Рефераты. Производство стали

K = [pic]

Откуда коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком:

L = (P2O5)/P2 = K[pic](FeO)5 [pic](CaO)4

Десульфация стали. Сера, также как и фосфор, является вредной примесью в

стали. Удаление серы можно представить в виде реакции

Feж + [S] +(CaO) = (CaS) + (FeO).

Уравнение для константы имеет вид:

К = [pic]

Коэффициент распределения серы

L = (S)/[S] = K(CaO)/(FeO).

Из уравнения следует, что повышение основности и снижение окисленности

шлака способствует десульфации. Положительную роль оказывает также

повышение температуры металла и активное перемешивание ванны. Повышению

степени удалении серы способствуют элементы, образующие сульфиды, более

прочные, чем сульфид железа. К таким элементам относятся редкоземельные

металлы.

Газы в стали. Газы (кислород, водород и азот) содержаться в любой стали.

Газы даже при содержании их в сотых и тысячных долях процента оказывают

отрицательное влияние на свойства металла.

Растворимость кислорода в стали характеризуется реакцией: [pic].

В готовом металле содержание кислорода должно быть минимальным.

Растворимость водорода и азота в металле починяется закону Стивенса:

[pic]; [pic], где pH и pN - парциальные давления газов; KH и KN -

растворимость водорода и азота при парциальном давлении соответствующего

газа равном, 0,1 МПа.

Уменьшение растворимости при переходе из жидкого в твердое состояние при

кристаллизации стали вызывает выделение газов из металла, что является

причиной образования ряда дефектов, например, флокенов[1], пористости в

слитках готовой стали и т. п. В присутствии некоторых элементов в металле

могут образовываться их соединения с азотом - нитриды. Наличие нитридов в

кристаллической структуре многих сталей отрицательно влияет на свойства

металла.

Азот и водород успешно удаляются из жидкой стали в результате реакции

окисления углерода. Образующийся по этой реакции СО, собирается в пузырьки,

которые вырываются на поверхность металла, пробивают находящийся под

металлов слой жидкого шлака и выходят в атмосферу. В результате этого

создается впечатление кипения жидкой ванны.

Всплывающие пузырьки СО захватывают по пути вверх некоторое количество

других газов - H2 и N2 (рис 1).

Чем энергичнее протекает кипение металла, тем меньше содержание газов и

тем лучше качество металла. Для удаления H2 и N2 применяют также вакуумную

обработку, продувку ванны нейтральным газом (аргоном) и др.

Рис. 1 Схема удаления газов из

жидкого металла в процессе кипения

Раскисление стали. Для снижения содержания кислорода в стали проводят ее

раскисление. Это, как правило, последняя и ответственная операция в

процессе выплавки стали. Раскисление - это процесс удаления кислорода,

растворенного в стали, путем связывания его в оксиды различных металлов,

имеющих большее сродство к кислороду, чем железо.

Наиболее распространенными раскислителями являются марганец и кремний,

используемые в виде ферросплавов, и алюминий.

Реакции раскисления можно представить следующим образом:

[O] + [Mn] = (MnO)

2[O] + [Si] = (SiO2)

3[O] + 2[Al] = (Al2O3)

В зависимости от условий ввода раскислителей в металл различают два

метода раскисления: глубинное (или осаждающее) и диффузионное раскисление.

При глубинном раскислении раскислители вводят в глубину металла. В этом

случае требуется определенное время для того, чтобы продукты раскисления -

оксиды кремния, марганца, алюминия всплыли в шлак. При диффузном раскилении

раскислители в тонко измельченном виде попадают в шлак, покрывающий металл.

Сначала в этом случае происходит раскисление шлака, а снижение содержания

кислорода в металле происходит за счет его перехода из металла в шлак, т.

е. [O] ==> (O). При диффузионном раскислении не происходит загрязнение

металла неметаллическими включениями - продуктами раскисления.

Для более глубокого раскисления применяют обработку жидкого металла в

вакууме или синтетическими шлаками.

В зависимости от степени раскисления различают спокойную, кипящую и

полуспокойную сталь.

Спокойная сталь - это сталь, полностью раскисленная, т. е. благодаря

вводу большого количества раскислителей весь кислород в стали находится в

связанном с элементом-раскислителем состоянии. При разливки такой стали

газы не выделяются, и она застывает спокойно.

Кипящая сталь - это сталь, частично раскисленная марганцем. При разливке

в слитки она бурлит (кипит) благодаря выделению пузырьков оксида углерода,

образующихся по реакции: [C] + [O] = {CO}.

Полуспокойная сталь - это сталь, по степени раскисленности занимающая

промежуточное место между кипящей и спокойной.

Полуспокойную сталь ракисляют частично в печи (марганцем) и затем в ковше

(кремнем, алюминием).

[pic]

Производство стали в конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела

жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в

конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая

вводится в металл сверху.

Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был

осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и

Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам

городов, в нашей стране - кислородно-конвертерного).

В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т,

продолжительность плавки в которых составляет 30 - 50 мин.

Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов

массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа

заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава,

использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого

сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью,

малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции.

Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой.

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это

обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной

фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих

материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной

от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся

с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы

передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться

вокруг горизонтально оси на 360о со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для

больше грузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний

привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу

[pic]

Рисунок 2 Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма

поворота

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали

через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка

закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.

[pic]

Рисунок 3 Технологическая схема производства стали в кислородном конвертере

Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит

из следующих основных периодов (рис 3); загрузки металлолома, заливки

чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в

наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового

типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер

устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу

кислорода с чистотой не менее 99,5 % О2. Одновременно с началом продувки

загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60 % от

общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в

процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут

после начала продувки.

На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы

(расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого

кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м,

давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки

обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком.

Последнее в свою очередь способствует повышению скорости окисления

содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является

шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход

удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой

стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки

заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами

(основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи

связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24

минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами

зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения

извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность,

условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны,

температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного

шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность

соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500о. В этой

зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и

шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на

плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и

содержания SiO2 руде, боксите, извести и др. Общий расход извести

составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового

штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При

этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец.

Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при

сравнительно низких температурах (1450 - 1500о С и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное

значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс

Страницы: 1, 2, 3



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.