HomeСталь, сплавы › Производство стали

Производство стали

Производство сталиНа металлургических заводах сталь получают из жидкого передельного чугуна с добавкой стального лома в кислородных конвертерах, мартеновских и электрических дуговых печах. На машиностроительных заводах сталь плавят из стального лома с добавкой твердого передельного чугуна в мартеновских,электрических дуговых и индукционных печах.

 

В процессе плавки во все плавильные агрегаты добавляют флюсы для осуществления окислительно-восстановительных реакций и защиты расплавленного металла от воздействия воздушной среды.

 

По сравнению с чугуном в стали содержится меньше углерода и примесей кремния, марганца, серы и фосфора. Следовательно, чтобы из чугуна получить сталь, надо удалить значительную часть углерода и примесей, что делают путем окисления этих элементов. В процессе плавки окислы элементов удаляют из стали вместе со шлаком. В конце плавки из расплавленной стали отбирают растворившийся в ней кислород — сталь раскисляют. Раскислителями служат ферросплавы.

 

Сталь, выплавленную в конвертерах и мартеновских печах, по степени раскисления подразделяют на кипящую, спокойную и полуспокойную. Кипящей называют сталь, раскисленную только марганцем, т. е. неполностью раскисленную. При разливке и охлаждении такой стали из нее выделяются пузырьки газов, которые создают впечатление кипения стали. Не успевшие выделиться газы образуют внутри металла пузырьки, которые распределяются по всему объему слитка.

 

При горячей прокатке слитков кипящей стали эти пузырьки, имеющие чистые неокисленные стенки, хорошо завариваются. Стоимость кипящей стали меньше, чем спокойной и полуспокойной сталей, что объясняется меньшим расходом раскислителей при плавке и меньшим количеством отходов металла при прокатке. Кроме того, кипящая сталь лучше прокатывается и штампуется.

 

Листовой металл для глубокой вытяжки, сварные трубы делают из слитков кипящей стали. Кипящими выпускают только малоуглеродистые стали.

Спокойная сталь разливается полностью раскисленной. Спокойная сталь содержит меньше растворенных газов. Она более однородна по составу, чем кипящая сталь, поэтому обладает более высокой прочностью. Спокойную сталь используют преимущественно для изготовления тяжелонагруженных деталей машин ответственного назначения, от которых требуется высокая стабильность и равномерность свойств по всему их сечению. Стали с содержанием углерода выше 0,2% разливаются полностью раскисленными.

 

Полуспокойная сталь по степени раскисления занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной. Раскисляется неполностью марганцем и частично кремнием.

Выплавка стали в кислородном конвертере. Этот способ производства стали в последнее время получил широкое распространение, так как в конвертерах можно перерабатывать чугун, а также железный лом.

Кислородный конвертер представляет собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный изнутри огнеупорными материалами. В конвертер сначала загружают стальной лом в количестве до 20% от массы плавки и разогревают лом газовой горелкой. Затем заливают жидкий чугун и добавляют флюсы (известь и железную руду) для образования шлака, после чего через водоохлаждаемую медную трубу  в горловине конвертера вдувают кислород под давлением около 1 МПа (10 кгс/см2). Фурма может перемещаться с помощью направляющей  в вертикальном направлении.

 

Газообразные продукты горения и и др. удаляются с помощью зонта. При продувке кислородом происходит интенсивное окисление кремния, марганца, углерода и частично железа. Окисляются также вредные примеси — сера и фосфор. Окислы пепеходят в шлак и удаляются из конвертера. Реакции окисления идут с выделением тепла, поэтому температура металла в конвертере повышается до 1650° С.

 

Продувку продолжают до тех пор, пока содержание углерода в стали не достигнет заданного предела. После раскисления стали добавляют легирующие элементы и производят выпуск стали. Общая продолжительность одной плавки около 45 мин. В настоящее время мощность кислородных конвертеров составляет 360 т; проектируются конвертеры мощностью 500 т.

 

В кислородных конвертерах можно получить из чугуна углеродистые стали любого химического состава, не уступающие по качеству стали, получаемой в мартеновских печах.

 Выплавка стали в кислородных конвертерах — высокопроизводительный и перспективный процесс. Выплавка стали в мартеновских печах, представляет собой сложный металлургический агрегат, состоящий как бы из двух этажей: верхнего и нижнего. На верхнем этаже находится специальная ванна, выложенная из огнеупорного кирпича, в которой ведется плавка. На нижнем этаже расположены четыре  камеры-регенераторы, стены которых выложены огнеупорной кладкой в виде решеток.

