НМетАУ

Національна Металургійна Академія України

Кафедра технологічного проектування

Курсова робота

За дисципліни "Вступ до спеціальності"

На тему: "Виробництво сталі"

Виконав:

Студент групи ПМ - 99

Брез А. П. < p> Перевірив:

Проф. Друян

В. М.

Зміст

.
| | Стр |
| Вступ | 3 |
| Виробництво сталі | 3 |
| Шлаки сталеплавильних процесів | 3 |
| Основні реакції сталеплавильних процесів | 4 |
| Окислення вуглецю | 4 |
| Окислення і відновлення Mn | 5 |
| Окислення та відновлення Si | 5 |
| Окислення та відновлення P | 5 |
| Десульфітації стали | 5 |
| Гази в сталі | 6 |
| Розкислювання сталі | 6 |
| Виробництво сталі в конвертерах | 7 |
| Киснево-конвертерного процесу з верхньою продувкою | 8 |
| Киснево-конвертерного процесу з донною продувкою | 10 |
| Конвертерний процес з комбінованою продувкою | 10 |
| Виробництво сталі в мартенівських печах | 11 |
| Виробництво сталі в електропечах | 12 |
| Виплавка сталі в кислих електродугових печах | 13 |
| Способи інтенсифікації виплавки сталі в великовантажних печах | 13 |
| | 14 |
| Плавка сталі з рафінуванням в ковші пічним шлаком | 14 |
| Плавка стали в індукційній печі | 15 |
| Розлив сталі | 15 |
| Розлив сталі у зливки | 15 |
| Шляхи підвищення якості сталі | 16 |
| Обробка рідкого металу поза сталеплавильного агрегату | 18 |
| Виробництво сталі в вакуумних печах | 18 |
| Виробництво сталі в індукційних печах | 19 |
| Виробництво сталі в вакуумних дугових печах | 20 |
| Плазмово-дугова плавка | 21 |
| Висновок | 22 |
| 9. Список рекомендованої літератури | |

Вступ:

Метали відносяться до числа найбільш поширених матеріалів, якілюдина використовує для забезпечення своїх життєвих потреб. У наші дніважко знайти таку галузь виробництва, науково-технічної діяльностілюдини або просто його побуту, де метали не грали б чільної роліяк конструкційний матеріал.

Метали поділяють на кілька груп: чорні, кольорові і благородні. Догрупі чорних металів належать залізо та його сплави, марганець і хром. Докольоровим відносяться майже всі інші метали періодичної системи Д. І.
Менделєєва.

Залізо та його сплави є основою сучасної технології і техніки.
У ряді конструкційних металів залізо стоїть на першому місці і не поступитьсяйого ще довгий час, не дивлячись на те, що кольорові метали, полімерні ікерамічні матеріали знаходять все більше застосування. Залізо та його сплавистановлять більше 90% всіх металів, що застосовуються в сучасномувиробництві.

Самим найважливішим із сплавів заліза є його сплав з вуглецем.
Вуглець додає міцність сплавів заліза. Ці сплави утворюють більшугрупу чавунів і сталей.

стали називати сплави заліза з вуглецем, вміст якого неперевищує 2,14%. Сталь - найважливіший конструкційний матеріал длямашинобудування, транспорту і т. д.

Сталеплавильне виробництво - це отримання сталі з чавуну істалевого брухту в сталеплавильних агрегатах металургійних заводів.
Сталеплавильне виробництво є другим ланкою в загальномувиробничому циклі чорної металургії. У сучасній металургіїосновними способами виплавки сталі є киснево-конвертерний,мартенівський і електросталеплавильний процеси. Співвідношення між цимивидами сталеплавильного виробництва змінюється.

Сталеплавильний процес є окислювальним процесом, тому що стальутворюється в результаті окислення і видалення більшої частини домішки чавуну --вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору. Відмінною особливістюсталеплавильних процесів є наявність окисної атмосфери.
Окислення домішок чавуну та інших шихтових матеріалів здійснюєтьсякиснем, що містяться в газах, оксидах заліза та марганцю. Післяокислення домішок, з металевого сплаву видаляють розчинений у ньомукисень, вводять легуючі елементи і отримують сталь заданогохімічного складу.

Виробництво сталі

Шлаки сталеплавильних процесів.
Роль шлаків в процесі виробництва сталі виключно велика. Шлаковийрежим, який визначається кількістю і складами шлаку, має великийвплив на якість готової сталі, стійкість футеровки і продуктивністьсталеплавильного агрегату. Шлак утворюється в результаті окисленняскладових частини шихти, з оксидів футеровки печі, флюсів і руди. Завластивостям шлакоформуючі компоненти можна розділити на кислотні (SiO2;
P2O5; TiO2; V2O5 та ін), основні (CaO; MgO; FeO; MnO тощо) і амфотарні
(Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; V2O3 та ін) оксиди. Найважливішими компонентами шлаку,що надають основний вплив на його властивості, є оксиди SiO2 і CaO.

