Реферат: Материаловедение 5

В поставленный вертикально конвертер заводится фурма и на­чинается продувка металла кислородом. Подвод кислорода интен­сивен, поэтому реакции окисления примесей в конвертере проте­кают с высокой скоростью. Начало продувки совмещается с загруз­кой в конвертер флюсов и металлодобавок. При окислении примесей под фурмой развивается температура до 2500 °С, что спо­собствует более быстрому протеканию окисления и шлакообразо­вания.

Более прогрессивной является комбинированная продувка: че­рез днище, верхнюю и боковые фурмы, что позволяет перерабаты­вать больший процент скрапа.

При воздействии струи кислорода в основном окисляется желе­зо (в ванне его 95%, остальное — примеси) по реакции (3.1). Обра­зующийся оксид железа, растворяясь в шлаке, постоянно переме­шивается с металлом. Вследствие этого примеси чугуна на границе металл — шлак интенсивно окисляются оксидом железа по реакциям (3.8)—(3.10). Часть оксида железа растворяется в металле, обогащая его кислородом:

[ FeO] = [Fe] + [О].

Поэтому окисление примесей может проводиться также кисло­родом, вдуваемым в конвертер через фурму, по реакциям (3.2)—(3.4) и кислородом, растворенным в металле, по реакциям (3.5)—(3.7).

В кислородном конвертере благодаря наличию основных шла­ков, в которых наряду с СаО имеется оксид железа FeO, и переме­шиванию металла и шлака достаточно легко протекает реакция дефосфорации (3.11), образующийся фосфат кальция удаляется в шлак.

Продукты реакции десульфурации (3.18) — сульфиды также удаля­ются в шлак. Основной шлак в конвертере вследствие значитель­ных количеств в нем оксида железа FeO затрудняет процесс десуль­фурации. Дополнительно около 10—20% серы в процессе плавки удаляется в газовую фазу.

Продувка конвертера прекращается по достижении заданного химического состава и требуемой температуры металла. Время про­дувки конвертера вместимостью 300 т составляет 12—20 мин. Для отбора проб конвертер наклоняют, на это отводится 6 мин.

Одновременно с выпуском стали проводится ее раскисление и легирование ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, атак­же легирующими элементами. Эти операции проводятся либо в конвертере, либо в ковше. Иногда раскислители вводят в струю металла при выпуске плавки (реакции раскисления (3.12)—(3.17)).

Последними операциями плавки являются слив металла и за­тем шлака, а также осмотр футеровки, их продолжительность 5—10 мин.

Таким образом, передел чугуна в сталь в кислородном конвер­тере емкостью 300 т составляет в среднем 35—40 мин, что обеспечи­вает очень высокую производительность процесса — 400—500 т/ч стали. Производительность мартеновских печей и электропечей составляет около 80 т/ч. В кислородно-конвертерных цехах выпуск стали на одного работающего на 30—50% больше, чем в мартенов­ских цехах.

В настоящее время разработаны модели и алгоритмы конвертер­ного процесса, позволяющие контролировать и регулировать ход плавки.

3.4.3. Производство стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс более универсальный по составу метал­лошихты, значительно уступает кислородно-конвертерному по про­изводительности, трудоемкости и капитальным затратам.

Мартеновский процесс передела чугуна в сталь осуществляется в пламенной отражательной печи, оснащенной системой регенера­ции, направленной на использование теплоты отходящих при го­рении газов для подогрева воздуха и газообразного топлива.

Устройство мартеновской печи схематически показано на рис. 3.2. Передняя стенка с завалочными (рабочими) окнами 2, задняя стенка со сталевыпускным отверстием, подом (подиной) и сводом образуют рабочее (плавильное) пространство печи 7.

С торцов плавильного пространства расположены головки 3 для смешивания топлива с воздухом (кислородом), подачи горючей смеси в плавильное пространство и отвода продуктов сгорания. Головки с помощью вертикальных каналов 4 соединены со шлаковиками 5, регенераторами 6и боровами (каналами) 7.

Топливом для мартеновских печей служит природный газ или мазут. На схеме воздух и газ поступают с правой стороны печи. Проходя через предварительно нагретые насадки, воздух и газ на­греваются до 1000—1200 °С. При сгорании топлива в рабочем про­странстве возникает факел с температурой 1800—1900 °С, достаточ­ной для расплавления шихты. Кроме того, температура факела обес­печивает нагрев металла до 1600— 1650 °С, что создает условия для выпуска стали и разливки ее. Раскаленные продукты сгорания (ды­мовые газы) проходят через левую головку, попадают в шлаковики, в которых улавливаются частицы плавильной пыли и шлака, а затем в левые регенераторы. В них газы разогревают насадки. Ох­лажденные до 500—600 "С дымовые газы из регенераторов проходят по боровам, через котел-утилизатор 9и устройство для очистки га­зов 10, а затем удаляются с помощью дымовой трубы 11. При дос­таточном охлаждении насадок правых регенераторов и нагреве ле­вых изменяют направление движения газов с помощью перекидных клапанов 8. Циклы повторяются.

В зависимости от огнеупорных материалов, из которых выпол­нены пол, стены и свод рабочего пространства, мартеновские печи делятся на основные и кислые.

Наибольшее распространение получила плавка стали в мартенов­ских печах с основной футеровкой, так как в них можно перераба­тывать металлошихту со значительным содержанием серы и фос­фора и получать качественную сталь.

В зависимости от загружаемых в печь материалов мартеновский процесс делится на скрап-процесс и скрап-рудный процесс.

Более прогрессивный скрап-процесс характеризуется примене­