Презентации для проведения уроков по специальности Металлургия чёрных металлов
презентация к уроку на тему
Презентации для проведения уроков по специальности Металлургия чёрных металлов
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 Технологические процессы производства стали | 98.01 КБ |
| Разливка и качество литой стали. | 118.99 КБ |
| Основы металлургического производства | 412.31 КБ |
| Устройство и техническое обслуживание электропечи | 1.1 МБ |
| Способы производства ферросплавов | 51.21 КБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Сущность процесса. Сущность процесса. Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения. Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).
Сущность процесса. Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого м е таллургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в c талеплавильных печах: 2 Fe + O2 = 2FeO + Q
Сущность процесса. Процессы выплавки стали осуществляются в три этапа: Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: Si, Mn и P. Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора . Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит CaO .
Сущность процесса. Оксид кальция ( CaO ) – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает P2O5 и переводит в шлак: 2 P + 5FeO + 4CaO = ( CaO )4 xP2O5 + 5Fe Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке FeO . Для повышения содержания FeO в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками CaO .
Сущность процесса. Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур. При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты: FeO + C = CO + Fe – Q Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.
Сущность процесса. При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода CO выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объёму ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие всплывающим пузырькам CO , а также газы, проникающие в пузырьки CO . Всё это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап – основной в процессе выплавки стали.
Сущность процесса. Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида ( FeS ) , который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа FeS растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция CaO : FeS + CaO = CaS + FeO Образующееся соединение CaS растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.
Сущность процесса. Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком шлаке. При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.
Сущность процесса. Сталь раскисляют двумя способами: Осаждающим и диффузионным. 1) Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей ( ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают б ольшим сродством к кислороду, чем железо. В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MnO , SiO , Al2O5, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.
Сущность процесса. 2) Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители , восстанавливая FeO , уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно , FeO растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом оксиды остаются в шлаке, а восстановленное Fe переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметалических включений и повышается её качество.
Сущность процесса. 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 не полностью. Её раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию FeO и С: FeO+C =Fe + CO, Образующийся оксид углерода CO выделяется из стали, способствуя удалению из стали N2 и H2 , газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.
Сущность процесса. Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию FeO и С, содержащихся в стали. Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа ( Ni, Co, Mo, Cu), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа ( Si, Mn , Al, Cr, V, Ti ), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.
Сущность процесса. Чугун переделывался в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: 1) мартеновских печах ; 2) кислородных конвертерах ; 3) электрических печах .
Мартеновский процесс. ( 1864 – 1865, Франция) в период до семидесятых годов ХХ века являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь. Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Температура факела пламени достигает 1800 С. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке. Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов.
Мартеновский процесс. В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса: 1) – скрап – процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25..45% чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома. 2) – скрап – рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75%), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.
Мартеновский процесс. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым . Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой. В основных мартеновских печах выплавляют стали: а) углеродистые ; б) конструкционные ; в) низко- и среднелегированные ; г) (марганцовистые, хромистые) . В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием S и P. В мартеновских печах в нашей стране до 20% всей стали.
Кислородно-конверторный процесс. Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Первые опыты ( 1933-1934) – Мозговой. В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали. Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.
Кислородно-конверторный процесс. Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются: 1) жидкий передельный чугун ; 2)стальной лом (не более 30%) ; 3) CaO для наведения шлака ; 4) железная руда 5) боксит ( Al2O3) и плавиковый шпат ( CaF2) для разжижения шлака. В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.
Кислородно-конверторный процесс. Кислородно-конвертерный процесс считается наиболее высокопроизводительным способом выплавки стали. Его другие достоинства: 1) простота устройства конвертера ; 2) отсутствие топлива ; 3) меньшие затраты на строительство цехов.
Производство стали в электропечах. Электропечи используют для выплавки: а) конструкционных ; б) высоколегированных ; в) инструментальных ; г) специальных сплавов и сталей . Различают дуговые и индукционные электропечи. Выплавка в дуговых электрических печах – главный способ производства высококачественных конструкционных, коррозионностойких и других сталей и сплавов. Более высокое по сравнению с мартеновской и конвертерной качество электростали объясняется её более высокой чистотой по S и P и неметаллическим включениям, хорошей раскисляемостью . Электросталь стоит дороже, чем мартеновская и конвертерная. Применение кислорода повышает производительность на 15-25% и снижает расход электроэнергии на 10-15%.
Производство стали в электропечах. Преимуществами индукционных печей по сравнению с дуговыми является: 1) возможность выплавки сталей с очень низким содержанием углерода ( так как нет науглероживания от электродов ), очень малый угар легкоокисляющихся элементов ; 2) сталь характеризуется пониженным содержанием азота и высокой чистотой по неметаллическим включениям. Индукционные печи имеют высокую производительность и высокий –электрический К.П.Д Недостатками индукционных печей является: 1) малая вместимость по сравнению с дуговыми печами ; 2) высокая стоимость электрооборудования ; 3) низкая стойкость основных тиглей (10-100 плавок).
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Разливка стали в изложницы. Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.
Разливка стали в изложницы. Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков. Изложницы выполняют с квадратным, сечением переделывают на сортовой прокат: Двутавровые балки; Швеллеры; Уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.
Разливка стали в изложницы. Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов. Сталь разливают в изложницы сверху (рис. 3.1, а) и снизу – сифоном (рис. 3.1, б). В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша 1. При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке.
Разливка стали в изложницы. Рис. 3.1. Разливка стали в изложницы а – сверху; б – снизу (сифоном) К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков, из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы. Применяется для разливки углеродистых сталей. При сифонной разливке одновременно заполняются несколько изложниц (4…60).
Разливка стали в изложницы. Изложницы устанавливаются на поддоне 6, в центре которого располагается центровой литник 3, футерованный огнеупорными трубками 4, соединенный каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания наполняет изложницу 5. Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц. Используют для легированных и высококачественных сталей.
Непрерывная разливка стали. Метод непрерывного литья заготовок является одним из важнейших и перспективных достижений современной металлургии. Рис. 3.2. Машины непрерывного литья заготовок: А – вертикальные; б – вертикальные с изгибом заготовок; в – радиальные; 1 – разливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – зона вторичного охлаждения; 5 – тянущая клеть; 6 – устройства для резки заготовок; 7 – затравка; 8 – рольганг; 9 – устройство для изгиба заготовки; 10 – устройство для охлаждения; 11 – отводящий рольганг.
Непрерывная разливка стали. Сущность метода заключается в том , что жидкую сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток. Перед началом разливки в кристаллизатор снизу вводят так называемую затравку, которая является дном кристаллизатора; затравка соединена с вытягивающим устройством.
Непрерывная разливка стали. Образующийся в кристаллизаторе слиток вытягивают из кристаллизатора при помощи валков с нажимным устройством. При выходе из кристаллизатора слиток поступает в зону вторичного охлаждения (первичное охлаждение в кристаллизаторе), в которой его поверхность интенсивно охлаждается водой при помощи форсунок, вплоть до полного затвердевания. Затвердевший слиток далее проходит зону резки, в которой его без остановки движения разрезают на заготовки мерной длины при помощи газорезки или летучих гидравлических ножниц.
Непрерывная разливка стали. Скорость разливки (вытягивания слитка) колеблется в пределах от 0,4 до 8 – 10 м / мин и определяется в первую очередь сечением заготовки. Например, для квадратных слитков сечением 50х50 мм скорость разливки составляет 7-10 м / мин, а слитков сечением 300х300 порядка 0,5-1,2 м / мин.
Непрерывная разливка стали. На МНЛЗ получают слитки различного сечения: Квадратного (блюмы) со стороной до 520 мм; Прямоугольного (слябы) шириной до 2500 мм; Заготовки для изготовления труб, балок, рельсов. Выход годных заготовок на МНЛЗ составляет 95-97% от массы жидкой стали. Годовая производительность МНЛЗ превышает 1 млн. т стали.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Кардинальное решение задачи сокращения затрат возможно путём применения новейших технологий. Наиболее перспективным представляется совмещение непрерывной разливки стали с агрегатами деформации (рис. 3.3). Проблема объединения МНЛЗ и прокатных станов в единый комплекс является в настоящее время основной в направлении повышения эффективности всего металлургического производства.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Совмещение непрерывного литья стальных заготовок с прокатной возможно при многоручьевых МНЛЗ с несколькими кристаллизаторами. При этом выходящие из кристаллизаторов заготовки должны отрезаться и поочередно задаваться в прокатный стан.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Рис. 3.3. Литейно-прокатный агрегат с совмещенной винтовой и продольной прокаткой конструкции ВНИИМЕТМАШ: 1 – МНЛЗ; 2 – индукционный подогреватель; 3 – загрузочная решетка; 4 – толкатель; 5 – клеть винтовой прокатки; 6 – черновая группа клетей продольной прокатки; 7 – аварийные летучие ножницы; 8 – чистовая группа клетей; 9 – термоупрочняющее устройство; 10 –летучие ножницы; 11 – холодильник.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Создание литейно-прокатных комплексов позволит сократить: производственные площади; Удельные капитальные и эксплуатационные расходы; Существенно снизить расход металла, энергии, топлива, Повысить производительность труда и качество продукции; Обрабатывать мало пластичные и трудно деформируемые стали и сплавы.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Двухвалковый способ непрерывного литья является весьма перспективным из способов совмещения агрегатов разливки и деформации. Еще в 1856 году сер Генри Бессемер запатентовал простую машину для получения тонких стальных полос непосредственно из жидкой стали (рис. 3.4.). С тех пор металлурги во всем мире стремились реализовать этот процесс.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. В декабре 1999 года на заводе г. Крефельд была разлита первая промышленная плавка коррозионностойкой стали аустенитного класса массой 36 т, и получен лист шириной 1100 мм и толщиной 3 мм. С марта 2000 года устойчиво разливается полный ковш вместимостью 90 т. Жидкая сталь поступает через промежуточный ковш на разливочную машину.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Рис 3.4. Эскиз, сделанный сером Генри Бессемером (а), и установка, запатентованная им в 1865 г. Листы обжимали до толщины 0,8 мм на стане холодной прокатки, отжигали и оценивали по действующим стандартам. Поверхностные дефекты отсутствовали. Благодаря быстрой кристаллизации чистота была выше, чем обычно. В результате возросла коррозионная стойкость.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. В 2003 году производство коррозионно-стойкой тонкополосовой стали на заводе в г. Крефельд достигло 400 000 т. Рис. 3.5. П ринцип литья полосы в двухвалковом кристаллизаторе Одним из существенных преимуществ нового процесса для всего металлургического производства высококачественной полосы являются менее жесткие требования к качеству стального лома, применяющегося при выплавке сталей в электропечах.
Основные тенденции развития процессов и МНЛЗ. Средняя цена 1 т горячекатанной полосы эквивалентных размеров, полученной по традиционной технологии, составляет в США 250-300 долл., в Европе 280-290 долл. 1 т полосы из нержавеющей стали, полученной на двухвалковом литейно-прокатном агрегате, будет на 50-150 долл. Дешевле тонны полосы, полученной по технологии отливки тонкого сляба. При производстве полосы из низкоуглеродистой стали экономия составит 20-35 долл. т.
Структура и качество литой стали. После заполнения жидкой сталью изложницы или кристаллизатора МНЛЗ происходит охлаждение расплава, а затем наступает момент его кристаллизации, т.е. происходит переход металла из жидкого в твердое состояние. Затвердевание металла и формирование слитка представляет собой сложный процесс, при котором протекает ряд различных физических, физико-химических и теполофизических явлений.
Структура и качество литой стали. 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 раскисленна в печи и затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: FeO + C = Fe + CO,
Структура и качество литой стали. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью. Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали. К числу физических явлений относится усадка, т.е. уменьшение удельного объема металла при переходе его из жидкого в твердое состояние.
Структура и качество литой стали. К физико-химическим явлениям относится ликвация и уменьшение растворимости газов (водорода и азота) в твердом металле. Ликвацией называют перераспределение примесей между затвердевающими металлом и расплавом. Процесс затвердевания происходит в течение некоторого промежутка времени и в значительном температурном интервале. Вначале при медленном охлаждении из расплава выпадают сравнительно чистые кристаллы твердого металла.
Структура и качество литой стали. Наиболее ликвирующими являются такие вредные примеси, как сера и фосфор, поэтому в слитке существуют зоны, обогащенные этими примесями: 1) примыкающая к усадочной раковине; 2) так называемых усов ( ^ - образной ликвации); 3) V – образной ликвации (рис. 10, в) Наиболее чистый металл находится в наружной поверхностной зоне, которая кристаллизуется в первую очередь и с достаточно большой скоростью. Кроме того, в слитке спокойной стали кристаллы чистого металла сосредотачиваются в его нижней части, в так называемой зоне отрицательной ликвации.
Структура и качество литой стали. Строение слитка кипящей стали. Эффект кипения металла при затвердевании вызван выделением пузырей СО, образующихся при взаимодействии растворенных в жидкой стали углерода и кислорода.
Структура и качество литой стали. В затвердевшем слитке имеются следующие зоны: 1. Плотная наружная корочка (толщиной 8-10 мм), образующаяся в момент соприкосновения жидкого металла с холодными стенками изложницы. Корочка состоит из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов. 2. Сотовые пузыри вытянуты перпендикулярно к стенке изложницы. Такое расположение пузырей связанно с направлением теплоотвода и ростом столбчатых кристаллов. Сотовые пузыри завариваются при прокате слитков.
Структура и качество литой стали. 3. Плотный и чистый металл. В этой зоне газовыделения не происходит. 4. Вторичные пузыри (ширина зоны 30-110 мм). В момент их образования верх слитка успевает затвердеть, поэтому газовые пузыри не успевают выделиться из металла. Вторичные пузыри также завариваются при прокатке. 5. Средняя часть слитка, кристаллизуется в последнюю очередь и состоящая из беспорядочно ориентированных кристаллов, обогащенных ликвирующими примесями. В этой зоне также имеются (пузыри, особенно в верхней части, причем эти пузыри усадочного происхождения.
Структура и качество литой стали. Верхняя часть этой зоны особенно сильно обогащена ликватами , поэтому ее отрезают. Обрезь составляет 5-10% слитка, она примерно вдвое меньше чем у слитка спокойной стали. Рис. 3.6. Строение слитков кипящей (а), полуспокойной (б) и спокойной (в) стали: 1 – плотная корочка; 2 – сотовые пузыри; 3 – промежуточная плотная зона; 4 – вторичные пузыри; 5 – плотная центральная часть слитка; 6 – усадочная раковина; 7 – зона V – образной ликвации; 8 – зона ^ - образной ликвации; 9 – зона отрицательной ликвации.
Строение слитка полуспокойной стали. При затвердевании полуспокойной стали выделяется значительно меньше пузырей СО, т.е. она кипит менее интенсивно, чем кипящая. Остающиеся пузыри в слитке в верхней его части компенсируют усадочную раковину. Вследствие малой продолжительности кипения уменьшается химическая неоднородность. В слитке полуспокойной стали также имеется плотная корочка с мелкими беспорядочно ориентированными кристаллами. Зона сотовых пузырей значительно меньше, и они расположены в верхней части слитка. Вторичные пузыри в слитке отсутствуют.
Строение слитка спокойной стали. В слитке спокойной стали различают следующие структурные зоны: 1) тонкую наружную корку, состоящую из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов; 2) вытянутые столбчатые кристаллы; 3) крупные различно ориентированные кристаллы (центральная зона); 4) беспорядочно ориентированные кристаллы (осевая зона); 5) конус осаждения. Эта зона представляет собой конгломерат сросшихся кристаллов, наименее всего загрязненных примесями.
Дефекты стальных слитков. Основными дефектами стальных слитков спокойной стали являются усадочная раковина, осевая рыхлость и химическая неоднородность, т.е. значительное различие по химическому составу структурных зон слитка. Прибыльную часть слитка, в которой сосредоточена усадочная раковина, отрезают при прокатке и обрезь отправляют на переплав.
Дефекты стальных слитков. Заворот корки ( дефекты поверхности) образуется при прорыве затвердевшей корочки на поверхности поднимающегося металла в изложнице. Возможно прилипание корочки к стенке изложницы, заворот и заливка ее поднимающимися кидким металлом. В месте заворота корочки скапливаются оксиды, которые препятствуют ее завариванию при прокатке, поэтому в этом месте образуются рванины.
Дефекты стальных слитков. Для уменьшения возможности появления заворота корочки применяют различные методы защиты поверхности поднимающегося в изложнице жидкого металла от окисления (разливка в защитной атмосфере, под слоем шлака и др.).
Дефекты стальных слитков. Поперечно горячие трещины образуются при зависании слитка в изложницы в процессе затвердевания. Для предупреждения возникновения этого дефекта необходимо плотное прилегание прибыльной надставки к верхней части изложницы и не использовать изложницы с дефектами на их стенках.
Дефекты стальных слитков. Продольные трещины возникают при разрыве тонкой корочки затвердевшего металла при его кристаллизации. Возможно, образование горячих продольных трещин и на гранях слитка в результате плохого центрирования струи жидкого металла при разливке сверху. Для устранения появления продольных трещин необходимо поддерживать оптимальную скорость разливки, предотвращать сильный перегрев жидкой стали, а также применять изложницы с погнутыми и волнистыми стенками. Для исключения появления этого дефекта необходима своевременная посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии вакуумирования .
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Общие понятия Слово “ металлургия ” происходит от греческого: 1) metalleuo – выкапываю, добываю из земли; 2) metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металлы; 3) metallon – рудник, металл Металлургия область науки и техники, охватывающую процессы обработки добытых из недр руд, получение металлов и сплавов, придание им определённых свойств
Общие понятия В мировой практике исторически сложилось деление металлов на чёрные (железо и сплавы на его основы) и всё остальные – нечёрные или цветные металлы. Соответственно, металлургия часто подразделяется на чёрную и цветную. В настоящее время на долю чёрных металлов приходится около 95% всей производимой в мире металлопродукции. В технике также условная классификация, по которой цветные металлы разделены на “ лёгкие ” ( Al , Mg ), “ тяжёлые ” ( Cu , Pb и др. ) , тугоплавкие ( W, Mo, и др.), благородные ( Au , Pt и др.), редкие металлы.
Общие понятия Содержание в земной коре % O2 – 47 ,2 % Al – 8,8 % Fe – 4,6% Сталь – сплав Fe с C и другими элементами периодической системы, при этом содержание C не превышает 2% Чугун – содержание С составляет более 2% Сталь – основной конструкционный материал, что обусловлено уникальностью свойств: 1) пластичность 2) твёрдость 3) свариваемость 4) способность выдержать низкие и высокие температуры 5) способность к деформации в холодном и нагретом состоянии К рудам чёрных металлов обычно относят месторождения Fe , Mn , Cr , Ti , V
Сырьё, материалы и их подготовка Для производства чёрных и цветных металлов применяют различные сырые материалы, являющиеся полезными ископаемыми, или специально приготовленные материалы, а также отходы металлургического производства. К сырым материалам металлургического производства прежде всего относят руды, топливо и флюсы.
Сырьё, материалы и их подготовка В рудах присутствуют различные примеси (тоже в виде соединений), которые в зависимости от вида плавки могут быть полезными и вредными. К вредным примесям относят: ( S2 , Zn, An). Сера вызывает красноломкость стали, а процесс её удаления в доменном и сталеплавильном производствах связан с ухудшением технико – экономических показателей. Правда, серу можно легко удалить из руд окислительным обжигом и агломерацией. Цинк, в доменном производстве, хотя и не проходит в чугун, приводит к разрыву металлического кожуха доменной печи.
Сырьё, материалы и их подготовка Такие примеси, как P, Ni, Cr и Cu , являются полезными при выплавке чугуна некоторых марок, в остальных же случаях их, особенно P, Cu, относят к вредным примесям. Фосфор вызывает хладноломкость стали.
Флюсы и отходы производства Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы железосодержащей шихты и золы кокса в шлак требуемого химического состава, обладающего определёнными физическими свойствами. Температура плавления оксидов, входящих в состав. Флюсы – неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавлении металла, что бы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.
Подготовка железных руд к доменной плавке Значительно выше температуры шлака в доменной печи (1450 – 1600 С) Шлак – это отходы производства, это своего рода плёнка на поверхности. В зависимости от характеристики добываемой руды применяют следующие методы подготовки руды: а) дробление; б) сортировку; в) обогащение; г) усреднение; д) окускование
Дробление и измельчение Дробление и измельчение руды – энергоёмкий стоящий процесс. Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют в аппаратах, называемых дробилками, а измельчение – в мельницах. Дробление можно выполнять следующими методами: 1)раздавливанием; 2) истиранием; 3) раскалыванием; 4) ударом и сочетанием перечисленных выше способов. Основные типы применяемых дробилок: а) Щековая; б) Конусная; в) молотковая; г) валковая
Грохочение и классификация Разделение или сортировку материалов на классы крупности при помощи решёток или механических сит называют грохочением , а разделение в воде или воздухе на основе разности скоростей падения зёрен различной крупности – гидравлической или воздушной классификацией. Грохочением обычно разделяют материалы до крупности 1 – 3 мм, а более мелкие – классификацией.
Грохочение и классификация Аппараты для грохочения называют грохотами, их основным рабочим элементом является решето или сито. Наибольшее распространение получили различные грохоты с колебательным движением решета; ограниченное применение находят неподвижные грохоты, а также барабанные, валковые или роликовые.
Обогащение Руды, добываемые из недр земли, часто не удовлетворяют требованиям металлургического производства не только по крупности, но и в первую очередь по содержанию основного металла и вредных примесей, а потому нуждаются в обогащении. Под обогащением руд понимают процесс обработки полезных ископаемых, целью которого является повышение содержания полезного компонента путём отделения рудного минерала от пустой породы или отделения одного ценного минерала от другого. В результате обогащения получают готовый продукт – концентрат, более богатый по содержанию определённого металла, чем исходная руда, и остаточный продукт – хвосты, более бедный, чем исходная руда.
Гравитация При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Гравитация может быть воздушной или мокрой. Воздушную гравитацию для обогащения железных руд и применяют, поскольку их рудные и нерудные минералы сравнительно мало отличаются по плотности. Мокрую гравитацию чаще всего осуществляют отсадкой. В качестве жидкости обычно используют воду, но применяют более тяжёлые среды.
Магнитная сепарация Магнитное обогащение заключается в том, что подготовленную соответствующим образом руду (дробленую до высокой степени раскрытия рудного зерна), содержащую магнитный минерал, вводят в магнитное поле, создаваемое магнитами.
Окускование железорудного сырья Окускование – это процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кусковые необходимых размеров, применение которых значительно улучшает показатели работы металлургических агрегатов. Для подготовки сырья к доменной плавке широко применяются два способа окускования: агломерация и окомкование .
Агломерация. Агломерация. Это процесс окускования мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Наиболее распространены ленточные агломерационные машины со спеканием слоя шихты на движущейся колосниковой решётке при просасывании воздуха через шихту. Продукт спекания (агломерации) – агломерат представляет собой кусковой пористый продукт чёрного цвета ; упрощённо можно характеризовать его как спечённую руду или спечённый рудный концентрат.
Шихта агломерации и её подготовка. Основные составляющие агломерационной шихты – железосодержащие материалы: 1) (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль) ; 2) возврат (отсеянная мелочь ранее произведённого а г ломерата) ; 3) топливо (коксовая мелочь) ; 4) влага, вводимая для окомкования шихты ; 5) известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата.
Шихта агломерации и её подготовка Кроме того, в шихту зачастую вводят ( CaO ) ( до 25 – 80 кг / т агломерата), что улучшает комкуемость шихты, повышая её газопроницаемость и прочность агломерата ; марганцевую руду (до 45 кг / т агломерата) для повышения содержания марганца в чугуне и отходы ( прокатную окалину, шламы и другие материалы, вносящие оксиды железа).
Производства агломерата Ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата и отсева его мелочи.
Производство агломерата Рис. 15. Схема агломерационной машины
Производства агломерата Производство агломерата ведут на агломерационных фабриках , в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата и отсева его мелочи. Агломерационная машина (рис. 15) имеет в качестве ос- новного элемента замкнутую ленту (конвейер) из отдельных спекательных тележек-паллет 2, Тележка — это опирающаяся на четыре ролика колосниковая решетка с продольными бортами ; тележки движутся по направляющим рельсам под воздействием пары приводных звездочек 1. На горизонтальном участке ленты тележки плотно примыкая друг к другу, образуют движущийся желоб с дном в виде колосниковой решетки
Производство агломерата Под тележками рабочей ветви ленты расположено 13—26 вакуум-камер 6, в которых с помощью эксгаустера 9 создают разрежение 10—13 кПа. Ширина ленты составляет 2—4 м, число тележек в ленте от 70 до 130, скорость ее движения 1,4—7 м/мин; площадь спекания действующих машин равна 50—312 м2. Удельная производительность по площади спекания составляет 1,2—1,5 т/(м2 • ч).
Топливо. Основным топливом доменной плавки является кокс — кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой (83—88 % С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термостойкости (способности не растрескиваться) и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходимую ее газопроницаемость.
Топливо. Наряду с высокой теплотой сгорания кокс как доменное топливо должен обладать определенным комплексом свойств, эти основные свойства следующие : 1) высокая прочность 2) малое содержание золы, основными составляющими кото-рой являются Si02 и А12ОЭ . 3) неспекаемость в условиях доменного процесса 4) определенный размер кусков— от 25 до 60мм 5) малое содержание вредных примесей серы и фосфора. Содержание фосфора в коксе невелико — < 0,05 %. 6) малое и, что особенно важно, постоянное содержание влаги. 7) высокая пористость, благодаря чему достигается высокая скорость сгорания кокса. Обычно пористость кокса находится в пределах 37—53 %.
Конструкция доменной печи. Доменная печь — печь шахтного типа. Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы — агломерат (окатыши) и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4—6 ч. В нижнюю часть печи (верх горна) через фурмы подают дутье — нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сгорания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; время пребывания газов в печи составляет 3—12 с.
Профили печи и основные размеры. Профилем доменной печи называют очертание рабочего пространства , ограниченного футеровкой . Основные элементы профиля – это горн, заплечики, распар, шахта и колошник. Колошник имеет форму цилиндра и служит для приема загружаемой сверху шихты. Ниже колошника расположена расширяющаяся книзу шахта; это расширение необходимо, чтобы обеспечить свободное опускание шихтовых материалов, объем которых увеличивается в результате нагрева. Распар, представляющий собой короткий цилиндр, служит для создания плавного перехода от расширяющейся шахты к сужающимся заплечикам .
Профиль печи и основные размеры. Заплечики выполнены в виде усеченного конуса; такая их форма необходима, поскольку здесь происходит плавление рудной части шихты, в результате чего объем шихты уменьшается и суживающиеся заплечики не позволяют шихте слишком быстро опускаться в горн.
Фундамент, кожух и холодильники. Фундамент является основанием печи и служит для передачи нагрузки, создаваемой массой печи на грунт. Кожух доменной печи представляет собой сварную конструкцию , состоящую из цилиндрических и конических поясов, изготовленных из стального листа. Толщина кожуха в верхней части составляет 20—40, в нижней 40—60 мм. Делают кожух из сталей с высокой ударной вязкостью, прочностью, пластичностью, термостойкостью (16Г2АФ, 10Г2С1, 14Г2 и др.).
Фундамент, кожух и холодильники. Холодильники служат для охлаждения футеровки и кожуха печи с помощью пропускаемой через них холодной технической воды, а при испарительном охлаждении — с помощью кипящей химически очищенной воды. Холодильник — это плита из чугуна с залитой в ней стальной трубкой в виде змеевика для циркулирующей воды.
Футеровка печи. Огнеупорная футеровка (кладка) доменной печи предназначена для уменьшения тепловых потерь и предохранения кожуха от воздействия высоких температур и от контакта с жидким металлом и шлаком . Для футеровки доменной печи применяют качественный (доменный) шамотный кирпич, высокоглиноземистый кирпич, углеродистые блоки, иногда карбидокремниевый кирпич. Основу шамота составляют Si02 и А1203.
Футеровка печи. Лещадь. Ранее лещади доменных печей выкладывали из качественного шамотного кирпича. Однако рост объема печей и интенсификация плавки вызывали быстрое разрушение такой кладки . Футеровку горна до уровня фурм выполняют из углеродистых блоков, а в районах фурм и чугунных и шлаковых леток из шамотного (> 42 % А1203) кирпича, поскольку углерод здесь может окисляться кислородом дутья, диоксидом углерода (С02), а также парами воды из огнеупорных масс.
Футеровка печи. Толщина футеровки у низа горна достигает 1600 мм. Кладку заплечиков чаще всего делают тонкостенной (толщина 230 или 345 мм) из шамотного (> 42 % А1203) кирпича в один ряд Колошник футеровка колошника состоит из одного ряда шамотного кирпича, выкладываемого у кожуха.
Горн печи. Горн условно подразделяют на две части — верхнюю фурменную зону, где сгорает кокс, и нижнюю — металлоприемник , служащий для накопления жидкого чугуна и шлака, и где расположены чугунные и шлаковые летки. Чугунная летка показана на рис. 29. Вырез для летки в кожухе печи обрамлен приваренной к нему стальной кольце-ной рамой 2, футерованной внутри шамотным кирпичом. Летка представляет собой сквозной канал в кладке горна и рамы; шириной 250—300 и высотой 400-500 мм заполнен огнеупорной леточной массой.
Горн печи. Шлаковые летки обрамляют арматурой, называемой шлаковым прибором, который помещают в проем горновых холодильников и крепят к кожуху печи.
Колошниковое устройство. Колошниковое устройство представляет собой многоэтажную металлическую конструкцию, служащую для поддержания комплекса механизмов, предназначенных для загрузки шихты в доменную печи (засыпной аппарат и др.), отвода газов ( газоотводы ) и для монтажа оборудования . Газоотводы . Для отвода доменного газа в куполе печи имеются отверстия и идущие от них вверх газоотводы . Обычно число газоотводов равно четырем .