Шлаки виконує кілька важливих функцій в процесі виплавки стали:

1. Зв'язує все оксиди (крім СВ), що утворюються в процесі окислення домішок чавуну. Видалення таких домішок, як кремній, фосфор і сірка, відбувається тільки після їх окислення і обов'язкового переходу у вигляді оксидів з металу в шлак. У зв'язку з цим шлак повинен бути належним чином підготовлений для засвоєння й утримання оксидів домішок;
2. У багатьох сталеплавильних процесах служить передавачем кисню з атмосфери для печей до рідкого металу;
3. У мартенівських і дугових сталеплавильних печах через шлак відбувається передача тепла металу;
4. Захищає метал від насичення газами, що містяться в атмосфері печі.

Змінюючи склад шлаку, можна відчищати метал від таких шкідливих домішок,як фосфор і сірка, а також регулювати по ходу плавки вміст в металімарганцю, хрому і деяких інших елементів.
Для того, щоб шлак міг успішно виконувати свої функції, він повинен урізні періоди сталеплавильного процесу мати певний хімічнийсклад і необхідну плинність (величина зворотна в'язкості). Ці умовидосягаються використанням як шихтових матеріалів плавки розрахунковихкількостей шлакоутворюючих - вапняку, вапна, плавикового шпату, бокситута ін

Основні реакції сталеплавильних процесів.

Сталь отримують з чавуну і брухту методом окислювального рафінування (т.тобто очищення). Кисень для окислення що містяться в них домішок (вуглецю,марганцю, кремнію, фосфору та ін) надходить або з атмосфери, або ззалізної руди або інших окислювачів, або при продувки ванни газоподібнимвуглецем.

Окислення вуглецю. Особливість окислювання вуглецю полягає в тому, щопродуктом цієї реакції є газоподібний СВ, який, виділяючись зметалевої ванни у вигляді бульбашок, створює враження киплячій рідини.
Реакцію окислення вуглецю, розчиненого в металі можна написати внаступному вигляді:
[C] + [O] = (CO); K = де [C]; [O] - концентрації розчинених у металі вуглецю і кисню.
Як випливає з рівняння для константи, при заданому значенні РСОтвір концентрації вуглецю і розчиненого кисню є величинапостійна. Отже, від концентрації вуглецю залежить концентраціякисню в металі. Чим вище зміст вуглецю в металі, тим нижчевміст кисню в ньому і навпаки.

Окислення та відновлення марганцю. Марганець як елемент, що володієвисокою спорідненістю до кисню, легко окислюється як при кислих, так і приосновному процесах. Реакції окислення та відновлення марганцю можнапредставити таким чином:
[Mn] + [O] (MnO); [Mn] + (FeO) (MnO) + [Fe]

Як показують розрахункові та експериментальні дані, з підвищеннямтемператури і основності шлаку концентрація марганцю у металізбільшується. Це вказує на те, що реакція окислення марганцюдосягає рівноваги, і окислювальний процес змінюється відновних.
Оскільки майже всі стали містять марганець, то його відновлення впроцесах плавки - явище бажане.

Окислення та відновлення кремнію. Кремній має ще більшимспорідненістю до кисню, ніж марганець, і практично повністю окислюється вжев період плавлення. Окислення кремнію відбувається по реакціях:

[Si] + 2 [O] = (SiO2); [Si] + 2 (FeO) = (SiO2) + 2 [Fe]

При плавці під основним шлаком SiO2 зв'язується в міцний силікат кальцію
(CaO) 2 • SiO2, що забезпечує майже повне окислювання кремнію, що міститьсяв шихті. При кислому процесі поведінки кремнію інше: при гарячому ходікислого процесу має місце інтенсивне відновлення кремнію.

Окислення та відновлення фосфору. Фосфор в сталі є шкідливоюдомішкою, що негативно впливає на її механічні властивості. Томувміст фосфору в сталі в залежності від її призначення обмежуєтьсямежею 0,015 - 0,016%. Окислення фосфору можна представити в такийтак:

2 [P] + 5 (FeO) = (P2O5) + 5 [Fe];
(P2O5) + 3 (FeO) = (FeO) 3 • P2O5;
(FeO) 3 • P2O5 + 4 (CaO) = (CaO) 4 • P2O5 + 3 (FeO);
2P + 5 (FeO) + 4 (CaO) = (CaO) 4 • P2O5 + 5Fe.

