапняк або вапно.
Під час завалки і плавлення окислюються частина вуглецю шихти, весь кремній і значна частина марганцю і деяку кількість заліза. Оксиди заліза, кремнію і марганцю разом зі спливла вапном утворюють основний шлак. Загальна кількість шлаку після розплавлення становить 8 - 10% від маси металу. У такому основному шлаку до моменту розплавлювання знаходиться і деяку кількість фосфору і сірки, вилучених з металу під час плавлення шихти. Тривалість періодів завалки і плавлення 5 - 6 ч.
Хід плавки при скрап-рудному процесі. Якщо до складу заводу входять доменний, мартенівський і прокатні цехи, то чавун надходить в мартенівський цех у рідкому стані.
Зміст вуглецю в металі при скрап-рудному процесі регулюють не збільшенням або зменшенням витрати чавуну (як при скрап-процесі), а введенням в завалку більшої чи меншої кількості залізної руди.
Щоб отримати по расплавлении шлак потрібної основності, до складу шихти при скрап-рудному процесі, так само як і при скрап-процесі, вводять вапняк.
На під за допомогою завалочних машин завалюють залізну руду і вапняк, після деякого підігріву подають скрап. Після того як скрап нагрівся, в піч завалюють чавун. Рідкий чавун проходить через шар скрапу і взаємодіє із залізною рудою. Починається інтенсивне шлакоутворення. Домішки чавуну енергійно реагують з окислами залізної руди.
Шлак утворюється в дуже великій кількості. Утворюється в результаті окислення вуглецю оксид вуглецю спінюють шлак і він починає витікати, «збігати» з печі. Його називають «збігають» первинним шлаком. Він становить 8 - 10% від маси металу.
За період плавлення повністю окислюється кремній, майже повністю марганець і більша частина вуглецю.
Для прискорення процесу плавлення та окислення домішок незабаром після закінчення заливання чавуну ванну починають продувати киснем. Оскільки при продувці значна частина домішок окислюється за рахунок вдуваного кисню, витрата залізної руди в завалку різко скорочують. При окисленні заліза і домішок за рахунок подається газоподібного кисню виділяється значна кількість тепла, метал енергійно перемішується, в той же час частина домішок окислюється за рахунок гарячого кисню, що міститься в повітрі, що надходить з регенераторів. Тривалість плавлення при такому методі роботи скорочується в 2 - 3 рази, відповідно зменшується витрата палива.
Склад шлаку, сформованого до моменту розплавлювання і після нього, виявляється майже таким же, як при скрап-процесі. Незважаючи на те, що при скрап-рудному процесі в піч завантажують більше чавуну, а разом з ним і більше кремнію, марганцю, фосфору та інших елементів; пояснюється це тим, що значна кількість утворюються оксидів йде з печі зі збігають первинним шлаком ще до повного розплавлення металу.
Проведення періоду кипіння (доведення). Оскільки склади металу і шлаку після розплавлення при скрап-і скрап-рудному процесах практично не розрізняються, період доведення протікає в обох випадках також однаково. Зазвичай після розплавлення ванни в піч подають деяку кількість залізної руди чи продувають ванну киснем або стисненим повітрям. Тривалість періоду доведення 1 - 3ч.
7.1.2 Кислий мартенівський процес
Кислим мартенівським процесом називають процес виплавки сталі в мартенівської печі, Подина якої виготовлена з кислих вогнетривких матеріалів (~ 95% SiO 2). У перших мартенівських печах Подина була кислою, її виготовляли з кварцового піску. Мартенівський процес існував як кислий процес аж до 1878 р ., Коли успіхи застосування основної футерівки в томасівському конвертері визначили подальший розвиток мартенівського виробництва і почав розвиватися основний процес.
Вимоги до сирих матеріалів і палива. Для переведення фосфору і сірки з металу в шлак необхідно, щоб у печі був основний шлак, тому в кислому печі з кислим шлаком ні сірку, ні фосфор видалити з металу неможливо. У зв'язку з цим до шихти і палива пред'являють особливі вимоги: паливо не повинно містити сірки, а чавун повинен містити не більше 0,025% фосфору і сірки. Внаслідок високих вимог до чистоти шихти привізною сталевий брухт та скрап практично не використовують, а в якості основної залізовмісної складової шихти зазвичай використовують заготовку, спеціально виплавлюваних в основних мартенівських печах. Виплавлений при цьому метал називають шихтовому заготівлею чи напівпродукти (якщо метал заливають в рідкому вигляді). Процес, при якому рідкий напівпродукт випускають з основної печі в ківш і потім через отвір у днище ковша за допомогою спеціального жолоби переливають в кислу піч, називають дуплекс-процесом.
Під кислому печі. Під печі наварюють чистим висококремнистою піском, меленим кварцитом або кварцитом з домішкою кінцевого кислого шлаку. Під кислому печі бере активну участь у протікають у ванні процесах, і висока якість кислої стали визначається реакціями матеріалу кислого пода з металевою ванною, тому станом пода приділяють особливу увагу. Загальна тривалість заправки кислому печі значно більше, ніж основний, і займає в залежності від стану пода 1,5 - 2,5 години.
Хід плавки при кислому процесі. Так само, як в основному мартенівському скрап-процесі, співвідношення між завантажуваними в піч чавуном і скрапу залежить від заданого змісту вуглецю в металі, при якому забезпечувалося б проведення періоду кипіння. На відміну від основного мартенівського процесу, при якому в піч завалюють значну кількість вапняку або вапна, а при скрап-рудному - також залізну руду, в кислому процесі джерел для утворення шлаку менше. Метал може виявитися покритим недостатнім шаром шлаку, в результаті він інтенсивно окислюється і насичується газами. Для запобігання цього на подину до завалки шихти завантажують кінцевий кислий шлак (від попередніх плавок), шамотний бій і кварцовий пісок.
