- •Содержание
- •1 Металлургия стали 5
- •2 Производство ферросплавов 55
- •Введение
- •1 Металлургия стали
- •1.1 Технологические особенности сталеплавильного производства
- •1.1.1 Классификация сталей
- •1.1.2 Маркировка сталей
- •1.2 Физико-химические основы процессов производства стали
- •1.2.1. Состав, свойства и роль шлака в процессе производства стали
- •1.2.2 Металлический расплав
- •1.3 Важнейшие реакции сталеплавильных процессов
- •1.3.1 Окисление углерода
- •1.3.2 Окисление кремния
- •1.3.3 Поведение марганца
- •1.3.4 Поведение фосфора
- •1.3.5 Поведение серы
- •1.3.6 Газы в стали
- •1.4 Раскисление и легирование стали
- •1.4.1 Способы раскисления
- •1.4.2 Продукты раскисления и их удаление
- •1.4.3 Легирование
- •1.5 Конвертерные способы производства стали
- •1.5.1 Кислородно-конвертерный процесс
- •1.5.2 Производство стали в конвертерах донного дутья
- •1.5.3 Конвертерный процесс с комбинированной продувкой
- •1.6 Мартеновское производство стали
- •1.6.1 Устройство и работа мартеновской печи
- •1.6.2 Разновидности мартеновского процесса
- •1.6.3 Технология мартеновского производства
- •1.6.4 Выплавка стали в двухванных сталеплавильных агрегатах
- •1.7 Производство стали в электрических печах
- •1.7.1 Классификация электрических печей
- •1.7.2 Выплавка стали в электродуговой печи
- •1.7.3 Выплавка стали в индукционных печах
- •1.8 Способы повышения качества жидкой стали
- •1.8.1 Продувка стали инертным газом
- •1.8.2 Обработка металла синтетическим шлаком
- •1.8.3 Вакуумная обработка стали
- •1.8.4 Продувка газопорошковыми струями
- •1.9 Разливка стали
- •1.9.1 Выпуск стали в ковш
- •1.9.2 Разливка стали в изложницы
- •1.9.3 Непрерывное литье заготовок
- •2 Производство ферросплавов
- •2.1 Классификация ферросплавов
- •2.2 Виды и особенности ферросплавных процессов
- •2.3 Типы ферросплавных печей
- •2.5 Сплавы кремния
- •2.5.1 Применение ферросилиция
- •2.5.2 Шихтовые материалы для выплавки ферросилиция
- •2.5.3 Физико-химические условия получения ферросилиция
- •2.5.4 Технологические особенности производства ферросилиция
- •2.6 Сплавы хрома
- •2.6.1 Сортамент и применение сплавов хрома
- •2.6.2 Шихтовые материалы для производства феррохрома
- •2.6.3 Производство углеродистого феррохрома
- •2.6.4 Низкоуглеродистый феррохром. Обезуглероживание феррохрома
- •2.7 Сплавы марганца
- •2.7.1 Применение и сортамент сплавов марганца
- •2.7.2 Шихтовые материалы для выплавки ферромарганца и силикомарганца
- •2.7.3 Производство высокоуглеродистого ферромарганца
- •2.7.4 Выплавка малофосфористого шлака
- •2.7.5 Производство силикомарганца
- •2.7.6 Технология производства металлического марганца
- •2.7.7 Технология производства средне- и низкоуглеродистого ферромарганца
- •Рекомендованная литература
- •49600, М. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4
1.3.3 Поведение марганца
Марганец по своим свойствам близок к железу, растворяется в нем в любых соотношениях, образуя раствор, очень близкий к идеальному. При низких температурах сталеплавильного процесса в окислительных условиях марганец окисляется с выделением теплоты, переходя в шлак. Реакции окисления марганца можно представить в виде
[Mn] + [O] ↔ (MnO) + Q; [Mn] + (FeO) ↔ (MnO) + [Fe] + Q.
С повышением температуры и основности шлака марганец может частично восстанавливаться кремнием, углеродом и железом. Поскольку почти все стали содержат марганец, то его восстановление в процессе плавки явление желательное.
1.3.4 Поведение фосфора
Фосфор является вредной примесью, ухудшает механические свойства стали при температурах ниже 0°С и вызывает явление, называемое хладноломкостью. Главным источником поступления фосфора в металл при сталеплавильном процессе является чугун, часть фосфора поступает из железного лома и ферросплавов. Окисление растворенного в металле фосфора схематически можно представить в виде
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe] + Q.
Окисление и переход фосфора в шлак сопровождаются выделением теплоты. В связи с этим, например, в томасовском процессе фосфор является основным источником теплоты, под действием которой происходит нагрев металла. Поскольку реакция окисления фосфора экзотермическая, то удаление фосфора из металла стремятся проводить при умеренных температурах. При повышении температуры возможно восстановление фосфора и переход его в металл за счет углерода, кремния, марганца и железа. Фосфор можно удержать в шлаке, повысив основность шлака, введением СаО. При этом в шлаке образуются устойчивые соединения, например, 3СаО.Р2О5, снижающее активность фосфора в шлаке. Таким образом, суммарный процесс перехода фосфора в шлак можно представить в виде
2[P] + 5(FeO) + 3(СаО) = 3СаО.Р2О5 + 5[Fe] + Q.
Для удаления фосфора из металла необходимо обеспечить быстрое формирование железисто-известкового шлака. Это условие необходимое, но недостаточное. При высоких содержаниях фосфора в металлической шихте после того, как фосфор окислился и значительная часть его перешла в шлак, последний необходимо удалить из сталеплавильного агрегата и навести новый присадкой шлакообразующих материалов. Увеличением количества шлака можно снизить содержание фосфора в металле, однако ведение процесса с большими массами шлака связано с увеличением потерь железа и требует дополнительных затрат энергии и времени, поэтому к такой мере прибегают лишь при крайней необходимости.
1.3.5 Поведение серы
Сера является вредной примесью, придает металлу красноломкость, связанную с выделением при кристаллизации стали в межзеренном пространстве сульфидов железа, которые с железом образуют эвтектику, плавящуюся при температурах 988 °С, которая в присутствии кислорода (образование оксисульфидов) плавится при еще более низких температурах. Слиток стали, содержащий большое количество серы, разрушается при пластической обработке (горячая ковка, штамповка, прокатка) в условиях температур 1200-1250 °С. При этом прослойки, разобщающие зерна стали, находятся в жидком состоянии и способствуют разрушению металла при его деформации. Источниками серы являются шихтовые материалы и, главным образом, чугун. Часть серы содержится в стальном ломе и шлакообразующих материалах. Сера является поверхностно-активным элементом и на поверхностях раздела фаз концентрация ее всегда выше, чем в объеме растворов. Для перевода серы из металла в шлак наиболее эффективным является увеличение поверхности контакта металла со шлаком или другой десульфурирующей фазой (например, вдуваемые в металл тонкоизмельченные порошкообразные реагенты). Переход серы из металла в шлак проходит на границе раздела. Удаление серы из металла в шлак происходит по реакции
(СaО) + [FeS] = (CaS) + (FeO).
Повышение основности и снижение окисленности шлака способствуют десульфурации. Положительную роль оказывает также повышение температуры металла и активное перемешивание ванны.