MS / Содержание
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КОНСПЕКТ
ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ»
Рассмотрено на заседании кафедры
«Металлургия стали» (протокол № 3
от 28 октября 2008 г.)
Утверждено на заседании Научно-
издательского совета ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»
(протокол № 6 от 15 декабря 2008 г.)
2008
2
УДК 669.18 (075.8)
Конспект лекцій з дисципліни «Металургія сталі» / Авт. Зборщик О.М. – Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. – 238 с.
Викладені головні принципи організації сталеплавильних процесів, отри- мання заданого вмісту кремнію, марганцю, сірки і фосфору в сталі. Розглянуті технології виплавки сталі в кисневих конверторах і мартенівських печах, поза- пічної обробки металу, розливання сталі в зливки і на машинах безперервного лиття заготовок.
Для підготовки бакалаврів за професійним спрямуванням «Металургія» спеціальності 6.090400 «Металургія чорних металів».
(Російською мовою)
УДК 669.18 (075.8)
Конспект лекций по дисциплине «Металлургия стали» / Авт. Зборщик А.М. – Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2008. – 238 с.
Изложены основные принципы организации сталеплавильных процессов, получения заданного содержания кремния, марганца, серы и фосфора в стали. Рассмотрены технологии выплавки стали в кислородных конвертерах и марте- новских печах, внепечной обработки металла, разливки стали в слитки и на машинах непрерывного литья заготовок.
Для подготовки бакалавров по профессиональному направлению «Ме- таллургия» специальности 6.090400 «Металлургия черных металлов».
(На русском языке)
Автор |
А.М. Зборщик, проф. |
Ответственный за выпуск |
В.Л. Жук, доц. |
3
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1 ВОЗНИКНОВЕНИЕ, РАЗВИТИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ |
|
|
ОРГАНИЗАЦИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ . . . . . . . . . . . . . |
9 |
|
1.1 |
Возникновение и развитие сталеплавильных процессов . . . . . . . . . . . . |
9 |
1.2 |
Возможность удаления примесей металла при окислительном |
|
|
рафинировании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
13 |
1.3 |
Основные принципы получения заданного химического состава |
|
|
стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
14 |
2 ОКИСЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ВАННЫ |
|
|
ПРОДУВКОЙ ГАЗООБРАЗНЫМ КИСЛОРОДОМ, КИСЛОРОДОМ |
|
|
ГАЗОВОЙ ФАЗЫ АГРЕГАТА И ТВЕРДЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ . . . . . . . . . |
18 |
|
2.1 |
Окисление примесей металла продувкой газообразным кислородом . |
18 |
|
2.1.1 Механизм реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
18 |
|
2.1.2 Последовательность окисления примесей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
20 |
|
2.1.3 Скорость реакций во вторичной реакционной зоне и способы |
|
|
ее регулирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
2.2 |
Окисление примесей металла кислородом газовой фазы агрегата . . . . |
24 |
2.3 |
Окисление примесей металла кислородом твердых окислителей . . . . |
26 |
3 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ И |
|
|
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ В ОСНОВНЫХ |
|
|
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
28 |
|
3.1 |
Химический состав сталеплавильных шлаков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
28 |
3.2 |
Основность сталеплавильных шлаков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
3.3 |
Растворение извести в сталеплавильных шлаках . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
31 |
3.4 |
Интенсификация шлакообразования в основных сталеплавильных |
|
|
агрегатах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
32 |
4 ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕРОДА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ . . . |
35 |
|
4.1 |
Значение реакции окисления углерода в сталеплавильных процессах |
35 |
4.2 |
Общая термодинамическая характеристика реакции окисления |
|
4
углерода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
36 |
|
4.3 |
Минимальное остаточное содержание углерода при плавке в |
|
|
открытых сталеплавильных агрегатах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37 |
4.4 |
Тепловые эффекты реакций окисления углерода . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
38 |
4.5 |
Скорость окисления углерода в сталеплавильных процессах . . . . . . . . |
39 |
5 ПОВЕДЕНИЕ КРЕМНИЯ И МАРГАНЦА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ |
|
|
ПРОЦЕССАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
|
5.1 |
Окисление кремния в сталеплавильных процессах . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
5.2 |
Основные принципы получения заданного содержания кремния |
|
|
в стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
42 |
5.3 |
Окисление и восстановление марганца в сталеплавильных |
|
|
процессах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
43 |
5.4 |
Основные принципы получения заданного содержания марганца в |
|
|
стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
6 ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ МЕТАЛЛА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ |
|
|
ПРОЦЕССАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
|
6.1 |
Окислительная десульфурация металла в сталеплавильных |
|
|
агрегатах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
6.2 |
Эффективность десульфурации металла шлаком . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
49 |
6.3 |
Основные принципы получения заданного содержания серы в стали . |
51 |
7 ПОВЕДЕНИЕ ФОСФОРА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ . . . . |
54 |
|
7.1 |
Распределение фосфора между шлаком и металлом . . . . . . . . . . . . . . . |
54 |
7.2 |
Поведение фосфора при выплавке стали в конвертерах . . . . . . . . . . . . |
55 |
7.3 |
Рефосфорация металла при раскислении, выпуске и разливке |
|
|
стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
58 |
7.4 |
Основные принципы получения заданного содержания фосфора |
|
|
в стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
59 |
8 ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО |
|
|
ПРОИЗВОДСТВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
|
8.1 |
Передельный чугун . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
5
|
8.1.1 Внедоменная десульфурация чугуна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
62 |
|
8.1.2 Десульфурация и дефосфорация чугуна в ковшах |
|
|
окислительными шлакообразующими смесями . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
8.2 |
Металлический лом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
76 |
8.3 |
Металлизованные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
76 |
8.4 |
Флюсы сталеплавильных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
77 |
8.5 |
Окислители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
80 |
8.6 |
Топливо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
81 |
9 КОНСТРУКЦИЯ КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРОВ . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
|
9.1 |
Кислородный конвертер верхнего дутья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
9.2Особенности конструкции кислородного конвертера донного дутья . 85
9.3Устройства для вдувания перемешивающего газа через днище
конвертеров комбинированного дутья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
88 |
|
10 ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ |
|
|
ВЕРХНЕГО ДУТЬЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
91 |
|
10.1 |
Способы восстановления футеровки кислородного конвертера . . . . |
91 |
10.2 |
Выплавка стали из низкофосфористого чугуна с остановкой |
|
|
продувки на марочном содержании углерода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
93 |
10.3 |
Выплавка стали из низкофосфористого чугуна с передувом плавки |
97 |
10.4 |
Материальный и тепловой балансы плавки при переработке |
|
|
низкофосфористого чугуна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
97 |
10.5 |
Выплавка стали из высокофосфористого чугуна . . . . . . . . . . . . . . . . |
100 |
11 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В |
|
|
КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ ДОННОГО ДУТЬЯ . . . . . . . . . . . . . |
102 |
|
11.1 |
Окисленность шлака . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
102 |
11.2 |
Окисленность металла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
104 |
11.3 |
Поведение марганца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
105 |
11.4 |
Дефосфорация металла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
106 |
11.5 |
Десульфурация металла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
108 |
11.6 |
Содержание водорода в металле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
110 |
|
|
6 |
11.7 |
Состав металлической шихты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
111 |
12 ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ |
|
|
КОМБИНИРОВАННОГО ДУТЬЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
112 |
|
12.1 |
Процессы с продувкой кислородом сверху и перемешиванием |
113 |
|
ванны малоактивными газами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
12.2 |
Использование комбинированной продувки для увеличения |
|
|
доли лома в металлической шихте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
117 |
13 СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ДОЛИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛОМА |
|
|
В ШИХТЕ КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
122 |
|
13.1 |
Повышение температуры заливаемого в конвертер чугуна . . . . . . . |
122 |
13.2 |
Дожигание оксида углерода отходящих газов в рабочем |
|
|
пространстве конвертера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
125 |
13.3 |
Использование химических теплоносителей и твердого топлива . . |
127 |
13.4 |
Использованием жидкого и газообразного топлива . . . . . . . . . . . . . . |
129 |
13.5 |
Использование физического тепла отходящих газов . . . . . . . . . . . . . |
130 |
13.6 |
Выплавка стали под минимальным количеством шлака . . . . . . . . . . |
132 |
14 ПРОИЗВОДСТВО ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ В |
|
|
КОНВЕРТЕРАХ АРГОННО-КИСЛОРОДНОГО ДУТЬЯ . . . . . . . . . . . . . |
134 |
|
14.1 |
Конструкция AOD конвертера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
135 |
14.2 |
Технология производства легированной стали в AOD конвертерах |
