РЕФЕРАТ
На тему:
Технологія виробництва сталі у мартенівських печах
План
Вступ
1. Виробництво сталі
2. Виробництво сталі в мартенівських печах
3. Нові методи виробництва й обробки сталі
Висновок
Список використаної літератури
Вступ
Залізо мало промислове застосування вже до нашої ери. У древні часи
його одержували в пластичному стані в горнах. Шлак відокремлювали,
видавлюючи його з губчатого заліза, ударами молота.
В міру розвитку техніки виробництва залоза поступово підвищувалася
температура, при якій вівся процес. Метал і шлак сталі плавитися; стало
можливим розділяти їх набагато повніше. Але одночасно в металі
підвищувався зміст вуглецю й інших домішок, – метал ставав тендітним і
нековким. Так з’явився чавун.
Пізніше навчилися переробляти чавун; зародився двоступінчастий
спосіб виробництва заліза з руди. У принципі він зберігається дотепер:
сучасна схема одержання сталі складається з доменного процесу, у ході
якого з руди виходить чавун, і сталеплавильного переділу, що приводить
до зменшення в металі кількості вуглецю й інших домішок.
Сучасний високий рівень металургійного виробництва заснований на
теоретичних дослідженнях і відкриттях, зроблених у різних країнах, і на
багатому практичному досвіді. Чимала частка в цьому процесі належить
радянським ученим. Наприклад, вони першими широко застосували природний
газ для доменної плавки.
1. Виробництво сталі
У сталі в порівнянні з чавуном міститься менше вуглецю, кремнію, сірки і
фосфору. Для одержання сталі з чавуна необхідно знизити концентрацію
речовин шляхом окисної плавки.
У сучасній металургійній промисловості сталь виплавляють в основному в
трьох агрегатах: конвекторах, мартенівських і електричних печах.
2. Виробництво сталі в мартенівських печах
У мартенівських печах спалюють чи мазут попередньо підігріті гази з
використанням гарячого дуття.
Пекти має робоче (плавильне) простір і дві пари регенераторів(повітряний
і газовий) для підігріву повітря і газу. Гази і повітря проходять через
нагріту до 1200( З вогнетривку насадку відповідних регенераторів і
нагріваються до 1000-1200( С. Потім по вертикальних каналах
направляються в голівку печі, де змішуються і згоряють, у результаті
чого температура під зводом досягає 1680-1750( С. Продукти горіння
направляються з робочого простору печі в ліву пару регенераторів і
нагрівають їхню вогнетривку насадку, потім надходять у
казани-утилізатори і димар. Коли вогнетривка насадка правої пари
регенераторів остигне, остигне так що не зможе нагрівати минаючі через
них гази і повітря до 1100( З, ліва пара регенераторів нагрівається
приблизно до 1200-1300( С. У цей момент переключають напрямок руху газів
і повітря. Це забезпечує безупинне надходження в піч підігрітих газів і
повітря.
Більшість мартенівських печей опалюють сумішшю доменного, коксувального
і генераторного газів. Також застосовують і природний газ. Мартенівська
піч, що працює на мазуті, має генератори тільки для нагрівання повітря.
Шихтові матеріали (скрапи, чавун, флюси) завантажують у піч наповненою
машиною через завалочні вікна. Розігрів шихти, рас плавлення металу і
шлаку в печі відбувається в плавильному просторі при контакті матеріалів
зі смолоскипом розпечених газів. Готовий метал випускають з печі через
отвори, розташовані в найнижчої частини подини. На час плавки випускний
отвір забивають вогнетривкою глиною.
Процес плавки в мартенівських печах може бути кислим чи основної. При
кислому процесі вогнетривка кладка печі виконана з динасів ого цегли.
Верхні частини подини наварюють кварцовим піском і ремонтують після
кожної плавки. У процесі плавці одержують кислий шлак з великим змістом
кремнезему (42-58%).
При основному процесі плавки подину і стінки печі викладають з
магнезитової цегли, а звід – з динасів ого чи хромомагнезитової цегли.
Верхні шари подини наварюють магнезитовим чи доломітовим порошком і
ремонтують після кожної плавки. У процесі плавки одержують кислий шлак з
великим змістом 54 – 56% СаО.
Основний мартенівський процес. Перед початком плавки визначають
кількість вихідних матеріалів (чушковий чавун, сталевий скрап, вапняк,
залізна руда) і послідовність їхнього завантаження в піч. За допомогою
заливальної машини мульда (спеціальна коробка) із шахтою вводиться в
плавильний простір печі і перевертається, у результаті чого шихта
висипається на подину печі. Спочатку завантажують дрібний скрап, потім
більш великий і на нього кускове вапно (3 – 5 % маси металу). Після
прогріву завантажених матеріалів подають сталевий брухт, що залишився, і
граничний чавун двома трьома порціями.
