Производство стали

НМетАУ

               Национальная Металлургическая Академия Украины

                          Кафедра технологического
                               проектирования



                               Курсовая работа

                  По дисциплине "Введение в специальность"
                        На тему: "Производство стали"



                                                           Выполнил:

                           Студент группы ПМ - 99
                                                         Брез А. П.
                                                          Проверил:
                                                               Проф.  Друян
                                    В. М.



                                 Содержание
                                                                           .
|                                                           |стр |
|Введение                                                   |3   |
|Производство стали                                         |3   |
|Шлаки сталеплавильных процессов                            |3   |
|Основные реакции сталеплавильных процессов                 |4   |
|Окисление углерода                                         |4   |
|Окисление и восстановление Mn                              |5   |
|Окисление и восстановление Si                              |5   |
|Окисление и восстановление P                               |5   |
|Десульфация стали                                          |5   |
|Газы в стали                                               |6   |
|Раскисление стали                                          |6   |
|Производство стали в конвертерах                           |7   |
|Кислородно-конвертерное процесс с верхней продувкой        |8   |
|Кислородно-конвертерное процесс с донной продувкой         |10  |
|Конвертерный процесс с комбинированной продувкой           |10  |
|Производство стали в мартеновских печах                    |11  |
|Производство стали в электропечах                          |12  |
|Выплавка стали в кислых электродуговых печах               |13  |
|Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах|13  |
|                                                           |14  |
|Плавка стали с рафинированием в ковше печным шлаком        |14  |
|Плавка стали в индукционной печи                           |15  |
|Разливка стали                                             |15  |
|Разливка стали в слитки                                    |15  |
|Пути повышения качества стали                              |16  |
|Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата    |18  |
|Производство стали в вакуумных печах                       |18  |
|Производство стали в индукционных печах                    |19  |
|Производство стали в вакуумных дуговых печах               |20  |
|Плазменно-дуговая плавка                                   |21  |
|Заключение                                                 |22  |
|9.   Список рекомендуемой литературы                       |    |



Введение:

    Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые
человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши  дни
трудно найти такую  область  производства,  научно-технической  деятельности
человека или просто его быта, где металлы не играли бы  главенствующей  роли
как конструкционного материала.
    Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные.  К
группе черных металлов относятся железо и его сплавы,  марганец  и  хром.  К
цветным относятся почти все остальные металлы периодической  системы  Д.  И.
Менделеева.
    Железо и его сплавы являются основой современной технологии и  техники.
В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте  и  не  уступит
его еще долгое время, несмотря на то,  что  цветные  металлы,  полимерные  и
керамические  материалы находят все большее применение. Железо и его  сплавы
составляют  более  90   %   всех   металлов,   применяемых   в   современном
производстве.
    Самым важнейшим из сплавов  железа  является  его  сплав  с  углеродом.
Углерод придает  прочность  сплавам  железа.  Эти  сплавы  образуют  большую
группу чугунов и сталей.

    Сталями называют сплавы железа  с  углеродом,  содержание  которого  не
превышает  2,14  %.  Сталь  –   важнейший   конструкционный   материал   для
машиностроения, транспорта и т. д.


    Сталеплавильное  производство  –  это  получение  стали  из  чугуна   и
стального  лома  в  сталеплавильных  агрегатах   металлургических   заводов.
Сталеплавильное   производство    является    вторым    звеном    в    общем
производственном  цикле  черной  металлургии.  В   современной   металлургии
основными  способами  выплавки   стали   являются   кислородно-конвертерный,
мартеновский и  электросталеплавильный  процессы.  Соотношение  между  этими
видами сталеплавильного производства меняется.

    Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь
получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна  –
углерода,  кремния,   марганца   и   фосфора.   Отличительной   особенностью
сталеплавильных  процессов   является   наличие   окислительной   атмосферы.
Окисление  примесей  чугуна  и  других  шихтовых  материалов  осуществляется
кислородом,  содержащимся  в  газах,  оксидах  железа  и   марганца.   После
окисления примесей, из металлического  сплава  удаляют  растворенный  в  нем
кислород,  вводят  легирующие   элементы    и   получают   сталь   заданного
химического состава.
  [pic]

                             Производство стали

  Шлаки сталеплавильных процессов.
  Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика.  Шлаковый
режим,  определяемый  количеством  и  составами  шлака,  оказывает   большое
влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и  производительность
сталеплавильного  агрегата.   Шлак   образуется   в   результате   окисления
составляющих части шихты, из оксидов  футеровки  печи,  флюсов  и  руды.  По
свойствам шлакообразующие компоненты можно  разделить  на  кислотные  (SiO2;
P2O5; TiO2; V2O5 и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и  др.)  и  амфотерные
(Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; V2O3 и др.)  оксиды.  Важнейшими  компонентами  шлака,
оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2  и  CaO.

  Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

  1. Связывает все оксиды (кроме СО),  образующиеся  в  процессе  окисления
     примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и  сера,
     происходит только после их окисления и обязательного перехода  в  виде
     оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть  надлежащим
     образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;
  2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком  кислорода  из
     печной атмосферы к жидкому металлу;
  3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через  шлак  происходит
     передача тепла металлу;
  4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.

  Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от  таких  вредных  примесей,
как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в  металле
марганца, хрома и некоторых других элементов.
  Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять  свои  функции,  он  должен  в
различные периоды сталеплавильного процесса  иметь  определенный  химический
состав и необходимую текучесть (величина  обратная  вязкости).  Эти  условия
достигаются использованием в качестве шихтовых материалов  плавки  расчетных
количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата,  боксита
и др.
                                    [pic]

                 Основные реакции сталеплавильных процессов.

  Сталь получают из чугуна и лома методом окислительного рафинирования  (т.
е. очищения). Кислород для окисления содержащихся в них примесей  (углерода,
марганца, кремния, фосфора и др.)  поступает  либо  из  атмосферы,  либо  из
железной руды или других окислителей, либо при продувки  ванны  газообразным
углеродом.

  Окисление углерода. Особенность окисления углерода заключается в том, что
продуктом этой реакции  является  газообразный  СО,  который,  выделяясь  из
металлической ванны в виде пузырей, создает  впечатление  кипящей  жидкости.
Реакцию  окисления  углерода,  растворенного  в  металле  можно  написать  в
следующем виде:
  [C] + [O] = {CO};     K = [pic]
  где [C]; [O] - концентрации растворенных в металле углерода и кислорода.
  Как следует  из  уравнения  для  константы,  при  заданном  значении  рсо
произведение концентрации углерода и растворенного кислорода  есть  величина
постоянная. Следовательно, от  концентрации  углерода  зависит  концентрация
кислорода в металле. Чем  выше  содержание  углерода  в  металле,  тем  ниже
содержание кислорода в нем и наоборот.

  Окисление и восстановление марганца.  Марганец  как  элемент,  обладающий
высоким сродством к кислороду, легко окисляется как при кислом,  так  и  при
основном  процессах.  Реакции  окисления  и  восстановления  марганца  можно
представить следующим образом:
  [Mn] + [O] [pic](MnO);   [Mn] + (FeO) [pic](MnO) + [Fe]

Как  показывают  расчетные  и   экспериментальные   данные,   с   повышением
температуры   и   основности   шлака   концентрация   марганца   в   металле
увеличивается.  Это  указывает  на  то,  что  реакция   окисления   марганца
достигает равновесия, и окислительный процесс  сменяется  восстановительным.
Поскольку почти  все  стали  содержат  марганец,  то  его  восстановление  в
процессах плавки - явление желательное.

  Окисление  и  восстановление  кремния.  Кремний  обладает   еще   большим
сродством к кислороду, чем марганец, и практически полностью окисляется  уже
в период плавления. Окисление кремния происходит по реакциям:

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

  При плавке под основным шлаком SiO2 связывается в прочный силикат кальция
(CaO)2•SiO2, что обеспечивает почти полное окисление кремния,  содержащегося
в шихте. При кислом  процессе  поведения  кремния  иное:  при  горячем  ходе
кислого процесса имеет место интенсивное восстановление кремния.

  Окисление и восстановление  фосфора.  Фосфор  в  стали  является  вредной
примесью,  отрицательно  влияющей  на  ее  механические  свойства.   Поэтому
содержание фосфора в стали в зависимости  от  ее  назначения  ограничивается
пределом 0,015 - 0,016 %.  Окисление  фосфора  можно  представить  следующим
образом:

  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.

