Производство стали

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

шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и

неметаллических включений.

Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является

неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течении

продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается

процесс дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление

фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры

металла, высоком содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его

количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет

получить < 0,02 % Р в готовой стали.

Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя

считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина

заключается в том, что шлак содержит значительное количество (FeO) и

высокая основность шлака (> 2,5) достигается лишь во второй половине

продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе

находится в пределах 30 - 50 % и содержание серы в готовой стали составляет

0,02 - 0,04 %.

По достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму

поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения

перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому

заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое

проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали

по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и

легирующие добавки.

Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный

на шлаковозе под конвертером.

Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным

режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер

охладителей - металлолома, железной руды, известняка. Температура металла

при выпуске из конвертера около 1600о С.

Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество

отходящих газов. Для использование тепла отходящих газов и отчистки их от

пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизатор и установка для

очистки газов.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных

мощных компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах

(состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса

(количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой.

В середине 60-х годов опытами по вдуванию струи кислорода, окруженной

слоем углеводородов, была показана возможность через днище без разрушения

огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков

конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна

конвертерной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.

Основное отличие конвертеров с донной продувкой от конвертеров с верхним

дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем

приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21

фурм в зависимости от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может

быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при

наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой

конвертера в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.

В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания ванны,

увеличивается поверхность металл-зарождения и выделения пузырьков СО. Таким

образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению

с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не

представляет затруднений.

Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при

верхней. Это также связанно с меньшей окисленностью шлака и увеличением

поверхности контакта газ - металл. Последнее обстоятельство способствует

удалению части серы в газовую фазу в виде SO2.

Преимущества процесса с донной продувкой состоят в повышении выхода

годного металла на 1 - 2 %, сокращении длительности продувки, ускорении

плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет

определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей

без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов.

Конвертерный процесс с комбинированной продувкой.

Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в

конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в

котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в

защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с

комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет

повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов,

уменьшить расход кислорода, повысить качество стали за счет снижения

содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

[pic]

Производство стали в мартеновских печах

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и

металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в

отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и

физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых

материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до

необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое

путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до

высоких температур.

Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива

необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем

пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве,

превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток

кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате

разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е.

в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в

мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному

воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха

идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород

может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла

в конвертере).

В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других

элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO,

Fe2O3, MnO, CaO, P2O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой

футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла,

поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при

других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун,

металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части

(железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества

чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от

процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий. [pic]

Рисунок 4

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться

на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили

скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75

%) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с

полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75

%) составляет металлический лом. Чугун (25 - 45 %), как правило,

применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет

доменного производства.

[pic]

Рисунок 5 Схема двухванной сталеплавильной печи:

1 – топливно-кислородные фурмы;

2 – фурмы для вдувания твердых материалов; 3 – свод печи; 4 –

вертикальные каналы;

5 – шлаковики; 6 – подины печей

[pic]

Производство стали в электропечах

Электросталеплавильное производство - это получение качественных и

высококачественных сталей в электрических печах, обладающих существенными

преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами.

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии

для нагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате

преобразовании электроэнергии в тепловую при горении электрической дуги

либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения

вихревых токов.

В отличие от конвертерного и мартеновского процессов выделение тепла в

электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавку

можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной и

в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, атмосферного или

избыточного давления. Электросталь, предназначенную для дальнейшего

передела, выплавляют, главным образом в дуговых печах с основной футеровкой

и в индукционных печах.

[pic]

Рисунок 6 Схема рабочего пространства дуговой электропечи:

1 – куполообразный свод; 2 – стенки; 3 – желоб;

4 – сталевыпускное отверстие; 5 – электрическая дуга; 6 –

сферический под; 7 – рабочее окно; 8 – заслонка; 9 – электроды

Дуговые печи бывают различной емкости (до 250 т) и с трансформаторами

мощностью до 125 тысяч киловатт.

Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, возникающая

между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам

электрического тока необходимой силы. Дуга представляет собой поток

электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Температура

электрической дуги превышает 3000о С. Дуга, как известно, может возникать

при постоянном и постоянном токе. Дуговые печи работают на переменном токе.

При горении дуги между электродом и металлической шихтой в первый период

плавки, когда катодом является электрод, дуга горит, т. к. пространство

между электродом и шихтой ионизируется за счет испускания электронов с

нагретого конца электрода. При перемене полярности, когда катодом

становится шихта - металл, дуга гаснет, т. к. в начале плавки металл еще не

нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. При

последующей перемене полярности дуга вновь возникает, поэтому в начальный

период плавки дуга горит прерывисто, неспокойно.

1 – электрод

2 – головка электродержателя

3 – свод

4 – подвеска свода

5 – сводное кольцо

6 – цилиндричекий кожух

7 – рабочая площадка

8 – механизм наклона печи

9 – желоб для слива сталей

[pic]

Рисунок 7 Дуговая сталеплавиль-ная печь.

После расплавлении шихты, когда ванна покрывает ровным слоем шлака, дуга

стабилизируется и горит ровно.

Выплавка стали в кислых электродуговых печах

Электродуговые печи с кислой футеровкой обычно используются при выплавке

стали для фасонного литья. Емкость их составляет от 0,5 до 6,0-10 т. Кислая

футеровка более термостойкая и позволяет эксплуатировать печь с учетом

условий прерывной работы многих литейных цехов машиностроительных заводов.

Основным недостатком печей с кислой футеровкой является то, что во время

плавки из металла не удаляются сера и фосфор. Отсюда, очень высокие

требования к качеству применяемой шихты по содержанию этих примесей.

Плавление в кислой печи длится примерно так же, как в основной печи (50-

70 мин). В окислительный период удалятся меньшее количество углерода (0,1 -

0,2 %) и из-за повышенного содержания FeO в шлаке металл кипит без присадок

железной руды. Содержание SiO2 в шлаке к концу окислительного периода

повышается до 55 - 65 %. Когда металл нагрет, начинается восстановление

кремния по реакции:

(SiO2) + 2[C] = [Si] + 2COгаз

К концу окислительного процесса содержание Si в металле увеличивается до

0,2 - 0,4 %. Раскисление стали перед выпуском может проводиться как в печи,

так и в конце.

Способы интенсификации выплавки стали в большегрузных печах.

Одношлаковый процесс. Технология выплавки стали под одним шлаком без

восстановительного периода применяется для выплавки мартеновского

сортамента сталей. После окончания проведения окислите1льного периода

присаживают силикомарганец и феррохром в необходимом количестве для

получения требуемого химического состава данной марки стали, улучшают шлак

добавкой извести, флюсов. Затем сталь выпускают в ковш, где проводят

окончательное раскисление и легирование.

[pic]

Рисунок 8 Технологическая схема производства стали в дуговой

сталеплавильной печи

Плавка с рафинированием в ковше печным шлаком.

Применяется на печах емкостью 100 - 200 т. После окончания окислительного

периода и раскисления металла наводят новый шлак с высоким содержанием СаО.

В течение 40 - 60 мин шлак раскисляют молотым коксом и ферросилицием. Перед

выпуском в шлак дают CaF2. Высокое (10 - 20 %) содержание CaF2 обеспечивает

высокую рафинирующую способность шлака. При выпуске из печи вначале

выпускают в ковш жидкий шлак и затем мощной струей металл. Перемешивание

металла со шлаком обеспечивает высокую степень рафинирования от примесей

(от серы) и неметаллических включений. Одной из форм рафинирования стали в

ковше можно считать технологию синтетических шлаков на основе СаО - Al2O3.

Страницы: 1, 2, 3