Рівняння константи можна записати в наступному вигляді:

K =

Звідки коефіцієнт розподілу фосфору між металом і шлаком:

L = (P2O5)/P2 = K (FeO) 5 (CaO) 4

десульфітації сталі. Сірка, також як і фосфор, є шкідливою домішкою всталі. Видалення сірки можна представити у вигляді реакції

Feж + [S] + (CaO) = (CaS) + (FeO).

Рівняння для константи має вигляд: < p> К =

Коефіцієнт розподілу сірки

L = (S)/[S] = K (CaO)/(FeO).

З рівняння випливає , що підвищення основності і зниження окисленняшлаку сприяє десульфітації. Позитивну роль робить такожпідвищення температури металу і активне перемішування ванни. Підвищеннюступеня видалення сірки сприяють елементи, що утворюють сульфіди, більшміцні, ніж сульфід заліза. До таких елементів відносяться рідкоземельніметали.

Гази в сталі. Гази (кисень, водень і азот) міститися в будь-якій сталі.
Гази навіть при утриманні їх в сотих і тисячних частках відсотка надаютьнегативний вплив на властивості металу.
Розчинність кисню в сталі характеризується реакцією:.
У готовому металі вміст кисню має бути мінімальним.
Розчинність водню та азоту в металі лагодив закону Стівенса:

; , де pH і pN - парціальні тиску газів; KH і KN --розчинність водню та азоту при парціальному тиску відповідногогазу рівному, 0,1 МПа.
Зменшення розчинності при переході з рідкого у твердий стан прикристалізації стали викликає виділення газів з металу, що єпричиною утворення низки дефектів, наприклад, флокенов [1], пористості взлитках готової сталі і т. п. У присутності деяких елементів у металіможуть утворюватися їх з'єднання з азотом - нітріди. Наявність нітридів вкристалічної структурі багатьох сталей негативно впливає на властивостіметалу.
Азот і водень успішно видаляються з рідкої сталі в результаті реакціїокислювання вуглецю. Що утворюється з цієї реакції СО, збирається в пухирці,які вириваються на поверхню металу, пробивають що знаходиться підметалів шар рідкого шлаку і виходять в атмосферу. У результаті цьогостворюється враження кипіння рідкої ванни.
Спливаючі бульбашки СО захоплюють по дорозі вгору деяка кількістьінших газів - H2 і N2 (рис 1).
Чим енергійніше протікає кипіння металу, тим менше зміст газів ітим краще якість металу. Для видалення H2 і N2 застосовують також вакуумнуобробку, продувку ванни нейтральним газом (аргоном) та ін

Рис. 1 Схема видалення газів з

рідкого металу в процесі кипіння
Розкислювання сталі. Для зниження вмісту кисню в сталі проводять їїРозкислювання. Це, як правило, остання і відповідальна операція впроцесі виплавки сталі. Розкислювання - це процес видалення кисню,розчиненого в металі, шляхом зв'язування його в оксиди різних металів,що мають більшу спорідненість до кисню, ніж залізо.
Найбільш поширеними розкислювачі є марганець і кремній,використовуються у вигляді феросплавів, та алюміній.
Реакції розкислення можна подати так:

[O] + [Mn] = (MnO)
2 [O] + [Si] = (SiO2 )
3 [O] + 2 [Al] = (Al2O3)

Залежно від умов введення розкислювачі в метал розрізняють дваметоду розкислення: глибинне (або його облягати) і дифузійне Розкислювання.
При глибинному розкислення розкислювачі вводять в глибину металу. У цьомувипадку потрібен певний час для того, щоб продукти розкислення --оксиди кремнію, марганцю, алюмінію спливли в шлак. При дифузному раскіленіірозкислювачі в тонко здрібненому вигляді потрапляють в шлак, що покриває метал.
Спочатку в цьому випадку відбувається Розкислювання шлаку, а зниження вмістукисню в металі відбувається за рахунок його переходу з металу в шлак, т.е. [O] ==> (O). При дифузійному розкислення не відбувається забрудненняметалу неметалевими включеннями - продуктами розкислення.
Для більш глибокого розкислення застосовують обробку рідкого металу ввакуумі або синтетичними шлаками.
Залежно від ступеня розкислення розрізняють спокійну, киплячу інапівспокійну сталь.
Спокійна сталь - це сталь, повністю розкислення, тобто завдякивведення великої кількості розкислювачі весь кисень у стали знаходиться впов'язаному з елементом-розкислювачі стані. При розливання такої сталігази не виділяються, і вона застигає спокійно.
киплячої сталі - це сталь, частково розкислення марганцем. При розливаннів злитки вона вирує (кипить) завдяки виділенню бульбашок оксиду вуглецю,утворюються з реакції: [C] + [O] = (CO).
напівспокійну сталь - це сталь, за ступенем розкисленням займаєпроміжне місце між киплячій і спокійною.
напівспокійну сталь ракісляют частково в печі (марганцем) і потім в ковші
(кременем, алюмінієм).

