4. Продукція доменного виробництва

1. Переробний чавун, тобто такий, що йде на переробку в сталь. Марки П1 і П2. Це так звані білі чавуни, тому що на зламі вони мають сріблясто–білий колір. У білому чавуні весь вуглець знаходиться в складі карбіду заліза Fe₃ С.

2. Ливарний чавун. Після застигання перетворюється в чушки, які відправляють на машинобудівні заводи, де в ливарних цехах їх розплавляють, заливають у спеціальні форми і отримують виливки, що служать заготовками при виговленні багатьох деталей машин.

Ливарні чавуни називають ще сірими. На зламі сірі чавуни мають сірий колір. Сірий чавун відрізняється від білого підвищеним вмістом кремнію і меншим вмістом сірки. Окрім того у сірому чавуні більша частина вуглецю знаходиться у вигляді графіту. Завдяки цьому ливарні чавуни мають високі ливарні якості.

3. Феросплави. Феросплави – це чавуни з підвищеним (більше 10%) вмістом одного або декількох легуючих елементів. Наприклад: марганцю, кремнію, хрому та ін.

На Україні виробляють феромарганець, який у вигляді чушок поставляють на машинобудівні заводи, а також продають за кордон.

Металургія України випускає: переробного чавуну – 85-90%, ливарного – 9-12%. Феросплави складають менше 1%.

4. Доменний газ. Містить у собі СО, Н₂, N, СО₂. Він має високу теплоту згорання. Використовується в нагрівачах повітря, яке вдувають у доменну піч, а також для нагрівання коксових батарей у якості палива.

Перед застосуванням доменний газ очищують від пилу, який потім застосовують при виготовленні агломерату.

5. Шлак. Шлак із доменної печі по жолобу стікає в ківш. Потім його гранулюють струмом повітря або пари над водяним басейном.

Шлак потім використовують у будівництві для виготовлення цементу, шлакобетону, шлакової цегли, шлаковати та ін.

5. Технологічні процеси виробництва сталі.

Сировина для виробництва сталі. Сировиною для виробництва сталі є переробний чавун, скрап, флюси, окиснювачі та легуючі елементи (у процесі виробництва легованих сталей).

Основу шихти складають чавун (80%) і скрап. Вони становлять понад 90% шихти.

Джерелом теплової енергії, необхідної для розплавлення шихти, є паливо (мазут, природний, домновий і коксовий гази, кам'яновугільний пил тощо). Для отримання теплової енергії крім палива використовують також хімічну, електричну та інші види енергії.

Вибір сировини, її підготовлення до плавлення, а також вибір сталеварного агрегату, з яким пов'язано спосіб отримання сталі, істотно впливають на якість і собівартість сталі.

Основне призначення переробки чавуну в сталь – це зниження вмісту в ньому вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору шляхом окислення і переводу їх у шлак або гази. Вуглець чавуну, з’єднуючись з киснем, перетворюється на газ СО і звітрюється. Інші домішки перетворюються у шлак. Існує три основних способи отримання сталі: конверторний, мартенівський і електроспосіб.

Конверторний спосіб отримання сталі. Виплавка сталі, яка здійснюється в спеціальних печах-коверторах отримала назву конверторної технології (рис. 3).

Рис.3. Схема кисневого конвертера

Схема кисневого конвертера: 1- льотка для виливання сталі, 2 - вогнетривка доломітова цегла, 3 – фурми для пода­чі кисню, 4 – шихта.

В конвертор спочатку завантажують скрап (металевий лом), потім заливають рідинний чавун (при температурі 1300 С⁰), засипають вапно, залізну руду і окалину. Потім здійснюють продувку технічним киснем під тиском 1,6 – 1,8 МПа. Під час продувки кисень окислює домішки. Реакції окислення протікають дуже швидко, з виділенням великої кількості теплоти. Температура в конверторі підвищується до 2500С⁰. Після продувки сталь готова. Її випускають.

На 1 т розплаву протягом 1 хв. витрачається 1,8-4 м³ кисню. Залежно від об'єму конвертера час продування киснем становить 1,5-25 хв.

Завантаження печі триває 5 хвилин, продувка 12...20 хвилин, взяття проб – 6 хв., виливка сталі і шлаку – 5...10 хв. На весь цикл витрачається 35...40хв. Це найбільш продуктивний і найдешевший спосіб виплавки сталі. Але якість сталі невисока. Конверторна сталь йде в основному на невідповідальні будівельні конструкції.

Конверторним способом виплавляють біля 20% сталі.

Виробництво сталі в мартенівських печах. Спосіб виробництва сталі в мартенівських печах є універсальним з точки зору складу шихти. Але він менш продуктивний. Сталь - більш якісна, ніж конверторна. Використовується в основному у машинобудуванні.

По виду вихідних матеріалів відрізняють декілька видів плавки:

- скрап процес – плавка на твердому чавуні і металевому ломі;

- рудний процес – плавка на рідкому чавуні з добавкою руди для окис-лення;

- скрапрудний процес – плавка на рідинному чавуні, скарпі і руді.

Усі ці процеси здійснюють у полум’яних печах.

Паливом для мартенівських печей є природний газ або мазут, які подаються у плавильний простір через паливні головки. При згоранні палива в печі виникає факел з температурою 1800-1900С⁰. При цьому тверді складові частини розплавляються. В цей час відбувається процес окислення домішок і вони переходять у шлак.

