Главная » КАМИНЫ, ПЕЧИ » 5.2. методы выплавки стали

5.2. методы выплавки стали

Чугун переделывается в сталь в разных по принципу деяния металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электронных печах.

Создание стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В первый раз после бессчетных попыток удалось получить на поду огненной печи водянистую сталь, потому что ранее таким методом получали сталь в тестообразном состоянии. Мартен применил для сталеплавильной печи принцип регенерации тепла отходящих печных газов для обогрева горючего и воздуха, подаваемого в печь.  В период до 70-х годов ХХ века являлся главным методом производства стали. Метод характеризуется сравнимо маленький производительностью, возможностью использования вторичного металла – железного скрапа. Вместимость печи составляет  200…900 т. Метод позволяет получать доброкачественную сталь.

Мартеновская печь (рис. 3) по устройству и механизму работы является огненной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное горючее либо мазут. Высочайшая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное место ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков фронтальной 5 и задней 10 стенами. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенам печи.  В фронтальной стене имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

5.2. методы выплавки стали

Мартеновская печь

Рис. 3. Схема мартеновской печи

Чертой рабочего места является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон.  Своды делают из  теплостойкого хромомагнезитового кирпича, что позволяет нагревать его до 1800 0С. Жаркий газ подают в печь по центральному каналу, воздух – по двум боковым. Потому с обоих торцов плавильного места размещены головки печи 2, которые служат для смешивания горючего с воздухом и подачи этой консистенции в плавильное место. В качестве горючего употребляют природный газ, мазут.

Для обогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в какой расположена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клеточку, который предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 0C. Через один из регенераторов подают воздух, который, проходя через насадку, греется до 1200 0C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом. На выходе из головки появляется факел 7, направленный на шихту 6.

Отходящие газы проходят через обратную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли,  направляются во 2-ой регенератор.

Охлаждённые газы покидают печь через дымовую трубу 8.

После остывания насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени добивается 1800 0C. Факел нагревает рабочее место печи и шихту. Факел содействует окислению примесей шихты при плавке.

Длительность плавки составляет 3…6 часов, для больших печей  – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стене на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают не достаточно спекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают безпрерывно, до остановки на полный ремонт – 400…600 плавок.

Зависимо от состава шихты, применяемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:

– скрап-процесс, при котором шихта состоит из железного лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс используют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

– скрап-рудный процесс, при котором  шихта состоит из водянистого чугуна (55…75 %), скрапа и стальной руды (15…30 % от массы железной части шихты). Металлическую руду добавляют для ускорения окисления примесей чугуна. Процесс используют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали  в шлаке преобладают главные оксиды, то процесс именуют главным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.

Наибольшее количество стали создают скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В печь загружают металлическую руду и известняк, а после обогрева подают скрап. Во время загрузки жестких материалов в печь расходуется наибольшее количество горючего для обеспечения резвого прогрева и расплавления шихтовых материалов. После разогрева скрапа в печь заливают водянистый чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа активно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и частично  углерод. Оксиды образуют шлак с высочайшим содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После чего проводят период «кипения» ванны: в печь загружают металлическую руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь горючего и воздуха и убирают шлак.

Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке растет, а FeO миниатюризируется.

В период «кипения» углерод активно окисляется, потому шихта должна содержать излишек углерода. На данном шаге металл доводится до данного хим состава, из него удаляются газы и неметаллические включения.

Потом проводят раскисление металла в два шага. Поначалу раскисление идет методом окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну раскислителей – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В главных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), не считая высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах шлак кислый и не содержит свободной извести. Как следует, удаления серы и фосфора в таковой печи не происходит, потому используют шихту с низким содержанием серы и фосфора. Выплавляют высококачественные стали и качественные легированные стали. Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений. Как следует, кислая сталь имеет более высочайшие механические характеристики, в особенности ударную вязкость и пластичность, её употребляют для особо ответственных деталей: коленчатых валов больших движков, роторов массивных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

–       производительность печи – съём стали с 1м2 площади пода в день (т/м2 в день), в среднем составляет 10 т/м2;

–       расход горючего на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей возрастает их финансовая эффективность.

Поглядите видеофильм «Выплавка стали в мртеновских печах».

Создание стали в кислородных конвертерах

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из водянистого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

1-ые опыты в 1933-1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил заглавие ЛД-процесс. В текущее время метод является главным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из железного листа, футерованный главным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т водянистого чугуна. Конвертер крепится в литом железном кольце, имеющем две цапфы, которыми оно опирается на подшипники 2-ух стоек, потому в процессе работы конвертер может  поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются  водянистый передельный чугун, металлической лом (менее 30 %),  известь для наведения шлака,  стальная руда, также боксит Al2O3 и плавиковый шпат CaF2 для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 4.

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, чинят.

Перед плавкой конвертер наклоняют, при помощи завалочных машин загружают скрап (рис. 4, а), заливают чугун  при температуре 1250…1400 0C (рис. 4, б).

5.2. методы выплавки стали

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородном конвертере

Рис. 4. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После чего конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 4, в), вовнутрь вводят охлаждаемую фурму и через неё подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Фурма не доходит до уровня металла на 1200…1400 мм, потому кислород подается на поверхность залитого в конвертер металла, а не вдувается под зеркало металла (как воздух в ранее используемых конвертерах). Сразу с началом продувки загружают известь, боксит, металлическую руду. Кислород просачивается в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и смешивание  со  шлаком.   Под  фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет  кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла  теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется сначала продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превосходить 0,15 %). При завышенном содержании фосфора для его удаления нужно сливать шлак и наводить новый, что понижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы   в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода кончают, когда содержание углерода в металле соответствует данному. После чего конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 4, г), где раскисляют осаждающим способом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, потом сливают шлак (рис. 4, д).

