Способи виплавки стали - студопедія

Киснево-конвертерний процес включає в себе виплавку сталі з рідкого чавуну в конвертері з основною футеровкою і продувкою киснем через водоохолоджувальну фурму. Кисневий конвертер являє собою судину грушоподібної форми із сталевого листа, футерований основним цеглою. Місткість конвертера - 130 - 350 т рідкого чавуну. В процесі роботи конвертер може повертатися на 360 ° для завантаження скрапу, заливки чавуну, слива стали і шлаку.

Шихтових матеріалів киснево-конвертерного процесу є рідкий переробний чавун, сталевий брухт (не більше 30%), вапно для наведення шлаку, залізна руда, а також боксит і плавиковий шпат для розрідження шлаку. Послідовність технологічних операцій при виплавці сталі в кисневих конвертерах представлена ​​на рис. 2.

а - завантаження скрапу; б - заливка чавуну; в - продування киснем, г - розливання сталі; д - слив шлаку

Малюнок 2. - Послідовність технологічних операцій при виплавці сталі в кисневих конвертерах

Після чергової плавки стали випускний отвір зашпаровують вогнетривкої масою, оглядають футеровку, ремонтують. Перед плавкою конвертер нахиляють, за допомогою завалювальних машин завантажують скрап рис. (1 а), заливають чавун при температурі 1250 ... 1400 0 C (рис. 1 б). Після цього конвертер повертають в робоче положення (рис. 1 в), всередину вводять охлаждаемую фурму і через неї подають кисень під тиском 0,9 - 1,4 МПа.

У кисневих конвертерах виплавляють маловуглецеві конструкційні стали, киплячі і спокійні, а також низьколегованісталі. Легуючі елементи в розплавленому вигляді вводять в ківш перед випуском в нього стали. Плавка в конвертерах місткістю 130 - 300 т закінчується через 25 - 30 хвилин.

Подина має форму ванни з укосами у напрямку до стінок печі. У передній стінці є завантажувальні вікна 4 для подачі шихти і флюсу, а в задній - отвір 9 для випуску готової стали. Характеристикою робочого простору є площа поду печі, яку підраховують на рівні порогів завантажувальних вікон. З обох торців плавильного простору розташовані головки печі 2, які служать для змішування палива з повітрям і подачі цієї суміші в плавильний простір. В якості палива використовують природний газ, мазут. Для підігріву повітря і газу при роботі на низькокалорійному газі піч має два регенератора (1).

Регенератор - камера, в якій розміщена насадка - вогнетривку цеглу, викладений в клітку, призначений для нагріву повітря і газів. Відходять від печі гази мають температуру 1500 - 1600 ° C. Потрапляючи в регенератор, гази нагрівають насадку до температури 1250 ° C. Через один з регенераторів подають повітря, який проходячи через насадку нагрівається до 1200 ° C і надходить в головку печі, де змішується з паливом, на виході з головки утворює факел (7), спрямований на шихту (6).

Розміри плавильного простору залежать від ємності печі. У нашій країні працюють печі ємністю 20 - 900 т рідкої сталі. Важливою характеристикою печі є площа поду, яку умовно підраховують на рівні порогів завантажувальних вікон. Для підігріву повітря в печі при роботі на газоподібному паливі піч має два регенератора - це камера з викладеним в клітку цеглою. Відходить з печі повітря з температурою 1000-1500 ° С нагріває Цегла до 1250 - 1280 ° С, а потрапляє атмосферне повітря, відповідно, нагрівається до температур 100 - 1200 ° С, а потім тільки потрапляє в робочий простір печі, де змішується з паливом.

Шихта - сталевий скрап, рідкий і твердий чавун. Залежно від складу шихти розрізняють: 1) скрап-процес, шихта - скрап і чушковий переробний чавун, застосовують на заводах, далеко розташованих від доменного виробництва, і в великих промислових центрах, де багато металобрухту; 2) скрап-рудний процес, основна частина шихти складається їх рідкого чавуну; найбільш економічний, виробництво має бути розташоване поблизу домни.

Виробництво сталі в електропечах. Використання для розігріву і розплавлення матеріалів енергії електричного струму здійснюється в електропечах. Переваги - швидке нагрівання; точне регулювання температури; можливість створювати окисну, відновну, нейтральну атмосфери або вакуум, виплавляти сталі і сплави будь-якого складу, більш повно понижати сталь, отримувати високоякісні сталі і сплави.

У дугових електроплавильних печах в якості джерела тепла використовується електрична дуга, що виникає між електродами і металевою шихтою. Піч харчується трифазним електричним струмом і має три графітових електрода. Ємність дугових електропечей 0,5 - 400 т. У металургійних цехах зазвичай використовують дугові електропечі з основною футеровкою, а в ливарних - з кислою (рис. 4).

Малюнок 4 - Схема дугового плавильної електропечі

Другий період - відновний - це розкислення стали, видалення сірки і доведення стали до заданого хімічного складу відповідно до маркою. У піч подають феромарганець, в необхідному за хімічним складом кількості, виробляють при необхідності коксування. Потім навантажують флюс: вапно, плавиковий шпат і шамотний бій. Після його розплавлення вводять раскислительную суміш: вапно, плавиковий шпат, мелений кокс, феросиліцій. При цьому в шлаку відбуваються реакції: FeO + C = Fe + CO, 2FeO + Si = Fe + SiO2. Кількість закису заліза в шлаку знижується і вона з металу переходить в шлак за законом розподілу (дифузійне розкислення). З металу віддаляється сірка за такою хімічної реакції: FeS + CaO = CaS + FeO.

По ходу відновного періоду беруть проби для визначення хімічного складу стали. Коли хімічний склад відповідає марочним, проводять остаточне розкислення сталі і випускають метал в ківш.

При виплавці легованих сталей легуючі елементи вводять в вигляді феросплавів. Порядок введення визначається спорідненістю легуючого елемента до кисню: нікель і молібден вводять в період плавлення або в окислювальний період, оскільки вони володіють меншою спорідненістю до кисню, ніж залізо; хром легко окислюється, тому його вводять в відновлювальний період; кремній, ванадій і титан легко окислюються, тому їх вводять перед випуском металу в ківш.

Індукційні печі складаються з водоохлажлаемого індуктора (3), всередині нього тигель (4) з металевою шихтою (рис. 5). Тигель виготовлений з вогнетривких матеріалів: кислий - кварцит або основний - магнезит.

Малюнок 5 - Схема індукційної тигельної плавильної печі

Через індуктор проходить однофазний змінний струм підвищеної частоти (500-100 кГц), який створює змінний магнітний потік, який пронизує шматки металу в тиглі, наводить в них потужні вихрові струми Фуко, метал (1) нагрівається до розплавлення (рис. 5). В електропечах виплавляють високолеговані стали, до яких пред'являються особливі вимоги щодо якості.

Техніко-економічні показники - ємність печі, витрата електроенергії (чим більше ємність, тим витрата електроенергії на 1 т металу, що виплавляється менше). Для інтенсифікації виплавки використовують: електромагнітне перемішування металу, кисень для продувки ванни стали в окислювальний період. Для виплавки легованих марок сталей застосовують дуплекс-процес: виплавка сталі в основному кисневому конвертері з подальшим рафінуванням і доведенням за хімічним складом в електропечі.