Виробництво сталі в конвертерах.

Киснево-конвертерний процес являє собою один з видів переділурідкого чавуну в сталь без витрати палива шляхом продувки чавуну вконвертері технічно чистим киснем, що подається через фурм, якавводиться в метал зверху.
Вперше киснево-конвертерний процес у промисловому масштабі бувздійснено в Австрії в 1952 - 1953 рр.. на заводах у містах Лінці та
Донавіце (за кордоном цей процес одержав назву ЛД за першими літерамиміст, у нашій країні - киснево-конвертерного).
В даний час працюють конвертери місткістю від 20 до 450 т,тривалість плавки, в яких становить 30 - 50 хв.
Процес займає чільну роль серед існуючих способівмасового виробництва сталі. Такий успіх киснево-конвертерного способуполягає в можливості переробки чавуну практично будь-якого складу,використанням металобрухту від 10 до 30%, можливість виплавки широкогосортаменту сталей, включаючи леговані, високою продуктивністю,малими витратами на будівництво, велику гнучкість і якістю продукції.

киснево-конвертерного процесу з верхньою продувкою.
Конвертер має грушовидну форму з концентричній горловиною. Цезабезпечує найкращі умови для введення в порожнину конвертера кисневоїфурми, відведення газів, заливки чавуну і завалювання брухту і шлакоутворюючихматеріалів. Кожух конвертера виконують зварним із сталевих листів товщиноювід 20 до 100 мм. У центральній частині конвертера кріплять цапфи, що з'єднуютьсяз пристроєм для нахилу. Механізм повороту конвертера складається з системипередач, що зв'язують цапфи з приводом. Конвертер може повертатисягоризонтально навколо осі на 360о зі швидкістю від 0,01 до 2 об/хв. Длябільше огрядний конвертерів ємністю від 200 т застосовують двостороннійпривід, наприклад, чотири двигуни по два на кожну цапф

Малюнок 2 Конвертер ємністю 300 т з двостороннім приводом механізму повороту

У шлемной частини конвертера є вічка для випуску сталі. Випуск сталичерез летку виключає можливість потрапляння шлаку в метал. Летказакривається вогнетривкої глиною, замішаної на воді.

Малюнок 3 Технологічна схема виробництва сталі в кисневому конвертері

Хід процесу. Процес виробництва сталі в кисневому конвертері складаєтьсяз наступних основних періодів (рис 3); завантаження металобрухту, заливкичавуну, продувки киснем, завантаження шлакоутворюючих, зливу сталі і шлаку.

