Конвертерный способ производства стали

Содержание
  1. Кислородный конвертер: устройство, технология выплавки стали
  2. Различия двух способов
  3. Принцип бессемеровского способа
  4. Особенности и секреты процесса
  5. Кислородный конвертер
  6. Разновидности кислородно-конвертерного способа
  7. Технология кислородно-конвертерного способа
  8. Достоинства и недостатки кислородно-конвертерного способа
  9. Область применения конвертерных видов стали
  10. Производство стали в кислородных конвертерах
  11. Принцип томасовского способа
  12. Кислородно конвертерный способ получения стали
  13. Современный процесс производства стали
  14. Бессемеровский способ
  15. Получение в мартеновских печах
  16. Электротермический способ
  17. Конвертерный метод
  18. Сталь
  19. Варианты технологий выплавки стали в открытых дуговых печах. Методы плавки стали в дуговых печах
  20. Вакуумно-дуговая, плазмо-дуговая и электронно-лучевая переплавка
  21. Конвертерное производство стали
  22. Томасовский способ
  23. Кислородно-конвертерный способ производства стали

Кислородный конвертер: устройство, технология выплавки стали

Конвертерный способ производства стали

В конвертерном производстве применяются специальные сталеплавильные агрегаты, называемые конвертерами. Производство стали осуществляется путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом.

Данный металл содержит различные примеси, в том числе кремний, углерод и марганец. Примеси окисляются под действием кислорода и удаляются из расплава. Основным преимуществом конвертерного способа является то, что для работы сталеплавильного устройства не требуется топливо.

Сталь расплавляется под действием тепла, которое выделяют окисляющиеся примеси.

Различия двух способов

Вышеупомянутое производство подразделяется на бессемеровский и томасовский процессы. Различия между ними в основных составляющих футеровках конвертеров.

Бессемеровский путь выплавки стали позволяет использовать низкое содержание фосфора и серы. При томасовском способе, наоборот, чугун переплавляется посредством высокого содержания фосфора.

Суть кислородно-конвертерного производства заключается в выплавке стали посредством футеровки и продувки кислородом из жидкой чугунной основы. В обязательном порядке для этого используется водоохлаждающая форма.

Водоохлаждающая форма

В агрегатах кислород подается снизу. Этот метод наиболее распространен в России. Хотя в зарубежных странах нередко применяется и комбинированный способ продувки. В металлургии кислородно-конвертерный метод выплавки признан практически одним из самых эффективных по нескольким параметрам:

  • Воспроизведение одного сталеплавильного агрегата превышает в мощности иные способы в несколько тон.
  • В большегрузных конвертерах воспроизведение достигает порядка 500 тонн за 1 час.
  • Затратные средства значительно ниже, чем при ином производстве.
  • Довольно экономное обустройство любого цеха, даже в независимости от мощности плавильных агрегатов.
  • Простота процесса состоит в автоматизации метода выплавки стали.

Благодаря тому, что используется чистый кислород, сталь, получаемая на выходе, не имеет высокого содержания азота. Это позволяет использовать материал в широких спектрах малой промышленности. Важно и то, что сравнительная безопасность для здоровья, позволяет задействовать специалистов среднего звена.

Возможность предоставить работу большему количеству населения

Принцип бессемеровского способа

Впервые массовое получение жидкой стали стало возможным в 1856 году благодаря Г. Бессемеру – изобретателю из Англии. Он придумал, как нагреть металл до температуры, превышающей 1500°С. Именно такая температура необходима для того, чтобы расплавить металл с пониженным содержанием углерода.

Бессемеровский процесс предусматривает продувку расплава атмосферным воздухом. Для этих целей применяются конвертеры, у которых внутренняя часть камеры сгорания защищена динасовым кирпичом. Благодаря такой защите бессемеровский способ называют кислой футеровкой конвертера.

Плавка в бессемеровском сталеплавильном агрегате осуществляется путем заливки чугуна при температуре 1250–1300°С. Следует заметить, что для выплавки бессемеровских чугунов требуются железные руды с низким содержанием серы и фосфора.

Залитый чугун продувают воздухом, в результате чего происходит окисление углерода, марганца и кремния. При окислении образуются оксиды, формирующие кислый шлак. Продувку воздухом заканчивают после того, как углерод окислится до требуемых значений.

Далее металл через горловину сливают в ковш, попутно его окисляя. У такого способа присутствует один существенный недостаток, заключающийся в невысоком качестве конечного продукта, который получается слишком хрупким за счет неполного удаления серы и фосфора.