Цей порядок завантаження матеріалів дозволяє їх швидко прогріти і
розплавити. Тривалість завантаження шихти залежить від ємності печі,
характеру шихти, теплової потужності печі і складає 1,5 – 3 ч.
У період завантаження і плавлення шихти відбувається часткова
окислювання заліза і фосфору майже повне окислювання кремнію і марганцю
й утворення первинного шлаку. Зазначені елементи окисляються спочатку за
рахунок кисню грубних газів і руди, а потім за рахунок закису заліза
розчиненої в шлаку. Первинний шлак формується при розплавлюванні й
окислюванні металу і містить 10 –15% Fe, 35 –45% Ca, 13 – 17% Mn. Після
утворення шлаку рідкий метал виявляється ізольованим від прямого
контакту з газами, і окислювання домішок відбувається під шаром шлаку.
Кисень у цих умовах переноситься закисом заліза, що розчиняється в
металі і шлаку. Збільшення концентрації закису заліза в шлаку приводить
до зростання її концентрації в металі.
Для більш інтенсивного харчування металевої ванни киснем у шлак уводять
залізну руду. Кисень, розчинений у металі, окисляє кремній, марганець,
фосфор і вуглець по реакціях, розглянутим вище.
До моменту рас плавлення всієї шихти значна частина фосфору переходить у
шлак, тому що останній містить достатня кількість закису заліза і
сповісти. Щоб уникнути зворотного переходу фосфору в метал перед
початком кипіння ванни 40 – 50% первинного шлаку з печі.
Після скачивания первинного шлаку в піч завантажують вапно для утворення
нового і більш основного шлаку. Теплове навантаження печі збільшується,
для того щоб тугоплавке вапно швидше перейшло в шлак, а температура
металевої ванни підвищилися. Через якийсь час 15 – 20 хв у піч
завантажують залізну руду, що збільшує зміст окислів заліза в шлаку, і
викликає в металі реакцію окислювання вуглецю
[C] + (Fe) = Coгаз.
Утвориться окис вуглецю виділяється з металу у виді пухирців, створюючи
враження його кипіння, що сприяє перемішуванню металу, виділення
металевих включень і розчинених газів, а також рівномірному розподілу
температури по глибині ванни. Для гарного кипіння ванни необхідно
підводити тепло, тому що дана реакція супроводжується поглинанням тепла.
Тривалість періоду кипіння ванни залежить від ємності печі і марки
сталі, і знаходиться 1,25 – 2,5 ч і більш.
Звичайно залізну руду додають у піч у першу періоду кипіння, називаного
поліруванням металу. Швидкість окислювання вуглецю в цей період у
сучасних мартенівських печах великої ємності дорівнює 0,3 – 0,4% у
годину.
Протягом другої половини періоду кипіння залізну руду у ванну не
подають. Метал кипить дрібними пухирцями за рахунок накопичених у шлаку
окислів заліза. Швидкість вигоряння вуглецю в цей період дорівнює 0,15 –
0,25% у годину. У період кипіння, стежачи за основностью і
жидкотекучестью шлаку.
Коли зміст вуглецю в металі виявиться трохи нижче, ніж потрібно для
готової сталі, починається остання стадія плавкі – період доведення і
розкислення металу. У піч уводять визначена кількість кускового
феромарганцю (12% Mn), а потім через 10 – 15 хв ферросилиций (12-16%
Si). Марганець і кремній взаємодіють з розчиненим у металі киснем, у
результаті чого реакція окислювання вуглецю припиняється. Зовнішньою
ознакою звільнення металу від кисню є припинення виділення пухирців
окису вуглецю на поверхні шлаку.
При основному процесі плавки відбувається часткове видалення сірки з
металу по реакції
[Fe] + (Ca) = (Ca) + (Fe).
Для цього необхідні висока температура і достатня основность шлаку.
Кислий мартенівський процес. Цей процес складається з тих же періодів,
що й основний. Шихту застосовують дуже чисту по фосфорі і сірці.
Порозумівається це тим, що кислий шлак, що утвориться, не може
затримувати зазначені шкідливі домішки.
Печі звичайно працюють на твердій шихті. Кількість скрапу дорівнює
30 – 50% маси металевої шихти. У шихті допускається не більш 0,5% Si.
Залізну руду в піч подавати не можна, тому що вона може взаємодіяти з
кремнеземом подини і руйнувати її в результаті утворення легкоплавкого
з’єднання 2Fe*Si2. Для одержання первинного шлаку в піч завантажують
деяка кількість чи кварциту мартенівського шлаку. Після цього шихта
нагрівається грубними газами; залізо, кремній, марганець окисляються,
їхні окисли сплавляються з флюсами й утворять кислий шлак, що містить до
40 –50 % Si2. У цьому шлаку велика частина закису заліза знаходиться в
силікатній формі, що утрудняє його перехід зі шлаку в метал. Кипіння
ванною при кислому процесі починається пізніше, ніж при основному, і
відбувається повільніше навіть при гарному нагріванні металу. Крім того,
кислі шлаки мають підвищену в’язкість, що негативно позначається на
вигорянні вуглецю.
