Реферат: Производство чугуна и стали

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

 

Машиностроительный факультет

 

Кафедра «Резание, станки и инструмент»

РЕФЕРАТ

 

«Технология производства чугуна и стали»

Студент: Сергеев Андрей

Группа: М – 104

Преподаватель: МалышевВ.И.

Тольятти — 1999 г.

 

1.Производство чугуна и стали.

     Железо имело промышленное применение уже до нашей эры. В древниевремена его получали в пластичном состоянии в горнах. Шлак отделяли, выдавливаяего из губчатого железа, ударами молота.     По мере развития техники производства железа постепенно повышаласьтемпература, при которой велся процесс. Металл  и шлак стали плавиться; сталовозможным разделять их гораздо полнее. Но одновременно в металле  повышалосьсодержание углерода  и других примесей, — металл становился хрупким и нековким.Так появился чугун.     Позднее научились перерабатывать чугун; зародился двухступенчатыйспособ производства  железа из руды. В принципе  он сохраняется до настоящеговремени: современная схема получения стали состоит из доменного процесса, входе которого из руды получается чугун, и  сталеплавильного передела,приводящего к уменьшению в металле количества углерода и других примесей.     Современный высокий уровень металлургического производства основан натеоретических исследованиях и открытиях, сделанных в различных странах, и набогатом практическом опыте. Немалая доля в этом процессе принадлежит русскимученым. Например, российские ученые первыми широко применили природный газ длядоменной плавки.2.Производство чугуна.            

2.1. Исходные материалы.

 

     Железные руды. Главный исходный материал для производства чугуна вдоменных печах – железные руды. К ним относят горные породы, содержащие железов таком количестве, при котором выплавка становится экономически выгодной.

     Железная руда состоит изрудного вещества и пустой породы. Рудным веществом чаще всего являются окислы,силикаты и карбонаты железа. А пустая порода обычно состоит из кварцита илипесчаника с примесью глинистых веществ и реже – из доломита или известняка.

     В зависимости от рудноговещества железные руды бывают богатыми, которых используют непосредственно, ибедными, которых подвергают обогащению.

     В доменном производствеприменяют разные железные руды.

     Красный железняк(гематит) содержит железо в виде безводной окиси железа. Она имеет разнуюокраску( от темно-красной до темно-серой). Руда содержит много железа(45-65 %)и мало вредных примесей. Восстановим ость железа из руды хорошая.

     Бурый железняксодержит железо в виде водных окислов. В нем содержится  25- 50% железа.Окраска меняется от желтой до буро-желтой. Пустая порода железняка глинистаяиногда кремнисто-глиноземистая.

     Магнитный железняк содержит40-70% железа в виде закиси-окиси железа.

руда обладает хорошовыраженными магнитными свойствами, имеет темно-серый или черный с различнымиоттенками цвет. Пустая порода руды кремнеземистая с примесями других окислов.Железо из магнитного железняка восстанавливается труднее, чем из других руд.

     Шпатовый железняк(сидерит) содержит железо в виде углекислой соли. В этом железнякесодержится 30-37 % железа. Сидерит имеет желтовато-белый и грязно-серый цвет.Он легко окисляется и переходит в бурый железняк. Из всех железных руд онобладает наиболее высокой восстановимостью.

     Марганцевые рудысодержат 25-45% марганца в виде различных окислов марганца. Их добавляют вшихту для повышения в чугуне количества марганца.

2.2. Производство чугуна в доменной печи.

 

    Выплавка чугуна производится в огромных доменныхпечах, выложенных из огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты привнутреннем диаметре около 12 м.

     Разрез доменной печисхематически изображен на рисунке.  

     

/>

Верхняяее половина носит название шахты и заканчивается наверху отверстием – калашником,которая закрываетсяподвижной колонкой – кколашниковым затвором. Самаяширокая часть печи называется распаром, а нижняя часть – горном. Черезспециальные отверстия в горне(фурмы) в печать вдувается горячий воздухили кислород.

     Доменную печь загружаютсначала коксом, а затем послойно агломератом и коксом. Агломерат – этоопределенным образом подготовленная руда, спеченная с флюсом. Горение инеобходимая для выплавки чугуна температура поддерживаются вдуванием в горнподогретого воздуха или кислорода. Последний поступает в кольцевую трубу,расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по изогнутым трубкам черезфурмы в горн. В горне кокс сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои наколенного кокса,взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся оксид углерода ивосстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.

