Некоторые вопросы технолоогии

Вновь построенную мартеновскую печь медленно разогревают сухими дровами до свечения ее стенок. Затем загружают шихтовые материалы и одновременно пускают топливо и воздух. Попадая в печь и соприкасаясь с раскаленным воздухом, топливо воспламеняется и образует факел пламени. Температура в рабочем пространстве поднимается до 1700-1800°С, шихта расплавляется.

Мартеновский процесс подразделяется на следующие периоды: заправка изношенных участков подины (15-20 мин), завалка шихты (1-1,5 ч), прогрев, заливка чугуна, плавление (продолжительность 3- 5ч), кипение (1-3 ч) и раскисление. Общая продолжительность плавки стали в мартеновских печах 5-8 ч, в большегрузных печах 11 -13 ч.

В процессе плавления шихты под влиянием кислорода воздуха, поступающего в печь, начинается окисление железа с образованием закиси железа. Закись железа реагирует с кремнием и марганцем, образуются их оксиды, которые переходят в шлак. Сера и фосфор отшлаковываются известью.

Далее начинается окисление углерода закисью железа. Образующаяся окись углерода, выделяясь, пузырит металл, создается впечатление, что металл «кипит». Поэтому этот период и называется периодом кипения; он является наиболее ответственной частью процесса получения стали.

Образующаяся при плавлении закись железа растворяется в жидком металле, ухудшая качество стали. Сталь нужно раскислить. Для этого либо в печь, либо в выпускной желоб или ковш вводят ферросилиций, ферромарганец, алюминий.

В случае выплавки легированной стали после раскисления в нее вводят ферросплавы, содержащие нужные элементы (феррохром, ферротитан, ферросилиций и т. д.).

По степени раскисления различают сталь спокойную — сп, полуспокойную — пс и кипящую — кп. Спокойная сталь раскислена полностью, полуспокойная — несколько меньше, а кипящая — не полностью, и при разливке из нее выделяется оксид углерода (сталь «кипит»).

Мартеновский процесс заканчивается, когда содержание углерода в стали доведено до требуемого значения. Это может быть осуществлено двумя путями: в одних случаях во время плавки уменьшается содержание углерода до нужного процента; в других — металл обезуглероживается с последующим добав­лением углерода, введением специального чугуна. При этом сера и фосфор отшлаковываются лучше, и металл становится чище.

Готовая сталь выпускается через выпускное отверстие. Про­дукты горения (отработанные газы с температурой около 1500— 1600° С) поступают через каналы в регенераторы. Полученные окислы кремния, марганца и частично железа образуют шлак, который всплывает на поверхность расплавленного металла и изолирует ее от соприкосновения с окислительной атмосферой печи.

Чтобы определить примерный состав получаемой стали, во время плавки периодически берут пробы. Железной ложкой набирают жидкий металл и выливают его в металлическую форму. По искрам и степени застывания металла судят о его качестве. Затем пробу прокатывают в брусочек, закаливают его в воде и изгибают. При этом мягкая сталь загнется на 180°, сталь средней твердости даст трещину с волокнистым изломом, твердая сталь будет ломаться, излом ее получится кристаллическим.

В настоящее время для повышения производительности мартеновских печей применяется обогащение кислородом факела пламени, а также продувка жидкой ванны во время выгорания углерода.

Лекция № 7 (3 часа)

КОНВЕРТОРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ

5. Конверторные процессы с донным воздушным дутьем

6. Кислородно-конверторный процесс

7. Устройство конвертора

8. Шихтовые материалы

9. Технология плавки

10. Отвод и очистка конверторных газов

11. Технико-экономические показатели процесса

ВВЕДЕНИЕ

Возникновение бессемеровского (1855) и томасовского (1878), а затем и ККП (1933) имело исключительно важное значение для развития техники, поскольку до их появления не существовало способов производства литой стали в больших количествах. Жидкую сталь получали тигельным процессом в тиглях емкостью менее 50 кг, что не могло удовлетворить потребности развивающегося машиностроения.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

5.1. Конверторные процессы с донным воздушным дутьем

К данным способам относятся бессемеровский и томасовский способы производства стали

При бессемеровании сталь получается в конверторе. Конвертор (рис. 24, а) представляет собой сосуд грушевидной формы,

выложенный изнутри кислым огнеупорным материалом. Дно конвертора имеет ряд мелких отверстий, через которые из воздушной коробки подается воздух под давлением 1,5—2,5 атм.

В конвертор заливается жидкий чугун. Для этого конвертор устанавливают в горизонтальное положение (рис. 24, б), отверстия в днище будут при этом выше уровня залитого чугуна. После заливки конвертор поворачивают в вертикальное положение. В это время автоматически включается подача воздуха. Вдуваемый через отверстия в конвертор воздух проходит через всю толщину расплавленного чугуна.

Кислород воздуха с железом образует закись железа, которая растворяется в жидком металле. Одновременно окисляются и другие составляющие чугуна: в первую очередь выгорает кремний, затем марганец и, наконец, углерод. Выгорание углерода в чугуне идет с поглощением тепла. Если не компенсировать потери тепла, металл застынет, и воздух через него не пройдет. Нужное тепло в большом количестве выделяется в процессе выгорания примесей и прежде всего кремния. Другими словами, источником тепла бессемеровского процесса является реакция окисления кремния. Его хватает не только для поддержания чугуна в жидком состоянии во время плавки, но и на дальнейшее повышение до температуры выпуска стали. При бессемеровском способе производства стали дополнительного ввода топлива не требуется.

Во время окисления кремния и марганца из конвертора вылетают искры - период искр, продолжительность которого 7— 8 мин).

По мере выгорания углерода выделяется окись углерода, которая начинает гореть ослепительно белым пламенем - период пламени, продолжительность его 8—10 мин).

В конце пламя становится короче, и появляется бурый дым (период бурого дыма — 3-4 мин), что свидетельствует об окончании бессемерования. Вдувание воздуха прекращают, конвертор поворачивают и полученный металл выливают в ковш. Оксиды кремния, марганца и других элементов чугуна соединяются между собой и с материалом стенок конвертора (футеровкой), образуя шлак.

Воздух, проходя через толщу металла, образует закись железа. Закись железа и азот воздуха растворяются в расплавленном металле, вследствие чего ухудшается его качество: сталь делается хрупкой, красноломкой и плохо куется, азот воздуха снижает ее плотность. Сталь нужно раскислить.

Обычно бессемеровский процесс ведется до полного обезуглероживания, затем для раскисления и науглероживания прибавляют в необходимых количествах специальный чугун (ферросплавы) и небольшое количество чистого в отношении серы и фосфора чугуна.

Бессемеровский способ производства стали имеет ряд недостатков. При этом способе невозможно использовать стальной скрап (лом и отходы). Так как окисление примесей происходит на большой поверхности, то бессемерование протекает быстро (20 – 30 мин). Это затрудняет управление и регулирование процессом получения стали, и в результате невозможно получить в конверторе высококачественную сталь. Кроме того, при бессемеровании происходит большой угар металла.

Бессемерование предъявляет требования и к химическому составу перерабатываемого чугуна. Так как футеровка бессемеровского конвертора кислая и шлак тоже кислый, то невозможно этим способом переделывать в сталь фосфористый чугун. Такой чугун содержит фосфор, для удаления которого необходимо в качестве флюса добавлять известь. Но известь взаимодействует с кислой набойкой конвертера и разрушает футеровку. Фосфор же остается в стали.

Для переработки фосфористых чугунов в сталь футеровка конвертора делается из основного огнеупорного материала. Такой способ производства стали называется томасовским. При томасировании в конвертор вместе с жидким чугу­ном добавляют обожженную известь в количестве 12—18% от веса чугуна. Вначале выгорают кремний и марганец, затем — углерод и в последнюю очередь—фосфор. Основным источником тепла в томасовском способе производства стали является реакция окисления фосфора. В конце плавки добавляют зеркальный чугун или ферромарганец для раскисления и науглероживания.