При роботі дуплекс-процесом для прискорення початку кипіння ванни в піч вводять певна кількість залізної руди. У шлак переходить деяку кількість футеровки поду. Утворені під час плавлення основні оксиди заліза і марганцю вступають у взаємодію з кремнеземом, що утворився в результаті окислення кремнію шихти. У результаті виходять порівняно легкоплавкі силікати заліза і марганцю.
У кислому печі безперервно йдуть два процеси:
а) окислення кремнію киснем оксидів заліза шлаку, в результаті чого вміст кремнію в металі зменшується;
б) відновлення кремнію з шлаку і пода, в результаті чого вміст кремнію в металі підвищується. Зміст кремнію у ванні визначається співвідношенням швидкостей цих процесів. Швидкість відновлення кремнію з пода приблизно постійна, швидкість його окислення в більшій мірі залежить від складу шлаку і його жидкотекучести. Інтенсифікувати процеси окислення домішок у кислому печі можна введенням залізної чи марганцевої руд, вапна або мелкораздробленного вапняку, а також продувкою ванни повітрям або киснем.
Якщо після розплавлювання в піч не вводять ніяких добавок, то в міру підвищення температури металу шлак поступово насичується кремнеземом, стає все більш в'язким, швидкість переходу кисню з атмосфери печі через шлак в метал зменшується. У результаті через деякий час після розплавлення швидкість відновлення кремнію виявляється вище швидкості його окислення і концентрація кремнію в металі зростає. Такий метод ведення плавки називають пасивним, а процес - кремнієвідновного. Якщо походу плавки вводять руду, вапно або вапняк, в результаті чого підвищується жидкоподвижность шлаку, зростає його окислювальна здатність і метал інтенсивно кипить, то вміст кремнію вище визначених меж не зростає. Такий метод ведення плавки називають активним, а процес - з обмеженням відновлення кремнію. При активному процесі після розплавлення і при досить високій температурі металу в піч присаживают невеликими порціями залізну руду. Починається інтенсивне кипіння. За 30 - 40 хвилин до розкислення подачу в піч добавок припиняють, однак до цього моменту вже сформувався шлак такого складу, який сприяє продовженню кипіння металу.
Кремнієвідновного процес починається так само, як і активний, присадкою руди і кипінням ванни. Після того як метал нагрівся, а шлак почав помітно густіти, збагачуючись кремнеземом, хід кремнієвідновного процесу відрізняється від ходу активного процесу. Руду або вапно більше не присаживают, окислювальну роль факела зводять до мінімуму, в металі помітно зростає вміст кремнію, кипіння металу практично припиняється. Цей період «мертвого» стану ванни, коли кипіння практично припинилося і відбувається поступове відновлення кремнію, називають періодом стабілізації. Тривалість цього періоду становить 1 - 2 ч. Проміжне становище між активним і пасивним методами ведення плавки займає напівактивний метод.
8 Виплавка сталі в електричних печах
В даний час для масової виплавки сталі застосовують дугові електропечі, що живляться змінним струмом, індукційні печі і одержують поширення в останні роки дугові печі постійного струму.
У дугових печах змінного струму протягом багатьох десятиліть виплавляли основну частину високоякісних легованих і високолегованих сталей, які було важко або неможливо виплавляти в конвертерах і мартенівських печах.
В останні роки споруджують високопотужні печі з водоохолоджуваними склепінням і стінками. Технологія плавки в таких печах включає розплавлення і короткий окислювальний період, протягом яких відбувається окислення вуглецю до заданого змісту, дефосфорация і нагрівання металу, а потім метал випускають у ківш, де методами позапічної обробки ведуть процеси рафінування, розкислення і легування, забезпечуючи отримання стали заданих складу та властивостей.
Частка електросталі в загальній виплавки сталі у світі невпинно зростає.
8.1 Електричний режим
Електрична дуга є основним джерелом тепла в дугової сталеплавильної печі. Електрична дуга - це потік електронів та іонів між анодом і катодом. При додатку до них напруги достатньої величини відбувається емісія електронів в катода які, соударяясь з молекулами газу в міжелектродному просторі, викликають їх іонізацію; при цьому позитивно заряджені частинки рухаються до катода, а електрони до анода, створюючи дугу. Рухомі до анода електрони бомбардують його, в результаті чого кінетична енергія електронів перетворюється в теплову та світлову, аналогічний процес йде на катоді; температура бомбардований плями анода становить 3600 - 4000 о С, катода 3200 - 3600 о С, а температура стовпа дуги досягає 6000 про С.
У дугової сталеплавильної печі дуга горить між електродами і металом (рідка ванна, нерасплавівшаяся шихта) і являє собою потік електронів, іонізованих газів і парів металу і шлаку. Оскільки дугові печі харчуються змінним струмом, протягом кожного напівперіоду змінюються катод і анод, а напруга і сила струму дуги досягають максимуму і проходять через нуль. Емісія електронів з катода істотно полегшується при підвищенні температури катода, тому в дуговій печі після розплавлювання шихти дуга горить більш стійко, ніж на початку плавки при холодній шихті. Довжина дуги на великих високопотужних печах може досягати 150 - 200 мм , Сила струму 60 - 100 кА.