Особенности и секреты процесса

От иных способов стального производства подобный метод отличается тем, что завязан на очень высоких скоростях. Весь метод, как правило, проходит буквально за 14–24 минуты. Высокие температуры позволяют задавать мгновенную скорость растворения извести в шлаковых содержимых.

Поэтому и выплавка стали в одном конвертере, включая весь процесс производства, не составляет более 30 минут. Важно отметить, что на качество основного процесса непосредственное влияние оказывает неравномерность окисления каждого из компонента, содержащегося в агрегате.

Ведущий принцип кислородно-конвертерного процесса обусловлен регулированием температурного режима и изменением количества продувок. Необходимое условие для эффективности выплавки – введение охладителей в качестве железной руды, металлолома, известняка.

Очистка пылевых отходов происходит при помощи котла-утилизатора. Все отходящие газы от процесса выплавки попадают в установку для их очистки. Все производство стали кислородным способом управляется мощными современными компьютерами.

Стоит отметить, что при донной продувке удельный объем готовой стали гораздо меньше, чем при верхней продувке. Именно при донном методе скорость получения готовой стали гораздо выше.

Технологии получения жидкой стали

Кислородный конвертер

Конвертерный способ производства стали

Для производства стали применяют три хорошо отработанных технологических процесса: мартеновский, кислородно-конвертерный, электроплавильный. Согласно статистике наибольшее количество стали в мире выплавляют, используя кислородный конвертер. На него приходится более 70% всей выплавляемой стали.

Кислородный конвертер

Основы этого метода были разработаны в начале тридцатых годов двадцатого века. Применять его приступили на австрийских заводах, расположенных в двух городах Линце и Донавице только в пятидесятые годы двадцатого века.

В зарубежной технической литературе по металлургии этот способ получения стали именуется буквами ЛД. Это название возникло из первых букв австрийских городов. У наших металлургов он именуется как кислородно-конвертерный.

Разновидности кислородно-конвертерного способа

В кислородных конвертерах технология выплавки происходит по одному из двух хорошо известных способов. Они носят имя своих создателей: томасовский и бессемеровский. Однако современные технологии шагнули далеко вперёд. Так содержание азота в томасовской и бессемеровской стали выше в три раза, чем в конвертерной или мартеновской.

Разница между ними заключается в реализации технологических решений и применяемого огнеупорного материала. В томасовском процессе достаточно сложно производить контроль над протеканием периодов плавки. Бессемеровский процесс позволяет производить продувку воздухом через дно самого конвертера.

По способу организации продувки кислородно-конвертерный процесс бывает: с верхней, нижней или донной, комбинированной продувкой.

Первый способ обеспечивает наилучшие условия следующих технологических процессов: подачи в конвертер кислорода для продувки, более эффективный вывод лишних газовых скоплений, удобную заливку жидкого чугуна, дополнительную загрузку металлического лома и других дополнительных материалов.

Конвертеры с нижней продувкой всегда сделаны с меньшим объемом, по сравнению с конвертерами, обладающими верхней продувкой. Для реализации продувки через дно в нижней части конвертера монтируют от семи до двадцати специальных устройств, называемых фурмами. Их количество зависит от объёма конвертера.

Монтируют эти устройства в той части дна, которая поднимается над уровнем расплавленного металла в момент наклона конвертера. После освобождения от содержимого осуществляется этап продувки. Существенно повышается скорость движения молекул углерода к поверхности. Это снижает общее содержание химического элемента в расплаве.

Таким образом, появляется возможность получать сталь, в которой процент содержания оставшегося углерода очень маленький.

Кроме углерода, удаётся получить лучшее удаление серы. Осуществляя продувку со стороны дна, удаётся повысить на 2% количество получаемого металла.

Последний способ позволяет объединить некоторые достоинства обоих методов и в то же время устранить некоторые имеющиеся недостатки. Продувка мощным потоком кислорода производиться сверху вниз.

Снизу вверх производят продувку инертным газом, например аргоном. Иногда для снижения общей стоимости вместо инертных газов применяют азот.

Применение комбинированной продувки позволяет добиться следующих положительных показателей:

  • увеличить объём выплавляемого металла;
  • процент добавляемого металлического лома может быть повышен;
  • добиться существенного снижения требуемых ферросплавов;
  • уменьшить требуемое количество кислорода для продувки;
  • снизить содержания различных газовых примесей, что позволяет повысить качество стали.

Технология кислородно-конвертерного способа

Устройство кислородного конвертера достаточно простое. По внешней форме конвертер выглядит как большой сосуд. Сверху он заканчивается сужающейся горловиной. Такая форма верхней части позволяет обеспечивать благоприятные условия для организации верхней продувочной системы.

Вся загрузка компонентов в конвертер осуществляется сверху. Принцип работы кислородного конвертера заключается в следующем: в него заливают расплавленный чугун (он служит топливом для кислородного конвертера), засыпают металлический лом, загружают дополнительные материалы.

В центральной части металлического корпуса конвертера располагается механизм поворота. С его помощью происходит наклон конвертера для слива готовой стали. В конвертерах, у которых объём превышает 200 тонн, применяют мощный двухсторонний привод.

Для этого используют четыре мощных электрических двигателя, по два с каждой стороны.

Кислородно-конвертерный способ

При выборе размера верхней горловины учитывают, что целесообразно производить загрузку исходного материала, например стального лома не по частям, а сразу весь объём. Это позволяет сократить общее время, которое требуется на весь технологический процесс.

Однако при увеличении размера горловины конвектора начинают увеличиваться общие тепловые потери. Происходит повышение содержания азота. Это происходит за счёт того, что через широкую горловину происходит самопроизвольное подсасывание дополнительного кислорода из окружающего воздуха. Вместе с кислородом попадает и азот.

Этот дополнительный азот растворяется в металле и приводит к снижению качества.

Во многих странах наиболее распространёнными являются конвертеры с объёмом от 20 тонн до 450 тонн. Продолжительность конвертерного процесса выплавки стали не превышает 50 минут.

Сохранение надёжности протекания химических реакций при конвертерном процессе выплавки стали происходит благодаря поддержанию температуры более 1400°C.

Для обеспечения этих условий металлический корпус конвертера внутри выкладывается огнеупорным материалом (обычно это специальный шамотный или тугоплавкий кирпич). На первом этапе производят загрузку кислородного конвертера.

После этого, приступают к подаче кислорода. Требуемое количество подаваемого воздуха для обеспечения одной плавки составляет 350 кубических метров.

Кислород с большой скоростью вступает в химическую реакцию с расплавленным чугуном. Это позволяет удалить избыточный углерод. Присутствующие в металле серу и фосфор одновременно превращают в шлак.

Такая технологическая цепочка позволяет остановить плавку в тот момент, когда уровень содержания углерода достигнет заданных технических условий.

Это позволяет получать довольно большую номенклатуру углеродистых сталей и добиваться низкого содержания серы, фосфора и других примесей.

Контроль происходящих процессов и качество металла, осуществляют методом периодического отбора проб. Они позволяют определить степень оставшегося в расплаве газообразного углерода.

Когда процент содержания углерода достигнет заданного, процесс продувки кислородом останавливают. По завершению технологической цепочки, сталь выливают в специальный ковш.

Оставшийся шлак удаляют через специальный слив в конвертере.

Особое внимание уделяется контролю количества и скорости подачи кислорода. Процент содержания кислорода регулируют введением в конвертер охладителей. Функции охладителей могут выполнять: металлолом, железная руда, известняк.

Схема кислородного конвертера

Всё равно в готовой стали всегда сохраняется определённый процент кислорода. Он вступает в реакцию окисления с железом. Таким образом образуется окись железа. Чтобы снизить содержание этой окиси (провести операцию восстановления железа), в ковш добавляют так называемые раскислители.

Если процесс так называемого раскисления произошел технологически правильно, в результате остывания отсутствует процесс выделения газов. Такую сталь металлурги называют спокойной. Для получения такой стали, в качестве раскислителей, в расплав добавляют сначала добавки на основе ферромарганца.

На конечном этапе добавляют ферросилиций. В конце плавки — обыкновенный алюминий.

Вся технологическая цепочка производства стали подразделяется на следующие этапы:

  • окисление присутствующих добавок;
  • последовательные химические реакции (сначала окисление кремния; затем марганца, на завершающем этапе углерода);
  • дефосфорация;
  • десульфурация;
  • шлаковое образование;
  • процесс общего раскисления.

Если весь кислород не был удалён, продолжается образование окиси железа. Кроме этого, при остывании продолжается химическая реакция взаимодействия углерода и железа. Она приводит к выделению окись углерода.

Его интенсивное образование и последующее выделение из расплава хорошо видно визуально. Процесс напоминает закипания воды в чайнике. Подобная сталь на языке профессионалов называется «кипящей».

Для устранения этого эффекта в расплав добавляют ферромарганец.

Присутствие в жидком металле растворенных газов, которые не успевают выйти, приводит к образованию пустот. Они серьёзно снижают качество всего полученного металла.

Чтобы не допустить таких образований, на этапе плавки, производят специальную дегазацию. Чтобы добиться наилучшего эффекта, эту операцию проводят в специальных вакуумных камерах.

Таким образом удаётся существенно повысить плотность и улучшить физико-механические свойства полученной партии металла.

Достоинства и недостатки кислородно-конвертерного способа

К основным достоинствам способа относятся:

  • по сравнению с другими процессами выплавки у него более высокая производительность;
  • конструктивная схема самого кислородного конвертера достаточно проста (обыкновенный металлический резервуар, то есть корпус, внутри которого находится огнеупорный материал);
  • низкая стоимость расходов на огнеупоры;
  • невысокая себестоимость получаемой стали;
  • низкие капитальные затраты на строительство, даже с учётом добавления стоимости на строительство кислородных станций.

Опыт эксплуатации конвертеров показал, что экономическая эффективность превышает мартеновский способ на 14%, а электроплавильный на 25%.

К наиболее явно выраженным недостаткам относятся:

  • необходимость загрузки в конвертер только жидкого чугуна. Добавление и последующая переработка металлического вторсырья возможна только в небольшом количестве (не более 10%);
  • на этапе технологической продувки вместе с углеродом выгорает достаточно большое количество полезного железа. Технологические потери могут достигать 15%;
  • возникают сложности в организации системы контроля и регулирования конвертерного процесса выплавки стали. Это связано с высокой скорость протекания химических процессов;
  • недостаточный контроль не позволяет получать сталь точно заданных технических характеристик.

Область применения конвертерных видов стали

Имеющиеся недостатки несколько ограничивают область применения подобной стали. Из неё производят такие деталей, к которым не предъявляют повышенные технические требования.

В кислородных конвертерах получают продукцию трёх видов: углеродистую, легированную и низколегированную сталь.

Эти марки используются для изготовления проволоки (катанки), труб небольшого диаметра, отдельных видов рельс.

https://www.youtube.com/watch?v=nTzYi4vtBOU

Специальные изделия активно применяются в строительстве. Практически вся так называемая автоматная сталь изготавливается по конвертерной технологии. Из неё производят большое количество метизной продукции: болты, гайки, шурупы, саморезы, скобы и так далее.

Производство стали в кислородных конвертерах

Конвертерный способ производства стали

В конвертерном производстве применяются специальные сталеплавильные агрегаты, называемые конвертерами. Производство стали осуществляется путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом.

Данный металл содержит различные примеси, в том числе кремний, углерод и марганец. Примеси окисляются под действием кислорода и удаляются из расплава. Основным преимуществом конвертерного способа является то, что для работы сталеплавильного устройства не требуется топливо.

Сталь расплавляется под действием тепла, которое выделяют окисляющиеся примеси.

Принцип томасовского способа

В 1878 году англичанину С.Г. Томасу удалось устранить главный недостаток бессемеровского способа. Кислую футеровку конвертера он заменил основной. Внутренний защитный слой в ванной был выложен смолодоломитовым кирпичом. А чтобы удалить из металла большую часть примесей, он предложил использовать известь, функция которой заключалась в связывании фосфора.

Томасовский процесс позволил перерабатывать чугун с высоким содержанием фосфора. Поэтому наибольшее распространение данный способ получил в странах, где железные руды содержат много фосфора. Во всем остальном метод, изобретенный Томасом, мало чем отличается от предложенного Бессемером:

Кислородно конвертерный способ получения стали

Конвертерный способ производства стали

Для производства стали применяют три хорошо отработанных технологических процесса: мартеновский, кислородно-конвертерный, электроплавильный. Согласно статистике наибольшее количество стали в мире выплавляют, используя кислородный конвертер. На него приходится более 70% всей выплавляемой стали.

Кислородный конвертер

Основы этого метода были разработаны в начале тридцатых годов двадцатого века. Применять его приступили на австрийских заводах, расположенных в двух городах Линце и Донавице только в пятидесятые годы двадцатого века.

В зарубежной технической литературе по металлургии этот способ получения стали именуется буквами ЛД. Это название возникло из первых букв австрийских городов. У наших металлургов он именуется как кислородно-конвертерный.

Современный процесс производства стали

Конвертерный способ производства стали

Далеко не всегда процесс окончательного формирования структуры металла завершается после основного получения. В дальнейшем, с целью совершенствования характеристик изделия, могут применяться средства дополнительной обработки. К таким можно отнести деформационные методы в виде ковки, штамповки и вальцевания.

Это помогает уже на этапе производства сформировать комплекс необходимых технических свойств, которыми будет обладать готовая сталь. Получение стали на выходе дает пластичную структуру, поэтому и технологии первичной переработки достаточно разнообразны.

Так, помимо деформирования, могут применяться методы закалки, отжига и нормализации.

Бессемеровский способ

Этот способ предполагает переработку основ, в которых содержится небольшое количество серы и фосфора. Но при этом отмечается и высокое содержание кремния – порядка 2 %. В процессе продувания в первую очередь происходит окисление кремния, что способствует интенсивному выделению тепла. В итоге температура в печи повышается до 1600 °C.

Окисление железа происходит также интенсивно по мере сгорания углерода и кремния. При бессемеровском способе процесс получения стали предусматривает полный переход фосфора в сталь. Все реакции в печи идут быстро – в среднем 15 мин.

Связано это с тем, что кислород, выдуваемый через чугунную основу, вступает в реакции с соответствующими веществами по всему объему. Готовая же сталь может содержать высокую концентрацию монооксида железа в растворенном виде. Данная особенность относится к минусам процесса, так как общее качество металла понижается.

По этой причине технологи рекомендуют перед разливкой раскисливать сплавы при помощи специальных компонентов в виде ферромарганца, ферросилиция или алюминия.

Получение в мартеновских печах

Если в случае с конвертерным способом изготовления металла предусматривается обеспечение выжига воздушным кислородом, то мартеновский способ требует включения в технологический процесс железных руд и ржавого лома. Из этих материалов образуется кислород оксида железа, который также способствует выгоранию углерода.

Сама же печь включает в основу конструкции плавильную ванну, которая закрывается жаропрочной кирпичной стенкой. Также предусматривается несколько камер регенераторов, обеспечивающих предварительный прогрев воздушной массы и газа. Регенерирующие блоки оснащаются специальными насадками, выполненными из огнестойкого кирпича.

Как и конвертеры, мартеновские плавильники функционируют периодически. По мере закладки новых партий шихты, то есть чугунной основы, поэтапно производится и сталь. Получение стали происходит медленно, так как переработка чугуна занимает около 7 ч.

Но зато мартены позволяют регулировать химические свойства сплава путем внесения железных добавок в разных пропорциях – для этого используются руда и лом. На завершающей стадии формирования металла работа печи останавливается, шлак сливают, после чего добавляется раскислитель.

Кстати, в такой печи можно получать и легированные стали.

Электротермический способ

На сегодняшний день электротермическое получение сталей считается наиболее эффективным. Так, по сравнению с мартеновскими печами и конвертером данная методика обеспечивает возможность более точного контроля качества стали – в том числе за счет регуляции химического состава.

Отдельного внимания заслуживает и взаимодействие печных камер с воздушной средой. Электротермическая технология получения стали предусматривает минимальный доступ к воздуху, обуславливая уже другие преимущества.

Например, это позволяет минимизировать скопления монооксида железа и посторонних частиц в сплаве, а также обеспечивать более эффективное выгорание фосфора и серы.

Высокий температурный режим на уровне 1650 °C дает возможность выполнять плавку проблемных шлаков, которые требуют термического воздействия на повышенных мощностях.

Также в электропечах можно осуществлять легирование стали за счет тугоплавких металлов, среди которых вольфрам и молибден. Однако есть и серьезный недостаток у данного метода получения сталей.

Используемые печи требуют больших объемов энергии, что делает этот процесс самым дорогим.

Конвертерный метод

При таком способе в качестве основы может применяться расплавленный чугун, а также примеси и отходы в виде руды, металлического лома и флюса. Сжатый воздух подается через технологические отверстия на подготовленную основу, способствуя выполнению химических реакций.

Также в процессе участвует тепловое воздействие, при котором происходит окисление кислорода и примесей. Особое значение имеют и характеристики печного сооружения, в котором обрабатывается сталь. Получение стали может происходить в агрегатах с разной футеровкой – наиболее распространены способы защиты конструкций огнеупорным кирпичом и доломитовой массой.

По типу футеровки конвертерный метод подразделяется также на два других способа: томасовский и бессемеровский.

Сталь

Сталь

(от немецкого Stahl) — это деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Указанное максимальное значение содержания углерода в стали (2%) является приблизительной общепринятой величиной [1 и др.]. Это значение условно и конечно же не однозначно. Например, согласно А.

П Гуляеву [2]сталь
— это железоуглеродистый сплав, который содержит менее 2,14 процентов углерода. Необходимо отметить при этом, что указанная граница (2,14% C) относится только к двойным железоуглеродистым сплавам (а также к сплавам, которые содержат сравнительно небольшое количество примесей). (См.

Разница между чугуном и сталью.)

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые

и
легированные (см. Структурные классы легированных сталей), по назначению — на

конструкционные

,

инструментальные

и стали с особыми физическими и химическими свойствами (

кислотостойкая сталь

,

коррозионно-стойкая

,

жаропрочная

и др.). По характеру застывания металла в изложнице различают

спокойную сталь

,

полуспокойную

и

кипящую

[1].

Сталь

является важнейшим продуктом чёрной металлургии. Так как без стали не могла бы работать практически ни одна отрасль промышленности, то
уровень производства стали может служить одной из характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. ©ИЦМ(www.modificator.ru)

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Основные агрегаты для получения стали

— конверторы, мартеновские и электрические печи; полученная в них сталь называется соответственно конверторной, мартеновской и электросталью.

Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конверторный способ производства стали.

В то же время развиваются такие перспективные способы получения сталей, как прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав (ЭШП) и т.д.

Научно-популярный видео-ролик о получении стали методом электродуговой плавки

от Галилео:

Получение стали из чугуна

— то есть материала, значительно более богатого углеродом, кремнием, марганцем и фосфором, чем сталь перед её раскислением, — представляет собой ряд окислительных процессов, в результате которых уменьшаются концентрации углерода, кремния, марганца и вредных элементов, отрицательно влияющих на качество стали. Все процессы получения стали выплавкой происходят при участии шлаковых расплавов, выполняющих сразу несколько функций (удаление вредных примесей, защита от вторичного окисления и др.) Подробно основные теории процессов получения стали изложены в работе [4].

Согласно тематической специализации на сайте рассматривается не механическая обработка стали (мех. обработка изделия: стальной отливки, проката и т.д.), а металлургическая обработка стали

— т.е. обработка стального полуфабриката с целью придания свойств стальному сплаву.

Неотъемлемым этапом процесса металлургической обработки стали являются процедуры обработки металлического расплава: раскисление стали, легирование стали и её модифицирование методом внепечной обработки. Такой вид обработки, как дегазация также значительно улучшает качество стали.

Способам обработки сталей

и, в частности, модифицированию стального расплава, посвящены многие работы, в том числе [5-9] (см. список литературы).

Свойства и качество сталей корректируют (изменяют) применением различных видов обработок:

  • термической обработки стали (закалка, отжиг, нормализация, отпуск),
  • химико-термической обработки стали (ХТО: цементация, азотирование),
  • термо-механической обработки стали (прокатка, ковка).

При указанных методах обработки сталей для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее как сталям, так и их основному компоненту — железу. (Полиморфизм в стали — это способность кристаллической решётки менять своё строение при нагреве и охлаждении

). Подробнее про фазовые превращения в сталях см.: Изотермическое превращение аустенита.

Качеством стали

можно считать целый комплекс параметров: химический состав стали, всевозможные свойства, как самого металла, так и изделия, структуру сплава, технологичность и др.

©ИЦМ(www.modificator.ru)

Качество сталей

обеспечивается металлургическим процессом и зависит от многих факторов, одним из наиболее важных является разработка рациональных технологических режимов получения стали, и в дальнейшем, естественно, соблюдение технологии.

Эффективным средством повышения качества стальных металлоизделий и обеспечения экономии металла является модифицирование стали [6].

По мнению авторов [7] одним из важнейших результатов модифицирования стали является
повышение жидкотекучести стали
, которое улучшает заполняемость форм, повышает качество поверхности стальных отливок, что особенно важно при производстве точного литья.

Помимо общего понятия качества стали существует также классификационные характеристики, согласно которым сталь относят к сталям обыкновенного качества, качественным сталям или высококачественным.

Варианты технологий выплавки стали в открытых дуговых печах. Методы плавки стали в дуговых печах

  • >
  • Библиотека
  • >
  • Производство стали в ДСП

Технология плавки в дуговых печах определяется составом выплавляемой стали и предъявляемыми к ней требованиями, а также качеством шихты. В зависимости от этих факторов технология плавки даже в одной печи может быть существенно различной. Существуют две основные разновидности технологии плавки легированной стали

:

  • на углеродистой или «свежей» шихте;
  • переплав легированных отходов.

Углеродистая шихта характеризуется повышенным содержанием углерода, фосфора, серы и отсутствием или незначительным количеством легирующих элементов.

Для передела такой шихты в качественную сталь требуется проведение специального окислительного периода, в течение которого окисляются углерод, фосфор, кремний, хром, марганец, ванадий и др.

Наличие окислительного периода является характерной особенностью технологии плавки на свежей шихте, поэтому она называется еще плавкой с полным окислением.

Плавка высококачественной стали на свежей шихте включает следующие периоды:

  • заправку;
  • загрузки шихты;
  • плавления;
  • окислительный;
  • восстановительный.

Выплавка рядовой стали, а также высококачественной с внепечной обработкой проводится по упрощенной технологии под одним шлаком с интенсивным использованием кислорода и характеризуется отсутствием восстановительного периода.

Проведение всех периодов плавки позволяет удалить из металла вредные примеси — фосфор и серу.

Окисление углерода в окислительный период вызывает кипение ванны и способствует дегазации металла (удалению растворенных в нем водорода и азота), поэтому плавка с полным окислением позволяет получать из рядовой шихты качественную сталь.

Недостатком этого метода плавки является потеря некоторых содержащихся в шихте легирующих элементов (хрома, ванадия и др.) и большая продолжительность плавки.

При плавке методом переплава процесс ведется без окислительного периода, в результате чего некоторые из содержащихся в шихте легирующих элементов не окисляются и остаются в стали. Это позволяет полнее использовать легирующие элементы, содержащиеся в отходах, и уменьшить расход ферросплавов.

Однако отсутствие окислительного периода затрудняет удаление фосфора, поэтому для плавки методом переплава требуется чистая по фосфору шихта. Кроме того, отсутствие кипения ванны не позволяет удалять в течение плавки растворенные газы, что требует принятия дополнительных мер для их удаления.

На плавках методом переплава для ускорения нагрева металла, понижения в нем содержания углерода и растворенных газов часто применяют продувку кислородом.

В результате экзотермических реакций кислорода с железом, кремнием и углеродом температура ванны быстро повышается, хром и другие легирующие элементы при этом окисляются незначительно, а выделяющийся СО ускоряет удаление газов.

Такую разновидность технологии переплава называют плавкой с частичным окислением.

  • ← Раздел 4.3.5
  • Раздел 5.1 →

Вакуумно-дуговая, плазмо-дуговая и электронно-лучевая переплавка

Вакуумно-дуговую переплавку (ВДП) проводят в вакуумных дуговых печах с электродом 6, что переплавляется (рис. 4, б), при этом слиток 3 образуется, как и в охлаждаемом водой кристаллизаторе 2.

В корпусе 7 печи поддерживается вакуум около 1,5 Па, что способствует качественному очищению металла от газов, а направлена кристаллизация обеспечивает удаление неметаллических примесей, образование плотной структуры и исключает образование усадочной раковины. Вместимость печей для ВДП достигает 60 т.

  • а — электрошлаковая;
  • б — вакуумно-дуговая;
  • в – плазмо-дуговая;
  • г — электронно-лучевая;
  1. — охлаждаемый водой поддон;
  2. — кристаллизатор;
  3. — слиток;
  4. — металлическая ванна;
  5. — расплавленный шлак;
  6. — заготовка (электрод);
  7. — вакуумная камера;
  8. — плазмотрон;
  9. — электронная пушка;
  10. — устройство для извлечения слитка.

Плазмо-дуговую переплавку (ПДП) применяют для производства сталей и сплавов особо высокой чистоты. Источником нагрева является плазменная дуга с температурой 10 000-15 000 °С (рис. 4, в).

Переплавка производится в вакуумных установках, подобных тем, что используются для ПДП при остаточном давлении 0,001 Па (рис. 4, г).

( 1 оценка, среднее 4 из 5 )

Конвертерное производство стали

Конвертерный способ производства стали

Кислый способ, футеровка конвертера выложена из динасового огнеупорного кирпича. Применяется при переплавке в сталь чугуна марок Б1 и Б2, содержащих строго ограниченное (максимально допустимое в сталях) количество фосфора и серы. Это объясняется тем, что в конвертерах или в других печах с кислой футеровкой невозможно удалять вредные примеси S и Р.

Плавка стали в конвертере состоит в следующем:

  1. Конвертер ставится в горизонтальное положение.
  2. Заливается жидкий чугун.
  3. Подается воздушное дутье под давлением Р = 3÷3,5 атм. (который окисляет примеси) и одновременно с этим конвертер ставится в вертикальное положение.

Во время плавки в кислом конвертере наблюдается 3 периода:

1) Окисление Fe, Mn, Si и образуется шлак

далее

Длится процесс окисления 3-6 минут.

2) Выгорание углерода, т.е. его окисление, жидкость кипит:

FeO + C → Fe + CO

СО вырвавшись из стали догорает ярким пламенем высотой 8-10 метров

СО + О → СО2

3) Пламя прекращается и появляется бурый дым, что означает горение железа, а сам дым – частицы окислов железа. Необходимо побыстрее прекратить подачу воздуха и процесс плавки окончен.

Если углерода в стали осталось меньше необходимого по марки выплавляемой стали, то состав по С доводится добавлением в стали небольшого количества высокоуглеродистого чугуна и ферросплавов Fe-Mn, Fe-Si и Al.

Процесс плавки длится 20-30 минут, емкость конвертеров всего до 30г.

Этот метод экономичный, эффективный и распространенный. Сталь содержит незначительное количество кислорода (кислород вредная примесь, FeO повышает хрупкость стали, усиливает склонность к старению и повышает порог хладноломкости), поэтому кислая (бессемеровская) сталь более пластичная, следовательно более качественная, по сравнению со сталями выплавляемыми в основных печах.

В настоящее время развитие конвертерного производства идет по расширению кислородно-конвертерного способа, емкость которых до 250-300т.

Томасовский способ

Томасовский способ – продувка через жидкий металл воздуха, но футеровка основная и благодаря этому становится возможным удаление фосфора. Футеровка доломитовая (МgO, СаО). Применяется для переплавки в стали чугунов марок Т-1 и Т-2, содержащих повышенный % фосфора до 2,2% и серы.

В томасовском конвертере процессы окисления протекают в такой же последовательности, как и в бессемеровском, за исключением того, что в третьем периоде идет бурное окисление фосфора, за счет чего резко повышается температура стали и сталь становится более качественной и пластичной.

Для удаления Р и S в конвертер загружается 12-14% от веса заливаемого чугуна – известняк СаСО3:

– 2Р + 5FeO + 4СаО → Р2О5(СаО)4 + 5Fe

шлак

Р2О5(СаО)4 – очень прочное соединение и ценное удобрение для сельского хозяйства.

– FeS + СаО → СаS + FeО, где СаS – непрочное соединение, поэтому вводят Mn:

СаS + MnO → MnS + СаО, где MnS – не переходит в ванну, если остается, то это более тугоплавкое соединение нежели FeS + Fe (tплавл. ≈ 988°С).

В настоящее время томасовский способ в нашей стране почти не применяется, так как высокофосфористых и высокосернистых руд у нас мало.

Рассмотренные конвертерные способы выплавки стали имеют следующие преимущества:

  1. Высокая производительность (время плавки 20-30 мин.).
  2. Простота конструкций печей (конвертеров) и следовательно малые капитальные затраты.
  3. Малые эксплуатационные затраты.
  4. Не требуется при плавке специально вводить тепло, так как оно получается в конвертерах за счет реакций окисления примесей.

Недостатки:

  1. Значительный угар железа (до 13%).
  2. Невозможность переплавлять в больших количествах скрап (металлический лом).
  3. Более низкое качество стали (главный недостаток конвертирования) – например, за счет продувки воздухом в стали увеличивается содержание азота (до 0,025-0,048%), которое заметно снижает качество стали.
  4. Из-за непродолжительности процесса невозможно в конвертерах выплавлять стали сложного химического состава, а из-за невысоких температур (наибольшая tплавл. = 1600°С) невозможно добавлять тугоплавкие легирующие компоненты (W, Mo, Nb и т.д.).

Таким образом до настоящего времени конвертерное производство стали было ограничено из-за вышеизложенных недостатков. В конвертерах выплавлялись лишь простые углеродистые стали обыкновенного качества.

Кислородно-конвертерный способ производства стали

В настоящее время промышленная индустрия настолько окрепла, что стало возможным в больших промышленных количествах получать промышленно чистый кислород. Продувая чугун кислородом имеется возможность выплавлять в них стали по качеству близкие к мартеновским.

Кроме того благодаря применению О2 в конвертерах производительность их еще более повышается и также повышается температура ванны (tплавл. повышается до ~2500°С), что позволяет уже в большем количестве в конвертерах переплавлять скрап.

Кислородно-конвертерное производство позволило в последние годы выплавлять в конвертерах до 40% от общего количества выплавляемой стали.

Рисунок 1.2 – Кислородно-конверторный способ:

1 – горловина для загрузки, 2 – цилиндрическая часть,
3 – стальное кольцо с цапфами, 4 – съемное днище

При этом способе кислород подается в ванну жидкого чугуна в конвертере сверху, через охлаждаемую водой фурму.

Конвертерные установки с донной кислородно-топливной продувкой – в 1,5 раза превосходят по производительности 2-х ванную мартеновскую печь (при сохранении баланса металлолома).

Мартеновский способ выплавки стали >
Теория по ТКМ > Сохранить или поделиться с друзьями

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: