28. Виробництво сталі. Технологічні процеси отримання сталі. Ефективність технологічних процесів отримання сталі

Сталь - залізовуглецевий сплав, який містить до 2,14 % карбону, а також силіцій (Sі), манган (Mn), сульфур (S) та фосфор (Р). Сталі такого складу називають вуглецевими. Сталь - найпоширеніший конструкційний матеріал сучасності.

Для надання сталям особливих якісних властивостей під час виплавлення або розливання до них додають легуючі елементи - хром (Сг), нікель (Nі), молібден (Мо), ванадій (V), титан (Ті), вольфрам (W) тощо, такі сталі називають легованими.

Сталь, на відміну від чавуну, має в своєму складі менше вуглецю та домішок, кращі механічні і технологічні властивості, вона має високу міцність, пластичність, ударну в’язкість, добре обробляється тиском, різанням, має добрі ливарні та зварювальні властивості.

Сировина для виробництва сталі:

- Переробний чавун

- Скрап (металобрухт

- Флюси

- Окислювачі

- Легуючі елементи

Способи виробництва сталі:

• киснево-конвертерний;

• мартенівський;

• електрометалургійний.

Киснево-конвертерне отримання сталі

Конвертер має форму груші. 3середини він футерований вогнетривким матеріалом2, ззовні - окутий сталевим кожухом 1 і за допомогою роликів може повертатись навколо горизонтальної осі на 180°.

Верхня частина конвертера має горловину 3 для завантаження шихти, заливання чавуну, випускання шлаку, подачі кисню під тиском 0,9-1,4 МПа через фурми 5. Збоку конвертера є льотка 4, для виливання сталі 6.

Для завантаження шихти конвертер нахиляють, завантажують скрап, заливають розплавлений чавун, засипають флюси і повертають у вертикальне (робоче) положення. Вставляють фурми (у великих агрегатах понад 4) і продувають конвертер киснем, досипають флюси та залізну руду. Час продування до 25 хв. Подачу кисню припиняють при появі бурого забарвлення полум’я, що свідчить про закінчення горіння домішок і початок горіння заліза. Подання кисню припиняють. Сталь готова.

Після закінчення плавки фурми витягують, конвертер повертають у горизонтальне положення, виконують хімічний аналіз проб металу та шлаку. Сталь через льотку випускають у ківш, а шлак через горловину — у шлаковози. Плавка триває до 50 хв.

Розкислюють сталь у ковші під час випуску. Легують частково в конвертері, частково в ковші.

У кисневих конвертерах отримують більшість вуглецевих сталей і частину малолегованих.

Продуктивність одного 250-тонного конвертера - 1200 тис. т сталі на рік, а 900-тонної мартенівської печі близько 1000 тис. т.

Капітальні витрати на будівництво і витрати на обслуговування кисневих конвертерів значно менші, ніж длямартенівських печей.

Мартенівське отримання сталі

У сучасних мартенах сталь виплавляють з твердого або рідкого чавуну, стального і чавунного скрапу, залізної руди, окалини, феросплавів з додаванням флюсів. Використовується тверде, легке, газоподібне і змішане паливо.

За конструкцією мартени (за конструкцією):

• однованні;

• двованні;

• стаціонарні;

• рухомі (використовують дуже рідко).

В мартенах застосовують регенераторний спосіб нагромадження тепла пічних газів із подальшим його використанням для підігрівання повітря та газового палива. Регенератори 5 — це камери, викладені вогнетривами. Мартен може мати один або два регенератори залежно від виду палива. Один регенератор мають мартени, які працюють на висококалорійному рідинному або газовому паливі. Це спрощує конструкцію й експлуатацію печі, зменшує собівартість сталі.

Процес плавки в мартенах безперервний. Печі із склепінням, викладеним динасовою вогнетривкою цеглою, витримують 200—300 плавок, а хромомагнезитовою — 300—1000. Об’єм ванн сучасних домен 200—900 т, час однієї плавки від 3 до 18 год залежно від об’єму ванни.

Мартенівський спосіб виплавки сталі може виконуватись з використанням трьох технологічних процесів: скрап-процесу, скрап-рудного і рудного (застосовується дуже рідко).

В період завантаження і плавлення шихти відбувається окислення домішок (Sі, Мп, S, Р) киснем, що є в руді і пічних газах, пізніше киснем оксиду заліза зі шлаку. Сірка і фосфор переводяться вапном у шлак. Оксиди домішкових елементів, що утворюються, шлакуються.

В процесі кипіння розплаву з нього виділяється СО у вигляді буль­башок. При цьому розплав перемішується, вирівнюється його хі­міч­ний склад, температура, виходять гази і спливають на поверхню неметалеві включення. В цей період беруть проби й аналіз на вміст вуглецю. Після досягнення необхідних параметрів проводять розкислення і додають феросплави. При виплавленні легованої сталі слідом за розкисленням додають у розплав сталі багаті легуючими елементами.

Для випуску готової сталі пробивають льотку і сталь випускають у сталерозливний ківш.