34. Основные физико-химические процессы получения стали.

Основные физико-химические процессы получения стали.

Для выплавки стали используются следующие исходные материалы: металлошихта, металлодобавки, флюсы и окислители.

Основная масса металлошихты – это передельный чугун и стальной лом. В состав металлошихты могут входить также продукты прямого восстановления железа из руд, ферросплавы.

Основное назначение передела чугуна в сталь – это снижение содержания в нем углерода, кремния, марганца и фосфора путем окисления и перевода их в шлак или газы.

Металлодобавки в виде ферросплавов вводятся в сталь для ее раскисления и легирования.

Флюсами (добавочными материалами) служат известняк, боксит и плавиковый шпат. Известняк способствует возникновению шлака, а боксит и плавиковый шпат – его жидкотекучести.

Для окислительных процессов источником кислорода является газовая фаза (газообразный кислород, печная атмосфера) или твердые окислители (железная руда, агломерат, окатыши, прокатная окалина).

В шлаке резко сокращается содержание FeO, что способствует получению более качественной стали. В случае необходимости плавку может завершать легирование: тогда в сталь вводят легирующие элементы. Установлено, что получение стали из железорудного сырья составляет 57%, а с учетом утилизации отходов – 63%. Ежегодная мировая выплавка стали достигает 700-750 млн. т.

35. Выплавка стали. Исходные материалы, их подготовка, сущность процесса.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Сравнение химических составов передельного чугуна и стали показывает, что содержание углерода и примесей в стали существенно ниже, чем в чугуне (см. таблицу 1).

Таблица 1. Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали

Материал	Состав, %
	Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор	Сера
Передельный чугун	4,0-4,4	0,76-1,26	<1,75	0,15-0,3	0,03-0,07
Низкоуглеродистая сталь	0,14-0,22	0,12-0,3	0,4-0,65	0,05	0,055

Таким образом, для передела чугуна в сталь необходимо снизить содержание углерода и примесей. Поэтому сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. В результате окислительных реакций, осуществляемых на первом этапе передела чугуна в сталь, углерод соединяется с кислородом, образуя СО, который удаляется в атмосферу печи. Кремний, марганец, фосфор, сера образуют окислы или другие соединения, нерастворимые или малорастворимые в металле (SiO2, МnО, СаS и др.), которые в процессе плавки частично удаляются в шлак.

Однако в полной мере окислить примеси не удается, так как, несмотря на их значительно большее сродство к кислороду, чем у железа, по мере снижения содержания примесей в соответствии с законом действующих масс начинает окисляться железо. Окислы железа растворяются в железе, насыщая металл кислородом. Сталь, содержащая кислород, непригодна для обработки давлением — ковки, прокатки, так как в ней образуются трещины при деформации в нагретом состоянии.

Для уменьшения содержания кислорода в стали в процессе плавки ее раскисляют, т. е. вводят в нее элементы с большим сродством к кислороду, чем у железа. Взаимодействуя с кислородом стали, эти элементы образуют нерастворимые окислы, частично всплывающие в шлак. Для раскисления стали используют ферросплавы — ферросилиций, ферромарганец, а также алюминий. Раскисление является завершающим этапом выплавки стали.

Чугун переделывают в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах. Основными из них являются кислородные конвертеры, мартеновские печи и другие электропечи