Реферат: Основы металлургичесуого производства
16. Химическая реакция окисления железа при переплавке чугуна в сталь.
2Fe + O2 ® 2FeO + 527.36 кДж/моль;
17. Протекание основных химических реакций и физико-химических явлений на этапе расплава шихты и нагрева расплавленного металла.
2FeO + Si®SiO2 + Fe + 330 кДж/моль;
5FeO + 2P®P2 O5 + 5Fe + 226 кДж/моль
FeO + Mn = MnO + Fe + 123 кДж/моль.
Ангидрид фосфора – нестойкое соединение. Его вытесняют из расплавленного металла с помощью CaO:
2P + 5FeO + 4CaO 4CaO*P2 O5 + 5Fe
18. При кипении металла происходят следующие реакции:
FeO + C = CO + Fe – 153.93кДж/моль
FeS + CaO = CaS + FeO (в шлаке)
FeS + CaO = CaS + FeO (на границе раздела металл – шлак).
19. Сущность раскисления стали, два основных способа раскисления.
Сущность раскисления заключается в восстановлении оксида железа, растворенного в жидком металле. Раскисление можно проводить двумя способами:
a) Осаждающим. Осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия). В результате раскисления восстанавливается железо, и образуются оксиды марганца, алюминия и кремния, обладающие меньшей плотностью, нежели сталь, удаляющиеся в шлак. Однако часть их может остаться в стали, что понижает её свойства.
b) Диффузионным. Осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций, ферроалюминий мелкоизмельченными загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. В соответствии с законом распределения оксид железа, растворенный в стали, начнет переходить в шлак. Оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, что уменьшает содержание в ней неметаллических примесей и тем самым повышая её свойства.
20. Стали, получаемые в процессе раскисления.
Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи или ковше.
Кипящая сталь получается при неполном раскислении. Её раскисление продолжается при остывании слитка. CO выделяется из стали, способствуя удалению из неё водорода и азота, в виде пузырьков, вызывая её «кипение».
FeO + C = Fe + CO.
Полуспокойная сталь. Сталь, раскисление которой протекает в печи и в процессе остывания слитка.
21. Легирование стали.
Легирование стали проводят для придания ей необходимых свойств. Если легирование проводят элементами, у которых сродство с кислородом меньше чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu) , то их можно вводить в любой момент плавки. Обычно легирующие элементы вводят вместе с шихтой. Если легирование проводят элементами, у которых сродство кислороду больше чем у железа(Si, Mn, Al, Cr, V, Ti и др.), то их вводят в металл после или одновременно с раскислителями, в конце плавки, а иногда непосредственно в ковш.
22. Особенности структуры слитков спокойной, кипящей и полуспокойной стали.
Спокойная сталь застывает без выделения газов. В верхней части образуется усадочная раковина, а в средней части - осевая рыхлость.
Слитки кипящей стали усадка рассредоточена по полостям газовых пузырей. При прокатке газовые пузыри завариваются. Углерод, сера и фосфор потоками выносятся на поверхность, отчего качества её ухудшаются. Поэтому при прокатке срезают только верхнюю часть.
Слитки полуспокойной стали имеют в верхней части структуру кипящей стали, а в нижней – спокойной. Ликвация в верхней части слитков близка к ликвации спокойной стали, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочной раковины.
23. Основные способы разливки стали.
В изложницы сверху – металл наливается непосредственно из ковша (применяют для обычных углеродистых сталей).
При сифонной разливке сталью заполняют сразу несколько изложниц (применяется при разливке высококачественных и легированных сталей).
При непрерывной разливке сталь непрерывно подается через промежуточное разливочное устройство в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого извлекают затвердевающий слиток.
24. Способы повышения качества стали.
Обработка металла синтетическим шлаком . Синтетический шлак содержащий 55% CaO, 40% Al2 O3 и немного SiO2 , MgO и минимум FeO, выплавляют в электрической печи и заливают на дно ковша. Затем в ковш заливают сталь. При перемешивании стали и шлака поверхность их взаимодействия резко возрастает и реакции между ними протекают гораздо быстрее. Благодаря этому улучшается пластичность и прочность стали.
Электрошлаковый переплав . Переплаву подвергают выплавленный в печи и прокатанный на круглые прутки металл. Капли расплавленного металла проходят через основной шлак, нагретый электрическим током.
Ток подводится через расплавляемые электроды (прутки). Прохождение капель расплавляемого электрода через шлак способствует их активному взаимодействию. Под слоем шлака образуется ванна расплавленного металла, которая превращается в слиток под действием кристаллизатора. Металлическая ванна пополняется расплавленными каплями электрода. Постепенная и направленная кристаллизация способствует удалению из стали газов и неметаллических включений, слиток получается плотным, однородным, с хорошим качеством поверхности. В результате ЭШП содержание кислорода в металле уменьшается в 1,5 – 2 раза, снижается концентрация серы, в 2 – 3 раза уменьшается содержание неметаллических включений, они становятся меньше и равномерно распределяются по всему объему. ЭШП позволяет получать высококачественные и жаропрочные стали.