7 Основы производства стали

Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% С.

Осн. исх. материалами для произ-ва стали явл-ся передельный чугун и стальной лом (скрап).

Сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания С и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Fe окис-ся при взаим-вии чугуна с O₂ в сталеплавильных печах:

.

Одновременно с Fe окисляются Si, P, Mn и C. Образующийся оксид Fe при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Процессы выплавки стали осуществляют в четыре этапа.

1 Расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Темпер-ра Ме сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление Fe, образование оксида Fe и окисление примесей: Si, Mn и P.

Наиболее важная задача этапа – удаление P. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит . Фосфорный ангидрид образует с оксидом Fe нестойкое соединение . – более сильное основание, чем оксид Fe, поэтому при невысоких темпер-рах связывает и переводит его в шлак:

.

2 Осн. этап. Кипение метал. ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении темпер-ры более интенсивно протекает реакция окисления С, происходящая с поглощением теплоты:

.

Для окисления С в Ме вводят незначительное кол-во руды, окалины или вдувают О₂.

При реакции оксида Fe с C, пузырьки выделяются из жидкого Ме, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание С в Ме до требуемого, выравнивается темпер-ра по объему ванны, частично удаляются неметал. включения, прилипающие к всплывающим пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки . Все это способствует повышению качества Ме.

Также создаются условия для удаления S. S в стали находится в виде сульфида ( ), к-рый растворяется также в осн. шлаке. Чем выше темпер-ра, тем большее кол-во растворяется в шлаке и взаим-вует с :

Образующееся соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому S удаляется в шлак.

3 Раскисление стали заключается в восст-нии оксида Fe, растворённого в жидком Ме.

При плавке повышение содержания O₂ в Ме необходимо для окисления примесей, но в готовой стали О₂ – вредная примесь, так как понижает механич. св-ва стали, особенно при высоких темпер-рах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осущ-ся введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, к-рые обладают большим сродством к O₂, чем Fe. В рез-те раскисления восст-ся Fe и образуются оксиды: , к-рые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид Fe, уменьшают его содержание в шлаке. След-но, оксид Fe, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное Fe переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметалл. включений и повышается ее кач-во.

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали: а) спокойные, б) кипящие, в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаим-вию оксида Fe и C: , Образующийся выделяется из стали, способствуя удалению из стали N₂ и H₂, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметалл. включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность м/у спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаим-вию оксида Fe и C, содержащихся в стали.

4 Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых Ме в необх. кол-ве в расплав. Легирующие элементы, у к-рых сродство к О₂ меньше, чем у Fe ( ), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у к-рых сродство к O₂ больше, чем у Fe ( ), вводят в Ме после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.