     Процесс восстановленияруды происходит главным образом в верхней части шахты. Его можно выразитьсуммарным уравнением:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

     Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксидкремния SiO2.

Это – тугоплавкое вещество.Для превращения тугоплавких примесей в более легкоплавкие соединения к рудедобавляются флюс. Обычно в качестве флюса  используют  CaCo3.  При  взаимодействииего с SiO2  образуется  CaSiO2, легко  отделяющийся в виде шлака.

     Привосстановлении руды железо получается в твердом состоянии. Постепенно оноопускается в более горячую часть печи – распар — и растворяет в себе углерод;образуется чугун. Последний плавится и стекает в нижнюю часть горна, а жидкиешлаки собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления. Чугун ишлаки выпускают по мере накопления через особые отверстия, забитые в остальноевремя глиной. 

     Выходящие из отверстияпечи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в особых аппаратах-кауперах,предназначенных для предварительного нагревания  вдуваемого в печь воздуха.Доменная печь работает непрерывно. По мере того  как верхние слои руды и коксаопускаются, в печь добавляют новые их порции. Смесь руды и кокса доставляетсяподъемниками  на верхнюю площадку печи и загружается в чугунную воронку,закрытую снизу колошниковым затвором. При опускании затвора смесь попадает впечь. Работа печи продолжается в течение нескольких лет, пока печь не потребуеткапитального ремонта.

     Процесс выплавки может быть ускорен путем примененияв доменных печах кислорода. При вдувании в доменную печь обогащенногокислородом воздуха предварительный подогрев его становится излишним, а значит,отпадает необходимость в громоздких и сложных кауперах и весь процессупрощается. Вместе с тем производительность печи повышается и уменьшаетсярасход топлива. Такая доменная печь дает в 1,5 раза больше железа и требуеткокса на ¼ меньше чем обычная.      

 3Производство стали.

В стали по сравнению с чугуном содержится меньшеуглерода, кремния, серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимоснизить концентрацию веществ путем окислительной плавки.

Всовременной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трехагрегатах: конвекторах, мартеновских  и электрических печах.     

3.1.Производство стали в конверторах.

Конвертор представляет собой сосуд грушевиднойформы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, черезкоторую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическуюформу. В нижней части есть приставное днище,  которое по мере износа заменяютновым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатыйвоздух.

Емкостьсовременных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна,составляет 350 кубометров.

Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают догоризонтального положения, при котором отверстия фурм оказываются выше уровнязалитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение иодновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстияфурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна  выгораюткремний, марганец, углерод и частично железо.

Придостижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают вгоризонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляюти выливают в ковш.

Бессемеровскийпроцесс. В конвертор заливают жидкийчугун с достаточно высоким содержанием кремния (до 2,25% и выше),марганца       (0,6-0,9%), и минимальным количеством серы и фосфора.

По характеру происходящей реакции бессемеровскийпроцесс можно разбить на три периода. Первый период начинается после пускадутья в конвертор и продолжается 3-6 мин. Из горловины конвертора вместе сгазами вылетают мелкие капли жидкого чугуна с образованием искр. В этот периодокисляются кремний, марганец и частично железа по реакциям:

Si + O2 =SiO2,

2Mn + O2 =2MnO,

2Fe + O2 =2FeO.

Образующаясязакись железа частично растворяется в жидком металле, способствуя дальнейшемуокислению кремния и марганца. Эти реакции протекают с выделением большогоколичества тепла, что вызывает разогрев металла. Шлак получается кислым (40-50%SiO2).

Второй период начинается после почти полноговыгорания кремния и марганца. Жидкий металл достаточно хорошо разогрет, чтосоздаются благоприятные условия для окисления углерода по реакции C + FeO = Fe + CO, которая протекает с поглощением тепла.Горение углерода продолжается 8-10 мин и сопровождается некоторым понижениемтемпературы жидкого металла. Образующаяся окись углерода сгорает на воздухе.Над горловиной конвектора появляется яркое пламя.  