8.2 Виплавка сталі в основних дугових електропечах
Технологія плавки з окислювальним і відновлювальних періодами або традиційна технологія застосовуються протягом десятиліть на печах місткістю ≤ 40 т для виплавки високоякісних легованих сталей. Цю технологію називають також двухшлаковой, а процес плавки - двухшлаковим, оскільки по ходу плавки спочатку (періоди плавлення і окислювальний) в печі наводять окислювальний шлак, тобто містить багато оксидів заліза, а потім його зливають і у відновному періоді наводять новий (другий) шлак , що не містить оксидів заліза. До недавнього часу (до широкого впровадження процесів позапічної обробки) плавка в електродугових печах за цією технологією була єдиним способом отримання легованих високоякісних сталей і такі стали називалися сталями "електропічний сортаменту". Висока якість металу забезпечувалося за рахунок того, що в окислювальному періоді створювалися умови для видалення до дуже низьких змістів фосфору і для дегазації металу (видалення розчинених водню і азоту за рахунок кипіння ванни), а в відновному періоді - умови для отримання низьких змістів кисню і сірки і відповідно оксидних і сульфідних неметалічних включень, а також для введення в метал легуючих добавок без їх значного чаду.
Плавка складається з періодів: 1) заправка печі, 2) завантаження шихти; 3) плавлення; 4) окислювальний період; 5) відновлювальний період; 6) випуск сталі.
8.3 Виплавка сталі в кислих дугових електропечах
Електричні печі з кислою футеровкой зазвичай використовують в ливарних цехах при виплавці сталі для фасонного лиття. Ємність їх коливається від 0,5 до 6-10 т.
Широке поширення кислих електропечей в ливарних цехах пов'язано з тим, що кисла футеровка більш термостійка, ніж основна, що дозволяє експлуатувати піч з перервами, необхідними за умовами роботи багатьох ливарних цехів (робота в одну чи дві зміни).
Перевагою кислих печей в порівнянні з основними є більш висока стійкість футеровки, поряд з цим вартість кислих вогнетривів приблизно в 2,5 рази нижче вартості основних. Оскільки при плавці сталі для фасонного лиття відбудовний період зазвичай відсутня, тривалість плавки в кислому печі менше, ніж в основній печі тієї ж ємності; з цієї причини, а також у зв'язку з меншою теплопровідністю кислої футеровки, більш низьким є і витрата електроенергії.
Основним недоліком кислих печей і те, що під час плавки з металу не видаляються сірка і фосфор.
8.4 Виплавка сталі в індукційних печах
У індукційної бессердечніковой печі метал розплавляють в тиглі, розташованому всередині індуктора, який представляє собою спіраль з кількома витками з струмопровідного матеріалу. Через індуктор пропускають змінний струм; створюваний при цьому всередині індуктора змінний магнітний потік наводить у металі вихрові струми, які забезпечують його нагрівання і плавлення.
Важлива особливість індукційних печей - інтенсивна циркуляція рідкого металу, що викликається взаємодією електромагнітних полів, які збуджуються, з одного боку, струмами, що проходять по індуктора і, з іншого, вихровими струмами в металі. Позитивна сторона цього явища в тому, що завдяки перемішуванню прискорюються плавлення і вирівнювання складу та температури металу, негативна - у тому, що поверхня металу виходить опуклої і може оголюватися, тому що шлак стікає до стінок тигля. Ще однією особливістю індукційних печей і те, що щільність індукованих струмів досягаємо максимуму на поверхні металу у стінок тигля і знижується в напрямку до осі тигля ("поверхневий ефект"). У цьому поверхневому шарі виділяється найбільша кількість тепла, за рахунок якого плавиться шихта. Товщина шару металу з більшою щільністю індукованих струмів обернено пропорційна кореню квадратному з частоти.
Індукційні печі ділять на два типи: а) живляться струмом підвищеної частоти; б) живляться струмом промислової частоти (50 Гц). У печах першого типу частота струму живлення звичайно знижується у міру зростання ємності і діаметра тигля; малі (кілька кілограм і менше) печі харчуються струмом з частотою від 50 до 1000 кГц, середні та великі (ємністю до десяти тонн) струмами з частотою 0,5 -10 кгц.
ВИСНОВОК
Достоїнствами бесемерівського і томасовського процесів є: висока продуктивність, простота пристрою конвертера, відсутність необхідності застосовувати паливо, мала витрата вогнетривів та пов'язані з цим більш низькі, ніж при мартенівському і електросталеплавильному процесах, капітальні витрати і витрати по переділу. Проте обом процесам був притаманний великий недолік - підвищений вміст азоту в сталі, що викликається тим, що азот повітряного дуття розчиняється в металі. З цієї причини бесемерівського і томасівського сталі володіють підвищеною крихкістю і схильністю до старіння.
У період з 1955 по 1975 р . бесемерівський і томасовський процеси та їх різновиди були витіснені киснево-конвертерного процесу з верхньої та нижньої подачею дуття.
У порівнянні із мартенівським виробництвом конвертерне характеризується кращими умовами праці і меншим забрудненням навколишнього природного середовища.
Ефективність роботи мартенівських печей визначають, порівнюючи їх продуктивності і собівартості виплавленої сталі.
Незважаючи на високі якості кислої мартенівської сталі, область її застосування поступово звужується, тому що, по-перше, безперервно покращується якість сталі, що виплавляється в основних мартенівських печах, конвертерах і дугових електропечах і, по-друге, вартість кислої мартенівської сталі значно вище, ніж основною. Застосовуваний в якості шихтових матеріалів кислого мартенівського процесу чавун, металева заготовка або рідкий напівпродукт з малою кількістю домішок у два з гаком рази дорожче шихти, використовуваної в основних мартенівських печах. Крім того, продуктивність кислих мартенівських печей значно нижче, ніж основних. В даний час кислу мартенівську сталь використовують тільки для виготовлення особливо відповідальних виробів.
