Тема 1.4. Виробництво сталі

1. Поняття про сталь, її властивості.

2. Початкові матеріали для виплавки сталі.

3. Основні способи виплавки сталі.

4. Основні реакції і процеси виплавки сталі:

4.1. Поняття основних і кислих процесів.

4.2. Хімічні реакції окислення домішок.

4.3. Поняття розкислення сталі та хімічні реакції розкислення.

5. Киснево-конвертерний спосіб отримання сталі:

5.1. Конструкція кисневого конвертеру.

5.2. Цикл плавки в кисневому конвертері.

5.3. Переваги і недоліки способу.

6. Мартенівський спосіб виробництва сталі:

6.1. Конструкція мартенівської печі.

6.2. Суть основного скрап-рудного мартенівського процесу.

6.3. Переваги і недоліки способу.

7. Виробництво сталі в дугових електричних печах:

7.1. Конструкція дугової електропечі.

7.2. Хід плавки в основній дуговій печі.

7.3. Переваги і недоліки плавки в дугових печах.

8. Суть плавки сталі в індукційних тигельних печах.

9. Розливання сталі і одержання зливків.

10. Класифікація сталей.

11. Маркування сталей.

Поняття сталі. Початкові матеріали для її виплавки

Сталі – залізовуглецеві сплави, що містять не більше 2,14% вуглецю.

Крім вуглецю, домішками сталі є кремній, марганець, сірка і фосфор (дві останні – шкідливі). Сталі такого складу називають вуглецевими.

Сталь має вищі механічні і технологічні властивості, ніж чавун:

• висока міцність і пластичність;

• її можна обробляти тиском;

• добре обробляється різанням;

• краще зварюється, ніж чавун.

Але чавун має кращі ливарні властивості.

Основна маса сталі виготовляється шляхом переробки чавуну.

Задача переробки чавуну в сталь: видалити з чавуну надлишок домішок (С, Si, Mn, S, P) шляхом їх окислення і переводу в шлак.

Початкові матеріали для виплавки сталі:

• переробний чавун;

• скрап (лом, обрізки, стружка);

• металізовані окатиші;

• окислювачі: кисень, залізна руда, окалина;

• флюси: для кислих процесів – кварцовий пісок, для основних процесів – вапно, плавиковий шпат;

• розкислювачі: феросплави, алюміній.

Якщо застосовують тільки тверду шихту (твердий чавун і скрап) для виплавки сталі, то такий процес називають скрап-процесом; якщо застосовують рідкий чавун і скрап чи інші тверді матеріали, то це скрап-рудний процес.

Способи виплавки сталі:

1. киснево-конвертерний (близько 57% сталі);

2. мартенівський (близько 15% сталі);

3. в електропечах (близько 28% сталі).

Основні реакції і процеси виробництва сталі

Сталь одержують, застосовуючи два процеси:

1. основний – піч футерують основним вогнетривом; сировина може мати підвищений вміст шкідливих домішок, тому що вони виводяться з допомогою флюсу (СаО); процес дешевий; якість сталі нижче, ніж при кислому процесі;

2. кислий – піч футерують кислим вогнетривом; сировина має бути чистою, тому що шкідливі домішки не виводяться; вище собівартість і якість сталі.

Основними реакціями виплавки сталі є реакції окислення і розкислення.

Окислення домішок відбувається киснем і оксидом заліза FeO.

Першим окислюється залізо:

Fe + О₂ → FeO

Далі окислюються домішки:

Si + O₂ → SiO₂

Mn + O₂ → MnO

C + O₂ → CO

CO + O₂ → CO₂

P + O₂ → P₂O₅

Оксиди, що утворилися, спливають на поверхню у вигляді шлаку. Під шаром шлаку домішки продовжують окислюватись оксидом FeO:

FeO + Si → Fe + SiO₂

FeO + Mn → Fe + MnO

FeO + С → Fe + СO

FeO + Р → Fe + P₂O₅

Флюс СаО (вапно) шлакує сірку і фосфор:

P₂O₅ + СаО → P₂O₅^.(СаО)₃

FeS + CaO → FeO + CaS

Розкислення сталі – виведення з неї кисню і відновлення заліза з його оксиду.

Розкислюють сталь під час плавки, під час розливання і в ковші. Залежно від ступеню розкислення сталь буває спокійною, напівспокійною і киплячою.

Для розкислення використовують феросиліцій, феромарганець та алюміній.

Реакції розкислення:

Mn + FeO → Fe + MnO

Si + FeO → Fe + SiO₂

Al + FeO → Fe + Al₂O₃