28. Мартенівський спосіб виплавки. Вплив на довкілля.

Мартенівський спосіб. Цей спосіб може бути кислим або основ­ним. На металургійних заводах країни мартенівська сталь вироб­ляється основним скрап-рудним процесом, металева шихта якого складається з 55-65% рідкого чавуну і 45-35% залізостального лому. Кислим мартенівським способом сталь виплавляють лише на дея­ких машинобудівних заводах. Мартенівський процес не може відбу­ватися без використання зовнішніх джерел тепла. Для опалення мартенівських печей використовується газоподібне чи рідке паливо - природний, коксовий і генераторний гази та мазут .

Залежно від складу металевої шихти, використовуваної при плавці, розрізняють наступні різновиди мартенівського процесу:

скрап-процес, при якому основною частиною шихти є сталевий скрап; застосовують на металургійних заводах, де немає мартенівських печей, але які розташовані в крупних промислових центрах, де багато металобрухту; окрім скрапу до складу шихти входить 25…46 % чушкового передільного чавуну;

скрап-рудний  процес, при якому основна частина шихти складається з рідкого чавуну (55.75 %), а тверда складова шихти — скрап, залізняк і вапняк; цей процес частіше застосовують на металургійних заводах, що мають мартенівські печі.

Кислим мартенівським процесом виплавляють якісні стали. Сталі, що виплавляються в кислих мартенівських печах, містять значно меншу кількість розчинених газів (водню і кисню), неметалічних включення, чим сталь, виплавлена в основній печі. Оскільки в печах з кислим футеруванням не можна навести основный шлак, сприяючий видаленню фосфору і сірки, то при плавці в кислій печі застосовують металеву шихту з низьким змістом цих складових. Завдяки цьому кисла сталь має вищі показники механічних властивостей, особливо ударній в'язкості і пластичності, і її використовують для відповідальних деталей: колінчастих валів крупних двигунів, роторів могутніх турбін, шарикопідшипників, стовбурів знарядь і так далі.

Плавка сталі скрап-рудним процесом в основній мартенівській печі відбувається таким чином. Після огляду і ремонту черева печі за допомогою машини  завалення завантажують залізняк і вапняк  і після їх прогрівання подають скрап. Після закінчення прогрівання скрапу в пекти заливають рідкий чавун, який, проходячи через шар скрапу, взаємодіє із залізняком.  В період плавлення  за рахунок оксидів заліза руді і скрапу інтенсивно окислюються домішки чавуну:

2Fe₂O₃+3Si=3SiO₂+4Fe;

2Fe₂O₃+3Mn=3MnO+2Fe;

5Fe₂O₃+6P=3Р₂O₅+10Fe;

Fe₂O₃+3C=3CO+2Fe

Оксиди SiO₂, MNO, Р₂О₅, а також CаO з вапна утворюють шлак з високим вмістом MNO і FеO, а окисел вуглецю (СО), що виділяється, вспінює шлак, який випускають з печі в шлакові чаші. Утворення і спуск шлаку продовжуються майже до повного розплавлення шихти. У цей період плавлення повністю окислюється кремній і майже повністю марганець і велика частина вуглецю, а також інтенсивно видаляється фосфор.

Процес виробництва сталі в мартенівській печі поділяють на три періоди.

Перший період - плавлення - починається незабаром після почагку завантаження. Після закінчення завантаження розплавлен­им відбувається інтенсивніше, бо зменшуються втрати тепла. Під час плавлення треба вводити в піч якнайбільшу кількість тепла. Це захищає метал від розчинення в ньому газів і надмірного окислення.

Період плавлення характеризується окисними реакціями: окислюється кремній, марганець, залізо, фосфор. Одночасно утворюється велика кількість закису заліза FеО, який є основним окислюва­чем домішок - кремнію, марганцю, фосфору.

Другий період - окислення - характеризується енергійним окис­ленням вуглецю за рахунок FеО. Це окислення відбувається за ре­акцією

FеО + С = Fе + СО - Q (1)

Гази, що утворюються при цьому, намагаючись вирватися з ванни, приходять у стан кипіння, тому другий період плавки нази­вається періодом кипіння. Вигоряння вуглецю триває 2-3 год. Після одержання потрібного проценту вуглецю закінчується другий пер­іод плавки.

