Кислородно-конвертерный способ

Сущность данного процесса заключается в следующем: в плавильный агрегат – конвертер загружается стальной скрап, расплавленный чугун (»70% по массе) продувают струей кислорода сверху. Схема конвектора приведена ниже рис. 8.2.. Корпус (кожух) конвертора сварен их листовой стали толщиной до 100 мм. Внутренняя футеровка – двух или трехслойная толщиной 700-1000 мм - изготовлена из основных огнеупорных материалов (магнезит, доломит). