Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Производство стали в кислородных конвертерах



Методические указания к

Лабораторной работе № 2

Производство стали

 

по дисциплине

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Направление подготовки:

Специальность:

Формы обучения очная

 

Тула 2010 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом С. К. Захаровым и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМмеханико-технологического факультета

Протокол № 1 от « 31 » августа 2010 г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

 

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛиТКМ механико-технологического факультета,

протокол №___ от « » ____________________________ 20___ г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов


ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Ознакомиться с сущностью процесса производства стали, устройством основных плавильных агрегатов, способами разливки стали.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сущность процесса

Сталью называют деформируемой (ковкий) сплав железа с углеродом и другими примесями. Содержание углерода в стали обычно не превышает 1,5 % (теоретически до 2,14 %). Кроме углерода, отель всегда содержит в небольших количествах примеси: марганец (до 0,6 %), кремний (до 0,4 %), фосфор (до 0,06 %), серу (до 0,06 %), что связано о особенностями технологии ее выплавки. Кроме углеродистых сталей, в технике широко применяют легированные стали, в состав которых входят хром, никель и другие элементы, Существует свыше 1500 марок углеродистых и легированных сталей - конструкционных, инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и др.

Значение стали в народном хозяйстве чрезвычайно важно. Нельзя практически назвать ни одной отрасли хозяйства, где бы не применяли сталь. В настоящее время годовая, выплавка стали в мире составляет около 700 млн. т ,. в том числе в нашей стране свыше 165 млн. т.

Основными «массовыми» способами выплавки стали являются: конвертерный ( > 55 %от всей кассы выплавляемой стали); мартеновский (»20 %) и в дуговых электропечах (» 25 %). Количество сталиfвыплавленной высокопроизводительными способами в кислородных конвертерах и крупных электропечах, непрерывно возрастает; соответственно Золя стали, выплавляемой в мартеновских печах, постепенно уменьшается.

Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (cкрап). B чугуне значительно больше углерода (около 4 %), а также марганца, кремния и других примесей, чем в выплавляемой стали. Поэтому сущностью передела чугуна (или чугуна и стального лома) в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Процессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов.

Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. На этом этапе интенсивно окисляется железо и примеси по реакциям:

Чем больше оксида железа содержится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. В связи с этим для ускорения окисления примесей в сталеплавильные агрегаты добавляют железную руду, окалину, содержащие много оксидов железа. Наиболее важной задачей первого этапа является удаление фосфора - одной из вредных примесей в стали. Удаление фосфора возможно при плавлении металла в печи, имеющей основную футеровку, при использовании основного шлака, содержащего СаО. Оксид кальция СаО при невысоких температурах характерных для первого этапа плавки, связывает ангидрид P2O5 в шлак:

 

2P + 5FeO + 4CaO = 4CaO × P2O5 + 5Fe (2.6)

 

Таким образом, невысокая температура ванны, наличие в шлаке FeO и повышенное содержание в нем СаО являются необходимыми условиями удаления из стали фосфора.

Второй этап – «кипение» металлической ванны - начинается по мере ее прогрева до более высоких температур, чем на первом этапе. Кипение, ванны вызывают пузырьки оксида углерода, образующиеся в результате протекания реакции (2.5). Эта реакция является основной в металлургическом переделе чугуна в сталь потому, что при протекании этой реакции уменьшается содержание углерода в металле до требуемого при «кипении» выравниваются температура и химсостав по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам СО, а также другие газы (H2, N2). проникающие в пузырьки СО. Все это способствует повышению качества металла.

В этот же период создаются условия для удаления из металла вредной примеси – серы. Сера в стали находится в виде сульфида FeS, который растворяетcя также в основном шлаке.

Чем выше температура, тем большее количество FeS растворяется в шлака, взаимодействуя с оксидом кальция.

FeS + CaO = CaS + FeO (2.7)

Высокая температура расплава, повышенное содержание СаО в шлаке, минимальное содержание в шлаке FeO являются необходимыми условиями удаления из стали cеры

Примечание. В сталеплавильных печах о кислой футеровкой нет условий для уменьшения количеств» фосфора и серы в стали, так как использовать в них основной шлак с высоки» содержанием (СаО) нельзя из-за разрушения футеровки. Поэтому в кислых печах можно выплавлять сталь только из шихтовых материалов о малым количеством серы и фосфора.

Третий этап (завершающий) - раскисление стали – заключается в удалении из расплава кислорода, присутствующего в виде оксида железа FeO, который понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Одним из способов раскисления является осаждающее раскисление, которое осуществляют введением в жидкую сталь раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы (Mn, Si, Alи др.)обладающие большим сродством кислороду, чем железо:

FeO + Mn = Fe + MnO (2.8)

2FeO + Si = 2Fe + SiO2 (2.9)

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3 (2.10)

Образующиеся окcиды MnO, SiO2, Al2O3 имеют меньшую плотность, чем сталь, удаляются в шлак.