Основні переваги дугових електропечей полягають в можливості: швидко нагріти метал, завдяки чому в піч можна вводити великі кількості легуючих добавок; мати у печі відновну атмосферу і безокіслітельние шлаки, що забезпечує малий чад вводяться в піч легуючих елементів; можливість більш повно, ніж в інших печах , понижати метал, отримуючи його з більш низьким вмістом оксидних неметалічних включень, а також одержувати сталь з більш низьким змістом сірки у зв'язку з її гарним видаленням в безокіслітельний шлак; плавно і точно регулювати температуру металу.
Індукційні печі мають наступні переваги в порівнянні з дуговими:
а) відсутні високотемпературні дуги, що зменшує поглинання водню і азоту і чад металу при плавлення;
б) незначний чад легуючих елементів при переплаву легованих відходів;
в) малі габарити печей, що дозволяють помістити їх у закриті камери і вести плавку і розливання у вакуумі або в атмосфері інертного газу;
г) Електродинамічне перемішування, що сприяє отриманню однорідного за складом і температурі металу.
Основними недоліками індукційних печей є мала стійкість основної футерівки і низька температура шлаків, які нагріваються від металу, з-за холодних шлаків утруднено видалення фосфору і сірки при плавці.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ТА ЛІТЕРАТУРИ
1. Воскобойніков В.Г. Загальна металургія [Текст]: підручник для вузів / В.Г. Воскобойніков, В.А. Кудрін, А.М. Якушев. - 6-е вид., Доп. і перераб. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.
2. Металургія сталі [Текст]: підручник для вузів / під ред. В. І. Явойского. - М.: Металургія, 1983. - 584 с.
3. Воскобойніков В.Г. Технологія і економіка переробки залізних руд [Текст]: підручник для вузів / В.Г. Воскобойніков. - М.: Металургія, 1977. - 255 с.
4. Кудрін В.А. Теорія і технологія виробництва сталі [Текст]: підручник для вузів / В.А. Кудрін. - М.: Світ, 2003. - 528 с.
5. Біге А.М. Металургія сталі [Текст]: підручник для вузів / А.М. Біге. - 2-е вид., Доп. і перераб. - М.: Металургія, 1988. - 480 с.
Деякі з цих домішок шкідливі для обслуговуючого персоналу, і для агрегатів, і для якості сталі.
Доводиться враховувати також, що в ряді випадків завантажує у сталеплавильні агрегати брухт покритий значним шаром іржі, що впливає як на величину чаду металу при плавці, так і на технологію плавки.
Особливу цінність представляють лом і відходи стали легованих марок. Такі домішки, як нікель, молібден, кобальт, мідь, в процесі плавки не окислюються. Тому їх кількість, яка потрапляє з брухтом в агрегат, залишається у готовій сталі. Оскільки вартість всіх цих домішок дуже висока, використання легованого брухту для виплавки легованих марок сталі економічно дуже ефективно. Тому всі відходи стали легованих марок зберігають окремо і за їх використанням на заводах встановлено суворий контроль.
В якості додаткових матеріалів (флюсів) у сталеплавильному виробництві зазвичай використовують: а) вапняк; б) вапно, в) боксит та ін
В якості окислювачів застосовують кисень, стиснене повітря, залізну руду, окалину, агломерат, залізорудні брикети.
6 конвертерне виробництво сталі
6.1 Конвертерні процеси з донним повітряним дуттям
Першим способом масового виробництва рідкої сталі був бесемерівський процес, запропонований і розроблений англійцем Г. Бессемер в 1856 - 1860 рр..; Дещо пізніше - у
Сутність конвертерних процесів на повітряному дуття полягає в тому, що залитий у плавильний агрегат (конвертер) чавун продувають знизу повітрям; кисень повітря окислює домішки чавуну, в результаті чого він перетворюється на сталь; при томасівському процесі, крім того, в основний шлак видаляються фосфор і сірка. Тепло, що виділяється при окисленні, забезпечує нагрів сталі до температури випуску (~ 1600 о С).
6.1.1 Плавка в бесемерівському конвертері
У конвертер заливають бесемерівський чавун (0,7 - 1,25% Si; 0,5 - 0,8% Mn; 3,8 -4,4% C; <0,065 P; <0,06% S) при температурі 1250 - 1300 о С і продувають його повітрям протягом 10 -15 хв. За час продувки окислюється вуглець, кремній і марганець чавуну і з утворюються окислів формується кислий шлак. Після того, як вуглець окислиться до заданого змісту, продувку закінчують, метал через горловину конвертера зливають в ківш, одночасно розкисли його шляхом добавки в ківш розкислювачів.
Загальна тривалість плавки становить 20 -30 хв; оскільки шлак кислий, при плавці не видаляється сірка і фосфор.
6.1.2 Плавка в томасівському конвертері
У конвертер для утворення основного шлаку завантажують вапно (12 - 18% від маси металу), заливають томасовський чавун (0,2 - 0,6% Si; 0,8 - 1,3% Mn; 2,8 - 3,3% C; 1,6 - 2,0% P; <0,08% S) має температуру 1180 - 1250 о С, і ведуть продувку повітрям протягом 16 - 22 хв. За цей час окислюється вуглець, кремній і марганець; з продуктів окислення складових чавуну і СаО вапна формується основний шлак і в кінці продувки в цей шлак частково видаляються фосфор і сірка.
Продування закінчують, коли вміст фосфору в металі знизиться до 0,05 - 0,07%, після чого метал випускають у ківш, куди вводять раскислители.
Загальна тривалість плавки становить 25 -40 хв.
6.2 киснево-конвертерний процес
Киснево-конвертерним процесом в нашій країні зазвичай називають процес виплавки сталі з рідкого чавуну і додавання брухту в конвертері з основною футеровкой і з продувкою киснем зверху через водоохолоджувальну фурму; за кордоном його називають процесом ЛД.
