- •Содержание
- •1 Металлургия стали 5
- •2 Производство ферросплавов 55
- •Введение
- •1 Металлургия стали
- •1.1 Технологические особенности сталеплавильного производства
- •1.1.1 Классификация сталей
- •1.1.2 Маркировка сталей
- •1.2 Физико-химические основы процессов производства стали
- •1.2.1. Состав, свойства и роль шлака в процессе производства стали
- •1.2.2 Металлический расплав
- •1.3 Важнейшие реакции сталеплавильных процессов
- •1.3.1 Окисление углерода
- •1.3.2 Окисление кремния
- •1.3.3 Поведение марганца
- •1.3.4 Поведение фосфора
- •1.3.5 Поведение серы
- •1.3.6 Газы в стали
- •1.4 Раскисление и легирование стали
- •1.4.1 Способы раскисления
- •1.4.2 Продукты раскисления и их удаление
- •1.4.3 Легирование
- •1.5 Конвертерные способы производства стали
- •1.5.1 Кислородно-конвертерный процесс
- •1.5.2 Производство стали в конвертерах донного дутья
- •1.5.3 Конвертерный процесс с комбинированной продувкой
- •1.6 Мартеновское производство стали
- •1.6.1 Устройство и работа мартеновской печи
- •1.6.2 Разновидности мартеновского процесса
- •1.6.3 Технология мартеновского производства
- •1.6.4 Выплавка стали в двухванных сталеплавильных агрегатах
- •1.7 Производство стали в электрических печах
- •1.7.1 Классификация электрических печей
- •1.7.2 Выплавка стали в электродуговой печи
- •1.7.3 Выплавка стали в индукционных печах
- •1.8 Способы повышения качества жидкой стали
- •1.8.1 Продувка стали инертным газом
- •1.8.2 Обработка металла синтетическим шлаком
- •1.8.3 Вакуумная обработка стали
- •1.8.4 Продувка газопорошковыми струями
- •1.9 Разливка стали
- •1.9.1 Выпуск стали в ковш
- •1.9.2 Разливка стали в изложницы
- •1.9.3 Непрерывное литье заготовок
- •2 Производство ферросплавов
- •2.1 Классификация ферросплавов
- •2.2 Виды и особенности ферросплавных процессов
- •2.3 Типы ферросплавных печей
- •2.5 Сплавы кремния
- •2.5.1 Применение ферросилиция
- •2.5.2 Шихтовые материалы для выплавки ферросилиция
- •2.5.3 Физико-химические условия получения ферросилиция
- •2.5.4 Технологические особенности производства ферросилиция
- •2.6 Сплавы хрома
- •2.6.1 Сортамент и применение сплавов хрома
- •2.6.2 Шихтовые материалы для производства феррохрома
- •2.6.3 Производство углеродистого феррохрома
- •2.6.4 Низкоуглеродистый феррохром. Обезуглероживание феррохрома
- •2.7 Сплавы марганца
- •2.7.1 Применение и сортамент сплавов марганца
- •2.7.2 Шихтовые материалы для выплавки ферромарганца и силикомарганца
- •2.7.3 Производство высокоуглеродистого ферромарганца
- •2.7.4 Выплавка малофосфористого шлака
- •2.7.5 Производство силикомарганца
- •2.7.6 Технология производства металлического марганца
- •2.7.7 Технология производства средне- и низкоуглеродистого ферромарганца
- •Рекомендованная литература
- •49600, М. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4
1 Металлургия стали
1.1 Технологические особенности сталеплавильного производства
Сталеплавильное производство - это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии.
Сталь – многокомпонентный сплав железа с углеродом (С < 2,14%), кремнием, марганцем, серой, фосфором и другими примесями. Содержание углерода 2,14% соответствует максимальной растворимости углерода в аустените, находящемся в равновесии с цементитом при эвтектической температуре.
На современном этапе основными способами производства стали являются мартеновский, кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. По своей природе они являются окислительными, так как превращение чугуна в сталь осуществляется путем снижения углерода и других примесей в результате их окисления. Вместе с тем, это не означает, что в сталеплавильных процессах не протекают реакции восстановления. Такие элементы, как Mn, Si, Cr, P, окислившиеся в первые периоды плавки, могут при определенных условиях снова восстанавливаться и переходить в металл.
Для производства стали в сталеплавильные печи загружают шихтовые материалы, включающие две основных части, взятых в соотношениях, найденных предварительными расчетами.
Металлическая часть шихты - стальной лом, скрап, чугун, раскислители и легирующие добавки. Лом и скрап загружают в твердом виде, чугун применяют как в твердом, так и в жидком состоянии в зависимости от варианта сталеплавильного процесса. Металлическая часть шихты, кроме железа, содержит примеси (углерод, марганец, кремний, сера, фосфор и др.), количество которых регламентируют в зависимости от состава выплавляемого металла.
Неметаллическая часть шихты - флюсующие добавки (известь, известняк и т. п.), твердые окислители (железная руда, агломерат, окисленные окатыши и т.п.) и добавочные материалы (плавиковый шпат, марганцевая руда, боксит, песок, бой шамотного кирпича). Главными компонентами флюсующих добавок являются СаО в извести или СаСОз в известняке. Количество примесей регламентируют, ограничивая верхние пределы их содержаний (особенно содержания диоксида кремния, серы и фосфора). Главными компонентами твердых окислителей являются оксиды железа, содержание которых должно быть как можно более высоким; количества SiO2, серы и фосфора также ограничивают. Добавочные материалы используют для изменения свойств шлаков или для наведения новых шлаков.
При производстве стали применяют жидкое (мазут) или газообразное (природный, коксовый и доменный газы) топливо. Основными составляющими топлива являются углерод и водород, которые находятся в виде различных соединений, а также в топливе всегда присутствуют кислород, азот, сера, влага и зола.
Кислород для сжигания топлива получают преимущественно методом глубокого охлаждения (до -200 0С) и последующей ректификации (разделения) атмосферного воздуха в специальных установках.
Сталеплавильные процессы являются окислительными, в чем и заключается главное отличие от доменного. В сталеплавильных печах происходит окисление кремния, марганца, углерода и фосфора, а также в некоторой степени и железа, хотя это нежелательно. Сталеплавильные агрегаты работают периодически. После очередного выпуска расплавов осуществляют восстановление (заправку) огнеупорной футеровки, так как в местах контакта ее со шлаком в процессе плавки она частично растворяется и переходит в шлаковую фазу. После заправки загружают сыпучие материалы (флюс и твердые окислители), металлический лом (скрап) и заливают чугун (в электродуговую печь чугун загружают в твердом виде). В период плавления происходит расплавление твердой шихты и формирование жидкой ванны металла и шлака. В этот период окисляются частично железо, значительная часть фосфора, кремний, часть марганца и углерода. После расплавления осуществляют доводку металла по температуре и составу. В этот период происходит окисление избыточного углерода и перемешивание (барботаж) ванны выделяющимися пузырями монооксида углерода СО. Металл нагревается до температуры ~1650°С, его раскисляют и выпускают. Раскисление осуществляют введением в жидкий металл таких элементов (Мn, Si, Al и т.п.), которые прочно связываются с кислородом, растворенным в металле, т. е. обладают высоким сродством к кислороду. При этом образующийся оксид элемента-раскислителя не растворяется в металле, а переходит в значительной степени в шлаковую фазу.