  Уравнение константы можно записать в следующем виде:

  K = [pic]

  Откуда коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком:

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

  Десульфация стали. Сера, также как и фосфор, является вредной примесью  в
стали. Удаление серы можно представить в виде реакции

  Feж + [S] +(CaO) = (CaS) + (FeO).

  Уравнение для константы имеет вид:

  К = [pic]



  Коэффициент распределения серы

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

  Из уравнения следует, что повышение основности  и  снижение  окисленности
шлака  способствует  десульфации.   Положительную   роль   оказывает   также
повышение температуры металла  и  активное  перемешивание  ванны.  Повышению
степени удалении серы  способствуют  элементы,  образующие  сульфиды,  более
прочные, чем сульфид железа.  К  таким  элементам  относятся  редкоземельные
металлы.

  Газы в стали. Газы (кислород, водород и азот) содержаться в любой  стали.
Газы даже при содержании их в сотых  и  тысячных  долях  процента  оказывают
отрицательное влияние на свойства металла.
  Растворимость кислорода в стали характеризуется реакцией: [pic].
  В готовом металле содержание кислорода должно быть минимальным.
  Растворимость водорода и азота в металле починяется закону Стивенса:

  [pic]; [pic], где pH и pN  -  парциальные  давления  газов;  KH  и  KN  -
растворимость водорода и азота  при  парциальном  давлении  соответствующего
газа равном, 0,1 МПа.
  Уменьшение растворимости при переходе из жидкого в твердое состояние  при
кристаллизации стали вызывает  выделение  газов  из  металла,  что  является
причиной образования ряда  дефектов,  например,  флокенов[1],  пористости  в
слитках готовой стали и т. п. В присутствии некоторых  элементов  в  металле
могут образовываться их соединения с азотом - нитриды.  Наличие  нитридов  в
кристаллической структуре многих  сталей  отрицательно  влияет  на  свойства
металла.
  Азот и водород успешно удаляются из жидкой  стали  в  результате  реакции
окисления углерода. Образующийся по этой реакции СО, собирается в  пузырьки,
которые  вырываются  на  поверхность  металла,  пробивают  находящийся   под
металлов слой жидкого шлака  и  выходят  в  атмосферу.  В  результате  этого
создается впечатление кипения жидкой ванны.
  Всплывающие пузырьки СО захватывают по пути  вверх  некоторое  количество
других газов - H2 и N2 (рис 1).
  Чем энергичнее протекает кипение металла, тем меньше содержание  газов  и
тем лучше качество металла. Для удаления H2 и N2 применяют  также  вакуумную
обработку, продувку ванны нейтральным газом (аргоном) и др.

                                              Рис. 1 Схема удаления газов из

                                          жидкого металла в процессе кипения
  Раскисление стали. Для снижения содержания кислорода в стали проводят  ее
раскисление.  Это,  как  правило,  последняя  и  ответственная  операция   в
процессе выплавки стали.  Раскисление  -  это  процесс  удаления  кислорода,
растворенного в стали, путем связывания его  в  оксиды  различных  металлов,
имеющих большее сродство к кислороду, чем железо.
  Наиболее распространенными раскислителями являются  марганец  и  кремний,
используемые в виде ферросплавов, и алюминий.
  Реакции раскисления можно представить следующим образом:

