2.Производство стали
Получаемый в доменном производстве чугун, имея достаточно высокую прочность, не обладает пластичностью, он хрупок. Это затрудняет его дальнейшую обработку и ограничивает область возможного применения. Отсутствие пластичности и наличие хрупкости обусловлено большим содержанием в нем углерода. Главное отличие стали от чугуна по химическому составу - более низкое содержание углерода (не превышающее 1,5-2,0% ). Содержание вредных примесей серы и фосфора, придающих сталям соответственно красно- и хладноломкость, не превышает 0,06-0,08%.
По сравнению с чугуном сталь более дорогой продукт, но это окупается ее высокой прочностью и пластичностью. Сталь обладает литейными свойствами, хорошо сваривается, штампуется, прокатывается, обрабатывается резанием.
Исходными материалами сталеплавильного производства являются передельные чугуны, металлолом, ферросплавы. Около 90% всей стали получают из чугуна.
Основными способами производства стали являются: кислородно -конверторный, мартеновский и плавка стали в электропечах.
2.1.Кислород но - конверторный процесс
Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стальных листов, (см.рис )Внутри конвертор выложен огнеупорным кирпичом. Дутье осуществляется через фурму, вводимую через горловину. Цапфы кожуха конвертора установлены в подшипники, что облегчает его поворот вокруг горизонтальной оси на 360° для завалки скрапа, заливки чугуна, слива стали, шлака и т. д. Фурма, изготовленная из стальных труб, охлаждаемая водой, устанавливается вертикально строго по оси конвертора. Поднятие и опускание ее блокируется с механизмом вращения конвертора, который нельзя повернуть, пока из него не удалена фурма. Кислород подается под давлением 9-14 ат. Емкость существующих кислородных конверторов колеблется от 130 до 350 т жидкого чугуна.
Рис. Кислородный конвертор:
1- механизм для поворота конвертора; 2- огнеупорная кладка; 3- шлак; 4-металл; 5- каналы для подачи воздуха.
Кислородно - конверторный процесс характеризуется высокой производительностью, небольшими расходами по переделу, высокой степенью механизации и автоматизации. Окисление примесей чугуна в кислородном конверторе протекает очень быстро: плавка в конверторах емкостью 130-300 т заканчивается через 25-30 минут. Часовая производительность конвертора емкостью 300 т достигает 400-500 т, достигает 400-500 т, тогда как для мартеновских и электрических печей эта цифра не превышает 80 т/ч.
В кислородных конверторах выплавляются, главным образом, низколегированные стали, содержащие до 2-3% легирующих элементов. Это объясняется тем, что легирование здесь представляет определенные трудности. Вводить легкоокисляющиеся легирующие добавки в процессе кислородной продувки нельзя, а присаживать большие количества легирующих элементов после продувки нецелесообразно из-за возможности чрезмерного охлаждения стали и вероятности неравномерного распределения этих добавок в жидком металле.
2.2.Мартеновское производство стали
Мартеновская печь- это пламенная отражательная регенеративная печь из огнеупорного кирпича, стянутого рядом стальных балок, образующих наружный каркас, (см.рис) Рабочее пространство ограничено сверху- сводом, снизу- подом, спереди и сзади- передней и задней стенками, с боков- головками, которые служат для подачи топлива, воздуха и отвода продуктов горения.
В передней стенке имеются завалочные окна для загрузки шихты в печь, а в задней стенке - отверстия - летки для выпуска продуктов плавки. Процесс сталеварения в мартеновской печи осуществляется за счет тепла пламени, горящего в рабочем пространстве печи.
В качестве топлива используют доменный, коксовый, генераторный или природный газы, реже мазут, подаваемый в печь с помощью форсунок. Каждая печь снабжена регенераторами, представляющими собой камеры, заполненные насадкой из огнеупорного кирпича. Они служат для предварительного подогрева горючего газа и воздуха перед подачей их в рабочее пространство печи. Использование в мартеновском процессе тепла, выделяемого при сгорании горючих газов, позволяет в качестве исходных материалов для производства стали использовать жидкие, охлажденные чугуны, металлолом. Как и в конверторном процессе, в основе мартеновской плавки лежат окислительные процессы, в результате которых образуется сталь требуемого состава. В отличие от конверторного производства тепло, выделяемое в процессе окислительных реакций, играет второстепенную роль. Основное тепло здесь -это тепло от сжигания топлива. Под его действием происходит расплавление исходных компонентов шихты.
В качестве окислителя в мартеновской плавке используется кислород воздуха, подаваемого в рабочее пространство, кислород железной руды и окалины, входящие в состав исходных материалов.
В зависимости от состава шихты различают три разновидности мартеновского процесса: скрап-рудный - исходные материалы содержат 60-70% жидкого чугуна и 30-40% металлолома; скрап-процесс — шихта состоит преимущественно из металлолома с небольшими добавками твердого чугуна; чугуно-рудный - шихта состоит из жидкого чугуна с 15-20% железной руды.
В мартеновских печах могут быть выплавлены стали различных сортов, включая высоколегированные. Это, а также возможность неограниченного использования металлолома в качестве железосодержащего компонента шихты, является большим преимуществом мартеновского процесса. В то же время сооружение печи связано с большими материальными затратами. Обслуживать мартеновскую печь намного сложнее, чем конвертор, а производительность последнего значительно выше.