 

В плавильное пространство печи через  окна  сначала загружают холодные твердые материалы (стальной лом и передельный чугун) и разогревают их. Затем заливают жидкий чугун, подают флюсы и железную руду дляя окисления примесей. По каналам  в верхнюю часть печи подводятся предварительно подогретые в регенераторах газ и воздух, которые смешиваются и сгорают, выделяя тепло для расплавления металла

В процессе плавки клапаны несколько раз переключаются. В результате продукты горения нагревают то одну, то другую пару регенераторов,а топливо (газ и воздух), также меняя направление, подаются в печь только через раскаленную пару регенераторов. На последнем этапе плавки происходит раскисление металла. Готовую сталь выпускают, окончательно раскисляя при выпуске алюминием. Процесс плавки длится 5-7 ч; вместимость печей достигает 900 т стали.

 

В мартеновских печах плавят качественные углеродистые и легированные стали, из которых изготовляют прокат различных профилей, трубы, балки и другие изделия.

Выплавка стали в электрических печах. Электрические сталеплавильные печи подразделяются на дуговые и индукционные.

 

Дуговая электросталеплавильная печь  имеет цилиндрическую форму и состоит из стального кожуха, выложенного изнутри  огнеупорным кирпичом. Сверху печь накрывается крышкой, называемой сводом. Через специальные отверстия в своде в печь опускают три графитовых электрода почислу фаз трехфазного электротока и включают ток. Между электродами и металлом в печи возникает электрическая дуга которая создает высокую температуру, и шихта плавится. Дальше процесс ведется так же, как в мартеновских печах.

 

Качество стали, выплавленной в дуговых электрических печах, выше, чем качество конвертерной и мартеновской сталей, что достигается следующим: меньшей насыщенностью газами О2, N2, Н2 и др., так как в электрической печи отсутствуют газовая окислительная атмосфера и продукты горения; применением более химически активного шлака, с которым лучше удаляются вредные примеси.

 

В дуговых электрических печах можно выплавлять высококачественные легированные стали, содержащие тугоплавкие элементы,- вольфрам, молибден, ванадий.

В настоящее время большинство сортов специальных сталей выплавляется в электрических печах, вместимость которых колеблется от 1 до 100 т.

 

Индукционная печь представляет собой многовитковый спиральный индуктор, выполняемый обычно из медной водоохлаждаемой трубки. Внутри индуктора помещается огнеупорная футеровка в виде тигля, куда закладывается строго дозированный по расчёту металл. На индуктор подается переменный ток, который создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток пронизывает металл и возбуждает в нем мощные вихревые токи, которые нагревают металл до высоких температур.

 

Шлак, не обладающий магнитной проницаемостью (т. е. ток в нем не индуцируется), нагревается от? металла; в результате температура шлака ниже температуры металла.

Следовательно, при плавке в индукционной печи шлак малоактивен, окислительно-восстановительные реакции затруднены. Поэтому плавку в индукционной печи ведут преимущественно методом переплава высоколегированных сталей.

 

При переплаве легирующие элементы не выгорают, химический состав металла при плавке почти не изменяется. Шлак служит защитным слоем от окисления и поглощения газов из воздуха. Качество стали получается очень высокое. Расход электроэнергии 700-900 кВт-ч/т стали. Применяют печи вместимостью до 10 т.

 

Разливка стали. Когда плавка в конвертерах, мартеновских печах и электропечах закончится, сталь выпускают в специальный ковш, из которого производят ее разливку одним из приведенных ниже способов.

 

Разливку сверху осуществляют в изложницы — высокие металлические формы. После того как металл застынет, получаются слитки, с которых снимают изложницы. Этим способом изготовляют крупные слитки.

 

При разливке снизу — сифонный способ — изложницы  устанавливают на специальные металлические плиты. Изложницы соединяются между собой и с центральным литником в который заливают из ковша  сталь. Изложницы заполняются по методу сообщающихся сосудов. Через один литник отливают до 30 некрупных слитков.

 

Непрерывная разливка стали-наиболее прогрессивный способ, разработанный советскими металлургами. Установка для непрерывной разливки стали была пущена впервые в нашей стране в 50-х годах. Жидкая сталь из ковша через промежуточную воронку  поступает в медную водоохлаждаемую форму — кристаллизатор. Дно кристаллизатора перед заливкой закрыто крышкой — затравкой с ласточкиным хвостом. Жидкая сталь, попав в кристаллизатор, быстро затвердевает, приваривается к затравке и вместе с ней вытягивается валками. При выходе из кристаллизатора слиток, поверхность которого затвердела, подвергается дополнительному охлаждению дождевальным устройством.

 

Окончательно затвердевший непрерывный слиток  валками 10 подается на тележки  и газорезкой  разрезается на отрезки заданной длины. По сравнению с разливкой в изложницы непрерывная разливка стали обеспечивает уменьшение потерь металла, не требует прокатки слитков на блюмингах и слябингах и изготовления изложниц.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.