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

  В зависимости от условий  ввода  раскислителей  в  металл  различают  два
метода раскисления: глубинное (или осаждающее) и диффузионное раскисление.
  При глубинном раскислении раскислители вводят в глубину металла.  В  этом
случае требуется определенное время для того, чтобы продукты  раскисления  -
оксиды кремния, марганца, алюминия всплыли в шлак. При диффузном  раскилении
раскислители в тонко измельченном виде попадают в шлак, покрывающий  металл.
Сначала в этом случае происходит раскисление шлака,  а  снижение  содержания
кислорода в металле происходит за счет его перехода из металла  в  шлак,  т.
е. [O] ==> (O).  При  диффузионном  раскислении  не  происходит  загрязнение
металла неметаллическими включениями - продуктами раскисления.
  Для более глубокого раскисления применяют  обработку  жидкого  металла  в
вакууме или синтетическими шлаками.
  В зависимости от  степени  раскисления  различают  спокойную,  кипящую  и
полуспокойную сталь.
  Спокойная сталь - это сталь,  полностью  раскисленная,  т.  е.  благодаря
вводу большого количества раскислителей весь кислород в  стали  находится  в
связанном с элементом-раскислителем  состоянии.  При  разливки  такой  стали
газы не выделяются, и она застывает спокойно.
  Кипящая сталь - это сталь, частично раскисленная марганцем. При  разливке
в слитки она бурлит (кипит) благодаря выделению пузырьков  оксида  углерода,
образующихся по реакции: [C] + [O] = {CO}.
  Полуспокойная сталь - это сталь,  по  степени  раскисленности  занимающая
промежуточное место между кипящей и спокойной.
  Полуспокойную сталь ракисляют частично в печи (марганцем) и затем в ковше
(кремнем, алюминием).
  [pic]

                      Производство стали в конвертерах.

  Кислородно-конвертерный 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.
  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-конвертерного).
  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.



  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 горизонтально оси на 360о со скоростью  от  0,01  до  2  об/мин.  Для
больше  грузных  конвертеров  емкостью  от  200  т  применяют  двухсторонний
привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу
                                    [pic]

    Рисунок 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.
                                    [pic]

 Рисунок 3 Технологическая схема производства стали в кислородном конвертере


  Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит
из следующих  основных  периодов  (рис  3);  загрузки  металлолома,  заливки
чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и  шлака.

  Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают  в
наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин  лоткового
типа. Затем с помощью заливочных кранов  заливают  жидкий  чугун,  конвертер
устанавливают в вертикальное  положение,  вводят  фурму  и  включают  подачу
кислорода с чистотой не менее 99,5 % О2.  Одновременно  с  началом  продувки
загружают первую порцию шлакообразующих и  железной  руды  (40  -  60  %  от
общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер  в
процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего  5  -  7  минут
после начала продувки.
  На процесс рафинирования значительное влияние оказывают  положение  фурмы
(расстояние от конца фурмы до  поверхности  ванны)  и  давление  подаваемого
кислорода. Обычно высота фурмы  поддерживается  в  пределах  1,0  -  3,0  м,
давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно  организованный  режим  продувки
обеспечивает хорошую циркуляцию  металла  и  его  перемешивание  со  шлаком.
Последнее  в  свою  очередь  способствует   повышению   скорости   окисления
содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.
  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). Формирование шлака необходимой основности  и  заданными  свойствами
зависит от скорости растворения извести в  шлаке.  На  скорость  растворения
извести в шлаке влияют такие факторы, как состав  шлака,  его  окисленность,
условия  смачивания  шлаком  поверхности   извести,   перемешивание   ванны,
температурный режим, состав чугуна и т. д.  Раннему  формированию  основного
шлака  способствует  наличие   первичной   реакционной   зоны   (поверхность
соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500о. В  этой
зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой  температуры  и
шлака с  повышенным  содержанием  оксидов  железа.  Количество  вводимой  на
плавку  извести  определяется  расчетом  и  зависит  от  состава  чугуна   и
содержания  SiO2  руде,  боксите,  извести  и  др.  Общий   расход   извести
составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %,  плавикового
штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.
  Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала  продувки.  При
этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется  кремний  и  марганец.
Это  объясняется  высоким  сродством  этих   элементов   к   кислороду   при
сравнительно низких температурах (1450 - 1500о С и менее).
  Окисление  углерода  в  кислородно-конвертерном  процессе  имеет   важное
значение,  т.   к.   влияет   на   температурный   режим   плавки,   процесс
шлакообразования  и  рафинирования  металла  от  фосфора,  серы,   газов   и
неметаллических включений.
  Характерной особенностью кислородно-конвертерного  производства  является
неравномерность окисления углерода как по объему  ванны,  так  и  в  течении
продувки.
  С первых минут продувки одновременно  с  окислением  углерода  начинается
процесс дефосфорации  -  удаление  фосфора.  Наиболее  интенсивное  удаление
фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой  температуры
металла,  высоком  содержании  в  шлаке  (FeO);  основность  шлака   и   его
количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный  процесс  позволяет
получить    < 0,02 % Р в готовой стали.
  Условия для удаления серы  при  кислородно-конвертерном  процессе  нельзя
считать  таким  же  благоприятным,  как  для   удаления   фосфора.   Причина
заключается в  том,  что  шлак  содержит  значительное  количество  (FeO)  и
высокая основность  шлака  (>  2,5)  достигается  лишь  во  второй  половине
продувки.  Степень  десульфурации   при   кислородно-конвертерном   процессе
находится в пределах 30 - 50 % и содержание серы в готовой стали  составляет
0,02 - 0,04 %.
  По  достижении  заданного  содержания  углерода  дутые  отключают,  фурму
поднимают,  конвертер  наклоняют  и  металл  через  летку  (для   уменьшения
перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.
   Полученный металл  содержит  повышенное  содержание  кислорода,  поэтому
заключительной  операцией  плавки  является  раскисление  металла,   которое
проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом  стали
по  специальному  поворотному  желобу  в  ковш   попадают   раскислители   и
легирующие добавки.
  Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный
на шлаковозе под конвертером.
  Течение кислородно-конвертерного процесса  обусловливается  температурным
режимом и регулируется изменением количества дутья и введением  в  конвертер
охладителей - металлолома, железной руды,  известняка.  Температура  металла
при выпуске из конвертера около 1600о С.
  Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное  количество
отходящих газов. Для использование тепла отходящих газов и  отчистки  их  от
пыли за каждым конвертером  оборудованы  котел-утилизатор  и  установка  для
очистки газов.
  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.).

