Виробництво чавуну і сталі - Технічні науки - Скачать бесплатно

1.Виробництво чавуну і сталі

Залізо мало промислове застосування вже до нашої ери. У древні часи його одержували в пластичному стані в горнах. Шлак відокремлювали, видавлюючи його з губчатого заліза, ударами молота.

В міру розвитку техніки виробництва залоза поступово підвищувалася температура, при якій вівся процес. Метал і шлак сталі плавитися; стало можливим розділяти їх набагато повніше. Але одночасно в металі підвищувався зміст вуглецю й інших домішок, - метал ставав тендітним і нековким. Так з'явився чавун.

Пізніше навчилися переробляти чавун; зародився двоступінчастий спосіб виробництва заліза з руди. У принципі він зберігається дотепер: сучасна схема одержання сталі складається з доменного процесу, у ході якого з руди виходить чавун, і сталеплавильного переділу, що приводить до зменшення в металі кількості вуглецю й інших домішок.

Сучасний високий рівень металургійного виробництва заснований на теоретичних дослідженнях і відкриттях, зроблених у різних країнах, і на багатому практичному досвіді. Чимала частка в цьому процесі належить росіянином ученим. Наприклад, російські вчені першими широко застосували природний газ для доменної плавки.

2. Виробництво чавуну

2.1. Вихідні матеріали

Залізні руди. Головний вихідний матеріал для виробництва чавуна в доменних печах – залізні руди. До них відносять гірські породи, що містять залізо в такій кількості, при якому виплавка стає економічно вигідною.

Залізна руда складається з рудної речовини і порожньої породи. Рудною речовиною найчастіше є окисли, силікати і карбонати заліза. А порожня порода звичайно складається з чи кварциту піщанику з домішкою глинистих речовин і рідше – з чи доломіту вапняку.

У залежності від рудної речовини залізні руди бувають багатими, котрих використовують безпосередньо, і бідними, котрих піддають збагаченню.

У доменному виробництві застосовують різні залізні руди.

Червоний залізняк (гематит) містить залізо у виді безводного окису заліза. Вона має різне фарбування( від темно-червоної до темно-сірої). Руда містить багато заліза(45-65 %) і мало шкідливих домішок. Відновимо ость заліза з руди гарна.

Бурий залізняк містить залізо у виді водяних окислів. У ньому міститься 25- 50% залоза. Фарбування міняється від жовтої до буро-жовтої. Порожня порода залізняку глиниста іноді кременисто-глиноземиста.

Магнітний залізняк містить 40-70% заліза у виді закису-окису заліза.

руда має добре виражені магнітні властивості, має темно-сірий чи чорний з різними відтінками колір. Порожня порода руди кремнеземиста з домішками інших окислів. Залізо з магнітного залізняку відновлюється сутужніше, ніж з інших руд.

Шпатовий залізняк (сидерит) містить залізо у виді вуглекислої солі. У цьому залізняку міститься 30-37 % залоза. Сидерит має жовтувато-білий і грязно-сірий колір. Він легко окисляється і переходить у бурий залізняк. З усіх залізних руд він володіє найбільш високою відновлюваністю.

Марганцеві руди містять 25-45% марганцю у виді різних окислів марганцю. Їх додають у шихту для підвищення в чавуні кількості марганцю.

2.2. Виробництво чавуну в доменній печі

Виплавка чавуна виробляється у величезних доменних печах, викладених з вогнетривких цеглин сягаючих 30 м висоти при внутрішньому діаметрі близько 12 м.

Розріз доменної печі схематично зображений на малюнку.

Верхня її половина зветься шахти і закінчується нагорі отвором – калашником, що закривається рухливим стовпчиком – кколашниковим затвором. Сама широка частина печі називається распаром, а нижня частина – горном. Через спеціальні отвори в горні(фурми) до друку вдувається гаряче чи повітря кисень.

Доменну піч завантажують спочатку коксом, а потім послойно агломератом і коксом. Агломерат – це певним чином підготовлена руда, спеченная з флюсом. Горіння і необхідна для виплавки чавуна температура підтримуються вдмухуванням у горн підігрітого чи повітря кисню. Останній надходить у кільцеву трубу, розташовану навколо нижньої частини печі, а з її по вигнутих трубках через фурми в горн. У горні кокс згоряє, утворити З2, що, піднімаючи нагору і проходячи крізь шари наколінного коксу, взаємодіє з ним і утворить З. Оксид вуглецю, що утворився, і відновлює велику частину руди, переходячи знову в З2.

Процес відновлення руди відбувається головним чином у верхній частині шахти. Його можна виразити сумарним рівнянням:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Порожню породу в руді утворять, головним чином діоксид кремнію Si2.

Це – тугоплавка речовина. Для перетворення тугоплавких домішок у більш легкоплавкі з'єднання до руди додаються флюс . Звичайно як флюс використовують CaCo3. При взаємодії його з Si2 утвориться CaSi2, що легко відокремлюється у виді шлаку.

При відновленні руди залізо виходить у твердому стані. Поступово воно опускається в більш гарячу частину печі – распар - і розчиняє в собі вуглець; утвориться чавун. Останній плавиться і стікає в нижню частину горна, а рідкі шлаки збираються на поверхні чавуна, охороняючи його від окислювання. Чавун і шлаки випускають у міру нагромадження через особливі отвори, забиті в інший час глиною.

Вихідні з отвору печі гази містять до 25% З. Їх спалюють в особливих апаратах-кауперах, призначених для попереднього нагрівання, що вдмухується в піч повітря. Доменна піч працює безупинно. У міру того як верхні шари руди і коксу опускаються, у піч додають нові їхні порції. Суміш руди і коксу доставляється підйомниками на верхню площадку печі і завантажується в чавунну лійку, закриту знизу колошниковим затвором. При опусканні затвора суміш попадає в піч. Робота печі продовжується протягом декількох років, поки пекти не зажадає капітального ремонту.

Процес виплавки може бути прискорений шляхом застосування в доменних печах кисню. При вдмухуванні в доменну піч збагаченого киснем повітря попередній підігрів його стає зайвим, а виходить, відпадає необхідність у громіздких і складних кауперах і всьому процесі спрощується. Разом з тим продуктивність печі підвищується і зменшується витрата палива. Така доменна піч дає в 1,5 рази більше заліза і вимагає коксу на ¼ менше ніж звичайна.

3. Виробництво сталі

У сталі в порівнянні з чавуном міститься менше вуглецю, кремнію, сірки і фосфору. Для одержання сталі з чавуна необхідно знизити концентрацію речовин шляхом окисної плавки.

У сучасній металургійній промисловості сталь виплавляють в основному в трьох агрегатах: конвекторах, мартенівських і електричних печах.

3.1. Виробництво сталі в конверторах

Конвертор являє собою судину грушоподібної форми. Верхню частину називають чи козирком шоломом. Вона має горловину, через яку рідкий чавун і зливають сталь і шлак. Середня частина має циліндричну форму. У нижній частині є приставне днище, що у міру зносу заміняють новим. До днища приєднана повітряна коробка, у яку надходить стиснене повітря.

Ємність сучасних конвекторів дорівнює 60 – 100 т. і більш, а тиск повітряного дуття 0,3-1,35 Мн/м. Кількість повітря необхідного для переробки 1 т чавуна, складає 350 кубометрів.

Перед заливанням чавуна конвектор повертають до горизонтального положення, при якому отвору фурм виявляються вище рівня залитого чавуна. Потім його повільно повертають у вертикальне положення й одночасно подають дуття, що не дозволяє металу проникати через отвори фурм у повітряну коробку. У процесі продувки повітрям рідкого чавуна вигорають кремній, марганець, вуглець і частково залізо.

При досягненні необхідної концентрації вуглецю конвектор повертають у горизонтальне положення і припиняють подачу повітря. Готовий метал розкислють і виливають у ківш.

Бесемерівський процес. У конвертор заливають рідкий чавун з досить високим змістом кремнію (до 2,25% і вище), марганцю (0,6-0,9%), і мінімальною кількістю сірки і фосфору.

По характері реакції, що відбувається, бесемерівський процес можна розбити на три періоди. Перший період починається після пуску дуття в конвертор і продовжується 3-6 хв. З горловини конвертора разом з газами вилітають дрібні краплі рідкого чавуна з утворенням іскор. У цей період окисляються кремній, марганець і частково заліза по реакціях:

Si + O2 = SiO2,

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

Закис заліза, що утвориться, частково розчиняється в рідкому металі, сприяючи подальшому окислюванню кремнію і марганцю. Ці реакції протікають з виділенням великої кількості тепла, що викликає розігрів металу. Шлак виходить кислим (40-50% Si2).

Другий період починається після майже повного вигоряння кремнію і марганцю. Рідкий метал досить добре розігрітий, що створюються сприятливі умови для окислювання вуглецю по реакції C + Fe = Fe + CO, що протікає з поглинанням тепла. Горіння вуглецю продовжується 8-10 хв і супроводжується деяким зниженням температури рідкого металу. Окис вуглецю, що утвориться, згоряє на повітрі. Над горловиною конвектора з'являється яскраве полум'я.

В міру зниження змісту вуглецю в металі полум'я над горловиною зменшується і починається третій період. Він відрізняється від попередніх періодів появою над горловиною конвертора бурого диму. Це показує, що з чавуна майже цілком вигоріли кремній, марганець і вуглець і почалося дуже сильне окислювання заліза. Третій період продовжується не більш 2 – 3 хв, після чого конвектор перевертають у горизонтальне положення й у ванну вводять розкислювачі (феромарганець, ферросиліцій чи алюміній) для зниження змісту кисню в металі. У металі відбуваються реакції

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

Готову сталь виливають з конвектора в ківш, а потім направляють на розливання.

Щоб одержати сталь із заздалегідь заданою кількістю вуглецю (наприклад, 0,4 – 0,7% З), продувку металу припиняють у той момент, коли з нього вуглець ще не вигорів, чи можна допустити повне вигоряння вуглецю, а потім додати визначена кількість чи чавуна утримуючих вуглець визначена кількість феросплавів.

Томасівський процес. У конвертор з основний футеровкой спочатку завантажують свежеобожженную вапно, а потім заливають чавун, що містить 1,6-2,0% Р, до 0,6%Si і до 0,8% S. У томасівському конвекторі утвориться вапняний шлак, необхідний для витягу і зв'язування фосфору. Заповнення конвектора рідким чавуном, підйом конвертора, і пуск дуття відбуваються також як і в бесемерівському процесі.

У перший період продувки в конвекторі окисляється залізо, кремній, марганець і формується вапняний шлак. У цей період температура металу трохи підвищується.

В другий період продувки вигорає вуглець, що супроводжується деяким зниженням температури металу. Коли зміст вуглецю в металі досягне менш 0,1%, полум'я зменшиться і зникне. Настає третій період, вчасно якого інтенсивно окисляється фосфор

2P + 5Fe + 4Ca = (Ca)4*P2O5 + 5Fe.

У результаті окислювання фосфор переходить з металу в шлак, оскільки тетрафосфат кальцію може розчинитися тільки в ньому. Томасівські шлаки містять 16 – 24% Р2ПРО5.

Дана реакція супроводжується виділенням значної кількості тепла, за рахунок якого відбувається більш різке підвищення температури металу.

Перед розкисленням металу з конвертора необхідно видалити шлак, тому що містяться в раскислителях вуглець, кремній, марганець будуть відновлювати фосфор зі шлаку, і переводити його в метал. Томасівську сталь застосовують для виготовлення дахового заліза, дроту і сортового прокату.

Киснево-конверторний процес. Для інтенсифікації бесемерівського і томасівського процесів в останні роки почали застосовувати збагачене киснем дуття.

При бесемерівському процесі збагачення дуття киснем дозволяє скоротити тривалість продувки і збільшити продуктивність конвертора і частку сталевого скрапу, подаваного в металеву ванну в процесі плавки. Головним достоїнством кисневого дуття є зниження змісту азоту в сталі з 0,012-0,025(при повітряному дутті) до 0,008-0,004%(при кисневому дутті). Уведення до складу дуття суміші кисню з водяною чи парою вуглекислим газом дозволяє підвищити якість бесемерівської сталі, до якості сталі, виплавлюваної в мартенівських і електричних печах.

Великий інтерес представляє використання чистого кисню для виплавки чавуна в глуходонних конверторах зверху за допомогою водоохлаждаемих фурм.

Виробництво сталі киснево-конверторним способом з кожним роком збільшується.

3.2. Виробництво сталі в мартенівських печах

У мартенівських печах спалюють чи мазут попередньо підігріті гази з використанням гарячого дуття.

Пекти має робоче (плавильне) простір і дві пари регенераторів(повітряний і газовий) для підігріву повітря і газу. Гази і повітря проходять через нагріту до 1200( З вогнетривку насадку відповідних регенераторів і нагріваються до 1000-1200( С. Потім по вертикальних каналах направляються в голівку печі, де змішуються і згоряють, у результаті чого температура під зводом досягає 1680-1750( С. Продукти горіння направляються з робочого простору печі в ліву пару регенераторів і нагрівають їхню вогнетривку насадку, потім надходять у казани-утилізатори і димар. Коли вогнетривка насадка правої пари регенераторів остигне, остигне так що не зможе нагрівати минаючі через них гази і повітря до 1100( З, ліва пара регенераторів нагрівається приблизно до 1200-1300( С. У цей момент переключають напрямок руху газів і повітря. Це забезпечує безупинне надходження в піч підігрітих газів і повітря.

Більшість мартенівських печей опалюють сумішшю доменного, коксувального і генераторного газів. Також застосовують і природний газ. Мартенівська піч, що працює на мазуті, має генератори тільки для нагрівання повітря.

Шихтові матеріали (скрапи, чавун, флюси) завантажують у піч наповненою машиною через завалочні вікна. Розігрів шихти, рас плавлення металу і шлаку в печі відбувається в плавильному просторі при контакті матеріалів зі смолоскипом розпечених газів. Готовий метал випускають з печі через отвори, розташовані в найнижчої частини подини. На час плавки випускний отвір забивають вогнетривкою глиною.

Процес плавки в мартенівських печах може бути кислим чи основної. При кислому процесі вогнетривка кладка печі виконана з динасів ого цегли. Верхні частини подини наварюють кварцовим піском і ремонтують після кожної плавки. У процесі плавці одержують кислий шлак з великим змістом кремнезему (42-58%).

При основному процесі плавки подину і стінки печі викладають з магнезитової цегли, а звід – з динасів ого чи хромомагнезитової цегли. Верхні шари подини наварюють магнезитовим чи доломітовим порошком і ремонтують після кожної плавки. У процесі плавки одержують кислий шлак з великим змістом 54 – 56% СаО.

Основний мартенівський процес. Перед початком плавки визначають кількість вихідних матеріалів (чушковий чавун, сталевий скрап, вапняк, залізна руда) і послідовність їхнього завантаження в піч. За допомогою заливальної машини мульда (спеціальна коробка) із шахтою вводиться в плавильний простір печі і перевертається, у результаті чого шихта висипається на подину печі. Спочатку завантажують дрібний скрап, потім більш великий і на нього кускове вапно (3 – 5 % маси металу). Після прогріву завантажених матеріалів подають сталевий брухт, що залишився, і граничний чавун двома трьома порціями.

Цей порядок завантаження матеріалів дозволяє їх швидко прогріти і розплавити. Тривалість завантаження шихти залежить від ємності печі, характеру шихти, теплової потужності печі і складає 1,5 – 3 ч.

У період завантаження і плавлення шихти відбувається часткова окислювання заліза і фосфору майже повне окислювання кремнію і марганцю й утворення первинного шлаку. Зазначені елементи окисляються спочатку за рахунок кисню грубних газів і руди, а потім за рахунок закису заліза розчиненої в шлаку. Первинний шлак формується при розплавлюванні й окислюванні металу і містить 10 –15% Fe, 35 –45% Ca, 13 – 17% Mn. Після утворення шлаку рідкий метал виявляється ізольованим від прямого контакту з газами, і окислювання домішок відбувається під шаром шлаку. Кисень у цих умовах переноситься закисом заліза, що розчиняється в металі і шлаку. Збільшення концентрації закису заліза в шлаку приводить до зростання її концентрації в металі.

Для більш інтенсивного харчування металевої ванни киснем у шлак уводять залізну руду. Кисень, розчинений у металі, окисляє кремній, марганець, фосфор і вуглець по реакціях, розглянутим вище.

До моменту рас плавлення всієї шихти значна частина фосфору переходить у шлак, тому що останній містить достатня кількість закису заліза і сповісти. Щоб уникнути зворотного переходу фосфору в метал перед початком кипіння ванни 40 – 50% первинного шлаку з печі.

Після скачивания первинного шлаку в піч завантажують вапно для утворення нового і більш основного шлаку. Теплове навантаження печі збільшується, для того щоб тугоплавке вапно швидше перейшло в шлак, а температура металевої ванни підвищилися. Через якийсь час 15 – 20 хв у піч завантажують залізну руду, що збільшує зміст окислів заліза в шлаку, і викликає в металі реакцію окислювання вуглецю

[C] + (Fe) = Coгаз.

Утвориться окис вуглецю виділяється з металу у виді пухирців, створюючи враження його кипіння, що сприяє перемішуванню металу, виділення металевих включень і розчинених газів, а також рівномірному розподілу температури по глибині ванни. Для гарного кипіння ванни необхідно підводити тепло, тому що дана реакція супроводжується поглинанням тепла. Тривалість періоду кипіння ванни залежить від ємності печі і марки сталі, і знаходиться 1,25 – 2,5 ч і більш.

Звичайно залізну руду додають у піч у першу періоду кипіння, називаного поліруванням металу. Швидкість окислювання вуглецю в цей період у сучасних мартенівських печах великої ємності дорівнює 0,3 – 0,4% у годину.

Протягом другої половини періоду кипіння залізну руду у ванну не подають. Метал кипить дрібними пухирцями за рахунок накопичених у шлаку окислів заліза. Швидкість вигоряння вуглецю в цей період дорівнює 0,15 – 0,25% у годину. У період кипіння, стежачи за основностью і жидкотекучестью шлаку.

Коли зміст вуглецю в металі виявиться трохи нижче, ніж потрібно для готової сталі, починається остання стадія плавкі – період доведення і розкислення металу. У піч уводять визначена кількість кускового феромарганцю (12% Mn), а потім через 10 – 15 хв ферросилиций (12-16% Si). Марганець і кремній взаємодіють з розчиненим у металі киснем, у результаті чого реакція окислювання вуглецю припиняється. Зовнішньою ознакою звільнення металу від кисню є припинення виділення пухирців окису вуглецю на поверхні шлаку.

При основному процесі плавки відбувається часткове видалення сірки з металу по реакції

[Fe] + (Ca) = (Ca) + (Fe).

Для цього необхідні висока температура і достатня основность шлаку.

Кислий мартенівський процес. Цей процес складається з тих же періодів, що й основний. Шихту застосовують дуже чисту по фосфорі і сірці. Порозумівається це тим, що кислий шлак, що утвориться, не може затримувати зазначені шкідливі домішки.

Печі звичайно працюють на твердій шихті. Кількість скрапу дорівнює 30 – 50% маси металевої шихти. У шихті допускається не більш 0,5% Si. Залізну руду в піч подавати не можна, тому що вона може взаємодіяти з кремнеземом подини і руйнувати її в результаті утворення легкоплавкого з'єднання 2Fe*Si2. Для одержання первинного шлаку в піч завантажують деяка кількість чи кварциту мартенівського шлаку. Після цього шихта нагрівається грубними газами; залізо, кремній, марганець окисляються, їхні окисли сплавляються з флюсами й утворять кислий шлак, що містить до 40 –50 % Si2. У цьому шлаку велика частина закису заліза знаходиться в силікатній формі, що утрудняє його перехід зі шлаку в метал. Кипіння ванною при кислому процесі починається пізніше, ніж при основному, і відбувається повільніше навіть при гарному нагріванні металу. Крім того, кислі шлаки мають підвищену в'язкість, що негативно позначається на вигорянні вуглецю.

Тому що сталь виплавляється під шаром кислого шлаку з низьким змістом вільного закису заліза, цей шлак захищає метал від насичення киснем. Перед випуском з печі в сталі міститься менше розчиненого кисню, чим у сталі, виплавленої при основному процесі.

Для інтенсифікації мартенівського процесу повітря збагачують киснем, що подається в смолоскип полум'я. Це дозволяє одержувати більш високі температури в смолоскипі полум'я, збільшувати її випромінювальну здатність, зменшувати кількість продуктів горіння і завдяки цьому збільшувати теплову потужність печі.

Кисень можна вводити й у ванну печі. Уведення кисню в смолоскип і у ванну печі скорочує періоди плавки і збільшує продуктивність печі на 25-30%. Виготовлення хромомагнезитових зводів замість динасових дозволяє збільшувати теплову потужність печей, збільшити міжремонтний період у 2-3 рази і підвищити продуктивність на 6-10%.

3.3. Виробництво сталі в електричних печах

Для виплавки сталі використовують електричні печі двох типів: дугові й індукційні (високочастотні). Перші з них одержали більш широке застосування в металургійній промисловості.

Дугові печі мають ємність 3 - 80 т і більш. На металургійних заводах установлюють печі ємністю 30 –80 тонн. В електричних печах можна одержувати дуже високі температури (до 2000( З), розплавляти метал з високою концентрацією тугоплавких компонентів мати, мати основний шлак, добре очищати метал від шкідливих домішок, створювати відбудовну чи атмосферу вакуум (індукційні печі) і досягати високого розкислення і дегазації металу.

Нагрівання і розплавлювання шихти здійснюється за рахунок тепла, випромінюваного трьома електричними дугами. Електричні дуги утворяться в плавильному просторі печі між вертикально підвішеними електродами і металевою шихтою.

Дугова піч має наступні основні частини: зварений чи клепаний кожух циліндричної форми, зі сфероидальним днищем; подини і стінок; знімне аркове склепіння з отворами для електродів; механізм для закріплення вертикального переміщення електродів; дві опорні станини; механізм нахилу печі, що дозволяє повертати пекти при випуску сталі по жолобі й убік завантажувального вікна для скачування шлаку.

У сталеплавильних печах застосовують вугільний і графітування електроди. Діаметр електродів визначається потужністю споживаного струму і складає 350 – 550 мм. У процесі плавки нижні кінці електродів згоряють. Тому електроди поступово опускають і в необхідних випадках нарощують зверху.

Технологія виплавки сталі в дугових печах. В електричних дугових печах високоякісну вуглеводневу чи леговану сталь. Звичайно для виплавки сталі, застосовують шихту у твердому стані. Тверду шихту в дугових печах з основний футеровкою використовують при плавці сталі з окислюванням шихти і при переплавлянні металу без окислювання шихти.

Технологія плавки з окислюванням шихти в основній дуговій печі подібнаі технології плавки сталі в основних мартенівських печах (скрапам-процесам). Після заправлення падини в піч завантажують шихту. Середній зміст вуглецю в шихті на 0,5 –0,6% вище, ніж у готовій сталі. Вуглець вигорає і забезпечує гарне кипіння ванни. На подину печі завантажують дрібний сталевий брухт, потім більш великий. Укладати шихту в печі треба щільно. Особливо важливо добре укласти шматки шихти в місці перебування електродів. Шихту в дугові печі малої і середньої ємності завантажують чи мульдами лотками через завалочне вікно, а в печі великої ємності через звід, що відводять убік разом з електродами. Після завантаження шихти електроди опускають до легкого зіткнення із шихтою. Підклавши під нижні кінці електродів шматочки коксу, включають струм, і починають плавку сталі.

При плавки сталі в дугових печах розрізняють окисний і відбудовний періоди.

Під час окисного періоду розплавляється шихта, окисляється кремній, марганець, фосфор, надлишковий вуглець, частково залізо й інші елементи, наприклад кульгавий, титан, і утвориться первинний шлак. Реакція окислювання такі ж, як і при основному мартенівському процесі. Фосфор з металу віддаляється протягом першої половини окисного періоду, поки метал у ванні сильно не розігрівся. Утворений при цьому первинний фосфористий шлак у кількості 60 – 70% видаляють з печі.