Помере снижения содержания углерода в металле пламя над горловиной уменьшается иначинается третий период. Он отличается от предыдущих периодов появлением надгорловиной конвертора бурого дыма. Это показывает, что из чугуна почтиполностью выгорели кремний,  марганец и углерод и началось очень сильноеокисление железа. Третий период продолжается не более 2 – 3 мин, после чегоконвектор переворачивают в горизонтальное положение и в ванну вводятраскислители (ферромарганец, ферросилиций или алюминий) для понижения содержаниякислорода в металле. В металле происходят реакции

 FeO + Mn = MnO + Fe,

         2FeO + Si = SiO2 +Fe,

                3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

  Готовую сталь выливают изконвектора в ковш, а затем направляют на разливку.

Чтобыполучить сталь с заранее заданным количеством углерода (например, 0,4 – 0,7%С), продувку металла прекращают в тот момент, когда из него углерод еще невыгорел, или можно допустить полное выгорание углерода, а затем добавитьопределенное количество чугуна или содержащих углерод определенное количествоферросплавов. 

Томасовский процесс. В конвертор сосновной футеровкой сначала загружают свежеобожженную известь, а затем заливаютчугун, содержащий  1,6-2,0% Р, до 0,6%Si и до 0,8% S. В томасовском конвекторе образуется известковый шлак,необходимый для извлечения и связывания фосфора. Заполнение конвектора жидкимчугуном, подъем конвертора, и пуск дутья происходят также как и вбессемеровском процессе.В первый период продувки в конвекторе окисляетсяжелезо, кремний, марганец и формируется известковый шлак. В этот периодтемпература металла несколько повышается.Во второй период продувки выгорает углерод, чтосопровождается некоторым понижением температуры металла. Когда содержаниеуглерода в металле достигнет менее 0,1%, пламя уменьшится и исчезнет. Наступаеттретий период, вовремя которого интенсивно окисляется фосфор2P+ 5FeO + 4CaO = (CaO)4*P2O5 + 5Fe.В результате окисления фосфор переходит изметалла в шлак, поскольку тетрафосфат кальция может раствориться только в нем.Томасовские шлаки содержат 16 – 24% Р2О5.Данная реакция сопровождается выделениемзначительного количества тепла, за счет которого происходит более резкоеповышение температуры металла.   Перед раскислением металла из конверторанеобходимо удалить шлак, т.к. содержащиеся в раскислителях углерод, кремний,марганец будут восстанавливать фосфор из шлака, и переводить его в металл.Томасовскую сталь применяют для изготовления кровельного железа, проволоки исортового проката.Кислородно-конверторный процесс.  Дляинтенсификации бессемеровского и томасовского процессов в последние годы началиприменять обогащенное кислородом дутье.

При бессемеровском процессе обогащения дутьякислородом позволяет сократить продолжительность продувки и увеличитьпроизводительность конвертора и долю стального скрапа, подаваемого вметаллическую ванну в процессе плавки. Главным достоинством кислородного дутьяявляется снижение содержания азота в стали с 0,012-0,025(при воздушном дутье)до 0,008-0,004%(при кислородном дутье). Введение в состав дутья смеси кислородас водяным паром или углекислым газом позволяет повысить качество бессемеровскойстали, до качества стали, выплавляемой в мартеновских и электрических печах.

Большойинтерес представляет  использование чистого кислорода для выплавки чугуна вглуходонных конверторах сверху с помощью водоохлаждаемых фурм.

Производствостали кислородно-конверторным способом с каждым годом увеличивается.

 

3.2.Производство стали в мартеновских печах.

 

В мартеновских печах сжигают мазут или предварительноподогретые газы с использованием горячего дутья.

