3.1.1. Способы получения стали в твердом состоянии

Сущность - получение железа непосредственным восстановлением из руд углем или восстановительными газами при температуре  1100^оС, что и обуславливает получение продукта в твердом состоянии в виде губки (без плавления пустой породы и образования шлака).

Известно две разновидности процессов получения губчатого железа:

• восстановление оксидов железа в подвижном фильтрующем слое; агрегатом для этого служит шахтная печь;

• восстановление в стационарном фильтрующем слое; агрегатом для этого служат периодически действующие реакторы.

3.1.2. Способы получения стали в размягченном состоянии

Особенность процессов - протекание восстановления в интервале температур 1250-1350^оС, в котором происходит расплавление пустой породы, шихтовых материалов и образование шлака, размягчение и сваривание отдельных зерен получаемого металла.

Готовый продукт представляет собой смесь твердых частиц железа и капелек шлака, которая при охлаждении превращается в конгломерат металла и шлака, который называется крица.

Отделение шлака осуществляется путем нагрева крицы до температур 1100-1200^оС и проковки ее на молотах. В процессе проковки происходит отделение жидкого шлака, а также сваривание частиц железа в единый монолит, т.е. готовым продуктом является сварочное железо, которое отличается высокой коррозионной стойкостью.

По существу процессов различают две разновидности:

• с

  воздух

  ыродутный процесс и современный его аналог - рудно-кричный процесс (получение железа из руд путем восстановления углем или восстановительным газом).

Недостатки: низкая производительность, низкая степень восстановления железа.

• кричный, пудлинговый процесс и современный их аналог Астои-Баберс процесс (получение железа из чугуна путем окисления его примесей кислородом руды или воздухом) является усовершенствованным процессом за счет увеличения высоты горна и интенсификации дутья.

3.1.3. Способы получения стали в жидком состоянии (литая сталь)

Характерной особенностью процессов является их протекание при температуре более 1600-1620^оС и в две стадии:

• конвертерный процесс;

• мартеновский процесс;

• электропечной процесс;

• комбинированные.

В настоящее время 99% стали получается в литом состоянии по двухстадийной схеме "чугун-сталь".

Технологические задачи и общая характеристика процессов получения литой стали

Получение литой стали является второй стадией технологической схемы получения черных металлов. Исходным продуктом является чугун, т.е. продукт первой стадии.

Таблица 3.1.

Характеристика чугуна и сталей.

Материал	Химический состав,%					Температура, оС
	C	Si	Mn	P	S	tликв	tвып
Чугун	до 4.5	до 1.75	до 1.0	0.2-0.3	0.02-0.03	1250	1400
Сталь спокойная п.спокойная кипящая	1 0.2 0.1	0.17-0.4 0.1 -	0.5-0.8 0.5 0.3	0.025 - 0.045 -"- -"-	0.015 -0.045 -"- -"-	1480 -1520	1620-1650

Сталь выпускается при температуре t_ликв + t, где t - технологический перегрев, необходимый для проведения легирования, внепечной обработки и разливки стали 100-150 ^о.

Согласно данным таблицы 3.1. можно отметить две технологических задачи, которые необходимо решать при переработке чугуна в сталь:

1. снижение содержания примесей за счет их окисления;

2. нагрев металла.

Как уже отмечалось ранее, сталь в настоящее время выплавляется в конвертерах, мартеновских и электрических печах. В каждом случае решаются эти две поставленные задачи.

В

о₂

конвертерных процессах источником тепла для нагрева металла является тепло, выделяемое при протекании реакций окисления примесей

С + 1/2 О₂ = СО + Q;

Si + O₂ = SiO₂ + Q₂;

Mn + 1/2 O₂ = MnO +Q₃.

Окисление примесей осуществляется кислородным дутьем (либо воздухом, либо кислородом).

Мартеновская печь - пламенноотражательный агрегат. Нагрев металла происходит за счет теплообмена ванны с факелом горения.

В факеле горения смешиваются воздух, нагретый до температуры 1100-1200 ^оС, и природный газ или мазут. Источник кислорода мартеновской печи - это отходы горения топлива (СО₂, Н₂О, О₂^изб). Дополнительным источником кислорода являются твердые окислители на основе железной руды (агломерат или окатыши). Мощным источником кислорода является кислородное дутье через сводовые фурмы.

В электросталеплавильном процессе задача нагрева металла решается за счет преобразования электрической энергии в тепловую.

В зависимости от способа преобразования энергии различают печи дуговые, индукционные, печи сопротивления, электроннолучевые и плазменно-дуговые. Наиболее распространенным агрегатом является дуговая печь, где рабочим сопротивлением является дуга.

Основным источником кислорода является кислород твердых окислителей. Кроме того используют еще кислород дутья и кислород атмосферы рабочего пространства.

Для всех сталеплавильных процессов характерны высокие температуры. Так температура металла = 1620-1650^оС, температура факела = 1850-1900^оС, температура дуги = 8000-10000^оС.

Естественно, что в этом случае рабочее пространство сталеплавильных агрегатов облицовывается огнеупорными материалами.

Огнеупорная футеровка выполняется на основе тугоплавких оксидов:

SiO₂, t_пл = 1720 ^oC;

CaO, t_пл = 2570 ^oC;

Al₂O₃, t_пл =2050^оС;

MgO, t_пл = 2800 ^oC.

Из курса общей химии известно, что первый оксид относится к кислотным оксидам, поэтому футеровка на основе SiO₂ называется кислой.

Оксиды Са и Mg относятся к основным, поэтому футеровка на основе этих оксидов называется основной.

В зависимости от характера футеровки сталеплавильные агрегаты подразделяются на кислые и основные.