Для одержання нового шлаку в основну дугову піч подають обпалене вапно й інші необхідні матеріали. Після видалення фосфору і скачування первинного шлаку метал добре прогрівається і починається горіння вуглецю. Для інтенсивного кипіння ванни в піч закидають необхідна кількість залізної чи руди окалини і шлакоутворюючих речовин.

Під час кипіння ванни протягом 45-60 хв надлишковий вуглець згоряє, розчинені гази і неметалічні включення віддаляються. При цьому відбирають проби металу для швидкого визначення в ньому змісту вуглецю і марганцю і проби шлаку для визначення його складу. Основність шлаку підтримується рівної 2-2,5, що необхідно для затримки в ньому фосфору.

Після видалення вуглецю скачивают весь шлак. Якщо в металі в період окислювання вуглецю міститься менше, ніж потрібно по хімічному аналізі, то в піч уводять шматки графітових чи електродів кокс.

У відбудовний період плавки розкислюють метал, переводять максимально можлива кількість сірки в шлак, доводять хімічний склад металу до заданого і підготовляють його до випуску з печі.

Відбудовний період плавки в основних дугових печах при виплавці сталей з низьким змістом вуглецю проводиться під білим (вапняним) шаром шлаком, а при виплавці високовуглеводних сталей – під карбідним шлаком.

Для одержання білого шлаку в піч завантажують жужільну суміш, що складається з вапна і плавикового шпату. Через якийсь час на поверхні утвориться шар шлаку з досить високою концентрацією Fe і Mn. Проби шлаку мають темний колір.

Перед розкисленням металу в піч двома-трьома порціями закидають другу жужільну суміш, що складається з кускового вапна, плапікового шпату, меленого деревного вугілля і коксу. Через якийсь час зміст Feo і Mn знижується. Проби шлаку стають світліше, закис заліза з металу починає переходити в шлак. Для посилення розкислюючої дії до кінця відбудовного періоду в піч закидають порошок ферросиліція, під впливом якого зміст Fe у шлаку знижується. У білому шлаку міститься до 50 – 60% Сао, а на поверхні його плаває деревне вугілля, що дозволяє ефективно видаляти сірку з металу.

Під час відбудовного періоду плавки в метал уводять необхідні добавки, у тому числі і легуючі. Остаточно метал раскислюють у печі алюмінієм.

Виплавка сталі під карбідним шлаком на першій стадії відбудовного процесу відбувається так само, як і під білим шлаком. Потім на поверхню шлаку завантажують карбідоутворюючу суміш, що складається з коксу, сповісти і плавикого шпату. При високих температурах протікає реакція

Ca + 3C = Ca2 + CO.

Карбід кальцію, що утвориться, збільшує розкислюючу й обезсірковуючу здатність карбідного шлаку. Для прискорення утворення карбідного шлаку пекти добре герметизують. Карбідний шлак містить 55 –65% Сао і 0,3 – 0,5% Fe; він володіє здатністю насичуватися вуглецем.

При виплавці сталі методом переплаву, у піч не завантажують залізну руду; умови для кипіння ванни відсутні. Шихта складається з легованих відходів з низьким змістом фосфору, оскільки його не можна буде видалити в шлак. Для зниження змісту вуглецю в шихту додають 10 – 15% м'якого заліза. Первинний шлак, що утвориться при розплавлюванні шихти, з печі не видаляють. Це зберігає легуючі елементи (Cr, Ti, V), що переходять зі шлаку в метал.

Пристрій і робота індукційних печей. Індукційні печі відрізняються від дугових способом підведення енергії до розплавленого металу. Індукційна піч приблизно працює так само як звичайний трансформатор: мається первинна котушка, навколо якої при пропущенні перемінного струму створюється перемінне магнітне поле. Магнітний потік наводить у вторинній печі перемінний струм, під впливом якого нагрівається і розплавляється метал. Індукційні печі мають ємність від 50 кг до 100 т і більш.

У немагнітному каркасі існують індуктор і вогнетривкий плавильний двигун. Індуктор печі виконаний у виді котушки з визначеним числом витків мідної трубки, усередині якої циркулює охолодна вода. Метал завантажують у тигель, що є вторинною обмоткою. Перемінний струм виробляється в машинних чи лампових генераторах. Підведення струму від генератора до індуктора здійснюється за допомогою гнучкого чи кабелю мідних шин. Потужність і частота токи визначаються ємністю плавильного тигля і складу шихти. Звичайно в індукційних печах використовується струм частотою 500 – 2500 гц. Великі печі працюють на менших частотах. Потужність генератора вибирають з розрахунку 1,0 – 1,4 квт/кг шихти. Плавильні тиглі печей виготовляють з кислих чи основних вогнетривких матеріалів.

В індукційних печах сталь виплавляють методом переплаву шихти. Чад легуючих при цьому виходить дуже невеликим. Шлак утвориться при завантаженні шлакоутворюючих компонентів на поверхню розплавленого металу. Температура шлаку у всіх випадках менше температури металу, тому що шлак не володіє магнітної проникності й у ньому не індуцируется струм. Для випуску сталі з печі, тигель нахиляють убік зливального носка.

В індукційних печах немає вуглецю, тому метал не насичується вуглицем. Під дією електромагнітних сил метал циркулює, що прискорює хімічні реакції і сприяє одержанню однорідного металу.

Індукційні печі застосовують для виплавки високолегованих сталей і сплавів особливого призначення, що мають низький зміст вуглецю і кремнію.

4. Нові методи виробництва й обробки сталі

Електроннопроменева плавка металів. Для одержання особливо чистих металів і сплавів використовують електроннолучевую плавку. Плавка заснована на використанні кінетичної енергії вільних електронів, що одержали прискорення в електричному полі високої напруги. На метал направляється потік електронів, у результаті чого він нагрівається і плавиться.

Електроннопроменева плавка має ряд переваг: електронні промені дозволяють одержати високу щільність енергії нагрівання, регулювати швидкість плавки у великих межах, виключити забруднення розплаву матеріалом тигля і застосовувати шихту в будь-якому виді. Перегрів розплавленого металу в сполученні з малими швидкостями плавки і глибоким вакуумом створюють ефективні умови для очищення металу від різних домішок.

Електрошлаковий переплав. Дуже перспективним способом одержання високоякісного металу є електрошлаковий переплав. Краплі металу, що утворяться при переплаву заготівлі, проходять через шар рідкого металу і рафинируются. При обробці металу шлаком і спрямованої кристалізації злитка знизу нагору зміст сірки в заготівлі знижується на 30 – 50%, а зміст неметалічних включень – у два-три разів.

Вакуумування сталі. Для одержання високоякісної сталі, широко застосовується вакуумна плавка. У злитку містяться гази і деяка кількість неметалічних включень. Їх можна значно зменшити, якщо скористатися вакуумированием сталі при її виплавці і розливанні. При цьому способі рідкий метал піддається витримці в закритій камері, з якої видаляють повітря й інші гази. Вакуумирование сталі виробляється в ковші перед заливанням по изложницам. Кращі результати виходять тоді, коли сталь після вакуумирования в ковші розливають по изложницам так само у вакуумі. Виплавка металу у вакуумі здійснюється в закритих індукційних печах.

Рафінування сталі в ковші рідкими синтетичними шлаками. Сутність цього методу полягає в тому, що очищення сталі від сірки, кисню і неметалічних включень виробляються при інтенсивному перемішуванні сталі в ковші з попередньо злитим у нього шлаком, приготовленому в спеціальної шлакоплавильної печі. Сталь після обробки рідкими шлаками володіє високими механічними властивостями. За рахунок скорочення періоду рафінування в дугових печах, продуктивність яких може бути збільшена на 10 – 15%. Мартенівська піч, оброблена синтетичними шлаками, по якості близька до якості сталі, виплавлюваної в електричних печах.

Список використаної літератури

«Технологія металів і інших конструкційних матеріалів» В.Т.Жадан, Б.Г. Гринберг, В.Я. Никонов Видання друге.

«Загальна хімія» Н.Л. Глинка Видання двадцять третє.

«Металургія» А.П. Гуляєв 1966 рік.