2.5.1. Классификация сталей
Свойства сталей, выплавляемых в различных агрегатах, разнообразны и зависят от большого числа факторов: химического состава, способа и технологии выплавки, способа разливки, наличия вредных примесей, технологии обработки давлением, термообработки и т.п.
По способу производства – стали различают следующим образом: бессемеровская, томасовская, кислородно-конвертерная, мартеновская, электросталь, тигельная, сталь электрошлакового переплава, сталь, получаемая в вакуумных, индукционных и дуговых печах.
По назначению:
- конструкционные – применяются для изготовления деталей машин, станков, металлоконструкций и каркасов зданий;
- инструментальные – для изготовления резцов, штампов, фрез, мерительного инструмента и т.д.
- Стали специального назначения:
- нержавеющие, жаропрочные, трансформаторные, шарикоподшипниковые, броневые, рельсовые и т.д.
По качеству (отличаются содержанием вредных примесей S и P):
- стали обыкновенного качества,
- качественные,
- высококачественные.
По химическому составу:
- углеродистые (низко-, средне-, высоко-.), легированные (низко-, средне-, высоко-).
2.5.2. Химические процессы сталеплавильного производства
В сталеплавильных печах кислород наиболее быстро окисляет железо, концентрация которого значительно превышает концентрацию других элементов в сплаве:
2Fe + O2 → 2FeO + Q
Образующаяся закись железа FeO хорошо растворима, как в металле, так и в шлаке и играет роль основного носителя кислорода.
Кремний, марганец, углерод и другие примеси стали, обладают более высоким сродством к кислороду, чем железо, и поэтому они отбирают кислород у железа, восстанавливая его. Окисление примесей идет за счет газообразного кислорода, а также закиси железа по реакции:
Si + O2 → SiO2 + Q
Mn + O → MnО + Q
C + O → CO + Q
Si + 2FeO → SiO + 2Fe
Mn + FeO → Mn + Fe
C + FeO → CO + Fe
Все эти реакции идут легко за счет большого количества кислорода и перемешивания. Окисление углерода имеет наиболее важное значение: достижение его заданного значения определяет продолжительность плавки. Кремний окисляется практически полностью. Марганец окисляется примерно на 70%. Фосфор удаляется путем ошлаковывания (перехода в шлак).
P + 5FeO + 3CaO = P2O5 3CaO + 5 Fe + Q
За всю плавку в шлак переходит до 95-98% фосфора шихты. Сера удаляется значительно хуже, чем фосфор, до 50% остается в чугуне.
FeS + CaO = CaS + FeO.
Удаление серы затруднено наличием в шлаке (до 20%) закиси железа. Поэтому для получения стали в кислородном конвертере применяют чугун с ограниченным содержанием серы (до 0,07%).
2.5.3. Конвертерное производство стали
Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом. Корпус конвертера сварен из листовой стали, толщиной до 100 м. Внутренняя футеровка двух или трехслойная, общей толщиной 700-1000 мм. – изготовлена из основных огнеупорных материалов (магнезит и доломит). Стойкость футеровки 200-600 плавок. Поворот конвертера осуществляется с помощью цапф.
Вместимость конвертера 70-350 т. Давление воздуха 9-14 атм.
Первые опыты по разработке этого способа в 1933-34 гг. осуществил А.И. Мозговой. В промышленности его стали применять в 1952-1953г. В настоящее время он получил широкое распространение.
Рис. 2.2. Схема кислородного конвертора:
1- жидкий чугун; 2 - кислородная фурма; 3- летка; 4 – сопло;
5 - горловина; 6 – футеровка; 7 - стальной кожух.
Шихта: жидкий передельный чугун, стальной лом, известь, железная руда, бокситы. Плавиковый шпат и известь используют для наводки шлака. Бокситы, плавиковый шпат - для разжижения шлака.
Кислородно-конвертерным способом выплавляют спокойную, кипящую и полуспокойную стали. Во избежание большого угара раскислители вводят не в конвертер, а на струю металла при выпуске плавки. Выплавка легированных сталей в конвертерах затруднена, в них выплавляют в основном низколегированные стали.
Другие конверторные способы.
Бессемеровский и томассовский процессы - первые конверторные способы: Бессемеровский (Бессемер, 1855-1856г. Англия) и томассовский (Томас, 1878г.Англия) до начала ХХ века были главными способами производства стали.
Сущность способов: сталь получают, окисляя примеси расплавленного чугуна, путем продувки снизу через фурмы, расположенные в днище.
Бессемеровский конвертор имеет кислую футеровку из динаса.
Томассовский – основную футеровку (долмит). Оба способа у нас в стране не применяются.