У промисловому масштабі киснево-конвертерний процес був вперше здійснений в 1952 -1953 рр.. в Австрії на заводах в м. Лінці і Донавіце. За короткий термін киснево-конвертерний процес набув широкого поширення у всіх країнах.
Швидкий розвиток киснево-конвертерного процесу пояснюється тим, що він, як і інші конвертерні процеси, володіє рядом переваг в порівнянні з мартенівським і електросталеплавильним процесами. Основні:
а) більш висока продуктивність одного працюючого сталеплавильного агрегату;
б) більш низькі капітальні витрати, тобто витрати на спорудження цеху, що пояснюється простотою пристрою конвертера і можливістю установки в цеху меншого числа плавильних агрегатів;
в) менше витрати по переділу, до числа яких входить вартість електроенергії, палива, вогнетривів, змінного обладнання, зарплати тощо;
г) процес більш зручний для автоматизації управління ходом плавки;
д) завдяки чіткому ритму випуску плавок робота конвертерів легко поєднується з безперервною розливанням.
Завдяки продувці чистим киснем сталь містить 0,002 - 0,005% азоту, тобто не більше, ніж мартенівська. Тепла, яке виділяється при окисленні складових чавуну, з надлишком вистачає для нагріву стали до температури випуску. Наявний завжди надлишок тепла дозволяє переробляти в конвертері значну кількість брухту, що забезпечує зниження вартості сталі, так як сталевий брухт дешевше рідкого чавуну.
7 мартенівське виробництво сталі
Сутність мартенівського процесу полягає у веденні плавки на поду полум'яної відбивної печі, обладнаної регенераторами для попереднього підігріву повітря (іноді і газу). Ідея отримання литої сталі на поду відбивної печі висловлювалася багатьма вченими, але здійснити це довгий час не вдавалося, так як температура факела звичайного в той час палива - генераторного газу - була недостатньою для нагріву металу вище 1500 о С (тобто недостатня для отримання рідкої сталі). У
У мартенівську піч завантажують шихту (чавун, скрап, металевий лом і т.п.), яка під дією тепла від факела палива, що спалюється поступово плавиться. Після розплавлення у ванну вводять різні добавки для отримання металу заданого складу і температури; потім готовий метал випускають у ковші і розливають. Завдяки своїм якостям і невисокої вартості мартенівська сталь знайшла широке застосування. Вже на початку ХХ ст. в мартенівських печах виплавляли половину загального світового виробництва сталі.
7.1 Різновиди мартенівського процесу
У мартенівських печах можна переплавляти в сталь чавун скрап будь-якого складу і в будь-якій пропорції.
У залежності від складу шихти мартенівський процес ділять на кілька різновидів:
а) скрап-процес - процес, при якому основною складовою частиною шихти є сталевий скрап. Скрап-процес зазвичай застосовують в цехах металургійних і машинобудівних заводів, у складі яких немає доменних печей і які розташовані у великих промислових центрах, де багато металобрухту. Крім скрапу, в шихту завантажують деяка кількість (25 - 45%) чавуну.
б) скрап-рудний процес - переділ в мартенівських печах шихти, тверда складова якої - скрап і залізна руда. Основна маса шихти (55 - 75%) - рідкий чавун. Коли металева шихта на 100% складається з рідкого чавуну (скрапу немає), а в піч у твердому вигляді заливають тільки залізну руду, процес називають рудним.
У залежності від складу шлаку і матеріалу пода мартенівський процес може бути «основним» і «кислим».
7.1.1 Основний мартенівський процес
Хід плавки при скрап-процесі. У мартенівської печі при скрап-процесі чавун зазвичай надходить у цех у твердому стані в «чушках». У більшості випадків завалку роблять у такий спосіб: спочатку заливають залізний скрап, потім чавун. Крапельки чавуну, розплавляється під впливом факела, стікаючи вниз передають тепло нижнім верствам шихти і насичуватися вуглецем скрап, знижуючи тим самим температуру його плавлення. Врешті-решт настає момент, коли вся металева шихта розплавляється і починається енергійне окислення знаходиться в металі вуглецю: починається період доведення і кипіння. До цього моменту ванна виявляється покритою шлаком.
Для видалення фосфору і сірки основність шлаку повинна бути досить високою, для цього в шихту основний мартенівської плавки вводять вапняк або вапно.
Під час завалки і плавлення окислюються частина вуглецю шихти, весь кремній і значна частина марганцю і деяку кількість заліза. Оксиди заліза, кремнію і марганцю разом зі спливла вапном утворюють основний шлак. Загальна кількість шлаку після розплавлення становить 8 - 10% від маси металу. У такому основному шлаку до моменту розплавлювання знаходиться і деяку кількість фосфору і сірки, вилучених з металу під час плавлення шихти. Тривалість періодів завалки і плавлення 5 - 6 ч.
Хід плавки при скрап-рудному процесі. Якщо до складу заводу входять доменний, мартенівський і прокатні цехи, то чавун надходить в мартенівський цех у рідкому стані.
Зміст вуглецю в металі при скрап-рудному процесі регулюють не збільшенням або зменшенням витрати чавуну (як при скрап-процесі), а введенням в завалку більшої чи меншої кількості залізної руди.
Щоб отримати по расплавлении шлак потрібної основності, до складу шихти при скрап-рудному процесі, так само як і при скрап-процесі, вводять вапняк.
На під за допомогою завалочних машин завалюють залізну руду і вапняк, після деякого підігріву подають скрап. Після того як скрап нагрівся, в піч завалюють чавун. Рідкий чавун проходить через шар скрапу і взаємодіє із залізною рудою. Починається інтенсивне шлакоутворення. Домішки чавуну енергійно реагують з окислами залізної руди.
Шлак утворюється в дуже великій кількості. Утворюється в результаті окислення вуглецю оксид вуглецю спінюють шлак і він починає витікати, «збігати» з печі. Його називають «збігають» первинним шлаком. Він становить 8 - 10% від маси металу.
