1. Материалы, используемые при производстве стали

Сталеплавильное  производство  –  это  получение  стали  из  чугуна   и стального  лома  в  сталеплавильных  агрегатах   металлургических   заводов. Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна  – углерода,  кремния,   марганца   и   фосфора.   Отличительной   особенностью сталеплавильных  процессов   является   наличие   окислительной   атмосферы. Окисление  примесей  чугуна  и  других  шихтовых  материалов  осуществляется кислородом,  содержащимся  в  газах,  оксидах  железа  и   марганца.   После окисления примесей, из металлического  сплава  удаляют  растворенный  в  нем кислород,  вводят  легирующие   элементы    и   получают   сталь   заданного химического состава. Роль  шлаков  в  процессе  производства  стали  исключительно   велика. Шлаковый  режим,  определяемый  количеством  и  составами  шлака,  оказывает большое  влияние  на  качество  готовой   стали,   стойкость   футеровки   и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется  в  результате окисления составляющих части шихты, из  оксидов  футеровки  печи,  флюсов  и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить  на  кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и  амфотерные (Al2O3;  Fe2O3;  Cr2O3;  и  др.)  оксиды.  Важнейшими  компонентами   шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO. Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

Связывает все оксиды (кроме СО),  образующиеся  в  процессе  окисления      примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и  сера,

происходит только после их окисления и обязательного перехода  в  виде      оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть  надлежащим      образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;

Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком  кислорода  из      печной атмосферы к жидкому металлу;

В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через  шлак  происходит      передача тепла металлу;

Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.     Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных  примесей,

как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в  металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции,  он  должен  в различные периоды сталеплавильного процесса  иметь  определенный  химический состав и необходимую текучесть (величина  обратная  вязкости).  Эти  условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов  плавки  расчетных количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата,  боксита и др.

    2.  СТРУКТУРА И СОСТАВ МЕТАЛЛОШИХТЫ Шихтовыми материалами для плавки стали являются жидкий или твёрдый чугун, стальной и чугунный лом, стружка, обрезки (скрап), железорудные окатыши, ферросплавы (перечисленные материалы называют металлошихтой); известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, марганцевая руда, кварцевый песок (флюсы); железная руда, окалина, агломерат, кислород, воздух (окислители). Отнесение перечисленных материалов к группам металлошихты, флюсов и окислителей сделано в соответствии с основным их назначением; многие из материалов одной группы содержат элементы другой (например, в окалине, боксите есть железо, в скрапе – кислород и т. п.)

3.  ИСТОЧНИКИ КИСЛОРОДА Практически всю сталь (за исключением методов специальной металлургии) производят при помощи окислительных процессов, что предопределяет в них ведущую роль кислорода. При кристаллизации и охлаждении сталей (вследствие ликвации кислорода и в связи с изменением констант равновесия процессов взаимодействия кислорода с растворенными в стали элементами) формируются нежелательные включения, выделяющиеся в виде газообразной, жидкой или твердой фазы. При этом в слитке образуются пузыри и поры, а также зоны чрезмерного загрязнения металла оксидными включениями. Растворимость кислорода в жидком железе описывается следующим выражением:

Следует отметить, что при меньших концентрациях кислорода его выделение в особую фазу начинается позднее. В спокойной стали практически весь растворенный в жидком объеме кислород связан добавками раскислителей. В этом случае при атмосферном давлении реакция между углеродом и кислородом, растворенными в металле, не протекает. Выделение кислорода в виде отдельной фазы при температурах ковки является причиной плохой деформируемости стали в горячем состоянии и ее пониженной пластичности, а также способствует “старению” стали при ее службе. С целью удаления кислорода из стали производят ее раскисление, в процессе которого растворенный кислород связывают в прочные оксиды, удаляющиеся затем из расплава. Прив вакуумной обработке стали эффективным раскислителемявляется углерод. В результате пузыри окиси углерода полностью удаляются из металла, не образуя твердых оксидных включений.        Существенными источниками кислорода, поступающего в сталь во время выпуска плавки и выдержки металла в ковше, являются шлак и огнеупорная футеровка. Это подтверждается сравни­тельно высоким угаром раскислителей, присаженных в ковш, кото­рый повышается при увеличении окисленности и количества шлака, попавшего в ковш.

    4.  ШЛАКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ Шлакообразующие материалы, основной задачей которых является создание шлакового покрова, защищающего расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха. Кроме того, образующиеся шлаки являются той средой, в которой протекают металлургические процессы, и в ряде случаев сами активно участвуют в них. Шлакообразующими материалами служат: марганцовая руда ( МпО ч 50 %), титановый концентрат ( ТЮ2 48 %), полевой шпат ( А12О3 s20 %; SiO2 - 68 %), плавиковый шпат ( CaF2 95 %), мрамор ( СаСО3 95 %) и некоторые другие.

В качестве шлакообразующих материалов в сердечник проволок рутилового типа вводят рутиловый концентрат, алюмосиликаты и руды. Раскисление металла в основном осуществляется ферромарганцем. При достаточной чистоте шлакообразующих материалов ( извести, кокса) в отношении серы в металле остается под белым шлаком 0 050 % и менее серы. Для наводки шлака применяют шлакообразующие материалы ( известь, руду, плавиковый шпат и др.), которые забрасывают в печь в процессе плавки. Железная руда, а также шлакообразующие материалы с шихтового двора сыпучих материалов подаются в бункера над конвертером при помощи системы транспортеров. После дозировки сыпучие материалы по желобу высыпаются в конвертер через его горловину. Шлакообразующие материалы служат для образования сварочного шлака, выполняющего металлургические и технологические функции.     5. ТРЕБОВАНИЯ К ШИХТОВЫМ МАТЕРИАЛАМ И ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ИХ К ПЛАВКЕ