Колошниковое устройство. Засыпной аппарат. Он предназначен для загрузки шихты, необходимого ее распределения по сечению колошника, т.е. печи и для обеспечения герметичности печи в процессе загрузки , т.е. для предотвращения попадания в печь воздуха, ведущего к возможности взрыва, и предотвращения выделения печного газа в атмосферу . На поверхность большого конуса загружают два—шесть скипов ( набирают подачу). Затем при поднятом малом конусе опускают большой конус, и материал подачи просыпается в печь, после чего большой конус поднимается.
Колошниковое устройство. В процессе загрузки конусы работают поочередно: когда один опущен, другой поднят (закрыт), что обеспечивает герметичность печи . Недостатком устройства считают то, что сложный механизм вращения лотка расположен в куполе печи и для его охлаждения и защиты от горячих колошниковых газов требуется расходовать много (10-30 тыс.м3/ч) азота или очищенного охлажденного доменного газа.
Доменный процесс Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике В современной доменной печи продолжительность пребывания в ней материалов составляет 4—6 ч, а газов — около 3—12 с. Высокие показатели плавки могут быть получены при хорошем распределении газов по сечению печи. Р аспределение газового потока по сечению печи зависит от сопротивления столба шихты, через которую проходят газы. Учитывая то, что газы всегда движутся по зонам с меньшим сопротивлением шихты, его в процессе загрузки регулируют.
Загрузка шихты Если этого не делать, то основная часть газов будет двигаться по зонам с малым сопротивлением шихты и покидать печь с высокой температурой, т.е. с недоиспользованной тепловой энергией и с неполностью использованной восстановительной способностью. В то же время в участках с большим сопротивлением шихты газов будет проходить мало и шихта будет плохо нагретой и восстановленной, что потребует дополнительного расхода тепла в нижней части печи, т.е. увеличения расхода кокса.
Загрузка шихты При загрузке прежде всего учитывают следующее: дутье поступает в печь у стен и сопротивление газам у гладких стен меньше, чем в объеме щихты , в связи с чем газы стремятся двигаться у стен. Поэтому целесоообразно , чтобы у стен были толще слои менее газопроницаемого агломерата, а в центре — толще слои кокса.
Распределение температур в печи. Помимо тепла, вносимого нагретым дутьем, основным источником тепла для нагрева шихты и газов, расплавления чугуна и шлака, обеспечения процессов восстановления и компенсации теплопотерь является тепло, выделяющееся в верхней части горна при сгорании топлива. по мере отдаления от горна к верху температура в печи понижается с 1400—1600 до 200—350 °С на выходе из колошника.
Процессы восстановления. Железо поступает в доменную печь в виде оксидов: агломерат вносит Fe304 и немного Fe203 и FeO , окатыши- Fe203 и Fe304 и железная руда. Основная задача доменного процесса — обеспечение как можно более полного извлечения железа из этих оксидов пу¬тем их восстановления.
Процессы восстановления В общем виде процесс восстановления описывается уравнением: МО + В = М + ВО, где М — восстанавливаемый металл; В — восстановитель; МО — восстанавливаемый оксид; ВО — оксид восстановителя. В соответствии с выявленными акад. А.А.Байковым закономерностями восстановление оксидов железа протекает ступенчато от высших к низшим: Fe 2 0 3 — Fe 3 0 4 — FeO — Fe .
Процессы восстановления Поскольку при температурах ниже 570 °С оксид FeO неустойчив и разлагается (на Fe 3 0 4 и Fe ), схема восстановления при температурах ниже 570 °С следующая: Fe 2 0 3 — Fe 3 0 4 — Fe . Реакции косвенного восстановления оксидом углерода следующие: при температуре > 570 °С l )3 Fe 2 0 3 + СО = 2 Fe 3 0 4 + С0 2 ; 2) Fe 3 0 4 + СО = 3 FeO + С0 2 ; 3) FeO + СО = Fe + С0 2 ;
Процессы восстановления при температуре < 570 °С 1) 3 Fe 2 0 3 + СО = 2 Fe 3 0 4 + С0 2 + 53 740; 4) l /4 Fe 3 0 4 + СО = 3/4 Fe + С0 2 + 2870. Их характерной особенностью является то, что продуктом реакций всегда является С0 2) и то, что они идут без затрат тепла. Реакции прямого восстановления углеродом протекают с образованием СО и требуют значительных затрат тепла, например: 5) FeO + C = Fe + CO .
Образование чугуна Восстанавливаемое во всем объеме печи железо получается в твердом виде, поскольку температура его расплавления (1535 °С) выше температур, имеющихся в доменной печи; при этом восстановленное из твердых кусков шихты железо полу чается в виде твердой губки.
Образование чугуна По мере науглероживания температура плавления железа понижается (так температура плавления железа, содержащего 4,3 % С равна ИЗО °С), а само оно опускается в зоны с более высокими температурами. В определенный момент, когда температура плавления науглероженного железа становится равной температуре в печи, железо плавится (примерно при содержании углерода 2—2,5% и температуре около 1200 °С) и образуются капли жидкого металла, которые стекают в горн между кусками кокса.
Образование чугуна В движущиеся капли металла и отчасти в еще твердое железо в небольших количествах переходят на разных горизонтах печи другие восстановленные элементы (кремний, марганец, фосфор и в некоторых случаях ванадий, мышьяк, хром, никель, медь), а также сера. Этот сплав железа с углеродом и другими элементами (чугун) скапливается в горне.
Образование чугуна Формирование чугуна из твердого восстановленного железа заключается в его науглероживании, расплавлении и растворении в нем других восстановленных элементов (обычно это марганец, кремний, фосфор и сера). Окончательное содержание углерода в чугуне устанавливается в горне; оно не поддается регулированию и зависит от температуры чугуна и его состава.
Образование чугуна Марганец и хром, Как карбидообразующие элементы, способствуют повышению содержания углерода в чугуне. В передельных чугунах содержание углерода обычно составляет 4,4—4,8 %, в литейном 3,5—4 %, в ферромарганце -- 7 %. Температура чугуна в горне равна 1400—1500 °С.
Образование шлака Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в который переходят невосстановившиеся оксиды элементов, т.е. СаО , MgO , Al 2 0 3 , Si 0 2 и небольшое количество МпО и FeO , причем СаО специально добавляют к железорудной шихте для получения жидкого шлака .
Образование шлака Наведение в печи жидкого текучего шлака необходимо прежде всего для выведения из печи составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами, а также золы кокса. Основу пустой породы большинства руд гак же, как и основу золы кокса, составляют Si О 2 и А l 2 О э , температура плавления которых (соответственно 1710 и 2050 °С) выше температур в доменной печи, в связи с чем они в печи расплавиться не могут.
Образование шлака Образование шлака. Основными стадиями сложного процесса шлакообразования в доменной печи являются: нагрев и размягчение железосодержащей части шихты, ее плавление, стекание в горн первичного шлака с изменением его состава , присоединение к нему золы кокса, формирование окончательного состава в горне.
Образование шлака Конечный шлак на 85—95 % состоит из Si 0 2 , Al 2 O s и СаО и содержит, %: 38-42 Si 0 2 , 38-48 СаО , 6-20 А1 2 О э , 2-12 MgO , 0,2-0,6 FeO , 0,1-2 МпО и 0,6-2,5 серы (в основном в ниде CaS ). Температура шлака несколько выше температуры чугуна и составляет 1400—1560 °С. Состав шлака, его физические свойства, основность и количество оказывают существенное влияние на ход доменной плавки и показатели работы печи.
Образование шлака Вязкость— это внутреннее трение, препятствующее течению жидкости; она является величиной, обратной текучести. Для нормальной работы доменных печей вязкость шлака должна составлять 0,3—0,6 Па • с.
Виды, состав и назначение доменных чугунов Цель доменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом , кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов (С, Si , Мп , Р, S , Cr , Ni , Cu , As ) в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.
Виды, состав и назначение доменных чугунов Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида: А) передельный , предназначенный для дальнейшего передела в сталь; Б)литейный , используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий; В)доменные ферросплавы— в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.
СПОСОБЫ ВНЕДОМЕННОГО (БЕСКОКСОВОГО) ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Д оменное производство имеет существенные недостатки: необходимость использования каменноугольного кокса; использование железорудного сырья в виде достаточно прочного кускового материала (агломерата ). Для функционирования доменного производства необходимы добыча коксующихся углей, коксохимическое производство, обогащение железных руд, агломерационное производство и т.д. Все это, помимо чисто производственных затрат, связано с решением серьезных экологических проблем.
СПОСОБЫ ВНЕДОМЕННОГО (БЕСКОКСОВОГО) ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА П олучения (в промышленных масштабах) железа, минуя доменный процесс, осуществляется, в основном, следующими способами: 1) восстановление железа из твердых железорудных мате риалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями по реакциям Fe 2 O a + (С; СО; Н 2 ; СН 4 ) —* Fe + (СО; С0 2 ; Н 2 0 );
СПОСОБЫ ВНЕДОМЕННОГО (БЕСКОКСОВОГО) ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА 2) восстановление железа в кипящем железистом шлаке (жидкофазное восстановление) по реакциям ( FeO ) + (С; СО) — Fe + С0 2 ; 3) получение из чистых железных руд карбида железа по реакции 3 Fe 2 0 3 + 5 H 2 + 2 CH 4 = 2 Fe 3 C + 9 H 2 0. Процесс протекает при температуре ~ 600°С и давлении ~ 4 атм (0,4 МПа), получают зерна 0,1—1,0 мм, содержащие > 90 % Fe 3 C .
ПРОЦЕССЫ ТВЕРДОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Процесс повышения содержания железа в железорудных материалах получил название процесса металлизации, получаемый продукт — название металлизированного, под степенью металлизации понимают обычно процент железа в продукте.
ПРОЦЕССЫ ТВЕРДОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА По назначению металлизированные продукты обычно делят на три группы: - продукт со степенью металлизации до 85 % используется в качестве шихты доменной плавки; - продукт со степенью металлизации 85—95 % используется в качестве шихты при выплавке стали; - продукт , содержащий более 98% Fe , используют для производства железного порошка.
ПРОЦЕССЫ ТВЕРДОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Для восстановления оксидов железа обычно используют в качестве восстановителя или уголь (твердый восстановитель), или природный газ (газообразный восстановитель). При этом предпочтительно использование не "сырого" природного газа, а горячих восстановительных газов, так как при этом не затрачивается тепло на диссоциацию углеводородов, а приход тепла определяется нагревом восстановительных газов.
ПРОЦЕССЫ ТВЕРДОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Восстановительные газы получают конверсией газообразных углеводородов, либо газификацией твердого топлива. Конверсия может быть: кислородной (воздушной) СН 4 + 1/20 2 = СО + 2Н 2 + Q , паровой СН 4 + Н 2 0 = СО + ЗН 2 - Q или углекислотной СН 4 + С0 2 = 2СО + 2Н 2 - Q .
ПРОЦЕССЫ ТВЕРДОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Паровая и углекислотная конверсии для протекания реакции требуют затрат тепла. Конверсию осуществляют в специальных аппаратах с использованием катализаторов. Газификация твердого топлива осуществляется по следующим реакциям: С + l /20 2 = CO + Q ; С + Н 2 0 = СО + Н 2 - Q ; С + С0 2 = 2СО - Q .
ПРОЦЕССЫ ЖИДКОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ( ПЖВ) Концепция процесса: - процесс основывается на плавке в ванне железорудных окатышей и мелкой железной руды вместе с углем, с подачей кислорода в непрерывном процессе с получением полупродукта; - теплота от последующего горения выделяющихся восстановительных газов должна быть эффективно возвращена в ванну, а технологические газы утилизируются для предварительного подогрева и восстановления руды .
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ С тали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами. По назначению можно выделить следующие основные группы сталей: - конструкционная сталь ; - топочная и котельная сталь; - сталь для железнодорожного транспорта — рельсовая сталь; - подшипниковая сталь; - инструментальная сталь.
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ Установлены единые условные обозначения химического состава стали: Элемент ... С Mn Si Cr Ni Mo W V Al Ti Обозначение У Г С Х Н М В Ф Ю Т В обозначении марок стали по стандарту цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей — в десятых долях процента).
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛИ Буквы справа от цифр, выражающих среднее процентное содержание углерода, обозначают наличие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствующих элементов, если оно выше 1 %, Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО П РОИЗВОДСТВА В качестве металлошихты используют: а) чугун (жидкий или твердый); б) стальной (а в некоторых случаях и чугунный) лом; в) продукты прямого восстановления железа из железной руды; г) ферросплавы. Самая дешевая часть металлошихты — стальной лом.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Обычно в мартеновском процессе в шихте содержится примерно 50—60 % чугуна (остальное лом), в конвертерном процессе 70—90 % шихты — жидкий чугун, остальное — лом, в электросталеплавильном доля чугуна в шихте редко превышает 5-25%.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В зависимости от технологических или экономических требований сталеплавильщики используют чугун той или иной марки. В отдельных случаях для улучшения состава чугуна применяют методы внедоменной его обработки (для удаления излишних серы, кремния, фосфора).
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В качестве добавочных материалов (флюсов) в сталеплавильном производстве обычно используют: а) известняк; б) известь (хорошая свежеобожженная известь должна содержать 85—90 % СаО .
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Для приведения лома в состояние, удобное для использования в сталеплавлении , применяют специальное оборудование: прессы, дробилки, печи для обжига (с целью удаления кусков дерева, пластмасс, масел и других загрязнений); существуют даже целые заводы для переработки вышедших из строя автомобилей, бывших в употреблении консервных банок и лома других видов на удобный для переплавки лом.
КОНВЕРТЕРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
РАЗНОВИДНОСТИ КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ Первым способом массового производства жидкой стали был бессемеровский процесс (в конвертере с кислой футеровкой), предложенный и разработанный англичанином Г.Бессемером в 1856—1860 гг.; несколько позже - в 1878 г. — С.Томасом был разработан схожий процесс в конвертере с основной футеровкой (томасовский процесс).
РАЗНОВИДНОСТИ КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессемеровского и томасовского) заключается в том, что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом; кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь; при томасовском процессе, кроме того, в основной шлак удаляются фосфор и сера. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечивает нагрев стали до температуры выпуска (~ 1600 °С).
РАЗНОВИДНОСТИ КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского конвертера кислая ( динасовый кирпич), томасовского — основная ( смолодоломит ). Сверху в суживающейся части конвертера — горловине -имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепится отъемное днище с воздушной коробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сквозные отверстия), имеющиеся в футеровке днища.
РАЗНОВИДНОСТИ КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ Дутьем служит воздух,подаваемый под давлением 0,30—0,35 МПа. Цилиндрическая часть конвертера охвачена опорным кольцом; к нему крепятся цапфы, на которых конвертер поворачивается вокруг горизонтальной оси. Стойкость днища бессемеровского конвертера составляет 15—25 плавок, томасовского 50—100 плавок, после чего их заменяют. Стойкость остальной футеровки выше: у томасовского конвертера 250—400 плавок, у бессемеровского 1300— 2000 плавок.
Кислородно-конвертерные процессы Кислородно-конвертерным процессом в нашей стране обычно называют процесс выплавки стали из жидкого чугуна и добавляемого лома в конвертере с основной футеровкой и с продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму .
Кислородно-конвертерные процессы Быстрое развитие кислородно-конвертерного процесса объясняется тем, что он, как и прочие конвертерные процессы, обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным процессами. Основные: 1) более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 140 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч); 2)более низкие капитальные затраты, т.е.. затраты на сооружение цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;
Кислородно-конвертерные процессы меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.; процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки; благодаря четкому ритму выпуска плавок работа конвертеров легко сочетается с непрерывной разливкой.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Основными шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий чугун, стальной лом, шлакообразующие (известь, плавиковый шпат и др.), ферросплавы для раскисления и легирования. Постоянно используется также газообразный кислород.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Температура жидкого чугуна обычно составляет 1300— 1450 °С. Применять чугун с более низкой температурой нежелательно, так как это ведет к холодному началу продувки и замедлению шлакообразования.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Стальной лом является охладителем конвертерной плавки, увеличение его расхода экономит чугун, снижая себестоимость стали. К лому, как и при прочих сталеплавильных процессах, предъявляется требование о недопустимости высокого содержания фосфора, серы, примесей цветных металлов и ржавчины.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Основные шлакообразующие материалы - это известь и плавиковый шпат, иногда в качестве шлакообразующих или охладителей используют боксит, железную руду, прокатную окалину, агломерат, рудно-известковые окатыши.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Плавиковый шпат — эффективный разжижитель шлака. Он содержит 75—92% CaF 2 , основной примесью является Si 0 2 . Железная руда, агломерат и окатыши должны содержать не более 8 % Si 0 2 и 0,1 % фосфора и серы (каждого), размер кусков руды должен быть 10—80 мм. Боксит (марка МБ) содержит 28-50% А1 2 0 3 , 10-20% Si 0 2 и 12—25 % Fe 2 0 3 ; обычно в нем также много влаги (10— 20%), что требует предварительной просушки во избежание внесения в сталь водорода.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА Вместе с чугуном при его заливке в конвертер поступает немного (до 1 % от массы чугуна) шлака, имеющегося в заливочном ковше. Этот шлак часто называют миксерным; он формируется из попадающего в миксер доменного шлака и растворяющейся в нем футеровки миксера и чугуновозных ковшей.
Доставка чугуна в сталеплавильные цехи Жидкий чугун к сталеплавильным агрегатам подают двумя способами — с использованием стационарных миксеров и в миксерных ковшах (передвижных миксерах). Миксер представляет собой сосуд бочкообразной формы с кожухом из стального листа, футерованный изнутри. Свод миксера, не соприкасающийся с чугуном, выкладывают из шамотного кирпича, стенки и днище — из магнезитового .
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи, оборудованной регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). Идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными (например, в 1722 г. Реомюром), но осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива — генераторного газа - была недостаточной для нагрева металла выше 1500 °С (т.е. недостаточна для получения жидкой стали ).
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В мартеновскую печь загружают шихту (чугун, скрап, металлический лом и др.), которая под действием тепла от факела сжигаемого топлива постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для получения металла заданного состава и температуры; затем готовый металл выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале XX в. в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Огромную роль сыграли мартеновские печи в суровые годы Великой Отечественной войны. Советским металлургам впервые в мировой практике удалось удвоить садку мартеновских печей без существенной их перестройки (ММК, КМК), удалось наладить производство высококачественной стали (броневой, подшипниковой и т.п.) на действовавших в то время мартеновских печах.
Назначение и устройство отдельных элементов печи Все строение мартеновской печи делится на верхнее и нижнее. Верхнее строение расположено над площадкой мартеновского цеха, которую сооружают для обслуживания печи на высоте 5—7 м над уровнем пола цеха. Верхнее строение состоит из собственно рабочего пространства печи и головок с отходящими вниз вертикальными каналами. Нижняя часть расположена под рабочей площадкой и состоит из шлаковиков, регенеративных камер с насадками и боровов с перекидными устройствами
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Рабочее пространство мартеновской печи ограничено сверху сводом, снизу — подом В передней стенке видны проемы — завалочные окна, через которые в рабочее пространство загружают твердую шихту и заливают (по специальному приставному желобу) жидкий чугун.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Из всех элементов печи рабочее пространство находится в наиболее тяжелых условиях — в нем идет плавка стали. Во время завалки твердой шихты огнеупорные материалы, из которых изготовлено рабочее пространство, подвергаются резким тепловым и механическим ударам, во время плавки они подвергаются химическому воздействию расплавленных металлов и шлака; в рабочем пространстве максимальная температура.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Стойкостью элементов рабочего пространства печи определяют, как правило, стойкость всей печи и, следовательно, сроки промежуточных и капитальных ремонтов.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В соответствии с этим к огнеупорным материалам рабочего пространства предъявляют высокие требования: а) высокая огнеупорность; б) химическая устойчивость про тив воздействия шлака, металла и печных газов; в) достаточная механическая прочность при высоких температурах; г) хорошая термостойкость при колебаниях температуры.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ По химическим свойствам применяемые огнеупорные материалы делят на: а) кислые — динасовый кирпич, кварцевый песок; б) основные — магнезитовый кирпич, магнезитовый порошок, доломит; в) нейтральные (со свойствами амфотер-ных окислов) — шамот, хромомагнезит, магнезитохромит , высокоглиноземистый шамот, форстерит.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Свод мартеновской печи практически не соприкасается со шлаком, поэтому его можно изготовлять из кислых и основных огнеупорных материалов независимо от типа процесса. Своды изготовляют из динасового или термостойкого магне-зитохромитового кирпича.
МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Следует отметить две тенденции в конструировании и строительстве мартеновских печей: 1) применение вместо отдельных кирпичей для кладки пода, стен печи, а также свода заранее подготовленных крупных блоков, что позво ляет существенно сократить время строительства или ремонта печи; 2) применение вместо огнеупорной кладки водоохлаждаемых конструкций.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ Д уговые электропечи, питаемые переменным током, индукционные печи и получающие распространение в последние годы дуговые печи постоянного тока Основные достоинства дуговых электропечей, позволяющие выплавлять такие стали, заключаются в возможности : - быстро нагреть металл, благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок;
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ - иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов; - возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений; - получать сталь с более низким содержанием серы.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ Плавку стали ведут в рабочем пространстве; на большинстве печей оно имеет свод и стенки, выполненные из огнеупорного материала. Сверху оно ограничено куполообразным сводом 1, снизу сферическим подом бис боков стенками 2. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ Съемный свод набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токоподводящие электроды 9, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь питается трехфазным переменным током.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ Шихтовые материалы загружают на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляются за счет тепла электрических дуг 5, возникающих между электродами и жидким металлом или металлической шихтой. Выпуск готовой стали и шлака осуществляют через сталевыпускное отверстие 4 и желоб 3 путем наклона рабочего пространства. Рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 8, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта пода и загрузки материалов.
Шихтовые материалы электроплавки Основной составляющей шихты (75-100 %) электроплавки является стальной лом. Лом не должен содержать цветных металлов и должен иметь минимальное количество никеля и меди; желательно, чтобы содержание фосфора в ломе не превышало 0,05 %. При более высоком содержании фосфора продолжительность плавки возрастает.
Шихтовые материалы электроплавки Лом не должен быть сильно окисленным (ржавым). Ржавчина — гидрат оксида железа, с ней вносится в металл много водорода. Лом должен быть тяжеловесным, чтобы обеспечивалась загрузка шихты в один прием (одной корзиной). При легковесном ломе после частичного расплавления первой порции шихты приходится вновь открывать печь и подсаживать шихту, что увеличивает продолжительность плавки.
Шихтовые материалы электроплавки Переплав отходов легированных сталей позволяет экономить дорогие ферросплавы. Поэтому эти отходы собирают и хранят рассортированными по химическому составу в отдельных закромах. Их используют при выплавке сталей, содержащих те же легирующие элементы, что и отходы.
Шихтовые материалы электроплавки Для повышения содержания углерода в шихте используют чугун, кокс и электродный бой. Основное требование к чугуну — минимальное содержание фосфора; с тем, чтобы не вносить много фосфора в шихту малых (< 40 т) печей вводят не более 10 % чугуна, а в большегрузных не более 25 %.
Шихтовые материалы электроплавки В качестве шлакообразующих в основных печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах — кварцевый песок, шамотный бой, известь. В качестве окислителей используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железорудные окатыши, газообразный кислород
Шихтовые материалы электроплавки В плавиковом шпате, применяемом для разжижения шлака, содержание CaF 2 должно превышать 85 %. В электросталеплавильном производстве для легирования и раскисления применяются практически все известные ферросплавы и легирующие.
Традиционная технология с восстановительным периодом Технология плавки с окислительным и восстановительным периодами или традиционная технология применяется в течение десятилетий на печах вместимостью = s 40 т для выплавки высококачественных легированных сталей. Эту технологию называют также двухшлаковой , а процесс плавки — двухшлаковым , поскольку по ходу плавки вначале (периоды плавления и окислительный) в печи наводят окислительный шлак.
Шихтовые материалы электроплавки Плавка состоит из периодов: 1) заправка печи; 2) загрузка шихты; 3) плавление; 4) окислительный период; 5) восстановительный период; 6) выпуск стали.
Шихтовые материалы электроплавки Заправка заключается в том, что после выпуска плавки на поврежденные участки набивки пода или на всю ее поверхность забрасывают магнезитовый порошок (иногда порошок с добавкой пека или смолы), что позволяет поддерживать постоянной толщину изнашивающегося слоя набивки. Заправку ведут вручную и с помощью различных заправочных машин.
Шихтовые материалы электроплавки Загрузка шихты. При выплавке стали в малых и средних печах шихта на 90—100 % состоит из стального лома. Для повышения содержания углерода в шихту вводят чугун (< 10 %), а также электродный бой или кокс.
Шихтовые материалы электроплавки Плавление. После окончания завалки электроды опускают почти до касания с шихтой и включают ток. Под действием высокой температуры дуг шихта под электродами плавится, жидкий металл стекает вниз, накапливаясь в центральной части подины. Электроды постепенно опускаются, проплавляя в шихте "колодцы" и достигая крайнего нижнего положения. В дальнейшем по мере увеличения количества жидкого металла электроды поднимаются, так как автоматические регуляторы поддерживают длину дуги постоянной
Шихтовые материалы электроплавки Окислительный период. Задачи окислительного периода плавки: а) уменьшить содержание в металле фосфора до 0,01—0,015 %; б) уменьшить содержание в металле водорода и азота; в) нагреть металл до температуры, близкой к температуре выпуска (на 120-130 °С выше температуры ликвидуса); г) окислить углерод до нижнего предела его требуемого содержания в выплавляемой стали.
Шихтовые материалы электроплавки Особо важную роль в этом периоде играет процесс окисления углерода, поскольку с образующимися при этом пузырями СО удаляются растворенные в металле водород и азот, и пузыри вызывают перемешивание ванны, ускоряющее нагрев металла и удаление в шлак фосфора.
Шихтовые материалы электроплавки Восстановительный период. Задачами периода являются: а) раскисление металла; б)удаление серы; в)доведение химического состава стали до заданного; г) корректировка температуры. Задачи решаются параллельно в течение всего восстановительного периода; раскисление металла производят одновременно осаждающим и диффузионным методами.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛЫХ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ Электрические печи с кислой футеровкой обычно используют в литейных цехах при выплавке стали для фасонного литья. Емкость их колеблется от 0,5 до 6—10 т. Преимуществом кислых печей по сравнению с основными является более высокая стойкость футеровки; наряду с этим стоимость кислых огнеупоров примерно в 2,5 раза ниже стоимости основных. Завалка и расплавление шихты. Шихту составляют таким образом, чтобы содержание углерода по расплавлении на 0,15—0,20% превышало содержание углерода в выплавляемой стали.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛЫХ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ Окислительный период. Задачами окислительного периода при кислой плавке являются дегазация металла за счет кипения и нагрев металла. Раскисление стали. При выплавке стали для фасонного литья восстановительный период отсутствует, и сталь раскисляют осаждающим методом. Если содержание кремния в металле ниже, чем требуется в выплавляемой стали, то за 7—10 мин до выпуска в печь присаживают ферросилиций. Ферромарганец вводят либо в печь (за 3—5 мин до выпуска), либо в ковш. Алюминий для окончательного раскисления вводят в ковш.
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Промышленное внедрение дуговых сталеплавильных печей постоянного тока началось в 1981-1985 гг., после того как были созданы мощные, недорогие и простые в эксплуатации выпрямители (преобразователи переменного тока в постоянный). В качестве последних в основном используют тиристорные выпрямители (преобразователи).
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В печах постоянного тока электрическая дуга горит между вводимым в рабочее пространство сверху графитированным электродом (одним, иногда тремя) и жидким металлом или твердой шихтой, к которым напряжение подводят с помощью располагаемых в подине специальных токопроводящих устройств (подовых электродов).
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Внедрение печей постоянного тока связано с тем, что они обладают рядом достоинств в сравнении с печами переменного тока; к числу этих достоинств, наряду с более устойчивым горением дуги, относятся: - уменьшение удельного расхода электродов на 50—60 % (на большинстве зарубежных печей он составляет 1,1—1,3 кг/т); - небольшое увеличение производительности печи (~ на 5 %) и снижение расхода электроэнергии (на 5 %) и угара металла при плавлении; - облегчение ведения плавки в связи с тем, что протекание тока по объему ванны вызывает электромагнитное перемешивание металла;
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА - снижение уровня создаваемого дугами шума (на 10—15 дБ) благодаря отсутствию перерывов в горении дуги; - при наличии одного верхнего электрода, располагаемого по оси печи, обеспечивается равномерный износ футеровки стенки по ее периметру и снижение расхода огнеупоров (~ на 10 %); - почти нет вибрации электродов, вызываемой перерывами горения дуг на печах, питаемых переменным током; такая вибрация передается механическому оборудованию и вызывает поломки электродов;
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА - уменьшение примерно вдвое обратного отрицательного воздействия печи на питающую сеть (работа мощных печей переменного тока вызывает мерцание тока и напряжения в питающих печь электросетях, что ведет к нарушению нормальной работы других потребителей энергии); - некоторое упрощение конструкции печи в связи с наличием одного электрода.
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Технология плавки не имеет существенных отличий от технологии, применяемой на электропечах, питаемых переменным током. Плавка в печи предусматривает работу с пенистыми шлаками, применение в начале плавления топливо кислородных горелок, вдувание в ванну кислорода и, зачастую, загрузку шихты на оставляемые в печи при выпуске предыдущей плавки металл и шлак
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в тигле, расположенном внутри индуктора, который представляет собой спираль с несколькими витками из токопроводяшего материала. Через индуктор пропускают переменный ток; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток наводит в металле вихревые токи, которые обеспечивают его нагрев и плавление.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Индукционные печи имеют следующие преимущества по сравнению с дуговыми: - отсутствуют высокотемпературные дуги, что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металла при плавлении; - незначительный угар легирующих элементов при переплаве легированных отходов; - малые габариты печей, позволяющие поместить их в закрытые камеры и вести плавку и разливку в вакууме или в атмосфере инертного газа; - электродинамическое перемешивание, способствующее получению однородного по составу и температуре металла.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Основными недостатками индукционных печей являются малая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков, которые нагреваются от металла; из-за холодных шлаков затруднено удаление фосфора и серы при плавке .
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Индукционные печи делят на два типа : 1 ) питаемые током повышенной частоты; 2 ) питаемые током промышленной частоты (50 Гц). В печах первого типа частота питающего тока обычно снижается по мере роста емкости и диаметра тигля; малые (несколько килограмм и менее) печи питаются током с частотой от 50 до 1000 кГц, средние и крупные (емкостью до десятков тонн) токами с частотой 0,5—10 кГц.
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Технология плавки: плавку в индукционных печах обычно ведут без окисления примесей и не ставят задачу удаления фосфора и серы, так как из-за "холодных" шлаков дефосфорация и десульфурация затруднены. Стали и сплавы выплавляют либо из легированных отходов (метод переплава), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкой ферросплавов (метод сплавления).
ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Недостатком вакуумных индукционных печей является следующий фактор: при длительной выдержке в результате реагирования с окислами футеровки металл загрязняется кислородом и неметаллическими включениями, а также восстанавливаемыми из футеровки элементами (кремнием, алюминием и др.).
СЛИТКИ И РАЗЛИВКА СТАЛИ Разливка — важный этап сталеплавильного производства. Технология и организация разливки в значительной степени определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Применяют два основных способа разливки стали: разливку в изложницы и непрерывную разливку. Разливку в изложницы подразделяют на разливку сверху и сифоном.
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ С целью уменьшения напора струи и разбрызгивания металла на стенки изложниц разливку сверху иногда ведут через промежуточные ковши и в отдельных случаях через промежуточные воронки .
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ При сифонной разливке, основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько (от двух до шестидесяти) изложниц. Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне футерованную изнутри центровую, а из нее по футерованным каналам поддона в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц стопор (шиберный затвор) закрывают и ковш транспортируют к следующему поддону и т.п.
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Оба способа разливки обладают рядом преимуществ и недостатков. Сифонная разливка имеет следующие преимущества перед разливкой сверху: - одновременная отливка нескольких слитков сокращает длительность разливки плавки и позволяв! разливать в мелкие слитки плавки большой массы; - вследствие сокращения общей длительности разливки скорость подъема металла в изложнице может быть значительно меньшей, чем при разливке сверху;
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ - поверхность слитка получается чистой, так как металл в изложницах поднимается спокойно без разбрызгивания; - повышается стойкость футеровки ковша и улучшаются условия работы стопора и шиберного затвора вследствие меньшей длительности разливки и уменьшения числа открываний и закрываний стопора или затвора; - во время разливки можно следить за поведением поднимающегося металла в изложниице и в соответствии с этим регулировать скорость разливки.
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Недостатки сифонной разливки: - сложность и повышенная стоимость разливки, обусловленные расходом сифонного кирпича, установкой дополнительного оборудования и значительными затратами труда на сборку поддонов и центровых; - дополнительные потери металла в виде литников ( 0,7-2,5% от массы разливаемой стали ); - возможность потерь при прорывах металла через сифонные кирпичи.
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ - необходимость нагрева металла в печи до более высокой температуры, чем при разливке сверху, так как он дополнительно охлаждается в каналах сифонного кирпича .
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Преимуществами разливки сверху являются: - более простая подготовка оборудования к разливке и меньшая стоимость разливки; - отсутствие расхода металла на литники ; - температура металла перед разливкой может быть ниже, чем при сифонной разливке.
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Вместе с тем, разливке сверху присуши следующие недостатки: - образование плен на поверхности нижней части слитков, что является следствием разбрызгивания металла при ударе струи о дно изложницы ; - большая длительность разливки;
СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ. РАЗЛИВКА СИФОНОМ И СВЕРХУ Оба способа разливки широко применяют. Вопрос о том, какой из них является лучшим, до сих пор не решен. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Несмотря на необходимость дополнительной зачистки поверхности проката, разливка сверху для рядовых марок является более экономичной, чем разливка сифоном . В то же время высококачественные и легированные стали, когда для уменьшения потерь дорогостоящего металла на зачистку важно получить чистую поверхность слитка, разливают главным образом сифоном. Сифонной разливкой, как правило, получают также слитки массой менее 2,5 т.
Оборудование для разливки стали. Сталеразливочный ковш Ковш, в который выпускают металл из сталеплавильного агрегата после окончания плавки, служит для разливки стали в изложницы или на установках непрерывной разливки, а в последние годы зачастую и для проводимой перед разливкой внепечной обработки жидкого металла.
Оборудование для разливки стали. Вместимость ковшей по массе жидкой стали изменяется в пределах от 5 до 480 т. Ковши, предназначенные только для разливки , должны помимо жидкой стали вмещать немного (2—3 % от массы жидкой стали) сливаемого из печи шлака, который предохраняет металл от быстрого охлаждения во время разливки . При внепечной обработке стали объем ковша должен быть несколько большим в связи с возможным бурлением и вспениванием металла в процессе обработки; над уровнем металла в ковше необходим свободный объем высотой 300-500 мм.
Оборудование для разливки стали. При внепечной обработке стали объем ковша должен быть несколько большим в связи с возможным бурлением и вспениванием металла в процессе обработки; над уровнем металла в ковше необходим свободный объем высотой 300-500 мм .
Оборудование для разливки стали. Стакан , через который жидкая сталь вытекает из ковша, вставляют в днище ковша в специальный гнездовой кирпич. Стопор служит для закрывания и открывания отверстия стакана. Он представляет собой металлический стержень диаметром 40-60 мм, защищенный от воздействия жидкой стали и шлака шамотными трубками ( катушками ). Стакан и стопор служат одну разливку, после чего их заменяют. Перед установкой в ковш набранный стопор тщательно просушивают.
Оборудование для разливки стали. Шиберный затвор крепят к кожуху днища ковша под разливочным стаканом, вставляемым с наружной стороны ковша . Шиберный затвор работает в менее тяжелых условиях, чем стопор (стопор находится в объеме жидкой стали), и поэтому более надежен в эксплуатации. Это особенно важно в связи с широким внедрением в последние годы внепечного рафинирования стали в ковше; при рафинировании возрастает продолжительность пребывания стали в ковше и стопор подвергается воздействию активных по отношению к огнеупорам шлаков и рафинирующих добавок.
Оборудование для разливки стали. Поддоны служат для установки изложниц при разливке сверху и изложниц с центровой при сифонной разливке. Поддон представляет собой литую чугунную плиту толщиной 100—200 мм. Верхняя рабочая поверхность поддона должна быть гладкой; это обеспечивает плотное прилегание изложницы к поддону и предотвращает прорыв жидкого металла под изложницу.
Оборудование для разливки стали. При разливке сверху применяют поддоны, размер которых позволяет установить одну или две изложницы, при сифонной разливке двух-, четырех- и многоместные поддоны. Расход поддонов составляет 0,1—1 % от массы разливаемой стали. Центровая служит для приемки металла из сталеразливочного ковша. Она представляет собой (см. позицию 2 на рис. 150) чугунную или стальную футерованную изнутри трубу с расширением вверху и утолщением в нижней части для обеспечения ее устойчивости на поддоне.
Оборудования для разливки стали. Центровая должна быть на 300-400 мм выше изложниц с прибыльными надставками. Расход центровых составляет 0,05—0,5 % от массы разливаемой стали. Сифонный кирпич предотвращает размывание поддона, центровой и дна изложниц жидкой сталью при разливке.
Оборудование для разливки стали. После разливки каждой плавки сифонный кирпич заменяют. Из каналов поддона и центровой удаляют сифонные кирпичи с застывшим в их каналах металлом (литниками), после чего в каналы поддона и центровой укладывают новые сифонные кирпичи. В современных сталеплавильных цехах сталь разливают в изложницы , установленные на тележках (железнодорожных платформах ).
Дефекты. Продольные холодные наружные трещины. Они образуются в процессе охлаждения затвердевшего слитка на его гранях при температуре ниже 600 °С. Склонность стали к образованию холодных трещин возрастает при ее легировании хромом, марганцем, кремнием, а также при содержании в стали более 0,4 % С . Внутренние трещины в осевой части слитков спокойных легированных сталей. Они иногда образуются в результате термических напряжений при слишком быстром охлаждении слитка в конце кристаллизации.
Дефекты. Плены. Они обычно образуются при разливке сверху и преимущественно в нижней части слитка. В результате удара струи металла о дно изложницы сталь разбрызгивается. Брызги и заплески застывают на стенках изложницы, причем поверхность их окисляется и поэтому они не растворяются в поднимающейся жидкой стали и не свариваются с основной массой слитка, образуя дефект поверхности слитка — плены. Плены не свариваются с металлом и при прокатке, вследствие чего поверхность прокатанных заготовок приходится подвергать зачистке.
Дефекты. Заворот корки. Это дефект поверхности слитков, образующийся преимущественно при сифонной разливке вследствие окисления и охлаждения поверхности жидкой стали в изложнице. Осевая (центральная ) пористость или рыхлость — это мелкие усадочные пустоты В осевой части слитка. Особенно много их под усадочной раковиной.
Дефекты. Внутренние пузыри в слитках спокойной стали. Отдельные газовые пузыри обычно обнаруживаемые в верхней части слитка возникают в результате недостаточной раскисленности стали или повышенного содержания в ней водорода . Рослость слитков спокойной стали возникает по той же причине, что и отдельные пузыри СО или Н2.
Дефекты. Подкорковые пузыри. В слитках спокойной стали иногда обнаруживаются газовые пузыри, расположенные у поверхности слитка. Причин возникновения этих подкорковых пузырей несколько. Одна из них— излишне толстый слой смазки изложницы. При прокатке слитков в местах расположения пузырей возникают волосовины — мелкие тонкие трещины. Рослость слитков кипящей стали возникает при недостаточной окисленности металла, когда из-за вялого кипения в слитке остается много пузырей СО, вызывая увеличение его высоты .
Дефекты. Голенище. При чрезмерной окисленности кипящей стали кипение в процессе заполнения изложницы идет очень бурно, пузырьки СО сильно вспенивают металл. После окончания интенсивного кипения (при химическом закупоривании после ввода алюминия) сталь оседает, оставляя на стенках изложницы застывшую корку (голенище).
Непрерывная разливка стали. Н епрерывную разливку или литье вместо разливки стали в изложницы начали применять в последние 30 лет. В настоящее время этим способом разливают около 83% выплавляемой в мире стали, а в развитых капиталистических странах до 97% производимой стали .
Непрерывная разливка стали. жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает , после чего его разрезают на куски определенной длины . Основа этого способа — вытягивание формирующегося слитка из кристаллизатора, т.е. скольжение слитка по его стенкам с возникновением при этом значительных сил трения , что является определенным недостатком способа; из-за трения возникают разрывы затвердевающей оболочки движущегося слитка, что ограничивает скорость разливки.
Непрерывная разливка стали. Этим способом получают от 100—150 до 250—300 мм, два энергоемких этапа металлургического производства— прокатку на обжимных станах и нагрев слитков перед этой прокаткой в нагревательных колодцах. давно разрабатываемое направление — создание литейно-прокатных агрегатов, позволяющих сочетать непрерывную разливку с прокаткой. Непрерывным способом разливают преимущественно спокойную сталь, поскольку при разливке кипящей стали не достигается существенного увеличения выхода годного и трудно получить достаточную толщину беспузыристой корки в слитке из-за большой скорости разливки и сложности обеспечения необходимой степени окисленности металла.
Непрерывна разливка стали. Основные преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы : 1)существенно повышается выход годного металла ; 2)упрощается и удешевляется производство по заводу в целом, т.к. исключаются два энергоемких этапа технологического процесса — прокатка слитков на обжимных станах (блюмингах или слябингах) и нагрев слитков до ~1100°С в нагревательных колодцах перед прокаткой; 3)повышается качество металла, в первую очередь вследствие снижения химической неоднородности из-за более быстрого затвердевания малых по толщине слитков; 4)уменьшаются затраты ручного труда и улучшаются условия труда при разливке; 5)создаются условия для автоматизации процесса разливки . Комплекс оборудования и механизмов для непрерывной разливки — называют установкой непрерывной разливки стали - УНРС или машиной непрерывного литья заготовок — МНЛЗ.
Основные типы УНРС. УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора. УНРС этого типа, как отмечалось, нашли наиболее широкое применение и имеют много разновидностей. В зависимости от направления основной технологической оси установки (направления движения отливаемого слитка) различают (рис. 166) УНРС вертикального типа а, с изгибом слитка б, вертикально-радиальные в, радиальные г, криволинейные д, наклонно-криволинейные е, горизонтальные ж.
Основные типы УНРС. В зависимости от формы поперечного сечения отливаемого слитка различают: 1) слябовые УНРС; 2)сортовые и блюмовые ; 3)УНРС для отливки заготовок круглого сечения; 4)полых трубных заготовок ; 5)слитков сложного профиля, близких по сечению к готовому прокату.
Основные типы УНРС. Широкое промышленное применение нашли слябовые УНРС (отливка слитков плоского сечения толщиной 150—300 и шириной до 2600 мм), сортовые и блюмовые . УНРС без скольжения слитка в кристаллизаторе начали применять для разливки стали в последние годы. Отсутствие скольжения обеспечивается за счет совместного движения поверхности кристаллизатора и слитка в начале его формирования , что достигается подачей жидкого металла на движущуюся охлаждаемую поверхность, выполняющую роль кристаллизатора .
Основные типы УНРС. Основные разновидности УНРС подобного типа: 1)барабанные и одноленточные с подачей жидкого металла на поверхность вращающегося барабана (валка) или движущейся непрерывной ленты; 2)двухвалковые , когда металл подают в зазор между двумя вращающимися валками; 3) двухленточные когда металл подают в зазор между двумя движущимися непрерывными лентами (сплошными или гусеничными ); 4)барабанно-ленточные (роторные), когда металл льют в зазор между вращающимся барабаном и движущейся лентой . УНРС последнего типа (роторные) применяют для отливки слитков с сечением, близким к прямоугольному толщиной до 160мм.
Устройство установок непрерывной разливки. УНРС с вытягиванием и скольжением слитка. Существует несколько типов установок непрерывной разливки , основанных на вытягивании слитка из кристаллизатора с их взаимным скольжением. Широко применяемые УНРС этого типа служат в основном для отливки слябов и слитков квадратного и прямоугольного сечения. Наибольшее распространение получили установки вертикального, криволинейного и радиального типов, реже применяются вертикально-радиальные УНРС, установки с изгибом слитка, горизонтальные УНРС.
Устройство установок непрерывной разливки. Вертикальные УНРС. из вертикальных УНРС, располагаемой частично в колодце и частично в надземном сооружении. Из сталеразливочного ковша сталь поступает в промежуточный, а из него в кристаллизатор с вертикальными стенками, совершающий возвратно-поступательное движение вверх—вниз. После выхода из кристаллизатора слиток с жидкой сердцевиной движется вниз через зону вторичного охлаждения, включающую систему форсунок и опорные устройства , которые могут быть выполнены в виде роликов или брусьев и предотвращают выпучивание корки слитка.