За період плавлення повністю окислюється кремній, майже повністю марганець і більша частина вуглецю.
Для прискорення процесу плавлення та окислення домішок незабаром після закінчення заливання чавуну ванну починають продувати киснем. Оскільки при продувці значна частина домішок окислюється за рахунок вдуваного кисню, витрата залізної руди в завалку різко скорочують. При окисленні заліза і домішок за рахунок подається газоподібного кисню виділяється значна кількість тепла, метал енергійно перемішується, в той же час частина домішок окислюється за рахунок гарячого кисню, що міститься в повітрі, що надходить з регенераторів. Тривалість плавлення при такому методі роботи скорочується в 2 - 3 рази, відповідно зменшується витрата палива.
Склад шлаку, сформованого до моменту розплавлювання і після нього, виявляється майже таким же, як при скрап-процесі. Незважаючи на те, що при скрап-рудному процесі в піч завантажують більше чавуну, а разом з ним і більше кремнію, марганцю, фосфору та інших елементів; пояснюється це тим, що значна кількість утворюються оксидів йде з печі зі збігають первинним шлаком ще до повного розплавлення металу.
Проведення періоду кипіння (доведення). Оскільки склади металу і шлаку після розплавлення при скрап-і скрап-рудному процесах практично не розрізняються, період доведення протікає в обох випадках також однаково. Зазвичай після розплавлення ванни в піч подають деяку кількість залізної руди чи продувають ванну киснем або стисненим повітрям. Тривалість періоду доведення 1 - 3ч.
7.1.2 Кислий мартенівський процес
Кислим мартенівським процесом називають процес виплавки сталі в мартенівської печі, Подина якої виготовлена з кислих вогнетривких матеріалів (~ 95% SiO 2). У перших мартенівських печах Подина була кислою, її виготовляли з кварцового піску. Мартенівський процес існував як кислий процес аж до
Вимоги до сирих матеріалів і палива. Для переведення фосфору і сірки з металу в шлак необхідно, щоб у печі був основний шлак, тому в кислому печі з кислим шлаком ні сірку, ні фосфор видалити з металу неможливо. У зв'язку з цим до шихти і палива пред'являють особливі вимоги: паливо не повинно містити сірки, а чавун повинен містити не більше 0,025% фосфору і сірки. Внаслідок високих вимог до чистоти шихти привізною сталевий брухт та скрап практично не використовують, а в якості основної залізовмісної складової шихти зазвичай використовують заготовку, спеціально виплавлюваних в основних мартенівських печах. Виплавлений при цьому метал називають шихтовому заготівлею чи напівпродукти (якщо метал заливають в рідкому вигляді). Процес, при якому рідкий напівпродукт випускають з основної печі в ківш і потім через отвір у днище ковша за допомогою спеціального жолоби переливають в кислу піч, називають дуплекс-процесом.
Під кислому печі. Під печі наварюють чистим висококремнистою піском, меленим кварцитом або кварцитом з домішкою кінцевого кислого шлаку. Під кислому печі бере активну участь у протікають у ванні процесах, і висока якість кислої стали визначається реакціями матеріалу кислого пода з металевою ванною, тому станом пода приділяють особливу увагу. Загальна тривалість заправки кислому печі значно більше, ніж основний, і займає в залежності від стану пода 1,5 - 2,5 години.
Хід плавки при кислому процесі. Так само, як в основному мартенівському скрап-процесі, співвідношення між завантажуваними в піч чавуном і скрапу залежить від заданого змісту вуглецю в металі, при якому забезпечувалося б проведення періоду кипіння. На відміну від основного мартенівського процесу, при якому в піч завалюють значну кількість вапняку або вапна, а при скрап-рудному - також залізну руду, в кислому процесі джерел для утворення шлаку менше. Метал може виявитися покритим недостатнім шаром шлаку, в результаті він інтенсивно окислюється і насичується газами. Для запобігання цього на подину до завалки шихти завантажують кінцевий кислий шлак (від попередніх плавок), шамотний бій і кварцовий пісок.
При роботі дуплекс-процесом для прискорення початку кипіння ванни в піч вводять певна кількість залізної руди. У шлак переходить деяку кількість футеровки поду. Утворені під час плавлення основні оксиди заліза і марганцю вступають у взаємодію з кремнеземом, що утворився в результаті окислення кремнію шихти. У результаті виходять порівняно легкоплавкі силікати заліза і марганцю.
У кислому печі безперервно йдуть два процеси:
а) окислення кремнію киснем оксидів заліза шлаку, в результаті чого вміст кремнію в металі зменшується;
б) відновлення кремнію з шлаку і пода, в результаті чого вміст кремнію в металі підвищується. Зміст кремнію у ванні визначається співвідношенням швидкостей цих процесів. Швидкість відновлення кремнію з пода приблизно постійна, швидкість його окислення в більшій мірі залежить від складу шлаку і його жидкотекучести. Інтенсифікувати процеси окислення домішок у кислому печі можна введенням залізної чи марганцевої руд, вапна або мелкораздробленного вапняку, а також продувкою ванни повітрям або киснем.
