Тема 15. Производство стали.

Вопросы:

1. Кислородно-конвертерный способ производства стали.

2. Производство стали в мартеновских печах.

3. Производство стали в электрических печах.

4. Разливка стали.

1. Шихтовыми материалами для выплавки стали являются жидкий или твердый чугун, стальной и чугунный лом, стружка, обрезки (скрап), железорудные окатыши, ферросплавы (перечисленные ма­териалы называют металлошихтой); известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, марганцевая руда, кварцевый песок (флюсы); железная руда, окалина, агломерат, кислород, воздух (окисли­тели).

В производстве стали широко используют кислородно-конвертерные процессы. Стационарный конвертер (рис. 13) имеет два бандажа 4, каждый из которых опирается на два ролика 1. Горловина конвертера имеет симметричную форму. Внутри стального кожуха конвертеры вы­кладываются смолодоломитовым кирпичом. Летка 3 предназначена для слива готовой стали.

Вместимость кислородных конвертеров от 50 до 400 т. Сущность кислородно-конвертерного процесса заклю­чается в том, что загруженную в конвертер шихту про­дувают сверху струей кислорода под давлением до 1,5 МПа. Большое давление кислорода обеспечивает хо­рошее перемешивание металла. В начале продувки окис­ляются кремний, марганец и другие элементы, которые переходят в шлак. После первого периода продувки кисло­родом (длится 16 мин), фурму подни­мают, наклоняют конвер­тер, сливают шлак и берут пробу металла. В конвер­тер добавляют известь, ставят его вновь в

верти­кальное положение, вво­дят фурму и начинают Рис.13

второй период продувы кислородом. Во второй пе­риод продувки продолжа­ются реакции окисления примесей, выгорает угле­род, идут реакции шлако­образования и другие физико-химические процессы. В конце второго периода продувки в конвертер вводят часть раскислителей. После удаления фурмы конвертер наклоняют, берут контрольную пробу стали и выпускают сталь в разливоч­ный ковш, где завершается процесс ее раскисления фер­ромарганцем, ферросилицием или комплексными раскислителями.

Общая продолжитель­ность составляет 40...60 мин, а продолжительность продувки кислородом – 18...30 мин. Преимущества: хорошее качество, высокая производительность и меньшая себестоимость. Недостат­ок: боль­шой угар металла (6...9%).

2. Мартеновское производство стали приме­няют в металлургии с 1864 г. выпуска плавки. Основными разновидностями мартеновской плавки являются скрап-рудный процесс и скрап-процесс. Шихта для скрап – процесса состоит из 60...70% стального лома (скрапа) и 30...40% чушкового чугуна. Шихта для скрап-рудного процесса состоит из 50...80% жидкого передельного чугуна, 20...50% скрапа к 15…30% (от массы металлической части шихты) желез­ной руды и известняка. Скрап-рудным процессом вы­плавляют основную массу стали в крупных мартеновских печах металлургических заводов, где работают доменные печи.

Рис. 14. Схема мартеновской печи:

1, 5 – головки печи; 2 – газовые и воздушные каналы в головке печи; 3 – свод печи; 4 – рабочее пространство печи; 6, 9 – газовые и воздушные ре­генераторы; 7 – подина печи; 8 – завалочные окна

Продолжительность плавки от 2 до 12 ч. Печи для скрап-рудного процесса имеют вместимость от 100 до 1000 т. Основными недостатками мартеновского процесса яв­ляются большой расход топлива и большая продолжи­тельность плавки, а преимуществом – универсальность процесса по применяемой шихте и маркам выплавляемых сталей.

3. В электропечах получают в основном легированные стали высокого качества, из которых изготовляют особо ответственные детали машин и инструменты. По конструкции электропечи делятся на дуговые (рис. 15) и индукционные (рис. 16).

В дуговых печах плавление шихты идет под дейст­вием теплоты электрической дуги, а в индукционных – вихревых токов.

Дуговые печи строят вместимостью до 400 т. Шихта состоит из стального лома и 10% твердого или жидкого чугуна. Используют так­же известь, ферросплавы и другие добавки. Рабочее на­пряжение 160...600 В, сила тока 1...10 кА. В процессе плавки с металла несколько раз удаляют шлак. Для ин­тенсификации плавки металл продувают кислородом. Продолжительность плавки составляет 4...8 часов.

Ин­дукционные печи изготовляют вместимостью от 60 кг до 25 т. Шихта для них состоит из отходов легированных сталей или чистого по сере и фосфору углеродистого скрапа и ферросплавов. Ток создает переменный магнит­ный поток, пронизывая куски металла в тигле, наводит в них мощные вихревые токи, нагревающие металл до расплавления. После расплавления шихты сталь рас­кисляют и легируют. Длительность плавки 1...3 ч.

Рис. 15. Принципиальная схема дуговой электропечи: Рис.16. Схема устройства

1 – электроды; 2 – съемный свод; 3 – рабочее окно; индукционной печи:

4 – корпус пе­чи; 5 – сектор для наклона печи; 1 – огнеупорный тигель;

6 – желоб для выпуска плавки; 2 – ин­дуктор; 3 – металл;

7 – электрододержатели

4. Применяют следующие способы разливки (рис. 17): сверху в изложницы, снизу (сифон­ная) в несколько изложниц одновременно, непрерывно в кристаллизатор (рис.18).

Рис. 17. Схема разливки стали в изложни­цы:

а – сверху; б – сифоном

Рис. 18. Схема установки для непрерывной разливки стали:

1 – разливочное устройство; 2 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 – жидкий металл; 4 – зона вторичного охлаждения; 5 – тянущие валки

Схема установки непрерывной разливки (УНРС) по­казана на рисунке 18. Сталь по­ступает в водоохлаждаемый медный кристаллизатор с двойными стенка­ми. В начале разливки нижняя часть кристаллизатора закрывается стальной штангой со сменной плоской го­ловкой на конце, которая является временным дном кристаллизатора. Вследствие интенсивного охлаждения кристаллизатора водой, циркулирующей в нем, жидкая сталь кристаллизуется у его стенок и в нижней части. Временное дно опускается вместе со слитком, который проходит зону вторичного водяного охлаждения разбрыз­гиванием. Слиток, опускаясь, доходит до установки, ко­торая разрезает или рубит его на заготовки мерной дли­ны. Недостаток вертикальных УНРС – их большая высо­та (до 45 м). Преимуществами УНРС – отпадает необходимость нагрева слит­ков для прокатки на крупных обжимных станах, нет необходимости иметь большое количество изложниц и поддонов, в слитках отсутствуют усадочные раковины.