Устройство установок непрерывной разливки. В установке, верхние опорные устройства выполнены в виде расположенных вдоль слитка чугунных брусьев, по которым скользит слиток. Ниже брусьев расположены опорные вращающиеся ролики ( неприводные ). Для облегчения монтажа и ремонта группы брусьев или роликов объединяют общим каркасом в отдельные секции.
Устройство установок непрерывной разливки. За зоной вторичного охлаждения расположена одна или две тянущие клети, которые обеспечивают вытягивание и регулирование скорости движения слитка, а также предотвращают проскальзывание слитка вниз. Ниже тянущих клетей движущийся слиток разрезают на куски мерной длины с помощью газорезки. Отрезанные заготовки падают в корзину (тележку), которая, двигаясь по наклонным рельсам, поднимает заготовку до уровня пола цеха и одновременно поворачивает ее в горизонтальное положение .
Устройство установок непрерывной разливки. Основной недостаток вертикальных УНРС — большая высота , обусловленная тем, что затвердевание слитка должно закончиться до его попадания в тянущую клеть и газорезку, а протяженность зоны затвердевания по высоте (глубина лунки жидкого металла) в непреывно отливаемом слитке очень велика. Высота крупных вертикальных УНРС достигает 40—45 м и для их размещения необходимо сооружение глубо-ких колодцев и высоких зданий, что удорожает строительство и усложняет эксплуатацию оборудования. Другим существенным недостатком является то, что необходимость ограничивать высоту УНРС ограничивает скорость разливки.
Устройство установок непрерывной разливки. Криволинейные и радиальные УНРС. в радиальном кристаллизаторе формируется изогнутый по определенному радиусу слиток. Чтобы при последующем разгибании в слитке не образовывались трещины, радиус изгиба должен быть не менее 25-кратной толщины слитка.
Устройство установок непрерывной разливки. В радиальных УНРС по выходе из кристаллизатора слиток движется по дуге с постоянным радиусом. После прохождения нижней точки дуги полностью затвердевший слиток разгибают , переводя его в горизонтальное положение . В криволинейных УНРС слиток вначале движется по дуге, определяемой радиусом кривизны кристаллизатора, а затем еще в зоне вторичного охлаждения радиус кривизны дуги увеличивается, т.е. происходит постепенное разгибание слитка с жидкой сердцевиной с последующим переводом в горизонтальное положение. Рассредоточение деформации имеет целью снизить возникающие при этом в корке слитка напряжения и вероятность возникновения трещин.
Устройство установок непрерывной разливки. Большая часть криволинейных УНРС предназначена для отливки слитков прямоугольного сечения. Жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает в промежуточный , а затем в радиальный кристаллизатор, снабженный механизмом качания. После выхода из кристаллизатора слиток , проходя через зону вторичного охлаждения, движется по роликовой проводке, образованной верхним и нижним рядами роликов. У узких торцевых граней ролики имеются лишь вблизи кристаллизатора.
Устройство установок непрерывной разливки. Для удобства замены при ремонтах группы соседних верхних и нижних роликов объединены в отдельные секции, где в общем каркасе смонтировано от 2 является неподвижным (базовым), а верхний снабжен пружинным или гидравлическим механизмом прижатия к слитку и механизмом перемещения, что позволяет изменять толщину отливаемого слитка.
Устройство установок непрерывной разливки. Верхняя часть роликовой проводки предотвращает выпучивание корки слитка. Приводными, обеспечивающими движение и разгибание слитка, обычно выполняют ролики нижнего ряда. При этом ролики, расположенные вблизи кристаллизатора обычно являются неприводными , на участке с постоянным радиусом кривизны лишь некоторые ролики соединены с приводом, а на участке разгибания и выпрямления все или почти все ролики приводные.
Устройство установок непрерывной разливки. горизонтальное движение слитка осуществляется на уровне пола цеха. На этом же участке производят резку слитка на куски мерной длины .
Устройство установок непрерывной разливки. Основные преимущества этих машин по сравнению с вертикальными: 1) меньшая высота, что снижает стоимость сооружения УНРС и здания цеха; 2)возможность повышения скорости разливки, поскольку газорезку можно установить далеко от кристаллизатора и благодаря этому допустимо существенное увеличение глубины лунки жидкого металла в слитке; 3)возможность резки слитка на куски большой длины. По этим причинам в последние годы почти отказались от сооружения вертикальных УНРС и строят преимущественно криволинейные и радиальные.
Технология разливки и качество слитка. Выплавляемая для разливки на УНРС сталь в связи с дополнительным охлаждением металла в промежуточном ковше должна иметь температуру на 30—60 °С выше, чем при разливке в изложницы .
Технология разливки и качество слитка. Конкретнее эту величину определяют с учетом следующего : 1)для уменьшения величины осевой пористости, степени осевой ликвации, пораженности слитка трещинами, размеров зоны столбчатых кристаллов с пониженной прочностью и пластичностью, а также с целью уменьшения размывания огнеупоров (стопоров, стаканов) перегрев металла над температурой ликвидус должен быть минимальным; 2)на слябовых УНРС величина этого перегрева должна составлять 10—20, а на сортовых 10—50 °С.
Технология разливки и качество слитка. С целью снижения пораженности слитка трещинами сталь должна содержать менее 0,02 % серы при величине отношения Mn /S выше 25. После окончания разливки предыдущей плавки (или серии плавок при разливке методом "плавка на плавку") УНРС готовят к следующей разливке .
Технология разливки и качество слитка. следующие операции: 1)выведение из машины конца отливавшегося слитка; 2)проверка стенок кристаллизатора и его положения относительно оси УНРС; 3)проверка форсунок вторичного охлаждения и расстояния между роликами и брусьями зоны вторичного охлаждения и тянущих устройств, осмотр прочего оборудования; 4)введение затравки в кристаллизатор и заделка зазора между головкой затравки и кристаллизатором (асбестом ); 5)покрытие внутренней поверхности стенок кристаллизатора тонким слоем смазки (солидолом, парафиновой, графитовой смазкой).
Технология разливки и качество слитка. Открывая шиберный затвор сталеразливочного ковша, начинают подачу металла в промежуточный ковш, наполняя его на высоту 0,7—1,2 м (в зависимости от его вместимости и высоты), открывают подачу воды на кристаллизатор и вторичное охлаждение. После наполнения промежуточного ковша более чем наполовину на зеркало металла в нем засыпают защитную теплоизолирующую шлаковую смесь.
Технология разливки и качество слитка. При наполнении промежуточного ковша металлом примерно на одну треть по высоте открывают стопор и начинают заполнение кристаллизатора; после подъема уровня металла в кристаллизаторе выше выходных отверстий погружного стакана в кристаллизатор засыпают порциями шлакообразующую смесь . Длительность заполнения кристаллизатора до начала вытягивания слитка должна обеспечить образование достаточно толстой корки затвердевшего металла и ее прочное сцепление с затравкой; для слитков среднего и крупного сечений это время составляет 0,8—1,5 мин.
Технология разливки и качество слитка. По истечении заданного времени при не полностью заполненном кристаллизаторе, включают механизм вытягивания слитка; одновременно автоматически включается механизм качания кристаллизатора . Важным фактором в технологии разливки является режим вторичного охлаждения .
Технология разливки и качество слитка. При чрезмерной интенсивности вторичного охлаждения из-за переохлаждения поверхности слитка и возникающих при этом термических напряжений в слитке возникают внутренние и сетчатые поверхностные трещины. При слишком малой интенсивности охлаждения недостаточно прочная горячая корка слитка может деформироваться ("раздутие" слитка).
Список использованной литературы. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства/ В.П.Григорьев , Ю.М.Ненкин , А.В.Егоров , Л.Е.Никольский - М.: "МИСИС", 1995. - 513 с. Кудрин ВА. Металлургия стали. — М.: Металлурги», 1989. — 560 с. Линчевский Б.В. Теория металлургических процессов. — М.: Металлурги»,. 1995. - 346 с. Металлурги» чугуна/ Е.Ф.Вегман , БЛЖеребин , А.НЛохвиснее и др. — М.: Металлургии, 1989. — 512 с. ПовоАоцкиО Д.Я., Кудрин ВА., Вишкарее А.Ф. Внепечная обработка стали. -М.: "МИСИС", 1995. - 256 с.
Список использованной литературы. 1. Поволоикий Д.Я., Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллурги * стали и ферросплавов. — М.: Металлурги», 1995. - 592 с. 2. Теория металлургических процессов/ Д.И.Рыжонков , П.ПАрсентьев , В.В. Яковлев и др. - М: Металлургия, 1989. - 392 с. 3. Уткин Н.И. Цветная металлурги»: Учебник ял» техникумов — М.: Метал- лургия , 1990. - 448 с. 4. Юсфин ЮС, Гиммельфарб АА., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металлов. — М.: Металлургия, 1994. — 320 с. 5. Якушев A.M. Основы проектирования и оборудования сталеплавильных и до- менных цехов. — М.: Металлургия, 1992. — 421 с.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Производство стали в электрических печах В электоропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше. В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.
Производство стали в электрических печах Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.
Производство стали в электрических печах В основу классификации электропечей положен наиболее общий и во многих случаях определяющий все остальные особенности признак — способ превращения электрической энергии в тепловую.
Производство стали в электрических печах Все электрические печи можно разбить на четыре группы: - печи сопротивления; - дуговые печи; - индукционные печи; - установки электроннолучевого нагрева.
Устройство дуговых электропечей
Устройство дуговых электропечей Первая дуговая электропечь в России была установлена в 1910 г. на Обуховском заводе. За годы пятилеток были построены сотни различных печей. Вместимость наиболее крупной печи в СССР 200 т. Печь состоит из железного кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавильное пространство печи закрывается съемным сводом.
Устройство дуговых электропечей Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи.
Устройство дуговых электропечей Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.
Механическое оборудование дуговой печи Кожух — жёсткий корпус агрегата, не являющийся несущим элементом конструкции, для скрепления и поддержания отдельных элементов конструкции, защитного ограждения выступающих и движущих частей.
Механическое оборудование дуговой печи Кожух печи должен выдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла. Его делают сварным из листового железа толщиной 16–50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожуха определяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. Наиболее распространенным в настоящее время является кожух конической формы.
Механическое оборудование дуговой печи Такая форма кожуха облегчает заправку печи огнеупорным материалом, наклонные стены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше расположена от электрических дуг. Используют также кожухи цилиндрической формы с водоохлаждаемыми панелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожух усиливается ребрами и кольцами жесткости. Днище кожуха обычно выполняется сферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и минимальную массу кладки.
Механическое оборудование дуговой печи Сверху печь закрыта сводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемом сводовом кольце, которое выдерживает распирающие усилия арочного сферического свода В нижней части кольца имеется выступ – нож, который входит в песчаный затвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия для электродов. Диаметр отверстий больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносят тепло из печи
Механическое оборудование дуговой печи Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники или экономайзеры, служащие для уплотнения электродных отверстий и для охлаждения кладки свода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощью воздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсоса запыленных газов и отверстие для кислородной фурмы.
Механическое оборудование дуговой печи Экономайзер - элемент котлоагрегата , теплообменник, в котором питательная вода перед подачей в котёл подогревается уходящими из котла газами.
Механическое оборудование дуговой печи Для загрузки шихты в печи небольшой емкости и подгрузки легирующих и флюсов в крупные, печи скачивания шлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленное литой рамой. К раме крепятся направляющие, по которым скользит заслонка. Заслонку футеруют огнеупорным кирпичом. Для подъема заслонки используют пневматический, гидравлический или электромеханический привод.
Механическое оборудование дуговой печи С противоположной стороны кожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб. Отверстие для выпуска стали может быть круглым диаметром 120—150 мм или квадратным 150 на 250 мм. Сливной желоб имеет корытообразное сечение и приварен к кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри желоб футеруют шамотным кирпичом, длина его составляет 1—2 м.
Механическое оборудование дуговой печи Электрододержатели служат для подвода тока к электродам и для зажима электродов. Головки электрододержателей делают из бронзы или стали и охлаждают водой, так как они сильно нагреваются как теплом из печи, так и контактными токами.
Механическое оборудование дуговой печи Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактное сопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время является пружинно-пневматический электрододержатель . Зажим электрода осуществляется при помощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электроду пружиной.
Механическое оборудование дуговой печи Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – консоли. Механизмы перемещения электродов должны обеспечить быстрый подъем электродов в случае обвала шихты в процессе плавления, а также плавное опускание электродов во избежание их погружения в металл или ударов о нерасплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0 м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин.
Механическое оборудование дуговой печи Механизм наклона печи должен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° для выпуска стали и на угол 10—15 градусов в сторону рабочего окна для спуска шлака. Станина печи, или люлька, на которой установлен корпус, опирается на два – четыре опорных сектора, которые перекатываются по горизонтальным направляющим.
Механическое оборудование дуговой печи В секторах имеются отверстия, а в направляющих – зубцы, при помощи которых предотвращается проскальзывание секторов при наклоне печи. Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубчатого механизма или гидравлическим приводом. Два цилиндра укреплены на неподвижных опорах фундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люльки печи.
Механическое оборудование дуговой печи Система загрузки печи бывает двух видов: через завалочное окно мульдозавалочной машиной и через верх при помощи бадьи. Загрузку через окно применяют только на небольших печах.
Механическое оборудование дуговой печи При загрузке печи сверху в один-два приема в течение 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокращается время плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объем печи. Для загрузки печи свод приподнимают на 150—200 мм над кожухом печи и поворачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочее пространство печи для введения бадьи с шихтой.
Механическое оборудование дуговой печи Крупные печи имеют поворотную башню, в которой сосредоточены все механизмы отворота свода. Башня вращается вокруг шарнира на катках по дугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметр которого меньше диаметра рабочего пространства печи.
Механическое оборудование дуговой печи При использовании в качестве шихты металлизованных окатышей загрузка может производиться непрерывно по трубопроводу, который проходит в отверстие в своде печи.
Механическое оборудование дуговой печи Во время плавления электроды прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкий металл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством, которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°.
Механическое оборудование дуговой печи При этом электроды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для поворота корпуса приподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпус при помощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печи опирается на ролики.
Очистка отходящих газов Современные крупные сталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу большое количество запыленных газов. Применение кислорода и порошкообразных материалов еще более способствует этому.
Очистка отходящих газов Для улавливания пыли производят отсос газов из рабочего пространства печей мощным вентилятором. Для этого в своде печи делают четвертое отверстие с патрубком для газоотсоса . Патрубок через зазор, позволяющий наклонять или вращать печь, подходит к стационарному трубопроводу.
Очистка отходящих газов По пути газы разбавляются воздухом, необходимым для дожигания СО. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике и направляются в систему труб Вентури , в которых пыль задерживается в результате увлажнения. Применяют также тканевые фильтры, дезинтеграторы и электрофильтры.
Очистка отходящих газов Используют системы газоочистки, включающие полностью весь электросталеплавильный цех, с установкой зонтов дымоотсоса под крышей цеха над электропечами.
Футеровка печей Большинство дуговых печей имеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO . Футеровка печи создает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающего потери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов.