Якщо після розплавлювання в піч не вводять ніяких добавок, то в міру підвищення температури металу шлак поступово насичується кремнеземом, стає все більш в'язким, швидкість переходу кисню з атмосфери печі через шлак в метал зменшується. У результаті через деякий час після розплавлення швидкість відновлення кремнію виявляється вище швидкості його окислення і концентрація кремнію в металі зростає. Такий метод ведення плавки називають пасивним, а процес - кремнієвідновного. Якщо походу плавки вводять руду, вапно або вапняк, в результаті чого підвищується жидкоподвижность шлаку, зростає його окислювальна здатність і метал інтенсивно кипить, то вміст кремнію вище визначених меж не зростає. Такий метод ведення плавки називають активним, а процес - з обмеженням відновлення кремнію. При активному процесі після розплавлення і при досить високій температурі металу в піч присаживают невеликими порціями залізну руду. Починається інтенсивне кипіння. За 30 - 40 хвилин до розкислення подачу в піч добавок припиняють, однак до цього моменту вже сформувався шлак такого складу, який сприяє продовженню кипіння металу.
Кремнієвідновного процес починається так само, як і активний, присадкою руди і кипінням ванни. Після того як метал нагрівся, а шлак почав помітно густіти, збагачуючись кремнеземом, хід кремнієвідновного процесу відрізняється від ходу активного процесу. Руду або вапно більше не присаживают, окислювальну роль факела зводять до мінімуму, в металі помітно зростає вміст кремнію, кипіння металу практично припиняється. Цей період «мертвого» стану ванни, коли кипіння практично припинилося і відбувається поступове відновлення кремнію, називають періодом стабілізації. Тривалість цього періоду становить 1 - 2 ч. Проміжне становище між активним і пасивним методами ведення плавки займає напівактивний метод.
8 Виплавка сталі в електричних печах
В даний час для масової виплавки сталі застосовують дугові електропечі, що живляться змінним струмом, індукційні печі і одержують поширення в останні роки дугові печі постійного струму.
У дугових печах змінного струму протягом багатьох десятиліть виплавляли основну частину високоякісних легованих і високолегованих сталей, які було важко або неможливо виплавляти в конвертерах і мартенівських печах.
В останні роки споруджують високопотужні печі з водоохолоджуваними склепінням і стінками. Технологія плавки в таких печах включає розплавлення і короткий окислювальний період, протягом яких відбувається окислення вуглецю до заданого змісту, дефосфорация і нагрівання металу, а потім метал випускають у ківш, де методами позапічної обробки ведуть процеси рафінування, розкислення і легування, забезпечуючи отримання стали заданих складу та властивостей.
Частка електросталі в загальній виплавки сталі у світі невпинно зростає.
8.1 Електричний режим
Електрична дуга є основним джерелом тепла в дугової сталеплавильної печі. Електрична дуга - це потік електронів та іонів між анодом і катодом. При додатку до них напруги достатньої величини відбувається емісія електронів в катода які, соударяясь з молекулами газу в міжелектродному просторі, викликають їх іонізацію; при цьому позитивно заряджені частинки рухаються до катода, а електрони до анода, створюючи дугу. Рухомі до анода електрони бомбардують його, в результаті чого кінетична енергія електронів перетворюється в теплову та світлову, аналогічний процес йде на катоді; температура бомбардований плями анода становить 3600 - 4000 о С, катода 3200 - 3600 о С, а температура стовпа дуги досягає 6000 про С.
У дугової сталеплавильної печі дуга горить між електродами і металом (рідка ванна, нерасплавівшаяся шихта) і являє собою потік електронів, іонізованих газів і парів металу і шлаку. Оскільки дугові печі харчуються змінним струмом, протягом кожного напівперіоду змінюються катод і анод, а напруга і сила струму дуги досягають максимуму і проходять через нуль. Емісія електронів з катода істотно полегшується при підвищенні температури катода, тому в дуговій печі після розплавлювання шихти дуга горить більш стійко, ніж на початку плавки при холодній шихті. Довжина дуги на великих високопотужних печах може досягати 150 -
8.2 Виплавка сталі в основних дугових електропечах
Технологія плавки з окислювальним і відновлювальних періодами або традиційна технологія застосовуються протягом десятиліть на печах місткістю ≤ 40 т для виплавки високоякісних легованих сталей. Цю технологію називають також двухшлаковой, а процес плавки - двухшлаковим, оскільки по ходу плавки спочатку (періоди плавлення і окислювальний) в печі наводять окислювальний шлак, тобто містить багато оксидів заліза, а потім його зливають і у відновному періоді наводять новий (другий) шлак , що не містить оксидів заліза. До недавнього часу (до широкого впровадження процесів позапічної обробки) плавка в електродугових печах за цією технологією була єдиним способом отримання легованих високоякісних сталей і такі стали називалися сталями "електропічний сортаменту". Висока якість металу забезпечувалося за рахунок того, що в окислювальному періоді створювалися умови для видалення до дуже низьких змістів фосфору і для дегазації металу (видалення розчинених водню і азоту за рахунок кипіння ванни), а в відновному періоді - умови для отримання низьких змістів кисню і сірки і відповідно оксидних і сульфідних неметалічних включень, а також для введення в метал легуючих добавок без їх значного чаду.
Плавка складається з періодів: 1) заправка печі, 2) завантаження шихти; 3) плавлення; 4) окислювальний період; 5) відновлювальний період; 6) випуск сталі.
8.3 Виплавка сталі в кислих дугових електропечах
Електричні печі з кислою футеровкой зазвичай використовують в ливарних цехах при виплавці сталі для фасонного лиття. Ємність їх коливається від 0,5 до 6-10 т.
Широке поширення кислих електропечей в ливарних цехах пов'язано з тим, що кисла футеровка більш термостійка, ніж основна, що дозволяє експлуатувати піч з перервами, необхідними за умовами роботи багатьох ливарних цехів (робота в одну чи дві зміни).
Перевагою кислих печей в порівнянні з основними є більш висока стійкість футеровки, поряд з цим вартість кислих вогнетривів приблизно в 2,5 рази нижче вартості основних. Оскільки при плавці сталі для фасонного лиття відбудовний період зазвичай відсутня, тривалість плавки в кислому печі менше, ніж в основній печі тієї ж ємності; з цієї причини, а також у зв'язку з меншою теплопровідністю кислої футеровки, більш низьким є і витрата електроенергії.
Основним недоліком кислих печей і те, що під час плавки з металу не видаляються сірка і фосфор.
8.4 Виплавка сталі в індукційних печах
У індукційної бессердечніковой печі метал розплавляють в тиглі, розташованому всередині індуктора, який представляє собою спіраль з кількома витками з струмопровідного матеріалу. Через індуктор пропускають змінний струм; створюваний при цьому всередині індуктора змінний магнітний потік наводить у металі вихрові струми, які забезпечують його нагрівання і плавлення.
Важлива особливість індукційних печей - інтенсивна циркуляція рідкого металу, що викликається взаємодією електромагнітних полів, які збуджуються, з одного боку, струмами, що проходять по індуктора і, з іншого, вихровими струмами в металі. Позитивна сторона цього явища в тому, що завдяки перемішуванню прискорюються плавлення і вирівнювання складу та температури металу, негативна - у тому, що поверхня металу виходить опуклої і може оголюватися, тому що шлак стікає до стінок тигля. Ще однією особливістю індукційних печей і те, що щільність індукованих струмів досягаємо максимуму на поверхні металу у стінок тигля і знижується в напрямку до осі тигля ("поверхневий ефект"). У цьому поверхневому шарі виділяється найбільша кількість тепла, за рахунок якого плавиться шихта. Товщина шару металу з більшою щільністю індукованих струмів обернено пропорційна кореню квадратному з частоти.
Індукційні печі ділять на два типи: а) живляться струмом підвищеної частоти; б) живляться струмом промислової частоти (50 Гц). У печах першого типу частота струму живлення звичайно знижується у міру зростання ємності і діаметра тигля; малі (кілька кілограм і менше) печі харчуються струмом з частотою від 50 до 1000 кГц, середні та великі (ємністю до десяти тонн) струмами з частотою 0,5 -10 кгц.
ВИСНОВОК
Достоїнствами бесемерівського і томасовського процесів є: висока продуктивність, простота пристрою конвертера, відсутність необхідності застосовувати паливо, мала витрата вогнетривів та пов'язані з цим більш низькі, ніж при мартенівському і електросталеплавильному процесах, капітальні витрати і витрати по переділу. Проте обом процесам був притаманний великий недолік - підвищений вміст азоту в сталі, що викликається тим, що азот повітряного дуття розчиняється в металі. З цієї причини бесемерівського і томасівського сталі володіють підвищеною крихкістю і схильністю до старіння.
У період з 1955 по
У порівнянні із мартенівським виробництвом конвертерне характеризується кращими умовами праці і меншим забрудненням навколишнього природного середовища.
Ефективність роботи мартенівських печей визначають, порівнюючи їх продуктивності і собівартості виплавленої сталі.
Незважаючи на високі якості кислої мартенівської сталі, область її застосування поступово звужується, тому що, по-перше, безперервно покращується якість сталі, що виплавляється в основних мартенівських печах, конвертерах і дугових електропечах і, по-друге, вартість кислої мартенівської сталі значно вище, ніж основною. Застосовуваний в якості шихтових матеріалів кислого мартенівського процесу чавун, металева заготовка або рідкий напівпродукт з малою кількістю домішок у два з гаком рази дорожче шихти, використовуваної в основних мартенівських печах. Крім того, продуктивність кислих мартенівських печей значно нижче, ніж основних. В даний час кислу мартенівську сталь використовують тільки для виготовлення особливо відповідальних виробів.
Основні переваги дугових електропечей полягають в можливості: швидко нагріти метал, завдяки чому в піч можна вводити великі кількості легуючих добавок; мати у печі відновну атмосферу і безокіслітельние шлаки, що забезпечує малий чад вводяться в піч легуючих елементів; можливість більш повно, ніж в інших печах , понижати метал, отримуючи його з більш низьким вмістом оксидних неметалічних включень, а також одержувати сталь з більш низьким змістом сірки у зв'язку з її гарним видаленням в безокіслітельний шлак; плавно і точно регулювати температуру металу.
Індукційні печі мають наступні переваги в порівнянні з дуговими:
а) відсутні високотемпературні дуги, що зменшує поглинання водню і азоту і чад металу при плавлення;
б) незначний чад легуючих елементів при переплаву легованих відходів;
в) малі габарити печей, що дозволяють помістити їх у закриті камери і вести плавку і розливання у вакуумі або в атмосфері інертного газу;
г) Електродинамічне перемішування, що сприяє отриманню однорідного за складом і температурі металу.
Основними недоліками індукційних печей є мала стійкість основної футерівки і низька температура шлаків, які нагріваються від металу, з-за холодних шлаків утруднено видалення фосфору і сірки при плавці.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ТА ЛІТЕРАТУРИ
1. Воскобойніков В.Г. Загальна металургія [Текст]: підручник для вузів / В.Г. Воскобойніков, В.А. Кудрін, А.М. Якушев. - 6-е вид., Доп. і перераб. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.
2. Металургія сталі [Текст]: підручник для вузів / під ред. В. І. Явойского. - М.: Металургія, 1983. - 584 с.
3. Воскобойніков В.Г. Технологія і економіка переробки залізних руд [Текст]: підручник для вузів / В.Г. Воскобойніков. - М.: Металургія, 1977. - 255 с.
4. Кудрін В.А. Теорія і технологія виробництва сталі [Текст]: підручник для вузів / В.А. Кудрін. - М.: Світ, 2003. - 528 с.
5. Біге А.М. Металургія сталі [Текст]: підручник для вузів / А.М. Біге. - 2-е вид., Доп. і перераб. - М.: Металургія, 1988. - 480 с.