Завантаження конвертера починається з завалювання сталевого брухту. Лом завантажують унахилений конвертер через горловину при допомоги завалочні машин лотковоютипу. Потім за допомогою заливальних кранів заливають рідкий чавун, конвертервстановлюють у вертикальне положення, вводять фурм і включають подачукисню з чистотою не менше 99,5% О2. Одночасно з початком продуваннязавантажують першу порцію шлакоутворюючих і залізної руди (40 - 60% відзагальної кількості). Іншу частину сипучих матеріалів подають в конвертер впроцесі продувки однією або кількома порціями, найчастіше 5 - 7 хвилинпісля початку продувки.
На процес рафінування значний вплив надають положення фурми
(відстань від кінця фурми до поверхні ванни) і?? авленіе що подаєтьсякисню. Звичайно висота фурми підтримується в межах 1,0 - 3,0 м,тиск кисню 0,9 - 1,4 МПа. Правильно організований режим продуваннязабезпечує хорошу циркуляцію металу та його перемішування з шлаком.
Остання в свою чергу сприяє підвищенню швидкості окисленнящо містяться в чавуні C, Si, Mn, P.
Важливим у технології киснево-конвертерного процесу єшлакообразованіе. Шлакообразованіе значною мірою визначає хідвидалення фосфору, сірки та інших домішок, впливає на якість виплавлюваноїсталі, вихід придатного і якість футеровки. Основна мета цієї стадії плавкиполягає у швидкому формуванні шлаку з необхідними властивостями
(основностью, жідкоподвіжностью і т. д.). Складність виконання цього завданняпов'язана з високою швидкістю процесу (тривалість продувки 14 - 24хвилини). Формування шлаку необхідної основності і заданими властивостямизалежить від швидкості розчинення вапна в шлаку. На швидкість розчиненнявапна в шлаку впливають такі фактори, як склад шлаку, його окислення,умови змочування шлаком поверхні вапна, перемішування ванни,температурний режим, склад чавуну і т. д. Ранньому формування основногошлаку сприяє наявність первинної реакційної зони (поверхнязіткнення струменя кисню з металом) з температурою до 2500о. У ційзоні вапно піддається одночасному впливу високої температури ішлаку з підвищеним вмістом оксидів заліза. Кількість що вводиться наплавку вапна визначається розрахунком і залежить від складу чавуну ізмісту SiO2 руді, боксі, вапна та ін Загальна витрата вапнаскладає 5 - 8% від маси плавки, витрата бокситу 0,5 - 2,0%, плавиковогоштампа 0,15 - 1,0%. Основність кінцевого шлаку повинна бути не менше 2,5.
Окислення всіх домішок чавуну починається з самого початку продувки. Прицьому найбільш інтенсивно на початку продувки окислюється кремній і марганець.
Це пояснюється високою спорідненістю цих елементів до кисню припорівняно низьких температурах (1450 - 1500о С і менше).
Окислення вуглецю в киснево-конвертерному процесі має важливезначення, тому що впливає на температурний режим плавки, процесшлакообразованія та рафінування металу від фосфору, сірки, газів інеметалічних включень.
Характерною особливістю киснево-конвертерного виробництва єнерівномірність окислювання вуглецю як за об'ємом ванни, так і на протязіпродувки.
З перших хвилин продувки одночасно з окисленням вуглецю починаєтьсяпроцес дефосфораціі - видалення фосфору. Найбільш інтенсивне видаленняфосфору йде в першій половині продування при порівняно низької температуриметалу, високому вмісті в шлаку (FeO); основность шлаку і йогокількість швидко збільшується. Киснево-конвертерного процесу дозволяєотримати <0,02% Р у готовій сталі.
Умови для видалення сірки при киснево-конвертерному процесі не можнавважати таким же сприятливим, як для видалення фосфору. Причинаполягає в тому, що шлак містить значну кількість (FeO) івисока основность шлаку (> 2,5) досягається лише в другій половиніпродувки. Ступінь десульфурації при киснево-конвертерному процесізнаходиться в межах 30 - 50% і вміст сірки в готовій сталі складає
0,02 - 0,04%.
Після досягнення заданого змісту вуглецю дуті відключають, фурмпіднімають, конвертер нахиляють і метал через летку (для зменшенняперемішування металу і шлаку) виливають у ківш.

Отриманий метал містить підвищений вміст кисню, томузавершальній операцією плавки є Розкислювання металу, якепроводять у сталеразлівном ковші. Для цієї мети одночасно зі зливом стализа спеціальним поворотного жолобу в ківш потрапляють розкислювачі ілегуючі добавки.
Шлаки з конвертера зливають через горловину в шлаковий ківш, встановленийна шлаковозів під конвертером.
Перебіг киснево-конвертерного процесу обумовлюється температурнимрежимом і регулюється зміною кількості дуття і введенням в конвертерохолоджувачів - металобрухту, залізної руди, вапняку. Температура металупри випуску з конвертера близько 1600о С.
Під час продувки чавуну в конвертері утворюється значна кількістьгазів, що відходять. Для використання тепла відхідних газів і отчистки їх відпилу за кожним конвертером обладнані котел-утилізатор та установка дляочищення газів.
Управління конвертерним процесом здійснюється за допомогою сучаснихпотужних комп'ютерів, в які вводиться інформації про вихідні матеріалах
(склад і кількість чавуну, брухту, вапна), а також про показники процесу
(кількість і склад кисню, газів, що відходять, температура і т. п.).

киснево-конвертерного процесу з донною продувкою.
У середині 60-х років дослідами із вдування струменя кисню, оточенійшаром вуглеводнів, була показана можливість через днище без руйнуваннявогнетривів. В даний час у світі працюють кілька десятківконвертерів з донною продувкою садком до 250 т. Кожна десята тоннаконвертерної сталі, виплавленої у світі, припадає на цей процес.
Основна відмінність конвертерів з донною продувкою від конвертерів з верхнімдуттям полягає в тому, що вони мають менший питомий обсяг, тобто обсягщо припадає на тонну продувається чавуну. В днище встановлюють від 7 до 21фурм у залежності від ємності конвертора. Розміщення фурм у днище можебути різним. Зазвичай їх розташовують в одній половині днища так, щоб приПовертаючи конвертера вони були вище рівня рідкого металу. Перед установкоюконвертера у вертикальне положення через фурми пускається дуття.
В умовах донної продувки покращуються умови перемішування ванни,збільшується поверхня метал-зародження і виділення бульбашок СВ. Такимчином, швидкість зневуглецювання при донної продувці вище в порівнянніз верхньою. Одержання металу з вмістом вуглецю менш 0,05% непредставляє утруднень.
Умови видалення сірки при донної продувці більш сприятливі, ніж приверхній. Це також пов'язано з меншою окислення шлаку і збільшеннямповерхні контакту газ - метал. Остання обставина сприяєвидалення частини сірки в газову фазу у вигляді SO2.
Переваги процесу з донною продувкою полягають у підвищенні виходупридатного металу на 1 - 2%, скорочення тривалості продування, прискоренніплавлення брухту, меншій висоті будівлі цеху і т. д. Це являєпевний інтерес, перш за все, для можливої заміни мартенівських печейбез докорінної реконструкції будівель мартенівських цехів.