136 |
15 КОНСТРУКЦИЯ МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
140 |
|
15.1 |
Принцип тепловой работы мартеновской печи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
140 |
15.2 |
Основные элементы конструкции мартеновской печи . . . . . . . . . . . |
141 |
15.3 |
Особенности конструкции двухванной мартеновской печи . . . . . . . |
146 |
16 ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ОСНОВНЫХ МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ . . . . |
149 |
|
16.1 |
Варианты мартеновского процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
149 |
16.2 |
Скрап-рудный мартеновский процесс с использованием твердых |
|
|
окислителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
149 |
16.3 |
Использование кислорода для интенсификации мартеновской |
|
|
плавки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
155 |
7 16.4 Организация работы двухванной мартеновской печи . . . . . . . . . . . . 156
17 ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПУСКА МЕТАЛЛА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 17.1 Конструкция сталеразливочного ковша . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 17.2 Способы отделения окислительного шлака от металла при
выпуске плавки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 18 СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ
СТАЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 18.1 Раскисление стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 18.1.1 Сущность процесса раскисления и способы его реализации . 168 18.1.2 Осаждающее раскисление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 18.1.3 Экстракционное раскисление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 18.1.4 Вакуумно-углеродное раскисление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 18.1.5 Модифицирование неметаллических включений в стали . . . 178 18.2 Обработка стали инертным газом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 18.2.1 Усреднение химического состава и температуры металла . . . 180 18.2.2 Корректировка температуры металла перед разливкой . . . . . 182
18.2.3 Перемешивание металла и шлака для повышения скорости химических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
18.2.3 Дегазация стали при продувке аргоном в ковше . . . . . . . . . . . 184 18.2.4 Удаление неметаллических включений . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 18.3 Внепечная десульфурация стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
18.3.1 Обработка стали синтетическими шлаками, самоплавкими и твердыми шлакообразующими смесями . . . . . . . . . . . . . . . . 187
18.3.2 Продувка стали порошкообразными материалами . . . . . . . . . 189 18.4 Вакуумирование стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 18.4.1 Вакуумная дегазация стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 18.4.2 Обезуглероживание стали при вакуумировании в ковше . . . . 200 18.5 Корректировка химического состава стали в ковше . . . . . . . . . . . . . 203 18.6 Внепечная обработка стали с нагревом в ковше . . . . . . . . . . . . . . . . 206
|
|
8 |
19 РАЗЛИВКА СТАЛИ В ИЗЛОЖНИЦЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
210 |
|
19.1 |
Общая характеристика способов разливки стали в изложницы . . . . |
210 |
19.2 |
Разливка спокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
213 |
|
19.2.1 Структура слитка спокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
213 |
|
19.2.2 Основные требования к организации отливки слитков |
|
|
спокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
214 |
19.3 |
Разливка кипящей стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
215 |
|
19.3.1 Структура слитка кипящей стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
215 |
|
19.3.2 Основные требования к организации отливки слитков |
|
|
кипящей стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
216 |
19.4 |
Разливка полуспокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
217 |
|
19.4.1 Структура слитка полуспокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . |
217 |
|
19.4.2 Основные требования к организации отливки слитков |
|
|
полуспокойной стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
218 |
19.5 |
Дефекты стальных слитков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
219 |
20 РАЗЛИВКА СТАЛИ НА МАШИНАХ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ |
|
|
ЗАГОТОВОК (МНЛЗ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
220 |
|
20.1 |
Схема процесса и типы МНЛЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
220 |
20.2 |
Основные технологические узлы МНЛЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
224 |
20.3 |
Литейно-прокатные модули . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
230 |
20.4 |
Организация работ при разливке стали на МНЛЗ . . . . . . . . . . . . . . . |
231 |
20.5 |
Разливка стали методом плавка на плавку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
234 |
20.6 |
Дефекты непрерывнолитых заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
235 |
20.7 |
Основные преимущества разливки стали на МНЛЗ . . . . . . . . . . . . . . |
236 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
238 |
|