Футеровка печей Хотя футеровка электропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев до температуры 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо - и химической устойчивостью.
Футеровка печей Подину сталеплавильной печи набирают в следующем порядке. На стальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест—слой шамотного порошка, два слоя шамотного кирпича и основной слой из магнезитового кирпича. На магнезитовой кирпичной подине набивают рабочий слой из магнезитового порошка со смолой и пеком — продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет 200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 м для крупных печей.
Футеровка печей Стены печи выкладывают после соответствующей прокладки асбеста и шамотного кирпича из крупноразмерного безобжигового магнезитохромитового кирпича длиной до 430 мм. Кладка стен может выполняться из кирпичей в железных кассетах, которые обеспечивают сваривание кирпичей в один монолитный блок.
Футеровка печей Стойкость стен достигает 100—150 плавок. Стойкость подины составляет один-два года. В трудных условиях работает футеровка свода печи. Она выдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемого шлаком.
Электрооборудование Рабочее напряжение электродуговых печей составляет 100 – 800 В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВ*А. К подстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким напряжением питаются первичные обмотки печных трансформаторов. На показана упрощенная схема электрического питания печи.
В электрическое оборудование дуговой печи входят производства ремонтных работ на печи. следующие приборы: 1. Воздушный разъединитель, предназначен для отключения всей электропечной установки от линии высокого напряжения во время 2. Печной трансформатор необходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6—10 кВ до 100—800 В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы , на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток Электрооборудование
Электрооборудование 3. Главный автоматический выключатель, служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом сила тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превысит установленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.
Автоматическое регулирование По ходу плавки в электродуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менять подачу мощности можно изменением напряжения или силы тока дуги. Регулирование напряжения производится переключением обмоток трансформатора. Регулирование силы тока осуществляется изменением расстояния между электродом и шихтой путем подъема или опускания электродов. При этом напряжение дуги не изменяется. Опускание или подъем электродов производятся автоматически при помощи автоматических регуляторов, установленных на каждой фазе печи. В современных печах заданная программа электрического режима может быть установлена на весь период плавки.
Устройство для электромагнитного перемешивания металла
Для перемешивания металла в крупных дуговых печах, для ускорения и облегчения проведения технологических операций скачивания шлака под днищем печи в коробке устанавливается электрическая обмотка, которая охлаждается водой или сжатым воздухом. Обмотки статора питаются от двухфазного генератора током низкой частоты, что создает бегущее магнитное поле, которое захватывает ванну жидкого металла и вызывает движение нижних слоев металла вдоль подины печи в направлении движения поля. Устройство для электромагнитного перемешивания металла
Устройство для электромагнитного перемешивания металла Верхние слои металла вместе с прилегающим к нему шлаком движутся в обратную сторону. Таким образом можно направить движение либо в сторону рабочего окна, что будет облегчать выход шлака из печи, либо в сторону сливного отверстия, что будет благоприятствовать равномерному распределению легирующих и раскислителей и усреднению состава металла и его температуры. Этот метод в последнее время имеет ограниченное применение, так как в сверхмощных печах металл активно перемешивается дугами.
Плавка стали в основной дуговой электропечи Основным материалом для электроплавки является стальной лом. Лом не должен быть сильно окисленным, так как наличие большого количества ржавчины вносит в сталь значительное количество водорода. В зависимости от химического состава лом необходимо рассортировать на соответствующие группы. Основное количество лома, предназначенное для плавки в электропечах, должно быть компактным и тяжеловесным. При малой насыпной массе лома вся порция для плавки не помещается в печь.
Плавка стали в основной дуговой электропечи Приходится прерывать процесс плавки и подгружать шихту. Это увеличивает продолжительность плавки, приводит к повышенному расходу электроэнергии, снижает производительность электропечей. В последнее время в электропечах используют металлизованные окатыши, полученные методом прямого восстановления. Достоинством этого вида сырья, содержащего 85— 93 % железа, является то, что оно не загрязнено медью и другими примесями. Окатыши целесообразно применять для выплавки высокопрочных конструкционных легированных сталей, электротехнических, шарикоподшипниковых сталей.
Легированные отходы образуются в электросталеплавильном цехе в виде недолитых слитков, литников; в обдирочном отделении в виде стружки, в прокатных цехах в виде обрези и брака и т, д.; кроме того много легированного лома поступает от машиностроительных заводов. Использование легированных металлоотходов позволяет экономить ценные легирующие, повышает экономическую эффективность электроплавок . Плавка стали в основной дуговой электропечи
Плавка стали в основной дуговой электропечи Мягкое железо специально выплавляют в мартеновских печах и конвертерах и применяют для регулирования содержания углерода в процессе электроплавки . В железе содержится 0,01—0,15 % С и <0,020 % Р. Поскольку в электропечах выплавляют основное количество легированных сталей, то для их производства используют различные легирующие добавки; феррохром , ферросилиций, ферромарганец, ферромолибден, ферровольфрам и др.
Плавка стали в основной дуговой электропечи В качестве раскислителя помимо ферромарганца и ферросилиция применяют чистый алюминий. Для науглероживания используют передельный чугун, электродный бой; для наведения шлака применяют свежеобожженную известь, плавиковый шпат, шамотный бой, доломит и MgO в виде магнезита.
Подготовка материалов к плавке Все присадки в дуговые печи необходимо прокаливать для удаления следов масла и влаги. Это предотвращает насыщение стали водородом. Ферросплавы подогревают для ускорения их проплавления. Присадка легирующих, раскислителей и шлакообразующих в современной печи во многом механизирована.
Подготовка материалов к плавке На бункерной эстакаде при помощи конвейеров происходит взвешивание и раздача материалов по мульдам, которые загружаются в печь мульдовыми машинами. Сыпучие для наводки шлака вводят в электропечи бросательными машинами .
Технология плавки Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами.
Технология плавки Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи – забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошок с добавкой пека или смолы.
Технология плавки Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.
Загрузка печи Для наиболее полного использования рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе к электродам загружают крупные куски (40 %), ближе к откосам средний лом (45%), на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%). Мелкие куски должны заполнять промежутки между крупными кусками .
Период плавления Расплавление шихты в печи занимает основное время плавки. В настоящее время многие операции легирования и раскисления металла переносят в ковш. Поэтому длительность расплавления шихты в основном определяет производительность печи. После окончания завалки опускают электроды и включают ток.
Период плавления Металл под электродами разогревается, плавится и стекает вниз, собираясь в центральной части подины. Электроды прорезают в шихте колодцы, в которых скрываются электрические дуги. Под электроды забрасывают известь для наведения шлака, который закрывает обнаженный металл, предохраняя его от окисления. Постепенно озеро металла под электродами становится все больше.
Период плавления Оно подплавляет куски шихты, которые падают в жидкий металл и расплавляются в нем. Уровень металла в печи повышается, а электроды под действием автоматического регулятора поднимаются вверх. Продолжительность периода расплавления металла равна 1—3 ч в зависимости от размера печи и мощности установленного трансформатора.
Период плавления В период расплавления трансформатор работает с полной нагрузкой и даже с 15 % перегрузкой, допускаемой паспортом, на самой высокой ступени напряжения. В этот период мощные дуги не опасны для футеровки свода и стен, так как они закрыты шихтой. Остывшая во время загрузки футеровка может принять большое количество тепла без опасности ее перегрева. Для ускорения расплавления шихты используют различные методы.
Наиболее эффективным является применение мощных трансформаторов. Так, на печах вместимостью 100 т будут установлены трансформаторы мощностью 75,0 МВ-А, на 150-т печах трансформаторы 90—125 МВ*А и выше. Продолжительность плавления при использовании мощных трансформаторов уменьшается до 1–1,5 ч. Период плавления
Период плавления Для ускорения расплавления применяют топливные мазутные или газовые горелки, которые вводят в печь либо через рабочее окно, либо через специальное устройство в стенах. Применение горелок ускоряет нагрев и расплавление шихты, особенно в холодных зонах печи. Продолжительность плавления сокращается на 15—20 мин.
Эффективным методом является применение газообразного кислорода. Кислород подают в печь как через стальные футерованные трубки в окно печи, так и при помощи фурмы, опускаемой в печь сверху через отверстие в своде. Благодаря экзотермическим реакциям окисления примесей и железа выделяется дополнительно большое количество тепла, которое нагревает шихту, ускоряет ее полное расплавление.. Период плавления
Период плавления Использование кислорода уменьшает длительность нагрева ванны. Период расплавления сокращается на 20—30 мин, а расход электроэнергии на 60—70 кВт-ч на 1 т стали. Традиционная технология электроплавки стали предусматривает работу по двум вариантам: 1) на свежей шихте, т.е. с окислением; 2) переплав отходов. При плавке по первому варианту шихта состоит из простых углеродистых отходов, малоуглеродистого лома, металлизованных окатышей с добавкой науглероживателя .
Период плавления Избыточное количество углерода окисляют в процессе плавки. Металл легируют присадками ферросплавов для получения стали нужного состава. Во втором варианте состав стали почти полностью определяется составом отходов и легирующие добавляют только для некоторой корректировки состава. Окисления углерода не производят.
Плавка с окислением Рассмотрим ход плавки с окислением. После окончания периода расплавления начинается окислительный период, задачи которого заключаются в следующем: окисление избыточного углерода, окисление и удаление фосфора; дегазация металла; удаление неметаллических включений, нагрев стали.
Плавка с окислением Окислительный период плавки начинают присадкой железной руды, которую дают в печь порциями. В результате присадки руды происходит насыщение шлака FeO и окисление металла по реакции: ( FeO )= Fe +[ O ]. Растворенный кислород взаимодействует с растворенным в ванне углеродом по реакции [ C ] +[ O ]= CO . Происходит бурное выделение пузырей CO , которые вспенивают поверхность ванны, покрытой шлаком.
Плавка с окислением Поскольку в окислительный период на металле наводят известковый шлак с хорошей жидкоподвижностью, то шлак вспенивается выделяющимися пузырями газа. Уровень шлака становится выше порога рабочего окна и шлак вытекает из печи. Выход шлака усиливают, наклоняя печь в сторону рабочего окна на небольшой угол.
Плавка с окислением Шлак стекает в шлаковик, стоящую под рабочей площадкой цеха. За время окислительного периода окисляют 0,3—0,6 % C со средней скоростью 0,3—0,5 % С/ч. Для обновления состава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь и небольшие количества плавикового шпата для обеспечения жидкоподвижности шлака.
Непрерывное окисление ванны и скачивание окислительного известкового шлака являются непременными условиями удаления из стали фосфора. Для протекания реакции окисления фосфора необходимы высокое содержание кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание CaO в шлаке и пониженная температура. Плавка с окислением
Плавка с окислением В электропечи первые два условия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечивают наводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходит дегазация стали—удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыри СО, проходящие через металл.
Плавка с окислением Выделение пузырьков СО сопровождается также и удалением из металла неметаллических включений, которые выносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместе с пузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла, выравнивание температуры и состава.
Общая продолжительность окислительного периода составляет от 1 до 1,5 ч. Для интенсификации окислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержанием углерода, например хромоникелевой нержавеющей с содержанием углерода <=0,1 %, металл продувают кислородом. Плавка с окислением
Плавка с окислением При продувке кислородом окислительные процессы резко ускоряются, а температура металла повышается со скоростью примерно 8— 10 С/мин. Чтобы металл не перегрелся, вводят охлаждающие добавки в виде стальных отходов. Применение кислорода является единственным способом получения низкоуглеродистой нержавеющей стали без значительных потерь ценного легирующего хрома при переплаве.
Плавка с окислением Окислительный период заканчивается, когда содержание углерода становится ниже заданного предела, содержание фосфора 0,010%, температура металла несколько выше температуры выпуска стали из печи. В конце окислительного периода шлак стараются полностью убирать из печи, скачивая его с поверхности металла.
Восстановительный период плавки После скачивания окислительного шлака начинается восстановительный период плавки. Задачами восстановительного периода плавки являются: раскисление металла, удаление серы. Корректирование химического состава стали, регулирование температуры ванны, подготовка жидкоподвижного хорошо раскисленного шлака для обработки металла во время выпуска из печи в ковш.
Восстановительный период плавки Раскисление ванны, т. е. удаление растворенного в ней кислорода, осуществляют присадкой раскислителей в металл и на шлак. В начале восстановительного периода металл покрывается слоем шлака. Для этого в печь присаживают шлакообразующие смеси на основе извести с добавками плавикового шпата, шамотного боя, кварцита.
Восстановительный период плавки В качестве раскислителей обычно используют ферромарганец, ферросилиций, алюминий. При введении раскислителей происходят следующие реакции: [ Mn ]+[O]=( MnO ); [Si]+2 [ О ] = (SiO2); 2[Al ]+ 3[O ] = ( Al2O3).
Восстановительный период плавки В результате процессов раскисления большая часть растворенного кислорода связывается в оксиды и удаляется из ванны в виде нерастворимых в металле неметаллических включений. Процесс этот протекает достаточно быстро и продолжительность восстановительного периода в основном определяется временем, необходимым для образования подвижного шлака.
В малых и средних печах при выплавке ответственных марок сталей продолжают применять метод диффузионного раскисления стали через шлак, когда раскислители в виде молотого электродного боя, порошка ферросилиция присаживают на шлак. Содержание кислорода в шлаке понижается и в соответствии с законом распределения кислород из металла переходит в шлак. Восстановительный период плавки
Восстановительный период плавки Метод этот, хотя и не оставляет в металле оксидных неметаллических включений, требует значительно большей затраты времени. В восстановительный период плавки, а также при выпуске стали под слоем шлака, когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком, активно происходит десульфурация металла.
Восстановительный период плавки Этому способствует хорошее раскисление стали и шлака, высокое содержание извести в шлаке и высокая температура. В ходе восстановительного периода вводят легирующие – ферротитан , феррохром и др., а некоторые, например никель, присаживают вместе с шихтой. Никель не окисляется и не теряется при плавке.
Восстановительный период плавки Добавки тугоплавких ферровольфрама, феррониобия производят в начале рафинирования, так как нужно значительное время для их расплавления. В настоящее время большинство операций восстановительного периода переносят из печи в ковш.
Восстановительный период плавки Например, в кош вводят порции легирующих или дают их на струю стали, вытекающей из печи при ее наклоне. Присаживают по ходу выпуска раскислители . Целью восстановительного периода является обеспечение нагрева стали до заданной температуры и создание шлака, десульфурирующая способность которого используется при совместном выпуске из печи вместе со сталью.
Одношлаковый процесс В связи с интенсификацией процесса электроплавки в последние годы получил большое распространение метод плавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность этого метода заключается в следующем: дефосфорация металла совмещается с периодом расплавления. Во время расплавления из печи скачивают шлак и производят добавки извести. В окислительный период выжигают углерод. По достижении в металле << 0,035 % Р производят раскисление стали без скачивания шлака ферросилицием и ферромарганцем.