Конвертерний процес з комбінованою продувкою.
Ретельний аналіз переваг і недоліків способів виплавки сталі вконвертерах з верхньої та нижньої продувкою привів до створення процесу, вякому метал продувається киснем зверху і знизу - киснем узахисної сорочці або аргоном (азотом). Використання конвертера зкомбінованої продувкою в порівнянні з продувкою тільки зверху дозволяєпідвищити вихід металу, збільшити частку брухту, знизити витрату феросплавів,зменшити витрату кисню, підвищити якість сталі за рахунок зниженнявмісту газів при продування інертним газом в кінці операції.

Виробництво сталі в мартенівських печах

Сутність мартенівського процесу полягає в переробці чавуну іметалевого брухту на Падуя відбивної печі. У мартенівському процесі ввідміну від конвертерного не досить тепла хімічних реакцій іфізичного тепла шихтових матеріалів. Для плавлення твердих шихтовихматеріалів, для покриття значних теплових втрат і нагрівання сталі донеобхідних температур в піч підбиватися додаткове тепло, що отримуєтьсяшляхом спалювання в робочому просторі палива в струмені повітря, нагрітого довисоких температур.
Для забезпечення максимального використання подається в піч паливанеобхідно, щоб процес горіння палива закінчувався повністю в робочомупросторі. У зв'язку з цим в піч повітря подається в кількості,перевищує теоретично необхідне. Це створює в атмосфері печі надлишоккисню. Тут також присутній кисень, що утворюється в результатірозкладання при високих температурах вуглекислого газу і води.
Таким чином, газова атмосфера печі має окислювальний характер, тобтов ній міститься надмірна кількість кисню. Завдяки цьому метал умартенівської печі протягом всієї плавки піддається прямому чи непрямомувпливу окисної атмосфери.
Для інтенсифікації горіння палива в робочому просторі частина повітрящо йде на горіння, може замінюватися киснем. Газоподібний кисеньможе надаватися безпосередньо в ванну (аналогічно продувці металув конвертері).
У результаті цього під час плавки відбувається окислювання заліза та іншихелементів, що містяться в шихті. Утворені при цьому оксиди металів FeO,
Fe2O3, MnO, CaO, P2O5, SiO2 і ін Разом з частинками поступово руйнуєтьсяфутеровки, домішками, що вносяться шихтою, утворюють шлак. Шлаки легше металу,тому він покриває метал в усі періоди плавки.
Шихтові матеріали основного мартенівського процесу складаються, як і приінших сталеплавильних процесах, з металевої частини (чавун,металевий брухт, розкислювачі, легуючі) і неметалевої частини
(залізна руда, мартенівський агломерат, вапняк, вапно, боксит).
Чавун може застосовуватися в рідкому вигляді або у чушках. Співвідношення кількостічавуну і сталевого брухту в шихті може бути різним у залежності відпроцесу, виплавлюваних марок сталі та економічних умов.

Малюнок 4

За характером шихтових матеріалів основний мартенівський процес ділитисяна кілька різновидів, найбільше поширення з яких отрималискрап-рудний і скрап-процеси.
При скрап-рудному процесі основну масу металевої шихти (від 55 до 75
%) Складає рідкий чавун. Цей процес широко застосовується на заводах зповним металургійним циклом.
При скрап-процесі основну масу металевої маси шихти (від 55 до 75
%) Складає металевий брухт. Чавун (25 - 45%), як правило,застосовується в твердому вигляді. Таким процесом працюють заводи, на яких немаєдоменного виробництва.

