Реферат: Технологічні процеси одержання чорних і кольорових металів

Зі сталеплавильної печі сталь розливають у розливні ковші (металеві посудини, футеровані всередині вогнетривом). Далі сталь у ковші переносять до місця її розливання і розливають. Ковші мають місткість до400т. Із ковша сталь виливається через отвір у днищі. Сталь розливають у виливниці та на машинах безперервного розливання.

Розливання у виливниці

Виливниці-це чавунні або стальні форми, що мають квадратний, прямокутний або круглий поперечний переріз. їх заповнюють сталлю зверху або знизу. При заповненні зверху кожна виливниця заповнюється окремо. При цьому сталь розбризкується і поверхня виливка неякісна. Такий спосіб вигідний при виготовленні великих виливків. При заповненні знизу виливниці з'єднані блоком до центрального ливника спеціальними каналами. Сталь потрапляє спочатку в центральний ливник, а далі каналами підводиться до виливниць (усіх одночасно) знизу (плавно і без розбризкування). Одночасно можливо заповнювати до60виливниць. Цей спосіб високопродуктивний зливки мають відносно чисту поверхню. Він дає змогу одержувати дрібні виливки. Однак має недоліки-великі втрати металу на ливники і небезпека забруднення сталі в ливнику та каналах неметалевими домішками.

Безперервне розливання

Процес відбувається на спеціальних машинах безперервного лиття, що є нині одним із важливих досягнень науково-технічного прогресу в металургії. Сталь із розливного ковша1(рис.2)через проміжний розливний пристрій2 безперервно надходить у кристалізатор3,який охолоджується водою. У кристалізаторі формується виливок. Із кристалізатора виливок проходить зону додаткового охолодження (дрібно розбризкується вода). Затверділий виливок безперервно витягується роликами 4, дістаючи профіль. Далі газовий різак 5 розрізає його на куски потрібної довжини. Відрізані куски є заготовками для подальшої обробки.

Техніко-економічні показники такі: висока продуктивність при безперервному розливанні (у 2-2,5 рази вища, ніж при розливанні у виливниці), виливки мають високу якість поверхні, дрібнозернисту структуру, певний профіль (економія прокату становить 2-5%). Маса придатних виливків 96-98%від маси рідкої сталі. На таких машинах можна одночасно отримувати до восьми виливків. Недоліком цих машин є їх значна висота (до44м). Тому останнім часом застосовують машини з вигином виливка або із зігнутим (радіальним) кристалізатором-це радіальні і горизонтальні машини.

Техніко-економічне порівняння різних способів одержання сталі

Із використовуваних трьох способів одержання сталі найперспективнішими єдва способи-киснево-конвертерний та електрометалургійний. В окремих розвинених країнах світу вже сьогодні до90%сталі виплавляють киснево-конвертерним способом. Причини цього такі: висока продуктивність (у 250-тонному конвертері за рік можна виплавити до1200тис. т сталі); висока якість сталі; низька собівартість; капітальні витрати на будівництво і витрати на обслуговування значно менші від інших способів; для плавки можна використовувати до30%твердої шихти. Якість киснево-конвертерної сталі не поступається якості мартенівської. Перспективним є використання кисневих конвертерів з донним дуттям, при якому зменшується вигоряння заліза та різко підвищиться якість сталі, є можливість збільшити вміст у шихті скрапу.

Рис.2.Схема безперервного розливання сталі

Електрометалургійний спосіб хоч і дорогий, проте забезпечує дуже високу якість сталі. Електрометалургійним способом не тільки виплавляють, а й переплавляють сталь, виплавлену в мартенівських печах або в кисневих конвертерах. При цьому вона очищається від домішок і набуває дуже високої якості. При електрометалургійному способі можна одержувати сталь із твердої та рідкої шихти. Процес високопродуктивний.

Мартенівський спосіб має тенденцію до скорочення. Процес виплавки в мартенівській печі триває іноді3-4години (для малих печей), іноді до12і більше годин (для великих печей). Капітальні витрати на будівництво і витрати на обслуговування є значними, тому мартенівська сталь дорога. Нижчою є продуктивність. Наприклад, продуктивність 900-тонної печі становить близько 1000тис. т на рік, що менше, ніж у кисневому конвертері.