Печь имеет рабочее (плавильное) пространство идве пары регенераторов(воздушный и газовый) для подогрева воздуха и газа. Газыи воздух проходят через нагретую до 1200°С огнеупорную насадку соответствующих регенераторов и нагреваются до 1000-1200° С. Затем по вертикальным каналамнаправляются в головку печи, где смешиваются и сгорают, в результате чеготемпература под сводом достигает 1680-1750°С. Продукты горения направляются из рабочего пространства печи в левую парурегенераторов и нагревают их огнеупорную насадку, затем поступают вкотлы-утилизаторы  и дымовую трубу. Когда огнеупорная насадка правой парырегенераторов остынет, остынет так что не сможет нагревать проходящие через нихгазы и воздух до 1100° С, левая парарегенераторов нагревается примерно до 1200-1300°С. В этот момент переключают направление движения газов и воздуха. Этообеспечивает непрерывное поступление в печь подогретых газов и воздуха.    Большинство мартеновских печей отапливают смесьюдоменного, коксовального и генераторного газов. Также применяют и природныйгаз. Мартеновская печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только длянагрева воздуха. Шихтовые материалы (скрапы, чугун, флюсы)загружают в печь наполненной машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, расплавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве приконтакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают изпечи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На времяплавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной.   Процесс плавки в мартеновских печах может бытькислым или основным. При кислом процессе огнеупорная кладка печи выполнена  издинасов ого кирпича. Верхние части подины наваривают кварцевым песком иремонтируют после каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак  сбольшим содержанием кремнезема (42-58%).При основном процессе плавки подину и стенки печивыкладывают из магнезитового кирпича, а свод – из динасов ого или хромомагнезитовогокирпича. Верхние слои подины наваривают магнезитовым или доломитовым порошком иремонтируют после каждой плавки. В процессе плавки получают кислый шлак сбольшим содержанием  54 – 56% СаО.Основной мартеновский процесс. Передначалом плавки определяют количество исходных материалов (чушковый чугун,стальной скрап, известняк, железная руда) и последовательность их загрузки впечь. При помощи заливочной машины мульда (специальная коробка) с шахтойвводится в плавильное пространство печи и переворачивается, в результате чегошихта высыпается на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем болеекрупный и на него кусковую известь (3 – 5 % массы металла). После прогревазагруженных материалов подают оставшийся стальной лом и предельный чугун двумятремя порциями.Этот порядок загрузки материалов позволяет ихбыстро прогреть и расплавить. Продолжительность загрузки шихты зависит отемкости печи, характера шихты, тепловой мощности печи и составляет 1,5 – 3 ч.В период загрузки и плавления шихты происходитчастичная окисление железа и фосфора почти полное окисление кремния и марганцаи образования первичного шлака. Указанные элементы окисляются сначала за счеткислорода печных газов и руды, а затем за счет закиси железа растворенной вшлаке. Первичный шлак формируется при расплавлении и окислении металла исодержит 10 –15% FeO, 35 –45% CaO, 13 – 17% MnO. Послеобразования шлака жидкий металл оказывается изолированным от прямого контакта сгазами, и окисление примесей происходит под слоем шлака. Кислород в этихусловиях переносится закисью железа, которая растворяется в металле и шлаке.Увеличение концентрации закиси железа в шлаке приводит к возрастанию ееконцентрации в металле.Для более интенсивного питания металлическойванны кислородом в шлак вводят железную руду. Кислород, растворенный в металле,окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод по реакциям, рассмотренным выше.К моменту рас плавления всей шихты значительнаячасть фосфора переходит в шлак, так как последний содержит достаточное количествозакиси железа и извести. Во избежание обратного перехода фосфора в металл передначалом кипения ванны 40 – 50% первичного шлака из печи.После скачивания первичного шлака в печьзагружают известь для образования нового и более основного шлака. Тепловаянагрузка печи увеличивается, для того чтобы тугоплавкая известь быстрее перешлав шлак, а температура металлической ванны повысилась. Через некоторое время 15– 20 мин в печь загружают железную руду, которая увеличивает содержание окисловжелеза в шлаке, и вызывает в металле реакцию окисления углерода[C]+ (FeO) = Coгаз.

Образуется окись углерода выделяется из металла ввиде пузырьков, создавая впечатление его кипения, что способствуетперемешиванию металла, выделение металлических включений и растворенных газов,а также равномерному распределению температуры по глубине ванны. Для хорошегокипения ванны необходимо подводить тепло, так как данная реакция сопровождаетсяпоглощением тепла. Продолжительность периода кипения ванны зависит от емкостипечи и марки стали, и находится 1,25 – 2,5 ч и более.

Обычножелезную руду добавляют в печь в первую периода кипения, называемого полировкойметалла. Скорость окисления углерода в этот период в современных мартеновскихпечах большой емкости равна 0,3 – 0,4% в час.

Втечение второй половины периода кипения железную руду в ванну не подают. Металлкипит мелкими пузырьками за счет накопленных в шлаке окислов железа. Скоростьвыгорания углерода в этот период равна 0,15 – 0,25% в час. В период кипения,следя за основностью и жидкотекучестью шлака.

Когдасодержание углерода в металле окажется несколько ниже, чем требуется дляготовой стали, начинается последняя стадия плавки – период доводки ираскисления металла. В печь вводят определенное количество кусковогоферромарганца (12% Mn), а затем через 10 – 15 мин ферросилиций (12-16% Si).Марганец и кремний взаимодействуют с растворенным в металле кислородом, врезультате чего реакция окисления углерода приостанавливается. Внешнимпризнаком освобождения металла от кислорода является прекращение выделенияпузырьков окиси углерода на поверхности шлака.

Приосновном процессе плавки происходит частичное удаление серы из металла пореакции

[FeS] + (CaO) = (CaO) + (FeO).

Для этого необходимы высокая температура идостаточная основность шлака.

Кислыймартеновский процесс. Этот процесссостоит из тех же периодов, что и основной. Шихту применяют очень чистую пофосфору и сере. Объясняется это тем, что образующийся кислый шлак не можетзадерживать указанные вредные примеси.

Печиобычно работают на твердой шихте. Количество скрапа равно         30 – 50%массы металлической шихты. В шихте допускается не более 0,5% Si.Железную руду в печь подавать нельзя, так как она может взаимодействовать скремнеземом подины и разрушать ее в результате образования легкоплавкогосоединения 2FeO*SiO2. Для получения первичного шлака в печь загружаютнекоторое количество кварцита или мартеновского шлака. После этого шихтанагревается печными газами; железо, кремний, марганец окисляются, их окислысплавляются с флюсами и образуют кислый шлак, содержащий до 40 –50 % SiO2. В этом шлаке большая часть закиси железа находится всиликатной форме, что затрудняет его переход из шлака в металл. Кипение ваннойпри кислом процессе начинается позже, чем при основном, и происходит медленнеедаже при хорошем нагреве металла. Кроме того, кислые шлаки имеют повышеннуювязкость, что отрицательно сказывается на выгорании углерода. 

Таккак сталь выплавляется под слоем кислого шлака с низким содержанием свободнойзакиси железа, этот шлак защищает металл от насыщения кислородом. Передвыпуском из печи в стали содержится меньше растворенного кислорода, чем встали, выплавленной при основном процессе.

Дляинтенсификации мартеновского процесса воздух обогащают кислородом, который подаетсяв факел пламени. Это позволяет получать более высокие температуры в факелепламени, увеличивать ее лучеиспускательную способность, уменьшать количествопродуктов горения и благодаря этому увеличивать тепловую мощность печи.

           Кислород можно вводитьи в ванну печи. Введение кислорода в факел и в ванну печи сокращает периодыплавки и увеличивает производительность печи на 25-30%. Изготовлениехромомагнезитовых сводов  вместо динасовых позволяет увеличивать тепловуюмощность печей, увеличить межремонтный период в 2-3 раза и повыситьпроизводительность на 6-10%. 

3.3. Производство стали в электрических печах.

Для выплавки стали используют электрические печидвух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получилиболее широкое применение в металлургической промышленности.

Дуговыепечи имеют емкость 3 — 80 т и более. На металлургических заводах устанавливаютпечи емкостью 30 –80 тонн. В электрических печах можно получать очень высокиетемпературы (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрациейтугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл отвредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум(индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

Нагреваниеи расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремяэлектрическими дугами. Электрические дуги образуются в плавильном пространствепечи между вертикально подвешенными электродами и металлической шихтой.

Дуговаяпечь имеет следующие основные части: сварной или клепанный кожух цилиндрическойформы, со сфероидальным днищем; подины и стенок; съемный арочный свод сотверстиями для электродов; механизм для закрепления вертикального перемещенияэлектродов; две опорные станины; механизм наклона печи, позволяющийповорачивать печь при выпуске стали по желобу и в сторону загрузочного окна дляскачивания шлака.

Всталеплавильных печах применяют угольный и графитированные электроды. Диаметрэлектродов определяется мощностью потребляемого тока и составляет 350 – 550 мм.В процессе плавки нижние концы электродов сгорают. Поэтому электроды постепенноопускают и в необходимых случаях наращивают сверху.