Тому що сталь виплавляється під шаром кислого шлаку з низьким змістом
вільного закису заліза, цей шлак захищає метал від насичення киснем.
Перед випуском з печі в сталі міститься менше розчиненого кисню, чим у
сталі, виплавленої при основному процесі.
Для інтенсифікації мартенівського процесу повітря збагачують киснем, що
подається в смолоскип полум’я. Це дозволяє одержувати більш високі
температури в смолоскипі полум’я, збільшувати її випромінювальну
здатність, зменшувати кількість продуктів горіння і завдяки цьому
збільшувати теплову потужність печі.
Кисень можна вводити й у ванну печі. Уведення кисню в
смолоскип і у ванну печі скорочує періоди плавки і збільшує
продуктивність печі на 25-30%. Виготовлення хромомагнезитових зводів
замість динасових дозволяє збільшувати теплову потужність печей,
збільшити міжремонтний період у 2-3 рази і підвищити продуктивність на
6-10%.
3. Нові методи виробництва й обробки сталі
Електроннопроменева плавка металів. Для одержання особливо чистих
металів і сплавів використовують електроннолучевую плавку. Плавка
заснована на використанні кінетичної енергії вільних електронів, що
одержали прискорення в електричному полі високої напруги. На метал
направляється потік електронів, у результаті чого він нагрівається і
плавиться.
Електроннопроменева плавка має ряд переваг: електронні промені
дозволяють одержати високу щільність енергії нагрівання, регулювати
швидкість плавки у великих межах, виключити забруднення розплаву
матеріалом тигля і застосовувати шихту в будь-якому виді. Перегрів
розплавленого металу в сполученні з малими швидкостями плавки і глибоким
вакуумом створюють ефективні умови для очищення металу від різних
домішок.
Електрошлаковий переплав. Дуже перспективним способом одержання
високоякісного металу є електрошлаковий переплав. Краплі металу, що
утворяться при переплаву заготівлі, проходять через шар рідкого металу і
рафинируются. При обробці металу шлаком і спрямованої кристалізації
злитка знизу нагору зміст сірки в заготівлі знижується на 30 – 50%, а
зміст неметалічних включень – у два-три разів.
Вакуумування сталі. Для одержання високоякісної сталі, широко
застосовується вакуумна плавка. У злитку містяться гази і деяка
кількість неметалічних включень. Їх можна значно зменшити, якщо
скористатися вакуумированием сталі при її виплавці і розливанні. При
цьому способі рідкий метал піддається витримці в закритій камері, з якої
видаляють повітря й інші гази. Вакуумирование сталі виробляється в ковші
перед заливанням по изложницам. Кращі результати виходять тоді, коли
сталь після вакуумирования в ковші розливають по изложницам так само у
вакуумі. Виплавка металу у вакуумі здійснюється в закритих індукційних
печах.
Рафінування сталі в ковші рідкими синтетичними шлаками. Сутність цього
методу полягає в тому, що очищення сталі від сірки, кисню і неметалічних
включень виробляються при інтенсивному перемішуванні сталі в ковші з
попередньо злитим у нього шлаком, приготовленому в спеціальної
шлакоплавильної печі. Сталь після обробки рідкими шлаками володіє
високими механічними властивостями. За рахунок скорочення періоду
рафінування в дугових печах, продуктивність яких може бути збільшена на
10 – 15%. Мартенівська піч, оброблена синтетичними шлаками, по якості
близька до якості сталі, виплавлюваної в електричних печах.
Висновок
В наш час мартенівський процес виробництва сталі витіснений більш
ефективним HYPERLINK
“http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B
E%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE-%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%
82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1
%81&action=edit” \o “Кислород кислородно-конвертерним процесом
(близько 63 % світового виробництва), а також HYPERLINK
“http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%8
2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B0&action=edit” \o
“Электроплавка” электроплавко ю (понад 30 %). Починаючи з 70-х
роківгодов нові мартенівські печі в світі більше не будуються.
Зараз близько 3% світової виплавки сталі припадає на мартенівські печі.
Це слаборозвинуті країни: Україна, Індія, Росія.
Вийти з цього ганебного переліку – завдання України на найближчі роки.
Список використаної літератури
«Технологія металів і інших конструкційних матеріалів» В.Т.Жадан, Б.Г.
Гринберг, В.Я. Никонов Видання друге. 2004 рік.
«Загальна хімія» Н.Л. Глинка Видання двадцять третє.
«Металургія» А.П. Гуляєв 1966 рік.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
