4.2. Общая физико-химическая характеристика сталеплавильных процессов

4.2.1.Сущность, цели и задачи плавки стали

Сталь получают путем осуществления ряда механических операций, множества сложных физико-химических и физических процессов, проводимых в определенной последовательности или определенном сочетании, направленных на достижение конечной цели плавки.

Конечная цель плавки в любом агрегате сводится к получению жидкой стали с заданным химическим составом (марки) и температурой при минимальных затратах трудовых, материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.

Наиболее трудной задачей является получение заданного химического состава готовой стали, т.к. необходимо осуществлять самое большое число наиболее сложных физико-химических и физических процессов. Большинство из них трудно управляемы, а некоторые вообще не поддаются управлению. Особую сложность среди параметров управления вызывает температура процесса, которая составляет 1400-1650^оС.

В целях снижения ресурсоемкости плавки необходимо максимальное совмещение различных процессов во времени и пространстве. Однако при определенных требованиях к качеству стали полное совмещение всех процессов исключено, поэтому принято деление плавки на части как по характеру протекания частных процессов, так и по месту их проведения.

По характеру плавку принято делить на две основные части, проводимые последовательно и часто в разных рабочих объемах:

1. рафинирование металла - удаление избыточного количества примесей, содержащихся в исходном металле;

2. раскисление-легирование металла - введение в металл недостающих примесей и удаление кислорода в конечной стали.

Это деление связано с тем, что процессы рафинирования и раскисления не совместимы. Рафинирование в основном проводят путем окисления примесей, а главная цель цель раскисления - удаление из металла растворенного кислорода.

Рафинирование металла наиболее сложный элемент технологии и проводится в настоящее время в несколько стадий, и как правило, в различных рабочих объемах:

1. Предварительное рафинирование, обычно сводится к удалению из чугуна серы, но возможно и удаление кремния, фосфора и других примесей. Оно проводится до подачи чугуна в сталеплавильный агрегат.

2. Основное рафинирование проводится в сталеплавильном агрегате и сводится к удалению примесей путем их окисления. Часто называют окислительным рафинированием.

3. Дополнительное рафинирование проводится в сталеразливочном ковше, путем обработки металла специально подготовленными (синтетическими) шлаками или шлакообразующими смесями.

4. Дегазация (удаление водорода, кислорода и азота) достигается обработкой готового металла в вакууме, в атмосфере инертного газа и проводится в сталеразливочном ковше.

Нагрев металла до заданной температуры является второй по трудности задачей плавки стали. Важно обеспечить синхронное проведение нагрева металла и окислительного рафинирования, т.к. на конечной стадии рафинирования из металла удаляется только углерод, то в этот период плавки главная задача сводится к синхронизации процессов обезуглероживания и нагрева металла.

Раскисление-легирование металла является обязательным и ответственным элементом плавки, т.к. представляет операцию окончательного формирования химического состава готовой стали. При этом происходит расплавление и растворение в жидком металле введенных элементов, а также химическое взаимодействие элементов-раскислителей с вредными примесями.

Таким образом, управление плавкой стали сводится к регулированию большого числа физико-химических и физических процессов, из которых основное место занимают реакции окисления различных химических элементов.

Основная задача теории сталеплавильных процессов состоит, во-первых, в установлении закономерностей протекания реакций окисления различных химических элементов в условиях плавки стали и зависимости химических реакций от изменения температуры металла; во-вторых, в использовании этих закономерностей для разработки и осуществления в данных конкретных условиях оптимального режима плавки, обеспечивающего минимальные затраты всех видов ресурсов.