Технологиявыплавки стали в дуговых печах. Вэлектрических дуговых печах высококачественную углеродистую или легированнуюсталь. Обычно для выплавки стали, применяют шихту в твердом состоянии. Твердуюшихту в дуговых печах с основной футеровкой используют при плавке стали сокислением шихты и при переплавке металла без окисления шихты.

Технологияплавки с окислением шихты в основной дуговой печи подобна технологии плавкистали в основных мартеновских печах (скрап-процессам). После заправки падины впечь загружают шихту. Среднее содержание углерода в шихте на 0,5 –0,6% выше,чем в готовой стали. Углерод выгорает и обеспечивает хорошее кипение ванны. Наподину печи загружают мелкий стальной лом, затем более крупный. Укладыватьшихту в печи надо плотно. Особенно важно хорошо уложить куски шихты в местенахождения электродов. Шихту в дуговые печи малой и средней емкости загружаютмульдами или лотками через завалочное окно, а в печи большой емкости черезсвод, который отводят в сторону вместе с электродами. После загрузки шихтыэлектроды опускают до легкого соприкосновения с шихтой. Подложив под нижниеконцы электродов кусочки кокса, включают ток, и начинают плавку стали.

Приплавки стали в дуговых печах различают окислительный и восстановительныйпериоды.

Вовремя окислительного периода расплавляется шихта, окисляется кремний, марганец,фосфор, избыточный углерод, частично железо и другие элементы, например хром,титан, и образуется первичный шлак. Реакция окисления такие же, как и приосновном мартеновском процессе. Фосфор из металла удаляется в течение первойполовины окислительного периода, пока металл в ванне сильно не разогрелся.Образовавшийся при этом первичный фосфористый шлак в количестве 60 – 70%удаляют из печи.   

Дляполучения нового шлака в основную дуговую печь подают обожженную известь идругие необходимые материалы. После удаления фосфора и скачивания первичногошлака металл хорошо прогревается и начинается горение углерода. Дляинтенсивного кипения ванны в печь забрасывают необходимое количество железнойруды или окалины и шлакообразующих веществ.

Вовремя кипения ванны в течение 45-60 мин избыточный углерод сгорает,растворенные газы и неметаллические включения удаляются. При этом отбираютпробы металла для быстрого определения в нем содержания углерода и марганца ипробы шлака для определения его состава. Основность шлака поддерживается равной 2-2,5, что необходимо для задержания в нем фосфора.

Послеудаления углерода скачивают весь шлак. Если в металле в период окисленияуглерода содержится меньше, чем требуется по химическому анализу, то в печьвводят куски графитовых  электродов или кокс.

Ввосстановительный период плавки раскисляют металл, переводят максимальновозможное количество серы в шлак, доводят химический состав металла дозаданного и подготовляют его к выпуску из печи.

Восстановительныйпериод плавки в основных дуговых печах при выплавке сталей с низким содержаниемуглерода проводится  под белым (известковым) слоем шлаком, а при выплавкевысокоуглеродистых сталей – под карбидным шлаком.

Дляполучения белого шлака в печь загружают шлаковую смесь, состоящую из извести иплавикового шпата. Через некоторое время на поверхности образуется слой шлака сдостаточно высокой концентрацией FeOи MnO. Пробышлака имеют темный цвет.

Передраскислением металла в печь двумя-тремя порциями забрасывают второю шлаковуюсмесь, состоящей из кусковой извести, плапикового шпата, молотого древесногоугля и кокса. Через некоторое время содержание Feo и MnOпонижается. Пробы шлака становятся светлее, закись железа из металла начинаетпереходить в шлак. Для усиления раскисляющего действия  к концувосстановительного периода в печь забрасывают порошок ферросилиция, подвлиянием которого содержание FeOв шлаке понижается. В белом шлакесодержится до 50 – 60% СаО, а на поверхности его плавает древесный уголь, чтопозволяет эффективно удалять серу из металла.

Вовремя восстановительного периода плавки в металл вводят необходимые добавки, втом числе и легирующие. Окончательно металл раскисляют в печи алюминием.

Выплавкастали под карбидным шлаком на первой стадии восстановительного процессапроисходит так же, как и под белым шлаком. Затем на поверхность шлака загружаюткарбидообразующую смесь, состоящую из кокса, извести и плавикого шпата. Привысоких температурах протекает реакция

CaO + 3C = CaC2 + CO.

Образующийся карбид кальция увеличиваетраскислительную и обессеривающую способность карбидного шлака. Для ускоренияобразования карбидного шлака  печь хорошо герметизируют. Карбидный шлаксодержит 55 –65% СаО и 0,3 – 0,5% FeO; он обладаетнауглероживающей способностью.

При выплавке стали методом переплава, в печь незагружают железную руду; условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоитиз легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзябудет удалить в шлак. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 –15% мягкого железа. Образующийся при расплавлении шихты первичный шлак из печине удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ti, V),которые переходят из шлака в металл.

Устройство и работа индукционных печей.Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленномуметаллу. Индукционная печь примерно работает так же как обычный трансформатор:имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного токасоздается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печипеременный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл.Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорныйплавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определеннымчислом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода.Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный токвырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора киндуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность ичастота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно виндукционных печах используется ток частотой 500 – 2500 гц. Крупные печиработают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 – 1,4квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основныхогнеупорных материалов.

В индукционных печах сталь выплавляют методомпереплава шихты. Угар легирующих при этом получается очень небольшим. Шлакобразуется при загрузке шлакообразующих компонентов на поверхностьрасплавленного металла. Температура шлака во всех случаях меньше температурыметалла, так как шлак не обладает магнитной проницаемости и в нем неиндуцируется ток. Для выпуска стали из печи, тигель наклоняют в сторонусливного носка.

В индукционных печах нет углерода, поэтому металл ненауглероживается. Под действием электромагнитных сил металл циркулирует, чтоускоряет химические реакции и способствует получению однородного металла.    

Индукционные печи применяют для выплавкивысоколегированных сталей и сплавов особого назначения, имеющих низкоесодержание углерода и кремния.

4. Новыеметоды производства и обработки стали.

 

Электроннолучевая плавка металлов. Дляполучения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку.Плавка основана на использовании кинетической энергии свободных электронов,получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения. На металлнаправляется поток электронов, в результате чего он нагревается и плавится.

Электроннолучевая плавка имеет ряд преимуществ:электронные лучи позволяют получить высокую плотность энергии нагрева,регулировать скорость плавки в больших пределах, исключить загрязнение расплаваматериалом тигля и применять шихту в любом виде. Перегрев расплавленногометалла в сочетании с малыми скоростями плавки и глубоким вакуумом создаютэффективные условия для очистки металла от различных примесей.

Электрошлаковый переплав. Очень перспективнымспособом получения высококачественного металла является электрошлаковыйпереплав. Капли металла, образующиеся при переплаве заготовки, проходят черезслой жидкого металла и рафинируются. При обработке металла шлаком инаправленной кристаллизации слитка снизу вверх содержание серы в заготовкеснижается на 30 – 50%, а содержание неметаллических включений – в два-три раза.

Вакуумирование стали. Для получениявысококачественной стали, широко применяется вакуумная плавка. В слиткесодержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их можно значительноуменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке иразливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке в закрытойкамере, из которой удаляют воздух и другие газы. Вакуумирование сталипроизводится в ковше перед заливкой по изложницам. Лучшие результаты получаютсятогда, когда сталь после вакуумирования в ковше разливают по изложницам так же в вакууме. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционныхпечах.

Рафирование стали в ковше жидкими синтетическимишлаками. Сущность этого метода состоит в том, что очистка стали от серы,кислорода и неметаллических включений производится при интенсивномперемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком,приготовленном в специальной шлакоплавильной печи. Сталь после обработкижидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами. За счет сокращенияпериода рафинирования в дуговых печах, производительность которых может бытьувеличена на 10 – 15%. Мартеновская печь, обработанная синтетическими шлаками,по качеству близка к качеству стали, выплавляемой в электрическихпечах.           

  

      

Список используемой литературы.

 

1.    «Технологияметаллов и других конструкционных материалов» В.Т.Жадан, Б.Г. Гринберг, В.Я.Никонов Издание второе.

2.   «Общая химия» Н.Л. Глинка Изданиедвадцать третье.

3.   «Металлургия» А.П. Гуляев 1966год.