Технологія виробництва сталі у мартенівських печах

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 «internet o «Кислород кислородно-конвертерним процесом (близько 63% світового виробництва), а також HYPERLINK «internet 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.