Недочетом кислородно-конвертерного метода получения стали является огромное пылеобразование, обусловленное обильным окислением и испарением железа.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с разным содержанием углерода,  кипящие и размеренные, также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т завершается через 25…30 минут.

Поглядите учебный видеофильм «Разработка выплавки стали в кислородных конвертерах».

Создание стали в электропечах

Плавильные электропечи имеют достоинства по сопоставлению с другими плавильными агрегатами:

а) просто регулировать термический процесс, изменяя характеристики тока;

б) можно получать высшую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и   вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием малого количества     неметаллических включений.

Электропечи употребляют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, особых сплавов и сталей.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Дуговая плавильная печь

Схема дуговой печи показана на рис. 5. Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электронный ток по кабелям 7. Меж электродом и железной шихтой  3 появляется электронная дуга.  Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в крепкий металлической кожух 4, снутри футерован главным либо кислым кирпичом 1. Плавильное место ограничено стенами 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стене корпуса имеется  рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод  11 для наклона в сторону рабочего окна для скачки шлака либо желоба для слива стали. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн.

5.2. методы выплавки стали

Схема дуговой плавильной печи

Рис. 5. Схема дуговой плавильной печи

В металлургических цехах употребляют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.

В основной дуговой печи осуществляется плавка 2-ух видов:

а) на шихте из легированных отходов (способом переплава);

б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. Шихта для таковой плавки обязана иметь меньше, чем в выплавляемой стали марганца и кремния, также пониженное содержание фосфора. После расплавления шихты из металла убирают серу, наводя основной шлак, по мере надобности науглероживают и доводят металл до данного хим состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак размельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте используют для производства конструкционных углеродистых сталей. Плавка проводится в два периода: окислительный и восстановительный.

В печь загружают шихту: металлической лом, чушковый передельный чугун, электродный бой либо кокс для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл скапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины интенсивно окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, отчасти, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, содействующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит предстоящее окисление углерода. Кипение металла ускоряет удаление из него газов, неметаллических включений, содействует удалению фосфора. Временами шлак убирают и добавляют руду и известь. Когда содержание углерода становится на 0,1 % меньше данного, кипение прекращают. После прекращения кипения убирают шлак.

Во время восстановительного периода плавки металл раскисляют белоснежным шлаком (известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций) и  приступают к удалению серы и раскислению металла до данного хим состава. Раскисление создают осаждением и диффузионным способом. Для определения хим состава металла берут пробы и по мере надобности вводят в печь ферросплавы для получения данного хим состава. Потом делают конечное раскисление алюминием  и силикокальцием, и выпускают сталь в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

В дуговых печах выплавляют качественные углеродистые стали – конструкционные, инструментальные, жаростойкие и жаропрочные.

Индукционные тигельные плавильные печи

В индукционных плавильных печах выплавляют более высококачественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы, к которым предъявляются завышенные требования.

Вместимость -  от 10-ов кг до 30 тонн.

Индукционные печи могут оснащаться системами для сотворения вакуума либо контролируемых атмосфер.

Потому что в индукционных печах тепло появляется в металле, шлак в их греется только через металл.

Схема индукционной тигельной печи представлена на рис. 6.

5.2. методы выплавки стали

Схема индукционной тигельной печи

Рис. 6. Схема индукционной тигельной печи

Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, снутри которого находится тигель 4 (главные либо кислые огнеупорные материалы) с железной шихтой, через индуктор от генератора высочайшей частоты проходит однофазовый переменный ток завышенной частоты (500…2000 Гц).

При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются массивные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения утрат тепла печь имеет съёмный свод 2.

Тигель изготавливают из кислых (кварцит) либо главных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного жёлоба.

Под действием электрического поля индуктора при плавке происходит насыщенная циркуляция водянистого металла, что содействует ускорению хим реакций, получению однородного по хим составу металла, резвому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.

Выплавка стали из чугуна в индукционных печах распространения не получила, потому что окисление и рафинирование при помощи шлака в их практически нереально.

В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов способом переплава, либо из незапятнанного шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов способом сплавления.

После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения теплопотерь металла и уменьшения угара легирующих частей, защиты его от насыщения газами.

При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака наводят шлак из боя стекла (SiO2). Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.

В главных печах раскисление проводят консистенцией из пылеобразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.

В главных печах выплавляют качественные легированные стали с высочайшим содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные легированные другими элементами стали.

В печах можно получать стали с малозначительным содержанием углерода и безуглеродистые сплавы, потому что нет науглероживающей среды.

При вакуумной индукционной плавке,  индуктор, тигель, дозатор шихты и изложницы помещают в вакуумные камеры. Получают сплавы высочайшего свойства с малым содержанием газов, неметаллических включений и сплавы, легированные хоть какими элементами.

Поглядите учебный видеофильм «Оборудование электросталеплавильного цеха».

Также советуем прочитать:


Комментариев пока нет

Оставить отзыв

Вы должны авторизироваться Войти для комментирования

rss