Третій період - розкислення. Кисень сталі є шкідливою домішкою, бо надає їй крихкості в гарячому стані - червоноламкості. Тому, щоб видалити кисень, сталь розкислюють феросиліцієм, феромарганцем або алюмінієм Важчі розкислювачі заван­тажують прямо у піч, легші - у жолоб або в ківш. Іноді для пере­вірки розкисленості сталі роблять пробу. Застиглий розжарений кусок сталі кують; при поганій розкисленості виникають тріщини.

Коли в мартенівській печі виплавляють леговану сталь, після роз­кислення в неї вводять легуючі елементи: феротитан, ферохром, висококремнистий феросиліцій та ін. Щоб одержати нікелеву сталь, вводять чистий нікель, феронікель чи нікелевий брухт.

Після закінчення плавки сталь випускають у ківш. Процес плавлення триває 5-8 год., при швидкісному сталеварінні строки зменшуються до 4,5-5,5 год.

Вплив на довкілля мартенівського виробництва сталі.

З усіх пилогазових викидів із сталеплавильних агрегатів найбільша кількість припадає на мар­тенівські печі: 90% оксидів сірки, 85% оксидів азоту та 75% пилу. На одну тонну садки в мартенівських печах при опаленні їх при­родним газом утворюється від 1000 до 4000 м³/год газу, який має на виході з печі температуру 700-800°С. Хімічний склад газу залежить під виду використаного палива, складу шихти та технології плав­ки. В ньому містяться оксид та діоксид вуглецю, оксиди азоту та сірки, кисень, водень, азот, водяна пара та деякі інші речовини. Кількість оксидів сірки залежить від виду використаного палива і при опаленні коксодоменним газом може досягати 800 мг/м³.

Окрім газоподібних домішок, газ, що виділяється, містить значні кількості пилу - до 15 г/м³. Мартенівський пил складається в основ­ному з оксидів заліза (близько 88%). Крім цього, в ньому містяться оксиди алюмінію, марганцю та інших речовин, що входять до скла­ду шихти; оксиди заліза надають газу коричневого кольору.

В мартенівських цехах є і неорганізовані джерела потраплян­ня пилу в довкілля. Наприклад, в повітрі міксерного відділення вміст пилу доходить до 13 г/м³; в місці розвантаження сипких матеріалів па шихтовому подвір'ї 250-450 мг/м³; в люнкеритному пристрої в розливальному прольоті 100-160 мг/м³. Виділений з мартенівської печі газ перед викидом в атмосферу підлягає обов'язковій очистці. Пе­ред очисткою газ охолоджують в котлах-утилізаторах до 220-250°С.

Стічні води в процесі виробництва сталі утворюються при очистці газів мартенівських печей, охолодженні та гідроочистці виливниць, пристроїв безперервного розливання сталі та обмивання котлів-утилізаторів. При скидах забруднених стічних вод металургійних підприємств у водоймищі збільшується кількість завислих часток, значна кількість яких опадає поблизу місця скиду, підвищується тем­пература води, погіршується кисневий режим, від виносу з водою мастильних продуктів з прокатних цехів утворюється масляна плівка на поверхні водоймища. Потрапляння шкідливих речовин може при­звести до загибелі водних організмів та порушення природних про­цесів самоочищення водоймищ. Шкідливий вплив на людей, тварин, макро- та мікроорганізми, рослинний світ мають багато металів, їх сполуки та інші неорганічні речовини, що містяться в стічних водах металургійних підприємств.

29.Конверторний спосіб виплавки. Вплив на довкілля

Конверторний спосіб. Суть конверторного способу полягає в тому, що через рідкий чавун, залитий у конвертор, продувається повітря, кисень якого окислює вуглець та домішки.

Конвертор яв­ляє собою стальну посудину грушоподібної форми, викладену всередині вогнетривкою кладкою завтовшки 275…400 мм (рис.1).

Мал. 1. Конвертор (вертикальний розріз)

У верхній частині кон­вертора є горловина І. Серед­ня частина конвертора опере­зана зовні стальним кільцем. До кільця приєднано дві цапфи, які спираються на колони, встановлені на фундаменті. Через порожнисту цапфу 2 в конвертор надходить повітря з повітропроводу. На кінці дру­гої цапфи 3 насаджене зубчас­те колесо, з'єднане з зубчатою рейкою 4. Рейка переміщуєть­ся від електродвигуна або гідропривода. Під час руху рейки конвертор повертається на потрібний кут, набираючи горизонтального, вертикаль­ного або похилого положення. В нижній частині конвертора є змінне днище 5, зроблене з вогнетривкої цегли. У днищі є канали, в яких запресовано труби - фурми 6. Через фурми в конвертор вду­вається повітря.

Для заливання чавуну і завантаження добавок конвертор по­вертають у горизонтальне положення, трохи нахиляють вниз гор­ловиною (рис.2 а) і заливають таку кількість чавуну, щоб рівень його був нижче рівня фурм. Потім починають вдувати по­вітря, повільно повертаючи конвертор. Тиск повітря поступово збільшують, доводячи до 0,25 МПа (2,5 ата) при вертикальному положенні конвертора (рис.2 б).

При продуванні внаслідок активного зіткнення рідкого ча­вуну з киснем повітря відбувається процес окислення (вигоряння) домішок.

Після закінчення процесу конвертор нахиляють у горизонталь­не положення, а потім припиняють дуття. Після цього перевіряють склад одержаної сталі і виливають її в ківш.

Існує два види конверторного процесу: кислий – бесемерівський, основний – томасівський та кисневоконверторний.

Бесемерівськіш процес одержання сталі, що його відкрив англ­ійський винахідник Г.Бессемер у 1855 р., здійснюється в конверто­рах, внутрішня кладка яких зроблена з кислої вогнетривкої цегли - динасу. Суть цього процесу полягає в тому, що кисень повітря, яке вдувається через рідкий чавун, окислює його домішки і при реакціях з інтенсивним перебігом утворюється така кількість тепла, якої цілком досить для перетворення чавуну на сталь протягом 10-13 хв. Вихідним матеріалом для ведення процесу є переробний чавун. Про­цес у бесемерівському конверторі поділяють на три періоди.

Перший період - окислення основної маси рідкого заліза, а та­кож кремнію, марганцю та вуглецю киснем повітря, яке вдувається. Активне окислення відбувається за рахунок кисню закису заліза FеО, який утворюється у великій кількості при горінні заліза.

Другий період характеризується активним окисленням вугле­цю за реакцією:

FеО + С = СО-Q

Третій період. Коли треба виплавити сталь з дуже малим вмістом вуглецю, то процес вигоряння вуглецю продовжують. Фа­кел полум'я зменшується, з'являється бурий дим - ознака горіння заліза з утворенням FеО; це триває 1-2 хв., і процес продування за­кінчується.

Конвертор нахиляють у горизонтальне положення, подаван­ня повітря припиняють. Проте сталь ще не можна вважати гото­вою, бо в ній розчинена велика кількість FеО

Томасівський процес одержання сталі, дає можливість переплавляти чаву­ни з високим вмістом фосфору (до 1,5-2,5%) і низьким вмістом кремнію (від 0,2 до 0,9%). На відміну від бесемерівського, томасівський кон­вертор викладено не кислим, а основним вогнетривом - доломітом.

Перший період - окислення кремнію, марганцю, заліза. Реакції проходять так само, як у бесемерівському процесі, але через те, що кремнію в томасівському процесі небагато, цей період закінчується раніше.

Другий період характеризує окислення вуглецю за реакцією

FеО + С = Fе+СО-Q (1)

Третій період - вигоряння фосфору (частково за рахунок вільного кисню, але головним чином за рахунок кисню FеО.

КИСНЕВИЙ КОНВЕРТЕР з верхнім продуванням. 1 - сталевий кожух; 2 - вогнетривке футерування; 3 - киснева фурма; 4 - завалення флюсу; 5 - легуючі добавки; 6 - льотка; 7 - ківш; 8 - заготівка; 9 - дріт; 10 - безшовна труба; 11 - блюм; 12 - балка; 13 - толстолистовая сталь; 14 - листова заготівка (сляб); 15 - листовий прокат.