По степени раскисления различают кипящую, спокойную и полуспокойную сталь. Кипящая - наименее раскисленная сталь, образующаяся при раскислении одним ферромарганцем). Эта сталь «кипит» в изложнице в результате взаимодействия имеющегося в металле FeO и углерода.

FeO + С = Fe +СО (2.11)

Спокойная сталь - полностью раскисленная (ферромарганцем, ферросилицием, алюминием). Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей.

Легирование стали осуществляют введением в расплав в необходимого количества ферросплавов или чистых металлов.

 

Производство стали в кислородных конвертерах

Кислородно-конвертерный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой технически чистым (> 99,5%) кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Кислородный конвертер (рис 2.1) - это сосуд 3 грушевидной формы, изготовленный из стального листа и выложенный изнутри основным кирпичам 4. , емкостью 130... 500 т жидкого чугуна. Конвертер на цапфах 5 можно поворачивать вокруг горизонтальной оси на 360°. Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину 2 загружают скрап (не более 30%), заливают чугун при температуре 1250 ... 1400 °С. После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, внутрь его вводят фурму 1 и через нее подают кислород под давлением 0,9...1,4 МПа. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, железную руду.

В зоне контакта кислородный струи о чугуном в первую очередь окисляется железо, образующийся оксид железа обогащает металл кислородом, что приводит к интенсивному окислению кремния, марганца, углерода (см. реакции (2.1) … (2.5)). При этом происходит разогрев ванны теплотой, выделяющейся при окислении примесей.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш.В процессе выпуска сталь раскисляют в ковше осаждающим методом (ферромарганцем, ферросилицием и алюминием (см. реакции (2.8) … (2.10)) В конвертерах выплавляют конструкционные стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные. Можно выплавлять и низколегированные стали.

Продолжительность плави 25 ... 30 мин Преимуществами кислородно -конвертерного способа являются высокая производительность процесса, простота устройства печи, отсутствие необходимости использования топлива для нагрева металла, невысокие эксплутационные расходы.

Рис.2.1. Схема устройства кислородного конвертера: I-фурма; 2-горловина; З-кожух;

4-футеровка; 5-цапфа

 

2.3. Производство стали в мартеновских печах

Мартеновская печь (рис. 2.2) - пламенная отражательная регенеративная печь. Рабочее пространство печи снизу ограничено подиной 9, сверху сводом 10 , а с боков передней 5 и задней стенками. Основную мартеновскую печь футеруют магнезитовым кирпичей, кислую мартеновскую печь - динасовым кирпичом. В передней стенке печи имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие для выпуска готовой стали.

Рис.2.2. Схема мартеновской печи: 1-регенератор; 2-головка; 3-фурма; 4-загруаочное окно; 5-передняя стенка; 6 - шихта; 7- факел; 8~дымовая труба; 9- подина; 10 - свод

Для подогрева воздуха и газа печь имеет два регенератора 1. Регенератор - это камера из огнеупорного кирпича, выложенного в клетку. Отходящие из печи газы нагревают насадку регенератора до 1250...1280 °С. Вдуваемый в печь воздух, проходя через регенератор, нагревается до температуры 1000 ... 1200 °С и поступает в головку печи 2 , где смешивается с топливом на выходе из головки образуется факел 7, имеющий температуру 1750...1800 °С.

Отходящие газы проходят через противоположную головку направляются во второй регенератор, нагревая его насадку, и покидают печь через дымовую трубу 8 . После охлаждения насади регенератора переключают клапаны и поток газов в печи изменяет направление.

В зависимости от исходных материалов мартеновский процесс делится на скрап - процесс и скрап - рудный процесс. При скрап - процессе шихта содержит до.60...85 % стального лома (скрапа) и 15... 40 % передельного чугуна, а при скрап - рудном процессе основной частью шихты является жидкий чугун, а остальное - небольшие добавки Скрапа (I0...I5 %), железной руды и флюсов. Скрап - рудный процесс осуществляется на заводах, имеющих доменное производство, а скрап - процесс - в металлургических цехах машиностроительных заводов. Печи работают на природном газе или мазуте. Физико-химические основы окисления примесей, удалении фосфора и сера, раскисления аналогичны описанным в разделе 2.1.

В нашей стране работают мартеновские печи вместимостью 200 ... 900 т жидкой стали. Мартеновский процесс обеспечивает возможность переработки в неограниченном количестве стального лама, а также чугуна (даже твердого) любого состава. Вместе о там процесс отличается большой продолжительностью (4...12 ч.) и худшими технико-экономическими показателями. Так, по себестоимости мартеновская сталь на 3...5 % выше себестоимости кислородно-конвертерной стали, а по удельным капиталовложениям больше на 20 ... 30 %,12 большегрузных мартеновских печей могут быть заменены двумя конвертерами по 400 т. каждый. По этой причине выплавку в мартеновских печах сокращают и новые печи не строят. Стали с высокой температурой плавления и улучшенными качественными показателями выплавляют в электропечах.

 




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.