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
|