Одношлаковый процесс Затем присаживают феррохром и проводят сокращенный (50—70 мин) восстановительный период с раскислением шлака порошками ферросилиция и кокса и раскислением металла кусковыми раскислителями . Окончательное раскисление производят в ковше ферросилицием и алюминием. В некоторых случаях вообще не проводят раскисления шлака в печи порошкообразными раскислителями
Переплав отходов Рациональное использование отходов дает большую экономию легирующих, электроэнергии, повышает производительность электропечей. В СССР легированные отходы разделяют на 82 группы. При расчете шихты стремятся использовать максимальное количество отходов данной марки стали или наиболее близких марок.
Переплав отходов Шихту составляют с таким расчетом, чтобы содержание углерода в ванне по расплавлении было на 0,05— 0,10 % ниже заданного маркой стали. Необходимые легирующие, неокисляющиеся добавки Ni , Cu , Mo , W загружают вместе с шихтой, а прочие – V, Т i , Cr , Mn , Al , Si , Nb – стремятся вводить как можно позднее на разных стадиях плавки, в том числе и во время выпуска в ковш. Металл заданного состава получают в процессе рафинировки или в ковше. Во время плавки наводят высокоосновной , жидкоподвижный шлак, который частично скачивают из печи. Это позволяет удалить до 30 % фосфора.
Переплав отходов Если состав металла близок к расчетному, то, не скачивая шлака, приступают к раскислению шлака молотым коксом, ферросилицием и алюминием. Продолжительность восстановительного периода в этом варианте технологии такая же, как и в плавках с окислением. Плавка на отходах значительно короче (примерно на 1 ч) по сравнению с плавкой на свежей шихте за счет окислительного периода. Это увеличивает производительность электропечей на 15—20 % и сокращает расход электроэнергии на 15 %.
Методы интенсификации электросталеплавильного процесса Применение кислорода. Использование газообразного кислорода в окислительный период плавки и в период расплавления позволяет значительно интенсифицировать процессы расплавления и окисления углерода.
Применение синтетического шлака Этот метод предусматривает перенесение рафинирования металла из электропечи в разливочный ковш. Для рафинирования металла выплавляют синтетический шлак на основе извести (52–55%) и глинозема (40%) в специальной электродуговой печи с угольной футеровкой. Порцию, жидкого, горячего, активного шлака (4–5 % от массы стали, выплавленной в электропечи) наливают в основной сталеразливочный ковш. Ковш подают к печи и в него выпускают сталь. Струя стали, падая с большой высоты, ударяется о поверхность жидкого шлака, разбивается на мелкие капли и вспенивает шлак.
Применение синтетического шлака Происходит перемешивание стали со шлаком. Это способствует активному протеканию обменных процессов между металлом и синтетическим шлаком. В первую очередь протекают процессы удаления серы благодаря низкому содержанию FeO в шлаке и кислорода в металле; повышенной концентрации извести в шлаке, высокой температуре и перемешиванию стали со шлаком. Концентрация серы может быть снижена до 0,001 %. При этом происходит значительное удаление оксидных неметаллических включений из стали благодаря ассимиляции, поглощению этих включений синтетическим шлаком и перераспределению кислорода между металлом и шлаком.
Обработка металла аргоном После выпуска стали из печи через объем металла в ковше продувают аргон, который подают либо через пористые пробки, зафутерованные в днище, либо через швы кладки подины ковша. Продувка стали в ковше аргоном позволяет выровнять температуру и химический состав стали, понизить содержание водорода, удалить неметаллические включения, что в конечном итоге позволяет повысить механические и эксплуатационные свойства стали.
Применение порошкообразных материалов Продувка стали в дуговой электропечи порошкообразными материалами в токе газа-носителя (аргона или кислорода) позволяет ускорить важнейшие процессы рафинирования стали: обезуглероживание, дефосфорацию , десульфурацию , раскисление металла. В струе аргона или кислорода в ванну вдуваются порошки на основе извести, плавикового шпата. Для раскисления металла используют порошкообразный ферросилиций. Для окисления ванны и для ускорения удаления углерода и фосфора добавляют оксиды железа.
Применение порошкообразных материалов Мелко распыленные твердые материалы, попадая в ванну металла, имеют большую поверхность контакта с металлом, во много раз превышающую площадь контакта ванны со шлаковым слоем. При этом происходит интенсивное перемешивание металла с твердыми частицами. Все это способствует ускорению реакций рафинирования стали. Кроме того, порошкообразные флюсы могут использоваться для более быстрого наведения шлака.
Плавка в кислой электропечи Кислые электропечи футеруют огнеупорными материалами на основе кремнезема. Эти печи имеют более глубокие ванны и в связи с этим меньший диаметр кожуха, меньшие тепловые потери и расход электроэнергии. Стойкость футеровки свода и стен кислой печи значительно выше, чем у основной. Это объясняется малой продолжительностью плавки. Печи с кислой футеровкой вместимостью 1—3 т применяются в литейных цехах для производства стального литья и отливок из ковкого чугуна.
Плавка в кислой электропечи Они допускают периодичность в работе, т. е. работу с перерывами. Известно, что основная футеровка быстро изнашивается при частом охлаждении. Расход огнеупоров на 1 т стали в кислой печи ниже. Кислые огнеупоры дешевле, чем основные. В кислых печах быстрее разогревают металл до высокой температуры, что необходимо для литья. Недостатки кислых печей связаны прежде всего с характером шлака. В этих печах шлак кислый, состоящий в основном из кремнезема.
Плавка в кислой электропечи Поэтому такой шлак не позволяет удалять из стали фосфор и серу. Для того чтобы иметь содержание этих примесей в допустимых пределах, необходимо подбирать специальные шихтовые материалы, чистые по фосфору и по сере. Кроме того, кислая сталь обладает пониженными пластическими свойствами по сравнению с основной сталью вследствие присутствия в металле высококремнистых неметаллических включений.
Плавка в кислой электропечи Технология плавки в кислой электропечи имеет следующие особенности. Окислительный период плавки непродолжителен, кипение металла идет слабо, так как кремнезем связывает РО в шлаке и тем самым скорость перехода кислорода в металл для окисления углерода снижается. Кислый шлак более вязкий, он затрудняет кипение. Шлак наводят присадками песка, использованной формовочной земли. Известь присаживают до содержания в шлаке не более 6—8 % СаО .
Плавка в кислой электропечи Раскисление кислой стали проводят, как правило, присадкой кускового ферросилиция. Частично сталь раскисляется кремнием, который восстанавливается из шлака или из футеровки. В отличие от основного процесса при кислом ферромарганец присаживают в конце плавки в раздробленном виде в ковш. При таком способе усваивается до 90 % марганца. Конечное раскисление проводят алюминием.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Метод AOD . В электропечи выплавляют основу нержавеющей стали, содержащей заданное количество хрома и никеля, с использованием недорогих, высокоуглеродистых ферросплавов. Затем сталь вместе с печным шлаком заливают в конвертер. Футеровка конвертера изготовлена из магнезитохромитового кирпича. Стойкость футеровки до 200 плавок.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Фурмы представляют собой конструкцию из медной внутренней трубы и наружной трубы из нержавеющей стали, внутренний диаметр фурмы 12—15 мм. В первые 35 мин сталь продувают смесью кислорода и аргона в соотношении 3 : 1.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. В это время концентрация углерода снижается до 0,18%. В третьем периоде в продувочном газе еще более уменьшают отношение кислорода к аргону до 1:2, продувку продолжают еще 15 мин. За это время содержание углерода снижается до 0,035% . Температура повышается до 1720°С. В конце продувки присаживают известь и ферросилиций для восстановления хрома из шлака. После восстановления шлак скачивается и после наведения нового шлака проводят окончательную продувку аргоном.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. В результате процесса AOD получают высококачественную нержавеющую сталь с низким содержанием углерода, серы, азота, кислорода, сульфидных и оксидных неметаллических включений, с высокими механическими свойствами.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Для повышения экономичности процесса аргон частично заменяют азотом. Средняя продолжительность продувки составляет 60—120 мин, расход аргона составляет 10—23 м^3/т, кислорода 23 м^3/т.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Метод VOD . Этот метод вакуумно-кислородного обезуглероживания с продувкой аргоном. В основе метода лежит осуществление реакции [ C ]+[ O ]= CO . Чем ниже парциальное давление СО, тем ниже должна быть остаточная концентрация углерода в стали.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Коррозионностойкую сталь выплавляют в электропечи с достаточно высоким содержанием углерода (0,3—0,5 % ); сталь выпускают в специальный ковш с хромомагнезитовой футеровкой, имеющим в днище фурму для подачи аргона. Ковш устанавливают в вакуумную камеру, откачивают воздух и начинают продувку кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму, которую вводят в камеру через крышку.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. Одновременно производится продувка аргоном через дно ковша. После окончания продувки проводят присадку раскислителей и легирующих для корректировки состава. Расход аргона в этом способе значительно ниже чем в AOD (всего 0,2 м^3/т). Получаемая сталь содержит очень низкие концентрации углерода (0,01 %) при низком содержании азота. Окисление хрома незначительное. Для удаления серы в ковш загружают известь, что позволяет после раскисления и кратковременного перемешивания аргоном снизить концентрацию серы в металле до необходимых пределов.
Получение низкоуглеродистой коррозионностойкой стали. По сравнению с процессом AOD этот метод более сложен и применяется для производства сталей ответственного назначения с низким содержанием углерода. К достоинствам того и другого процесса следует отнести экономию дорогого низкоуглеродистого феррохрома, обычно использовавшегося при получении нержавеющей стали в дуговых печах, а также достижение низких содержаний углерода без значительных потерь хрома.
Индукционные печи и плавка в них В настоящее время индукционные печи находят широкое применение в металлургии и машиностроении. В лабораториях используют высокочастотные печи емкостью от нескольких грамм до 100 кг, в литейных цехах низко- и среднечастотные печи до 2-6 т; наиболее крупные печи имеют емкость до 60 т. По сравнению с дуговыми электропечами в индукционных печах отсутствие электродов и электрических дуг дает возможность получать стали и сплавы с низким содержанием углерода и газов. Плавка характеризуется небольшим угаром легирующих элементов, высоким электрическим к. п. д., точным регулированием температуры металла.
Индукционные печи и плавка в них Недостатком печей является холодный, плохо перемешиваемый шлак, что не позволяет так же интенсивно, как в дуговых печах, проводить процессы рафинирования. Стойкость футеровки в печах невысокая. Основной тип современных высокочастотных или индукционных печей — это печи без сердечника. Такая печь состоит из индуктора-катушки, навитой из медной трубки с водяным охлаждением. Внутрь индуктора вставляется либо готовый огнеупорный тигель, либо тигель набивается порошкообразным огнеупорным материалом. При наложении на индуктор переменного электрического тока частотой от 50 до 400 кГц образуется переменное магнитное силовое поле, пронизывающее пространство внутри индуктора. Это магнитное поле наводит в металлической садке вихревые токи.
Устройство индукционных печей 1 — индикатор; 2 — металл; 3 — канал; 4 - магнитопровод ; Ф — основной магнитный поток; Ф 1р и Ф 2р — магнитные потоки рассеяния; U 1 и I 1 - напряжение и ток в цепи индуктора; I 2 — ток проводимости в металле
Индукционные печи и плавка в них В центре печи помещен индуктор. Он имеет вид соленоида и изготовлен из профилированной медной трубы. По трубе идет вода для ее охлаждения. Внутри индуктора набит огнеупорный тигель. Ток подается по гибким кабелям. Печь заключена в металлический кожух. Сверху тигель закрывается сводом. Поворот печи для слива металла осуществляется вокруг оси, расположенной у сливного носка. Поворотные цапфы печи покоятся на опорных подшипниках станин. Наклон печи проводится при помощи реечного механизма через подвижные шарниры-цапфы или гидроприводом. Небольшие печи наклоняют при помощи тали.
Индукционные печи и плавка в них Футеровка печей может быть кислой или основной, набивной или кирпичной. Для набивки используют огнеупорные материалы различной крупности от долей миллиметра до 2-4 мм. Для основной футеровки применяют порошок магнезита с добавками хромомагнезита и борной кислоты для связки. Кислые смеси готовят на основе молотого кварцита.
Индукционные печи и плавка в них После окончания набивки футеровку спекают и обжигают. В железный шаблон загружают чугун, включают ток, металл постепенно разогревается и нагревает футеровку. Затем металл доводят до плавления. В первой плавке расплавляют мягкое железо, что позволяет достичь высокой температуры для обжига футеровки. Крупные печи футеруют фасонным огнеупорным кирпичом.
Электрическое оборудование Индукционные печи питаются током высокой частоты от ламповых генераторов или током средней частоты (2500 Гц) от машинных преобразователей. Крупные печи работают на токе промышленной низкой частоты (50Гц от сети). Эти печи часто служат в качестве миксеров жидкого металла в литейных цехах. В схему входят машинный генератор, батарея конденсаторов и автоматический регулятор, плавильный контур. Преобразовательный агрегат состоит из асинхронного электродвигателя, вращающего генератор и динамо-машину , которая дает ток в обмотки возбуждения генератора.
Электрическое оборудование Для компенсации реактивной мощности и создания электрического резонанса устанавливают батарею конденсаторов. Часть конденсаторов может быть отключена для изменения емкостной составляющей. Автоматический регулятор электрического режима поддерживает оптимальную электрическую мощность взаимосвязанным регулированием cosφ , напряжения и силы тока.
Технология плавки стали в индукционной печи Плавку проводят на высококачественном ломе с пониженным содержанием фосфора и серы. Крупные и мелкие куски так укладывают в тигель или бадью, с помощью которой загружают крупные печи, чтобы они плотно заполняли объем тигля. Тугоплавкие ферросплавы укладывают на дно тигля. После загрузки включают ток на полную мощность. По мере проплавления и оседания скрапа подгружают шихту, не вошедшую сразу в тигель.
Технология плавки стали в индукционной печи Когда последние куски шихты погрузятся в жидкий металл, на поверхность металла забрасывают шлакообразующие материалы: известь, магнезитовый порошок, плавиковый шпат. Шлак защищает металл от контакта с атмосферой, предотвращает тепловые потери. По ходу плавки шлак раскисляют добавками порошка кокса, молотого ферросилиция. Металл раскисляют кусковыми ферросплавами и в конце алюминием. По ходу плавки дают добавки легирующих. Поскольку угара легирующих практически не происходит, то в индукционных печах можно выплавлять сплавы сложного состава.
Список использованной литературы 1 . Б.В. Линчевский , А.Л. Соболевский, А.А.Кальменев - Металлургия черных металлов; 2. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М Общая металлургия: учебник для вузов. - 6-изд., перераб и доп. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2009 - 768 с.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Ферросплавы Ферросплавы — это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.
Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов — ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома — пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким химическим средством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции — окислению. В ряде случаев температура плавления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основных способа получения ферросплавов: - углевосстановительный , - силикотермический, - алюминотермический . Наиболее дешевым является углерод , поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермичные , поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла — обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку ферросплавов углевосстановительный процессом осуществляют в так называемых восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах с трансформаторами мощностью 10—115 MB • А, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периодическим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферросплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеродистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый феррохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Эти сплавы выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, оборудованных трансформаторами мощностью 2,5—7 MB • А и работающих периодическим процессом с выпуском из печи металла и шлака по окончании плавки. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в футерованных шахтах (горнах).
КОНЕЦ