Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Шлак, содержащий какое-токоличество фосфора, близкое к равновесному с металлом, удаляют из агрегата(скачивают), а вместо него с помощью добавок, не содержащих фосфор, наводятновый шлак. После такой операции некоторое количество фосфора из металлапереходит в новый шлак, пока не установится состояние, близкое к равновесию.Операцию скачивания и замены его новым шлаком можно проводить несколькораз до тех пор, пока в металле не останется очень мало фосфора.
Такой методиспользуют при необходимости получить очень низкие концентрации фосфора вметалле.Удаление серы. Сера является вредной примесью, придает металлу красноломкость, связанную с выделением при кристаллизации стали в межзеренномпространстве сульфидов железа, которые с железом образуют эвтектику, плавящуюся при температурах ниже 1000 °С.Слиток стали, содержащий большое количество серы, разрушается пригорячей пластической обработке (ковка, штамповка, прокатка).
При этом прослойки, разобщающие зерна стали, находятся в жидком состоянии и способствуют разрушению металла при его деформации.Поэтому в большинстве случаев одной из главных задач при выплавке сталиявляется удаление из металла серы.В сталеплавильном агрегате удаление серы из расплавленного металла вшлак происходит в результате реакции:Fe+[S]+CaO=(CaS)+(FeO)Образующийся при реакции сульфид кальция CaS нерастворим в металле.Реакция протекает на поверхности раздела фаз (металл-шлак) и увеличение этойповерхности (перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл CaO в видепорошка и другие способы) ускоряет эту реакцию и способствует более полномуудалению серы.Если шлак, кроме СаО, содержит много MnO, то возможно удаление серы пореакции:Fe+[S]+(MnO)=(MnS)+(FeO)Образующийся сульфид марганца MnS почти нерастворим в металле и переходит шлак.Скачивание шлака и наведение нового (чистого по сере) шлака также способствует переходу новых порций серы из металла в шлак.Таким образом, для удаления примесей в плавильном агрегате для каждой изних создают определенные условия, проводя выплавку стали в несколькоэтапов.Первый этап.
На этом этапе идет расплавление шихты и нагрев жидкогометалла. Температура металла невысока. Начинается интенсивное окислениежелеза, так как оно содержится в наибольшем количестве в чугуне и по законудействующих масс окисляется в первую очередь. Одновременно начинает окислятся примеси Si, P, Mn.Образующийся оксид железа (FeO) при высоких температурах растворяетсяв железе и отдает свой кислород более активным элементом (примесям в чугуне),окисляя их. Чем больше оксида железа содержится в жидком металле, темактивнее окисляются примеси.
Для ускорения окисления примесей в стале-плавильную печь добавляют железную руду, окалину, содержащие оксиды железа.Скорость окисления примесей зависит не только от их концентрации, но и оттемпературы металла и подчиняется принципу, в соответствии с которым химические реакции, выделяющие теплоту, протекают интенсивнее при болеенизких температурах, а реакции поглощающие теплоту, протекают активнее привысоких температурах. Поэтому в начале плавки, когда температура металланевысока, интенсивнее идут процессы окисления кремния, фосфора, марганца,протекающие с выделением теплоты, а углерод интенсивно окисляется только привысокой температуре металла.Наиболее важной задачей этого этапа является удаление фосфора.
Для этогонеобходимо проведение плавки в основной печи, в которой можно использоватьосновной шлак, содержащий СаО, применяемый для удаления фосфора. В ходеплавки фосфорный ангидрид Р2О5 образует с оксидом железа нестойкоесоединение (FeO) 3 ⋅ P2 O 5 . Оксид кальция СаО более сильное основание, чем оксиджелеза. Поэтому при невысоких температурах он связывает ангидрид Р2О5 впрочное соединение (CaO) ⋅ P2 O 5 , переводя его в шлак. Для удаления фосфора изметалла шлак должен содержать достаточное количество оксида железа FeO.
Дляповышения содержания FeO в шлаке в сталеплавильную печь в этот периодплавки добавляют железную руду, окалину, наводя железистый шлак. По мереудаления фосфора из металла в шлак содержание его в шлаке возрастает. Всоответствии с законом распределения, когда вещество растворяется в двухнесмешивающихся жидкостях, распределение его между этими жидкостямипроисходит до установления определенного соотношения постоянного для даннойтемпературы.
Поэтому удаление фосфора из металла замедляется и для болееполного удаления фосфора из металла шлак, содержащий фосфор удаляют, инаводят новый со свежими добавками СаО.Второй этап. Этап начинается по мере прогрева металлической ванны доболее высоких температур, чем на первом этапе. При повышении температурыболее интенсивно протекает реакция окисления углерода, проходящая споглощением тепла. Для окисления углерода на этом этапе в металл вводят значительное количество руды, окалины или вдувают кислород.Образующийся в металле оксид железа реагирует с углеродом и пузырькиоксида углерода СО выделяются из жидкого металла, вызывая кипение ванны.При кипении ванны:- уменьшается содержание углерода в металле;- выравнивается температура и состав ванны;- удаляются частично неметаллические включения в шлак.Все это способствует повышению качества металла.В этот же период создаются условия для удаления серы из металла.