  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.
  Условия удаления серы при донной продувке  более  благоприятны,  чем  при
верхней. Это также связанно с  меньшей  окисленностью  шлака  и  увеличением
поверхности контакта газ -  металл.  Последнее  обстоятельство  способствует
удалению части серы в газовую фазу в виде SO2.
  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.


  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.
                                    [pic]

                   Производство стали в мартеновских печах

  Сущность  мартеновского  процесса  состоит   в   переработке   чугуна   и
металлического лома на паду отражательной печи. В  мартеновском  процессе  в
отличие  от  конвертерного  не  достаточно  тепла   химических   реакций   и
физического  тепла  шихтовых  материалов.  Для  плавление  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 обеспечение максимального использования подаваемого  в  печь  топлива
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,
Fe2O3, 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. [pic]

Рисунок 4

  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.
                                    [pic]

              Рисунок 5 Схема двухванной сталеплавильной печи:

                       1 – топливно-кислородные фурмы;
        2 – фурмы для вдувания твердых материалов; 3 – свод печи; 4 –
                            вертикальные каналы;
                       5 – шлаковики; 6 – подины печей
                                    [pic]

                      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.
  В отличие от конвертерного и мартеновского процессов  выделение  тепла  в
электропечах не связанно с потреблением  окислителя.  Поэтому  электроплавку
можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной  и
в  широком  диапазоне  давлений  -  в  условиях  вакуума,  атмосферного  или
избыточного  давления.   Электросталь,   предназначенную   для   дальнейшего
передела, выплавляют, главным образом в дуговых печах с основной  футеровкой
и в индукционных печах.
                                    [pic]

         Рисунок 6 Схема рабочего пространства дуговой электропечи:

               1 – куполообразный свод; 2 – стенки; 3 – желоб;
       4 – сталевыпускное отверстие; 5 – электрическая       дуга; 6 –
       сферический под; 7 – рабочее окно; 8 – заслонка; 9 – электроды


