Получение стали

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………….…………..3

1. Производство стали в конвертерах……………………………………... 4

1.1.Кислородно-конвертерный процесс………...……………………….5

1.1.1.Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой…..5

1.1.2. Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой…...7

1.1.3. Конвертерный процесс с комбинированной продувкой….…8

2. Производство стали в мартеновских печах……………………………..9

3. Производство стали в электропечах. …………………………………..12

3.1 Выплавка стали в  электродуговых печах…………………........…..13

3.2. Плавка стали в индукционной  печи……………………………….13

Заключение. ………………………………………………………………..16

Библиографический список……………………………………………….17

 

ВВЕДЕНИЕ

Сталь (от нем. Stahl) — конструкционный материал, обладающий комплексом уникальных физико-технических, технологических и эксплуатационных свойств, деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом и другими элементами. Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

В наше время сталь, благодаря оптимальному соотношению цены и качества, хорошей способности к утилизации, находит широкое применение во всех важнейших отраслях промышленности: строительстве высотных зданий, энергетике, экологической технике, транспорте, машино- и мостостроении, автомобилестроении и бытовой технике.

Непрерывно совершенствующиеся технологические процессы позволяют  предлагать на рынок разнообразные, удовлетворяющие конкретным требованиям  заказчика, марки стали. Регистр  европейских сталей, согласно 11-му изданию  справочника ”Stahl-Eisen”, содержит в настоящее время 2198 марок стали.

Объем производства стали  в мире растет из года в год и  существенно превосходит объем  производства любого другого конструкционного материала. Сегодня сталь производится более чем в ста странах мира.

Сталь может производиться тремя методами: конверторным, мартеновским, электроплавкой.

 

 

 

 

 

1. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КОНВЕРТЕРАХ

Конвертерное производство - получение стали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава.

Конвертор представляет собой  стальной сосуд грушевидной  формы, выложенный внутри огнеупорной кладкой  толщиной 275—400 мм (рис.1).

 

Рис. 1. Конвертор для выплавки стали из чугуна:

1 - чугун; 2 - набойка; 3 - воздух; 4 - дутье; 5 - фурмы для подачи воздуха в металл

Изобретателем конверторного  способа получения стали считают  англичанина Г. Бессемера, впервые  предложившего и осуществившего в 1854—1856 гг. получение стали без  расхода топлива, путем продувки воздуха через расплавленный  чугун. Предложенный Г. Бессемером способ производства стали совершенствовался, видоизменялся другими изобретателями и производственными коллективами. Так возникли и получили применение томасовский процесс, русский процесс  и многие другие. В настоящее время  конверторные способы с применением кислорода вновь получают широкое распространение.

1. Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конверторный процесс  представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 м³.

Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране - кислородно-конверторного).

В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т,

продолжительность плавки в  которых составляет 30 - 50 мин.

Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до

30 %, возможность выплавки  широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции.

 

1. Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой

Конвертер имеет грушевидную  форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной

части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона.

Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих  цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360⁰ со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для большегрузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую

цапфу

                             

 Рис. 2. Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска  стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.

      Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24 минуты).

Характерной особенностью кислородно-конвертерного  производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью  современных мощных компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах (состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

 

2. Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой

В середине 60-х годов опытами  по вдуванию струи кислорода, окруженной слоем углеводородов, была показана возможность через днище без разрушения огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конвертерной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.

Основное отличие конвертеров  с донной продувкой от конвертеров  с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21 фурм в зависимости от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертера в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.

В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания  ванны, увеличивается поверхность металл-зарождения и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания  при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не представляет затруднений.

Преимущества процесса с  донной продувкой состоят в повышении  выхода годного металла на 1 - 2 %, сокращении длительности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов.

 

3. Конвертерный процесс с комбинированной продувкой

Тщательный анализ преимуществ  и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов, уменьшить расход

кислорода, повысить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

2. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ

Сущность мартеновского  процесса состоит в переработке  чугуна и металлического лома на поду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавления твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

Для обеспечения максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера  печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения  топлива в рабочем пространстве часть воздуха идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

В результате этого во время  плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe ₂O₃, MnO, CaO, P₂O₅, SiO₂ и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми

шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает  металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного  мартеновского процесса состоят, как  и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применятся в  жидком виде или в чушках. Соотношение  количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и  экономических условий.

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс  делиться на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 - 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.

                             

Рис. 3. Схема мартеновской печи

1, 7 - регенераторы; 2 - расплавленные  шлак и металл; 3 - завалочные окна;

4. - рабочее пространство; 5 - свод; .6 – под

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Электросталеплавильное  производство - это получение качественных и высококачественных сталей в электрических печах, обладающих существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами.

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате преобразовании электроэнергии в тепловую при горении электрической дуги либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов.