Основы технологии получения и товароведческая характеристика стали

 

Основное количество стали в мире производят путем передела чугуна, в ходе которого из него удаляется избыточное количество углерода С, кремния Si, марганца Mn, серы S, и фосфора Р.

Получение стали предполагает (включает) осуществление следующих трех процессов:

- плавление шихты;

- окисление примесей и перевод их в шлак,

- раскисление стали

 

Рис.3.1. Физико-химические основы производства стали

 

Для приготовления шихты сталеплавильного производства используется:

- чугун,

- стальной и чугунный лом,

- железная руда,

- флюсы,

- ферросплавы.

Вторая стадия процесса производства стали - окисление примесей осуществляются либо в ходе продувки расплавленной шихты кислородом, либо за счет введения в состав исход­ной шихты железной руды.

В результате взаимодействия примесей с флюсами образуется шлак.

Процесс окисления примесей ведут до достижения заданной концентрации их в стали.

Для повышения качества слитков, образующихся при кристаллизации стали, выплавленную сталь раскисляют, т.е. удаляют из нее избыточный кислород путем последовательного введения в расплавленную сталь ферросплавов.

Процесс производства стали из чугуна осуществляется тремя ос­новными способами:

- кислородно-конверторным,

- мартеновским,

- электросталеплавильным.

 

При кислородно-конверторном способе используется в основном расплавленный чугун с добавками руды и металлолома, поэтому топливо в этом процессе не используется.

Плавление металлошихты в мартеновских печах осуществляется за счет сжи­гания топлива, а в электропечах - за счет энергии электричес­кой дуги.

Технико-экономические показатели и перспективы развития сталеплавильного производства

В табл. приведено сравнение некоторых технико-экономических показателей, относящихся к различным способам производства стали.

Из приведенных данных следует, что кисло­родно-конвертерный способ имеет рад существенных преимуществ перед мартеновским. Кроме того кислородно-конверторный способ отличается большей производительностью труда в расчете на одного рабочего (на 30-40%), более легкими услови­ями труда персонала обслуживающего агрегаты, значительно меньшими выделениями оксидов азо­та (в десятки раз) и пыли (при наличии газоочистителей) в окружающую среду.

К отрицательным особенностям кислородно-конверторного передела следует отнести следующие:

1) ограниченное тепловым балансом соотношение жидкого чугуна и скрапа, не позволяющее повысить долю лома в шихте, делающее стоимость сырья в конвертерном процессе выше, чем в мартеновском;

2) недостаточно эффективное использование тепла отходящих газов;

3) неполное использование тепла образующегося при окислении углерода, входящего в состав чугуна. Дело в том, что в от­ходящих газах только малая доля СО₂, а основное количество СО;

4) необходимость очистки отходящих газов, которые уносят в противном случае значительные количества оксида железа (III);

5) не всегда полная гомогенизация конвертера в ходе продувки, что затрудняет процессы шлакообразования.

 

Таблица 3.1 Сравнительная характеристика отдельных способов производства стали

Показатели   Способы	кислородно-конверторный способ	мартеновский	электросталеплавильный
1. Исходное сырье	жидкий чугун с температурой 1300…14500С до 25% скрапа	55…75% жидкого чугуна + 45…25% (скрап + руда)	до 100% скрапа
2. Емкость печи, т	250…400	400…600	200…400
3. Продолжительно цикла плавки, час	0,4…1	6…10	6…10
4.Годовая производительность, тыс. т. слитков	1200…1500	370…490	400…600
5. Себестоимость. % отн. (для цехов с одинаковой годовой мощностью, оснащенных 500-тонными мартеновскими печами и 100-тонными кислородными конверторами)			>100
6. Выход годного, %	89…92	90…95	92…98
7.Удельные капитальные затраты, % отн.			>100
8. Качество стали	обыкновенная	кроме высоколегированной	высококачественная, высоколегированная

Преимуществами электроплавки являются:

- применение более высоких температур (выше 2000⁰С), что позволяет лучшему удалению вредных примесей (серы и фосфора), а также дает возможность вводить тугоплавкие легирующие элементы, такие как вольфрам, молибден и др.;

- значительное снижение угара железа и легкоокисляющихся специальных добавок, т.к. процесс ведется с меньшим доступом воздуха;

- получение очень плотного металла, т.к. в более жидком металле газы легко выделяются наружу;

- простота и точность регулирования температуры в процессе плавки и к моменту ее разливки, что важно для процессов первичной кристаллизации;

- получение высококачественной стали вне зависимости от качества исходных шихтовых материалов, т.к. состав корректируется во время плавки специальными добавками.

Недостатком электроплавки являются:

- малая производительность процесса;

- высокая себестоимость получаемой стали из-за дефицитности и высокой стоимости электроэнергии по сравнению с другими видами топлива;

Поэтому в электропечах производят преимущественно стали специального назначения: жаропрочные, нержавеющие, кислотоупорные, магнитные и т.д.

Рост конкурентоспособности кислородно-конверторного способа в первую очередь может быть обеспечен за счет увеличения доли лома в металлошихте. Сегодня уже достигнуто содержание лома в 45% за счет дожигания СО до СО₂ во вращающихся конвертерах. Известны и такие способы увеличения доли лома в шихте как: предварительный его подогрев, применение двухъярусных и боковых фурм, ввод в конвертор твердого топлива и некоторые другие. Успешное решение этих вопросов позволит ускорить вывод из эксплуатации мартеновских печей. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие кислородно-конвертерного и электрометаллургического способов производства стали.

По оценкам специалис­тов мартеновский способ будет, очевидно, вытеснен кислородно-конвертерным на заводах с полный металлургическим циклом и электросталеплавильным в районах скопления металлолома. Одновременно с кислородно-конвертерным процессом будет раз­виваться непрерывный сталеплавильный процесс конвертерного типа, донное кислородное дутьё, комбинированное донное и верхнее дутьё. Найдут применение и другие новые процессы. Например, пря­мое получение железа из руд, непрерывный переплав металлизиро­ванного сырья в электропечах и другие.