Головний процес, який протікає в мартенівський печі – це кипіння металу, що відбувається внаслідок окислення вуглецю.

Тривалість однієї плавки – 6-10 годин.

Ємкість мартенівських печей – 180-600 т.

Мартенівським способом виплавляють близько 70% сталі.

Схему однованної мартенівської печі: 1 – ванна, 2 – склепіння, 3 – плавильний простір, 4 – вікна ванни, 5 – регенератори для нагрівання повітря та палива.

Виробництво сталі в електропечах. Цей процес найбільш досконалий. Він дозволяє отримувати сталь найвищої якості, яка використовується у машинобудуванні для особливо відповідальних деталей. Цим способом виплавляють близько 10% сталі. Разом з цим, цей спосіб найбільш дорогий.

Існує два види печей для плавки – єлектродугові та індукційні.

В дугових печах в якості шихти використовують металевий скрап (відходи металургійного, ковальського і прокатного виробництва, сталевий брухт) – 90%, рідинний чавун – 5-10%, окатиші – до 5%, вапно – 1-2%.

Між графітовими електродами і скрапом виникає електродуга. Температура у зоні дуги сягає 4000С⁰.

При електроплавці широко застосовують продування киснем (особливо при виплавці легованих сталей).

Тривалість плавки – 3-6 год., а з продувкою – 2-4 години.

Ємкість дугових печей коливається від 1,5 до 250т.

Індукційні печі мають ємкість від 60кг до 25т. Температура у цих печах підвищується завдяки дії індукційних струмів, що виникають навколо індуктора при проходженні змінного струму. В індукційних печах переробляють чисті шихтові матеріали точно заданого складу. При цьому способі переважно виробляють високоякісні леговані сталі, очищені від домішок. Але повністю позбавитись домішок практично неможливо. Тому для отримання очищених сталей застосовують вакуумування сталі, при якому сталь майже повністю звільняється від водню, азоту, сірки та фосфору.

Розливка сталі. Виплавлену в тих чи інших печах сталь випускають у ківш, із якого її розливають у виливниці для отримання зливків. Іноді розливку сталі здійснюють під вакуумом, при якому сталь дегазується і рафінується.

Розливку сталі у виливниці залежно від маси зливка здійснюють зверху або знизу. Крім того, використовують також безперервну розливку.

Виливниці виготовляють із жаростійкого чавуну. Маса зливка може коливатись від 10т до 100т.

Розливку сталі зверху використовують для отримання великих зливків. Це простий і дешевий спосіб, але якість зливка невисока.

Розливку знизу (сифонна розливка) використовують для отримання дріб-них і середніх за масою зливків. Для цього сталь випускають з ковша в центральний стояк, звідки вона по ливниковим каналам заповнює знизу одночасно декілька виливниць (від двох до восьми). Зливки у цьому випадку більш якісні, оскільки виливниці заповнюються повільно.

Найбільш прогресивним є спосіб безперервної розливки сталі, при якому зовсім немає потреби у виливницях. Струмінь сталі при виході з ковша охолоджується, переходить у твердий стан, обтискається валками і одразу перетворюється в прокат. Винахід цього способу належить СРСР. Але першими застосували його японці, потім американці і лише після цього – ми.

Але повернемось до зливків.

Зливок має певну будову. Він неоднорідний за якістю, бо застигання металу в ньому відбувається неодночасно.

Найбільш якісна сталь – на периферії зливку, де має місце дрібно-зерниста структура. У середині зливка – структура крупнозерниста. Можуть утворюватись пухкості, а у верхній частині – навіть усадочні раковини. Потім верхню частину зливка (15 % за масою) відрізають автогеном і знову пускають у переплавку.

У подальшому гарячі зливки направляють у прокатний цех для виготовлення прокату. І лише 10% зливків охолоджують і направляють на машинобудівні заводи, де з них в ковальських цехах кують заготовки крупногабаритних деталей, або переплавляють для виготовлення сталевого лиття.

Прокатка сталі. Приблизно 90% всієї виплавленої на металургійних комбінатах сталі перетворюють у прокат.

Прокатка здійснюється у прокатних цехах з допомогою прокатних станів. Основними елементами прокатного стану є валки, які можуть бути гладкими, або профільними. З допомогою гладких валків шляхом багаторазового прокатування зливка отримують листовий прокат (листи, штаби, стрічки) товщиною від 100 до 0,1 мм.

З допомогою профільних валків отримують профільний прокат різного поперечного перерізу. Це круглі, квадратні, шестигранні, труби, кутники, рейки, швелери, таври, двутаври та інші спеціальні профілі.

В кінці потокової лінії листи обрізають до певних розмірів за стандартом. Профільний прокат розрізають на куски певної довжини, теж за стандартом. Частіш за все довжина профільного прокату дорівнює 6 метрам. Але можуть бути і інші довжини.

Існують також волочильні стани з допомогою яких виготовляють дріт різних діаметрів.

Штаби, стрічки і дріт закручують у рулони.

Прокат поступає:

- на машинобудівні підприємства для виготовлення з нього заготовок деталей машин і металевих конструкцій;

- на підприємства будівельної індустрії – для виготовлення різнома-нітних будівельних конструкцій і використання у якості арматури при виготовленні залізобетону.