Відновлення заліза в киплячому шарі

Дрібнозернисту руду або концентрат поміщають на ґрати, через якові подають водень або інший відбудовний газ під тиском 1,5 МПа. Під тиском водню частки рудій перебувають у зваженому стані, роблячи безперервний рух і створюючи «киплячу», «псевдозжижену» кулю. У киплячому шарі забезпечується гарний контакт газовідновлювача із частками оксидів заліза. На одну тонну відновленого порошку витрата водню становить 600…650м³.

 

Одержання губчатого заліза в капсулах-тиглях.

Використовують карбідокремнієві капсули діаметром 500 мм і висотою 1500 мм. Шихта завантажується концентричними кулями. Внутрішня частина капсули заповнена відновлювачем – здрібненим повторюємо паливом і вапняком (10...15%) для видалення сірки. Друга куля – відновлювана здрібнена руда або концентрат, окалина, потім ще один концентричний куля – відновлювача й вапняку. Установлені на вагонетки капсули повільно переміщаються в тунельній печі довжиною до 140 м, де відбувається нагрівши, витримка при 1200 ⁰C і охолодження протягом 100 часів.

Відновлене залізо одержують у вигляді товстостінних труб, їх чистять, дроблять і подрібнюють, одержуючи залізний порошок зі змістом заліза до 99 %, вуглецю - 0,1...0,2%.

 

Виробництво сталі Сутність процесу

 

 

Сталі – залізовуглецеві сплави, що містять практично до 1,5% вуглецю, при більшому його змісті значно збільшуються твердість і крихкість сталей і смороду не знаходять широкого застосування.

Основними вихідними матеріалами для виробництва сталі є передільний чавун і сталевий лом (скрап).

Зміст вуглецю й домішок у сталі значно нижче, ніж у чавуні. Тому сутність будь-якого металургійного переділу чавуну в сталь - зниження змісту вуглецю й домішок шляхом їхнього вибірного окислювання й перекладу в шлаки й гази в процесі плавки.

Залізо окисляється в першу чергу при взаємодії чавуну з киснемо в сталеплавильних печах .

Одночасно із залізом окисляються кремній, фосфор, марганець і вуглець. оксид, Що Утвориться, заліза при високих температурах віддає свій кисень більше активним домішкам у чавуні, окисляючи їх.

Процеси виплавки стали здійснюють у три етапи.

Перший етап - розплавлювання шихти й нагрівання ванни рідкого металу.

Температура металу порівняно невисока, інтенсивно відбувається окислювання заліза, утворення оксиду заліза й окислювання домішок: кремнію, марганцю й фосфору.

Найбільш важливе завдання етапу - видалення фосфору. Для цього бажано проведення плавки в основній печі, де шлаки містить . Фосфорний ангідрид утворить із оксидом заліза нестійке з'єднання . Оксид кальцію більш сильний підстава, чим оксид заліза, тому при невисоких температурах зв'язує і переводити його в шлаки.

Для видалення фосфору необхідна невисокі температура ванни металу й шлаків, достатнє зміст у шлакам. Для підвищення змісту у шлакам й прискорення окислювання домішок у піч додають залізну руду й окалину, наводячи залізисті шлаки. У міру видалення фосфору з металу в шлаки, зміст фосфору в шлакам збільшується. Тому необхідно забрати ці шлаки із дзеркала металу й замінити його новим зі свіжими добавками .

Другий етап - кипіння металевої ванни - починається в міру прогріву до більше високих температур.

При підвищенні температури більш інтенсивно протікає реакція окислювання вуглецю, що відбуває з поглинанням теплоти.

Для окислювання вуглецю в метав уводять незначну кількість рудій, окалини або вдмухують кисень.

При реакції оксиду заліза з вуглецем, пухирці оксиду вуглецю виділяються з рідкого металу, викликаючи «кипіння ванни». При «кипінні» зменшується зміст вуглецю в металі до необхідного, вирівнюється температура по об’єму ванни, частково віддаляються неметалічні включення, що прилипають до спливаючих пухирців , а також гази, що проникають у пухирці. Всі це сприяє підвищенню якості металу. Отже, цей етап - основної в процесі виплавки стали.

Також створюються умови для видалення сірки. Сірка в сталі перебуває у вигляді сульфіду , що розчиняється також в основним шлакам. Чим вище температура, тім більша кількість сульфіду заліза розчиняється в шлакам й взаємодіє з оксидом кальцію :

З'єднання, що утвориться, розчиняється в шлакам, але не розчиняється в залозі, тому сірка віддаляється в шлаки.

Третій етап - розкислення сталі полягає у відновленні оксиду заліза, розчиненого в рідкому металі.

При плавці підвищення змісту кисню в металі необхідно для окислювання домішок, але в готовій сталі кисень - шкідлива домішка, тому що знижує механічні властивості стали, особливо при високих температурах.

Сталь розкисляють двома способами: осаджуючим і дифузійним.

Осаджуюче розкислення здійснюється введенням у рідку сталь розчинного розкислювача (феромарганцю, ферросиліція, алюмінію), що містять елементи, які мають більшу спорідненість до кисню, чим залізо.

У результаті розкислення відновлюється залізо й утворяться оксиди: , які мають меншу щільність, чим сталь, і віддаляються в шлаки.

Дифузійне розкислення здійснюється розкисленням шлаків. Феромарганець, ферросиліцій і алюміній у здрібненому виді завантажують на поверхню шлаків.

Розкислювачі, відновлюючи оксид заліза, зменшують його зміст у шлакам. Отже, оксид заліза, розчинений у сталі переходити в шлаки. оксиди, Що Утворяться при цьому процесі, залишаються в шлакам, а відновлене залізо переходити в сталь, при цьому в сталі знижується зміст неметалічних включень і підвищується її якість .

Залежно від ступеня розкислення виплавляють сталі:

а) спокійні,

б) киплячі,

в) напівспокійні.

Спокійна сталь виходить при повному розкисленні в печі й ковші.

Кипляча сталь розкислена в печі неповністю. Її розкислення триває в ізложниці при затвердінні злитка, завдяки взаємодії оксиду заліза й вуглецю:

оксид, що утвориться, виділяється зі сталі, сприяючи видаленню зі сталі азоту й водню, гази виділяються у вигляді пухирців, викликаючи її кипіння. Кипляча сталь не містить неметалічних включень, тому має гарну пластичність.

Напівспокійна сталь має проміжну розкисленість між спокійною й киплячою. Частково вона розкисляється в печі і у ковші, а частково - в ізложниці, завдяки взаємодії оксиду заліза й вуглецю, що втримуються в сталі.

Легування стали здійснюється введенням феросплавів або чистих металів у необхідній кількості в розплав. Легуючі елементи, у яких спорідненість до кисню менше, ніж у заліза , при плавці й розливанні не окисляються, тому їх уводять у будь-який година плавки. Легуючі елементи, у яких спорідненість до кисню більше, ніж у заліза , уводять у метав після розкислення або одночасно з їм наприкінці плавки, а іноді в ківш.