Рисунок 5 Схема двухванной сталеплавильної печі:

1 - паливно-кисневі фурми;

2 - фурми для вдування твердих матеріалів; 3 - склепіння печі; 4 - вертикальні канали;

5 - шлаковікі; 6 - подини печей

Виробництво сталі в електропечах

електросталеплавильного виробництва - це отримання якісних івисокоякісних сталей в електричних печах, що мають суттєвіперевагами в порівнянні з іншими сталеплавильними агрегатами.
Виплавка сталі в електропечах заснована на використанні електроенергіїдля нагрівання металу. Тепло в електропечах виділяється в результатіперетворення електроенергії в теплову під час горіння електричної дугиабо в спеціальних нагрівальних елементах, або за рахунок збудженнявихрових струмів.
На відміну від конвертерного і мартенівського процесів виділення тепла велектропечах не пов'язано зі споживанням окислювача. Тому електроплавкуможна вести в будь-якому середовищі - окисної, відновної, нейтральною ів широкому діапазоні тисків - в умовах вакууму, атмосферного абонадлишкового тиску. Електросталь, призначену для подальшогопереділу, виплавляють, головним чином в дугових печах з основною футеровкоюі в індукційних печах.

Малюнок 6 Схема робочого простору дугової електропечі:

1 - куполоподібний склепіння; 2 - стінки; 3 - жолоб;

4 - сталевипускное отвір; 5 - електрична дуга; 6 - сферичний під; 7 - робоче вікно; 8 - заслінка; 9 - електроди

Дугові печі бувають різної ємності (до 250 т ) і з трансформаторамипотужністю до 125 тисяч кіловат.
Джерелом тепла в дугового печі є електрична дуга, що виникаєміж електродами і рідким металом або шихтою при додатку до електродівелектричного струму необхідної сили. Дуга являє собою потікелектронів, іонізованих газів і парів металу та шлаку. Температураелектричної дуги перевищує 3000о С. Дуга, як відомо, може виникатипри постійному та постійному струмі. Дугові печі працюють на змінному струмі.
При горінні дуги між електродом і металевою шихтою в перший періодплавки, коли катодом є електрод, дуга горить, тому що простірміж електродом і шихтою іонізується за рахунок випускання електронів знагрітого кінця електрода. При зміні полярності, коли катодомстає шихта - метал, дуга гасне, тому що на початку плавки метал ще ненагрітий і його температура недостатня для емісії електронів. Приподальшій зміні полярності дуга знову виникає, тому в початковийперіод плавки дуга горить уривчасто, неспокійно.
1 - електрод
2 - головка електротримачі
3 - зведення
4 - підвіска зводу
5 - зведене кільце
6 - ціліндрічекій кожух
7 - робочий майданчик
8 - механізм нахилу печі
9 - жолоб для зливу сталей

Малюнок 7 Дугова сталеплавіль-ва піч.

Після розплавлюванні шихти, коли ванна покриває рівним шаром шлаку, дугастабілізується і горить рівно.

Виплавка сталі в кислих електродугових печах
електродугової печі з кислою футеровкою зазвичай використовуються при виплавцістали для фасонного лиття. Ємність їх складає від 0,5 до 6,0-10 т. Кислафутеровка більш термостійка і дозволяє експлуатувати піч з урахуваннямумов перериваної роботи багатьох ливарних цехів машинобудівних заводів.
Основним недоліком печей з кислою футеровкою є те, що під часплавки з металу не видаляються сірка і фосфор. Звідси, дуже високівимоги до якості застосовуваної шихти за змістом цих домішок.
Плавлення в кислому печі триває приблизно так само, як в основній печі (50 -
70 хв). У окислювальний період втечуть меншу кількість вуглецю (0,1 -
0,2%) та з-за підвищеного вмісту FeO в шлаку метал кипить без присадокзалізної руди. Вміст SiO2 в шлаку до кінця окисного періодупідвищується до 55 - 65%. Коли метал нагрітий, починається відновленнякремнію за реакцією:
(SiO2) + 2 [C] = [Si] + 2COгаз

До кінця окисного процесу зміст Si у металі збільшується до
0,2 - 0,4%. Розкислювання стали перед випуском може проводитися як в печі,так і в кінці.

Способи інтенсифікації виплавки сталі в великовантажних печах.
Одношлаковий процес. Технологія виплавки сталі під одним шлаком безвідновного періоду застосовується для виплавки мартенівськогосортаменту сталей. Після закінчення проведення окісліте1льного періодусідаю силікомарганець і феррохром в необхідній кількості дляодержання необхідного хімічного складу даної марки сталі, покращують шлакдобавкою вапна, флюсів. Потім сталь випускають у ківш, де проводятьостаточне Розкислювання і легування.