  Дуговые печи бывают различной емкости (до 250  т)  и  с  трансформаторами
мощностью до 125 тысяч киловатт.
  Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга,  возникающая
между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении  к  электродам
электрического  тока  необходимой  силы.  Дуга  представляет   собой   поток
электронов, ионизированных  газов  и  паров  металла  и  шлака.  Температура
электрической дуги превышает 3000о С. Дуга, как  известно,  может  возникать
при постоянном и постоянном токе. Дуговые печи работают на переменном  токе.
При горении дуги между электродом и металлической  шихтой  в  первый  период
плавки, когда катодом является электрод,  дуга  горит,  т.  к.  пространство
между электродом и шихтой  ионизируется  за  счет  испускания  электронов  с
нагретого  конца  электрода.  При   перемене   полярности,   когда   катодом
становится шихта - металл, дуга гаснет, т. к. в начале плавки металл еще  не
нагрет  и  его  температура  недостаточна  для   эмиссии   электронов.   При
последующей перемене полярности дуга вновь возникает,  поэтому  в  начальный
период плавки дуга горит прерывисто, неспокойно.
1 – электрод
2 – головка электродержателя
3 – свод
4 – подвеска свода
5 – сводное кольцо
6 – цилиндричекий кожух
7 – рабочая площадка
8 – механизм наклона печи
9 – желоб для слива сталей
  [pic]

Рисунок 7 Дуговая сталеплавиль-ная печь.

  После расплавлении шихты, когда ванна покрывает ровным слоем шлака,  дуга
стабилизируется и горит ровно.

  Выплавка стали в кислых электродуговых печах
  Электродуговые печи с кислой футеровкой обычно используются при  выплавке
стали для фасонного литья. Емкость их составляет от 0,5 до 6,0-10 т.  Кислая
футеровка более термостойкая  и  позволяет  эксплуатировать  печь  с  учетом
условий прерывной работы многих литейных цехов  машиностроительных  заводов.
Основным недостатком печей с кислой футеровкой является  то,  что  во  время
плавки из  металла  не  удаляются  сера  и  фосфор.  Отсюда,  очень  высокие
требования к качеству применяемой шихты по содержанию этих примесей.
  Плавление в кислой печи длится примерно так же, как в основной печи  (50-
70 мин). В окислительный период удалятся меньшее количество углерода (0,1  -
0,2 %) и из-за повышенного содержания FeO в шлаке металл кипит без  присадок
железной руды. Содержание  SiO2  в  шлаке  к  концу  окислительного  периода
повышается до 55 - 65 %.  Когда  металл  нагрет,  начинается  восстановление
кремния по реакции:
  (SiO2) + 2[C] = [Si] + 2COгаз

  К концу окислительного процесса содержание Si в металле увеличивается  до
0,2 - 0,4 %. Раскисление стали перед выпуском может проводиться как в  печи,
так и в конце.



  Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах.
  Одношлаковый процесс. Технология выплавки  стали  под  одним  шлаком  без
восстановительного   периода   применяется   для   выплавки    мартеновского
сортамента  сталей.  После  окончания  проведения  окислите1льного   периода
присаживают  силикомарганец  и  феррохром  в  необходимом   количестве   для
получения требуемого химического состава данной марки стали,  улучшают  шлак
добавкой извести,  флюсов.  Затем  сталь  выпускают  в  ковш,  где  проводят
окончательное раскисление и легирование.
[pic]

Рисунок   8   Технологическая   схема   производства   стали    в    дуговой
сталеплавильной печи

  Плавка с рафинированием в ковше печным шлаком.
  Применяется на печах емкостью 100 - 200 т. После окончания окислительного
периода и раскисления металла наводят новый шлак с высоким содержанием  СаО.
В течение 40 - 60 мин шлак раскисляют молотым коксом и ферросилицием.  Перед
выпуском в шлак дают CaF2. Высокое (10 - 20 %) содержание CaF2  обеспечивает
высокую  рафинирующую  способность  шлака.  При  выпуске  из  печи   вначале
выпускают в ковш жидкий шлак и затем  мощной  струей  металл.  Перемешивание
металла со шлаком обеспечивает высокую  степень  рафинирования  от  примесей
(от серы) и неметаллических включений. Одной из форм рафинирования  стали  в
ковше можно считать технологию синтетических шлаков на основе СаО  -  Al2O3.
В этом случае требуются дополнительные затраты для плавления шлака.

  Плавка стали в индукционной печи.
  В индукционных печах для выплавки  металла  используется  тепло,  которое
выделяется  в  металле  за  счет  возбуждения  в  нем  электрического   тока
переменным магнитным полем. Источником магнитного поля в  индукционной  печи
служит индуктор. Проводящая электрический ток  шихта,  помещенная  в  тигель
печи, подвергается воздействию переменного магнитного поля, возникающего  от