25. Сталеплавильные шлаки и источники их образования.

Выплавка стали сопровождается процессами окисления углерода, железа и др. примесей, а так же разъеданием футеровки сталеплавильных агрегатов. В результате образ. неметаллическая фаза, называемая шлаком. Шлаки играют важную роль в сталеплавильных процессах, т.к. предохраняют расплав от окисления и насыщения газами из печной атмосферы. Через шлаки вводят окислители, раскислители, легирующие добавки, отводят вредные примеси и газы. Во многих случаях процесс выплавки стали сводится к получению шлака требуемого хим. состава и вязкости. Источниками образования шлака явл-ся:

1. Продукты окисления примеси чугуна и металлического лома:

Mn, Si, Fe

MnO, SiO_2, FeO.

2. Продукты разрушения футеровки плавильного агрегата. При разъедании основной футеровки (даламита, магнезита) в шлак переходят CaO и MgO. При разрушении кислой диносовой футеровки в шлак переходят SiO₂ и Al₂O₃.

3. Загрязнения, вносимые шихтой (песок, глина, миксерный шлак).

4. Ржавчина, покрывающая металлический лом, загружаемый в сталеплавильный агрегат. (Ржавчина – оксиды и гидрооксиды железа).

5. Добавочные материалы и окислители (известняк, известь, плавиковый шпат, боксит, железная и марганцевая руда).

В застывших шлаках компоненты находятся в виде оксидов или сульфидных включений, а в жидком состоянии в виде ионов. Шлаки, в которых преобладают основные оксиды – основные шлаки(CaO, MgO, MnO,FeO). При преобладании кислотных оксидов – кислые шлаки(Al₂O₃, SiO₂, P₂O₅). В зависимости от типа шлаков сталеплавильные процессы также наз-ся основными или кислыми.

26. Бессимеровский и Томасовский конвертерные процессы

Возникновение Бессимеровского (1856 г.) и Томасовского (1878 г.) процессов имело важное значение для развития техники, поскольку ранее не было агрегатов, позволяющих получить сталь в жидком виде в больших объёмах. Сущность этих процессов в том, что жидкий чугун продувается снизу воздухом под давлением 3-3.5 атм. и в результате окисления составляющих чугуна кислородом воздуха выделяется тепло и чугун превращается в сталь. По конструкции конвертеры практически не отличаются, а различие состоит только в их футеровке. Конвертер Бессимера – кислый, а Томаса – основной.

1. Цапфы;

2. опорное кольцо;

3. горловина;

4. зубчатые колёса привода поворота конвертера;

5. станина;

6. днище;

7. воздухонадувная коробка;

8. патрубок для подачи дутья;

9. корпус;

10. футеровка;

11. сопла для подачи воздуха.

12. расплав

Тепло, выделяемое в результате окислительных реакций, обеспечивает нагрев стали до t-ры выпуска≈1600^о С.

При плавке в Бессемеровском конвертере заливают бессемеровский чугун при t=1250..1300^о С, который содержит 3.8-4.4% С; 0.7-1.25% Si; 0.5-0.8% Mn; <0.06% P и S.

Расплав продувают воздухом в течении 10-15 мин. И за это время окисляются C, Si, Mn и из их оксидов формируется кислый шлак. После окисления углерода до заданного предела заканчивается продувка и через горловину в ковш сливают сталь и раскисляют её. Время плавки 20-30 мин. Поскольку шлаки кислые, как и футеровка P и S не удаляются.

При плавке в конвертер Томаса сначала загружают 12-18% извести для формирования основного шлака и заливают при t=1180-1250^o C Томасовский чугун, сод-щий 2.8-3.3% С; 0.2-0.6% Si; 0.8-1.3% Mn;1.6-2% P и менее 0.08% S.

Продувку воздухом ведут в течении 16-22 мин., за это время окисляются C,Si,Mn и P и в сформированный основной шлак удаляется S и P. Продувку воздухом заканчивают, когда сод-ие P в металле составляет 0.05-0.07%. После этого сталь раскисляют и выпускают в ковш продолжительностью плавки 25-40 мин. Поскольку в шлаке сод-ся 16-25% P₂O₅, он используется как фосфористое удобрение.

Достоинства конвертеров Томаса и Бессимера:

1. Высокая производительность.

2. Простота устройства.

3. Малый расход огнеупоров.

4. Малые капитальные затраты.

5.Отсутствие топлива

Недостатки:

1. Повышенное содержание в стали азота: 0.01-0.025%.

2. Сталь обладает повышенной хрупкостью.

3. Необходимость использования чугунов строго определённого хим. состава.

Основным источником тепла в конвертере Томаса является реакция окисления фосфора. Учитывая данные недостатки, конвертеры с воздушным дутьём были вытеснены кислородно-конвертерным процессом в период с 1955-1975 гг.