З метою покращення якості сталі, її після виплавки звичайними способами рафінують. Для цього застосовують: переплав (плазмовий, електрошлаковий, вакуумно-індукційний, вакуумно-дуговий), позапічне вакуумування, обробку синтетичними шлаками, інертними газами.

Електрошлаковий переплав

Цей спосіб рафінування сталі було розроблено у Науково-дослідному інституті електрозварюванняАН України ім. Є. О. Патона. За допомогою цього способу рафінують сталі, виплавлені конвертерним, мартенівським і електрометалургійним способами. В електродотримачі закріплюють стальний електрод1(рис.3), частково опущений в охолоджуваний водою кристалізатор2.На дно кристалізатора насипають флюс (плавиковий шпат, глинозем, оксид кальцію). При включенні електричного струму між електродом і флюсами запалюється електрична дуга, флюси плавляться. Далідуга гасне і струм проходить через розплавлений шлак. Температура сягає до 2000°С. Електрод1плавиться, і краплі сталі, проходячи через розплавлений шлак, очищаються від домішок. У кристалізаторі очищена сталь кристалізується, утворюючи виливок З круглої, квадратної чи іншої форми. Можна одержати виливок у вигляді труби.

Вакуумування.

При обробці у вакуумі сталь розкислюють, очищають від неметалевих включень (сірки, фосфору), від водню, азоту. Крім того випаровуються домішки, такі як свинець, олово та ін. Сталь стає пластичнішою, підвищується її рідкотекучість, зменшується крихкість. Вакуумування проводять у ковші, у вакуумних камерах, при розливанні. Розрізняють об'ємне, порційне, циркулярне вакуумування.

Рис. 3. Схема електрошлакового переплаву

При порційному вакуумуванні (рис. 4) у ківш 2 опускають забірну трубу вакуум-камери 1, розміщеної над ковшем. Вакуум у камері1створюється періодично, сталь засмоктується в неї порціями. При цьому зі сталі бурхливо виділяється гази та неметалеві включення.

Дуже важливе значення в чорній металургії має процес виробництва сталі із металізованої сировини (відновленого заліза) без доменного процесу. Суть бездоменного виробництваполягає в тому, що спочатку зі збагаченої залізної руди у відновлювальних шахтних печах одержують металізовану шихту (вміст заліза 90-95%), котру далі використовують в електропечах для одержання високоякісної сталі. Впровадження такої схеми виробництва дає змогу підвищити продуктивність, знизити витрати палива, флюсів, електроенергії, підвищити якість сталі, зменшити забрудненість навколишнього середовища.

Рис. 4. Схема порційного вакуумування

Важливим напрямком удосконалення сталеплавильного виробництва є сталеплавильні агрегати безперервної дії. Досвід багатьох виробництв показав, що заміна періодичного процесу безперервним сприяє підвищенню продуктивності, зниженню експлуатаційних витрат, підвищенню якості та однорідності продукції, зменшенню технологічних відходів, ефективнішому використанню додаткових матеріалів. Проблеми організації безперервного сталеплавильного процесу, вибору зручної для практичного використання конструкції агрегату безперервної дії та відпрацювання технології виплавляння сталі в цьому агрегаті досі ще не вирішені. Проте є запропоновано багато різних варіантів конструкцій САБД і технологій виплавлення в них сталі.

Основною продукцієюсталеплавильного виробництва є сталь. Сьогодні це основний конструкційний матеріал.

Сталі класифікують за наступними показниками.

1.3а способом виробництваїх поділяють на киснево-конвертерні, мартенівські, електросталі.

2.3а хімічним складомсталі є вуглецеві і леговані. У свою чергу вуглецеві є низько-, середньо- і високовуглецеві, леговані-низько-, середньо- і високолеговані. Різний вміст вуглецю та легуючих елементів впливає на їх властивості.

3.3а якістюсталі поділяють, враховуючи вміст у них шкідливих домішок. Вуглецеві сталі є звичайної якості, якісні та високоякісні. Леговані - якісні, високоякісні та особливої якості.