На головну

виробництво сталі

  1. II. спрощене виробництво
  2. VI. Відтворення - основний процес, що задає цілісність діяльності
  3. Аграрне виробництво та аграрні відносини
  4. Аграрне виробництво як особлива сфера прикладання праці і капіталу
  5. АНАЛІЗ ВИТРАТ НА ВИРОБНИЦТВО І РЕАЛІЗАЦІЮ ПРОДУКЦІЇ
  6. Б) Фази сексуального розвитку і відтворення
  7. Був у Сталіна друг

Сутність процесу. Основними матеріалами для виробництва сталі є переробний чавун і сталевий брухт (скрап). Зміст вуглецю і домішок в стали значно нижче, ніж в чавуні (табл.1).

Таблиця 1

Склад передільного чавуну і низьковуглецевої сталі,%

 матеріал С  Si  Mn P S
 Передельнийчугун  4-4.4  0.76-1.26  до 1.75  0.15-0.3  0.03-0.07
 сталь низьковуглецевий  0.14-0.22  0.12-0.3  0.4-0.65  0.05  0.055

Тому сутністю будь-якого металургійного переділу чавуну в сталь є зниження вмісту вуглецю і домішок шляхом їх виборчого окислення і переведення в шлак і гази в процесі плавки.

Домішки відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями, тому для видалення кожної з них в плавильному агрегаті створюють певні умови, використовуючи основні закони фізичної хімії.

Відповідно до закону діючих мас швидкість хімічних реакцій пропорційна концентрації реагуючих речовин. Оскільки в найбільшій кількості в чавуні міститься залізо, то воно окислюється в першу чергу при взаємодії чавуну з киснем в сталеплавильної печі

Fe + 1 / 2O2 = FeO +263.68.(1)

Одночасно з залізом окислюються Si, P, Mn, Cта ін.

Утворений оксид заліза при високих температурах розчиняється в залозі і віддає свій кисень більш активних елементів - домішок в чавуні, окислюючи їх:

2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + 330.5 кДж;(2)

5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 225.94 кДж;(3)

FeO + Mn = MnO + Fe + 122.59 кДж;(4)

FeO + C = CO + Fe - 153.93 кДж.(5)

Чим більше оксиду заліза міститься в рідкому металі, тим активніше окислюються домішки. Для прискорення окислення домішок в сталеплавильну піч додають залізну руду, окалину, що містять багато оксидів заліза. Таким чином, основна кількість домішок окислюється за рахунок кисню оксиду заліза.

Швидкість окислення домішок залежить не тільки від їх концентрації, але і від температури металу і підпорядковується принципом Ле Шательє, відповідно до якого хімічні реакції, що виділяють теплоту, протікають інтенсивніше при більш низьких температурах або при деякому зниженні температури, а реакції, які поглинають теплоту, протікають активніше при високих температурах або при деякому підвищенні температури. Тому на початку плавки, коли температура металу невисока, інтенсивніше протікають процеси окислення кремнію, фосфору, марганцю, що протікають з виділенням теплоти, а вуглець інтенсивно окислюється тільки при високій температурі металу (в середині і наприкінці плавки).

Після розплавлення шихти в сталеплавильної печі утворюються дві несмешивающиеся середовища: рідкий метал і шлак. Метал і шлак поділяються через різної щільності. Відповідно до закону розподілу (закон Нернста), якщо будь - яка речовина розчиняється в двох дотичних, але не змішуються рідинах, то розподіл речовини між цими рідинами відбувається до встановлення певного співвідношення (константи розподілу) постійного для даної температури. Тому більшість компонентів (Si, P, Mn, C) Та їх сполуки, розчинні в рідкому металі і шлаку, будуть розподілятися між металом і шлаком в певному співвідношенні, характерному для даної температури.

Нерозчинні сполуки, в залежності від щільності переходитимуть або в шлак, або в метал. Змінюючи склад шлаку можна змінювати співвідношення між кількістю домішок в металі і шлаку так, що небажані домішки будуть видалятися з металу в шлак. Прибираючи шлак з поверхні металу і наводячи новий шляхом подачі флюсу необхідного складу, можна видаляти шкідливі домішки (сірку, фосфор) з металу. Тому регулювання складу шлаку за допомогою флюсів є одним з основних шляхів управління металургійним процесом.

Використовуючи викладені закони, процеси виплавки стали здійснюються в кілька етапів.

Перший етап - розплавлення шихти і нагрівання ванни рідкого металу. На цьому етапі температура металу невисока; інтенсивно відбувається окислення заліза і окислення домішок Si, P, Mnпо реакціях (1) - (4). Найбільш важливе завдання цього етапу: видалення фосфору - однієї з шкідливих домішок в стали. Для цього необхідне проведення плавки в основний печі, в якій можна використовувати основний шлак СаО. Вирізняється по реакції (3) фосфорний ангідрид утворює з оксидом заліза нестійке з'єднання (FeO)3? P2O5. оксид кальцію СаО - Більш серйозна причина, чому оксид заліза тому при невисоких температурах пов'язує ангідрид P2O5, переводячи його в шлак:

2 [P] + 5 (FeO) + 4 (CaO) «(4CaO ? P2O5) + 5 [Fe].(6)

Реакція освіти фосфорного ангідриду протікає з виділенням теплоти, тому відповідно до принципу Ле Шательє для видалення фосфору з металу необхідні низькі температури ванни металу і шлаку. З реакцій (3) і (6) випливає також, що видалення фосфору з металу необхідно достатній вміст в шлаку FeO.для повишеніясодержанія FeO в шлаку в піч додають окалину, залізну руду. У міру віддалення фосфору з металу в шлак вміст фосфору в шлаку зростає. Відповідно до закону розподілу видалення фосфору з сповільнюється. Тому для боее повного видалення фосфору з металу з його дзеркала забирається шлак, що містить фосфор, і наводять новий зі свіжими добавками СаО.

Другий етап - «Кипіння» металевої ванни - починається у міру її прогрівання до більш високих температур, ніж на першому етапі. При підвищенні температури металу відповідно до принципу Ле Шательє більш інтенсивно протікає реакція (5) окислення вуглецю, що відбувається з поглинанням теплоти. Оскільки в металі вуглецю міститься більше, ніж інших домішок, то відповідно до закону діючих мас для окислення вуглецю в метал вводять значну кількість руди, окалини або вдувають кисень. Утворений в металі оксид заліза реагує з вуглецем по реакції (5), а Бульбашки окислу вуглецю СО виділяються з рідкого металу, викликаючи «кипіння» металу. При «кипінні» зменшується вміст вуглецю в металі до необхідного, вирівнюється температура за обсягом ванни, частково видаляються неметалеві включення, що прилипають до бульбашок СО, А також інші гази, які проникають в бульбашки СО. Все це сприяє підвищенню якості металу. Тому етап «кипіння» ванни є основним в процесі виплавки сталі.

В цей же період створюються умови для видалення сірки з металу. Сірка в стали знаходиться у вигляді сульфіду FeS, Який розчиняється також в основному шлаку. Чим вище температура, тим більша кількість FeS розчиняється в шлаку, т. е. більше сірки переходить з металу в шлак. Сульфід заліза, розчинений в шлаку взаємодіє з оксидом кальцію, також розчиненим в шлаку:

FeS + CaO = CaS + FeO.(7)

Ця ж реакція протікає на кордоні метал - шлак між сульфідом заліза в стали FeS и CaO в шлаку.

Утворюється з'єднання CaS розчинно в шлаку, але не розчиняється в залозі.

Як випливає з реакції (7), чим більше в шлаку CaO і менше FeO, тим повніше видаляється зі сталі сірка. Тому при плавці в основних печах можна знизити вміст вуглецю і сірки в стали, виплавляти сталь з шихти будь-якого хімічного складу.

Третій етап - (Завершальний) - розкислення стали - полягає у відновленні оксиду заліза, розчиненого в рідкому металі. При плавці підвищення вмісту кисню в металі необхідно для окислення домішок, але в готовій сталі кисень - шкідлива домішка, так як знижує механічні властивості стали, особливо при високих температурах. Сталь раскисляют двома способами: облягають і дифузійним.

облягати розкислення здійснюється введенням в рідку сталь розчинних розкислювачі (феромарганцю, феросиліцію, алюмінію), що містять елементи (Mn, Si, Alі ін.), які в даних умовах мають більшу спорідненість до кисню, ніж залізо. В результаті розкислення відновлюється залізо і утворюються оксиди MnO, SiO2, Al2O3та інші, які мають меншу щільність, ніж сталь і видаляються в шлак. Однак частина їх залишається в стали, що знижує її властивості.

дифузійне розкислення здійснюється раскислением шлаку. Феромарганець, феросиліцій та інші раскислители в дрібно подрібнений вигляді завантажують на поверхню шлаку. Раскислители, відновлюючи оксид заліза, зменшують його вміст у шлаку. Відповідно до закону розподілу оксид заліза, розчинений в сталі, починає переходити в шлак. Утворені при такому способі розкислення оксиди залишаються в шлаку, а відновлене залізо переходить в сталь, що зменшує вміст в ній неметалічних включень і підвищує її якість.

Залежно від ступеня розкисленням виплавляють спокійні, киплячі і напівспокійну стали.

спокійна сталь виходить при повному розкислення в печі і ковші.

кипляча сталь раскислена в печі не повністю. Її розкислення триває в изложнице при затвердінні злитка, завдяки взаємодії FeO і вуглецю, що містяться в металі. Утворений при реакції FeO + C = CO + Feоксид вуглецю виділяється зі сталі, сприяючи видаленню зі сталі азоту і водню. Гази виділяються у вигляді бульбашок, викликаючи її «кипіння». Кипляча сталь практично не містить включень - продуктів розкислення, тому має гарну пластичність.

Полуспокойная сталь має проміжну розкислення між спокійної і киплячої. Частково вона раскисляют в печі і в ковші, а частково в изложнице завдяки взаємодії оксиду заліза і вуглецю, що містяться в стали.

легування стали здійснюється введенням феросплавів або чистих металів в необхідній кількості в розплав. Легуючі елементи мало реагують з киснем в порівнянні з залізом. це Co, Ni, Mo, Cu, Які практично не окислюються і тому їх вводять в піч в будь-який час плавки (зазвичай разом з рештою шихтою). Легуючі елементи, які краще взаємодіють з киснем в порівнянні з першою групою (Mn, Cr, V, Al, Tiта ін.) вводять в метал після або одночасно з раскислением, в кінці плавки.

Чавун переробляють в сталь в різних за принципом дії металургійних агрегатах: мартенівських печах, кисневих конверторах, дугових електропечах.

 




Вступ | ОСНОВИ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА | І їх підготовка до плавки | виплавка чавуну | Виробництво сталі в кисневих конверторах | Виробництво сталі в електропечах | розливання сталі | Кристалізація і будова сталевих злитків | Способи підвищення якості металу | виробництво міді |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати