Сущность процесса получения стали заключается

Сущность процесса производства стали

Сущность передела чугуна в сталь заключается в уменьшении количества содержащегося в нём углерода и других веществ до нужных значений путем их окисления и перевода продуктов окисления в шлак или атмосферу. В табл. 3.2 это хорошо иллюстрируется сравнением концентрации основных компонентов в чугуне и в стали.

Рисунок 3.6 – Схема кислородного конвертора:

1 – жидкий чугун, 2 – кислородная фурма, 3 – стальная лётка, 4 – горловина, 5 – стальной кожух, 6 – футеровка, 7 – струя кислорода, 8 – схема движения металлического расплава при продувке

Таблица 3.2 – Сравнительная характеристика химического состава

передельного чугуна и углеродистой стали

железа с углеродом

Концентрация компонентов, мас. %

C Si Mn P S Передельный чугун ПВК1 3,8…4,4 0,9…1,2 0,5…1,5 0,020…0,050 0,015…0,025 Сталь ВСт3пс 0,14…0,22 0.05…0,17 0,3…0,65 ≤ 0,040 ≤ 0,050

В процессе передела чугуна в сталь происходит взаимодействие между элементами, находящимися в какой-либо из трёх фаз – жидкой металлической, жидкой шлаковой или газовой – различных по агрегатному состоянию и химическому составу. При этом один и тот же элемент, например, железо может одновременно присутствовать и в металлической, и в шлаковой фазе, а в результате взаимодействия с другими элементами переходить из одной фазы в другую. Местоположение элемента или соединения в той или иной фазе принято обозначать заключением химического символа в разные скобки. В квадратных (в [11] – прямых) скобках указывают элементы или химические соединения в металлической фазе, в круглых скобках – в шлаке, в фигурных скобках – в газовой фазе.

Направляемый из фурмы на металлический расплав кислород взаимодействует с элементами, присутствующими в чугуне. В соответствии с химическим законом действующих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Поскольку в наибольшем количестве в чугуне присутствует железо, то оно окисляется в первую очередь при взаимо-

действии чугуна с кислородом на границе раздела металл – газ:

Одновременно с железом газообразным кислородом на межфазной границе окисляются Si, P, C, Mn и др.:

Однако основное количество примесей окисляется за счёт кислорода, содержащегося в оксиде железа:

Чем больше оксида железа в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в в жидкую металлическую фазу добавляют железную руду, окалину, содержащие много оксидов железа.

Скорость окисления примесей зависит не только от концентрации, но подчиняется также принципу Ле Шателье. В соответствии с ним химические реакции, выделяющие теплоту (Q > 0), протекают интенсивнее при боле низких температурах, а реакции, поглощающие теплоту (Q

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник

Сущность процессов получения чугуна и стали

Получение чугуна. Получение чугуна в доменной печи заключа­ется в восстановлении железа из оксидов железной руды, в каче­стве которой используют магнитный железняк (минерал магне­тит — Fe34); красный железняк (гематит — Fe23); бурый желез­няк (минералы лимонит — 2Fe23— ЗН20 и гетит — Fe23— Н20) и др.

Чтобы отделить примеси, содержащиеся в руде и коксе (про­дукте переработки каменного угля), их нужно расплавить, однако температура плавления у них намного выше, чем у чугуна. Ее по­нижают, вводя флюсы (плавни), чаще всего — известняк.

Читайте также:  Наушники стали тихие windows 10

Загружаемая сверху в доменную печь шихта, содержащая же­лезную руду, кокс и флюсы, постепенно перемещается вниз и попадает в зоны все более высокого нагрева. В нижней части дом­ны (горне) температура возрастает до 1 600 °С. Сюда стекают жид­кие чугун и шлак. Более легкий шлак скапливается над чугуном. Периодически шлак и чугун выпускают и направляют для даль­нейшей переработки.

Вдуваемый в доменную печь воздух, нагретый до 700. 800°С, обеспечивает горение кокса с образованием окиси углерода (СО), которая отнимает кислород у оксидов железа:

При температуре около 1 000 0 С имеет место науглероживание восстановленного железа и превращение его в чугун:

Пустая порода и флюсы также претерпевают определенные превращения и переходят в шлак. Азот воздуха, СО и С02 образу­ют доменный газ, удаляемый из домны через колошник по газо­проводам.

В материалах шихты имеются вещества, дающие чугуну полез­ные (марганец, кремний) и вредные (сера, фосфор) примеси. Сера может быть удалена из чугуна при сильнооснбвном шлаке и высокой температуре процесса. Фосфор же удалить из чугуна нельзя. Чтобы чугун не содержал фосфора, шихта должна быть свободна от Р25.

Получение стали. Получение стали заключается в удалении из чугуна углерода путем его окисления (выгорания). Попутно выго­рают и примеси: кремний, марганец, фосфор. Сера удаляется с трудом, поэтому для получения стали используется бессернистый чугун. В отличие от доменного процесса переработка чугуна в сталь происходит при более высокой температуре, так как сталь более тугоплавка, чем чугун. Повышение температуры достигается за счет теплоты, выделяющейся в основном при выгорании примесей. Горение углерода дает слишком мало теплоты и не может обеспе­чить повышение температуры. Теплота может дополнительно под­водиться извне.

Сталь получают в конверторах, мартеновских печах и электро­печах, агрегатах непрерывного действия. Вдуваемый в расплавлен­ный чугун кислород окисляет углерод и примеси, но в конце про­цесса, когда содержание углерода и примесей понижается, может начаться окисление железа. Оксиды железа переходят в шлак и частично растворяются в стали, делая ее хрупкой.

Для разрушения растворимой закиси железа FeO в расплав вво­дят раскислители — специальные сплавы марганца, кремния и алюминия с железом (ферросплавы). Входящие в раскислитель Мп, Si и А1 отнимают кислород от оксидов железа, образуя нелетучие продукты, переходящие в шлак. В конце плавки сталь кипит — из нее выделяются растворенные кислород, азот и водород. Введен­ные раскислители связывают кислород в оксиды, переходящие в шлак, и кипение уменьшается. Раскисление кремнием переводит кипящую сталь в полуспокойную, а совместно с кремнием и алю­минием — в спокойную. Кипящая сталь является наиболее хруп­кой, пористой и химически неоднородной. Азот и водород удаля­ют дегазацией (вакуумированием) ванны.

Источник

Производство стали

Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ. Рассмотрим особенности производства стали, а также применяемые методы и то, как проводится маркировка полученных изделий.

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Читайте также:  Сталь 420 для топора

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

  1. Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
  2. Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
  3. Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

  1. Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
  2. Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Способы производства стали

Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали:

  1. Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.
  2. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.
  3. Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами.
Читайте также:  Стали болеть колени чем лечить

Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки.

Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки.

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Схема мартеновской печи

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

  1. Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
  2. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
  3. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

В кислородных конвертерах

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
  2. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
  3. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
  4. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
  5. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
  6. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
  7. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей. Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью. Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.

В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей

Источник