Сера вванне находится в виде сульфида железа, растворенного в металле [FeS] и шла-ке(FeS). Чем выше температура, тем большее количество FeS растворяется в шлакеили больше серы переходят из металла в шлак. Сульфид железа, раство-ренный вшлаке, взаимодействует с оксидом кальция СаО, также растворенным в шлаке,образуя соединение CaS, которое растворимо в шлаке, но не растворя-ется вметалле. Таким образом сера удаляется в шлак.Третий этап.
Этот этап является завершающим, в котором производитсяраскисление и, если требуется, легирование стали.Раскисление представляет собой технологическую операцию, при которойрастворенный в металле кислород переводится в нерастворимое соединение иудаляется из металла. При плавке повышенное содержание кислорода в металленеобходимо для окисления примесей.
В готовой же стали кислород являетсянежелательной примесью, так как понижает механические свойства стали,особенно при высоких температурах.Для раскисления стали используют элементы-ракислители, обладающиебольшим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителейиспользуют марганец, кремний, алюминий.Существует несколько способов раскисления стали.
Наиболее широкоприменяются:- осаждающий способ;- диффузионный.Осаждающий способ. Раскисление по этому способу осуществляютвведением в жидкую сталь раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих Mn, Si, Al. В результате раскисления образуются оксидыMnO, SiO2, Al2O3, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются вшлак. Однако часть оксидов не успевает всплыть и удалится из металла, чтопонижает его свойства. Этот способ называют иногда глубинным, так как раскислители вводятся в глубину металла.Диффузионный способ. По этому способу раскисление осуществляютраскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и другие раскислителизагружают в мелкоизмельченном виде на поверхность шлака.
Раскислители,восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. В соответствии с законом распределения оксид железа, растворенный в стали, начнет переходить в шлак. Образующиеся при таком способе раскисления оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, что уменьшает в нейсодержание неметаллических включений повышает ее качество.Ввиду того, что скорость процесса перемещения кислорода из металла вшлак определяется скоростью его диффузии в металле, этот способ имеет и некоторые недостатки.
Из-за малой скорости диффузии кислорода в металле процесс удаления кислорода идет медленно, возрастает продолжительность плавки.В зависимости от степени раскисленности различают стали:- кипящие;- спокойные;- полуспокойные.Кипящая сталь. Это сталь, выплавленная без проведения операции раскисления. При разливке такой стали и при ее постепенном охлаждении в изложнице будет протекать реакция между растворенными в металле кислородом иуглеродом[O]+[C]=COгОбразующиеся при этом пузырьки оксида углерода СО будут выделятся изкристаллизующегося слитка, и металл будет бурлить. Такую сталь называюткипящей.
Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений,представляющих продукты раскисления. Поэтому она обладает хорошейпластичностью.Спокойная сталь. Это сталь, полученная после проведения операции раскисления. Такая сталь при застывании в изложнице ведет себя спокойно, из нее невыделяются газы. Такую сталь называют спокойной.Полуспокойная сталь. Сталь имеет промежуточную раскисленность междуспокойной и кипящей. Раскисление ее проводят частично, удаляя из нее не веськислород. Оставшийся кислород вызывает кратковременное кипение металла вначале его кристаллизации.
Такую сталь называют полуспокойной.Легированные стали. Легированием называют процесс присадки в стальспециальных (легирующих) элементов с целью получить так называемую легированную сталь с особыми физико-химическими или механическими свойствами.Легирование осуществляют введением ферросплавов или чистых металлов внеобходимом количестве в сплав.Легирующие элементы, сродство к кислороду которых меньше, чем у железа (Ni, Cu, Co, Mo), при плавке и разливке практически не окисляются и поэтому их вводят в печь в любое время плавки. Легирующие элементы, у которыхсродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al и др.), вводят в металлпосле или одновременно с раскислением.5.2 Основные способы производства сталиОсновными способами производства стали являются:- конвертерный;- мартеновский;- электросталеплавильный.5.2.1 Конвертерный способКонвертерный способ включает несколько разновидностей- конвертерные процессы с донным воздушным дутьем (бессемеровский итомасовский процессы);- кислородно-конвертерный процесс с продувкой кислородом сверху и снизу.Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье заключается в том,что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом.Кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается всталь.
Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечивает нагрев стали дотемпературы около 1600 °C.Бессемеровский и томасовский процессы отличаются составом футеровкиконвертора.Бессемеровский процесс (кислая футеровка конвертора) разработан англичанином Г. Бессемером в 1856-1869гг. и позволяет перерабатывать чугун с низким содержанием фосфора и серы и достаточным количеством кремния.Томасовский процесс (основная футеровка конвертера) был предложенС.Томасом в 1878 г. для переработки чугуна с высоким содержанием фосфора.Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосудгрушевидной формы (рисунок 20), выполненный из стального листа с внутреннейфутеровкой.
Футеровка бессемеровского конвертера кислая (динасовый кирпич),томасовского – основная (смолодоломитовая).Сверху в горловине конвертера имеется отверстие, служащее для заливкичугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепиться отъемное днище с воздушнойкоробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полостьконвертера через фурмы (сопла), имеющиеся в футеровке днища. В цилиндрической части конвертера имеются цапфы, на которых он поворачивается вокруггоризонтальной оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