Малюнок 8 Технологічна схема виробництва сталі в дуговогосталеплавильної печі

Плавка з рафінуванням в ковші пічним шлаком.
Застосовується на печах місткістю 100 - 200 т. Після закінчення окислювальногоперіоду та розкислення металу наводять новий шлаки з високим вмістом СаО.
Протягом 40 - 60 хв шлак розкислють меленим коксом і феросиліцію. Передвипуском в шлак дають CaF2. Високе (10 - 20%) вміст CaF2 забезпечуєвисоку рафінуючі здатність шлаку. При випуску з печі спочаткувипускають у ківш рідкий шлак і потім потужним струменем метал. Перемішуванняметалу з шлаком забезпечує високий ступінь рафінування від домішок
(від сірки) і неметалічних включень. Однією з форм рафінування сталі вковші можна вважати технологію синтетичних шлаків на основі СаО - Al2O3.
У цьому випадку потрібні додаткові витрати для плавлення шлаку.

Плавка стали в індукційній печі.
В індукційних печах для виплавки металу використовується тепло, якевиділяється в металі за рахунок збудження в ньому електричного струмузмінним магнітним полем. Джерелом магнітного поля в індукційній печіслужить індуктор. Провідна електричний струм шихта, поміщена в тигельпечі, піддається впливу змінного магнітного поля, що виникає відіндуктора, нагрівається в наслідок теплового впливу вихрових струмів.

У порівнянні з дуговими електропечами індукційні печі мають рядпереваг: відсутність електродів і електричних дуг дозволяє отримуватисталі та сплави з низьким вмістом вуглецю і газів; плавкахарактеризується низьким чадом легуючих елементів, високим технічним ККДі можливістю точного регулювання температури металу.

Малюнок 9 Схема індукційної печі

1 - каркас; 2 - п?? річна плита; 3 - водоохолоджуваних індуктор; 4 - ізоляційний шар; 5 - тигель; 6 - абсоцементная плита; 7 - зливний носок;

8 - комір; 9 - гнучкий струмопідведення; 10 - опорні бруси

Індукційна піч складається з вогнетривкої тигля, який міститься у індуктор.
Індуктор являє собою соленоїд, виконаний з мідного водоохолоджуванихтрубки. Ток до індуктора подається гнучкими кабелями. Воду для охолодженняпідводять гумовими шлангами. Вся піч поміщена в металевий кожух.
Зверху тигель закривається склепінням. Для зливу металу піч може нахилятисяу бік зливного шкарпетки.
Тигель печі виготовляється набиванням або викладається цеглою. Длянабивання використовують мелені вогнетривкі матеріали - основні (магнезит) абокислі (кварцит).
Оскільки плавка в індукційній печі відбувається дуже швидко, шихта длянеї використовується, як правило, з високоякісного металобрухтувідомого складу. Перед плавкою відбувається точний розрахунок шихти позмістом вуглецю, сірки і фосфору, а також легуючих елементів. Шихтузавантажують у тигель таким чином, щоб вона щільно заповнювала весь об'ємтигля. Після завантаження шихти включають струм на повну потужність. У мірупроплавлення шихти завантажують, що залишилася. Потім на поверхню металузавантажують шлакоутворюючих суміш, що складається з вапна, магнезитовогопорошку і плавикового шпату. У процесі плавки шлак розкислють добавкамипорошку коксу і меленого розкислювача. По ходу плавки додають легуючіматеріали. Метал розкислють кусковим феросплавами і в кінці плавкиалюмінієм.
В індукційних печах виплавляють, як правило, сталі і сплави складногохімічного складу.

Розливання стали

Розлив сталі в злитки.
З сталеплавильного агрегату сталь випускається в сталерозливних ківш,призначений для короткочасного зберігання і розливу сталі.
Сталерозливних ківш (рис) має форму усіченого конуса з великимпідставою вгорі. Ківш має зварний кожух, зсередини футерують вогнетривкимшамотною цеглою. Переміщують ківш з допомогою мостового крана або наспеціальної залізничної візку.
Сталь з ковша розливають через один або дві склянки, розташованих уднище ковша. Отвір закривають або відкривають зсередини вогнетривкої пробкоюза допомогою стопора.
Ємність сталерозливних ковшів досягає 480 т.
У сталеплавильних цехах сталь з ковша розливають або в виливниці, абона машинах безперервного розливання.

Малюнок 10 Загальний вигляд сталерозливних ковша:

1 - цапфа; 2 - носок для зливу шлаку 3 - стопор; 4 - скоба для кантуванняковша

Малюнок 11 Схема розливання сталі по изложницам

A - розливання зверху: 1 - сталерозливних ківш; 2 - виливниці; 3 - піддон;
Б - розливання сифоном: 1 - сталерозливних ківш; 2 - центровий трубка; 3

- прибуткова надставка; 4 - виливниці; 5 - піддон; 6 - сифонні трубки

Шляхи підвищення якості сталі

Безперервне розвиток техніки представляє все більш високі вимоги доякості сталі.
Численні способи одержання металів високої якості мо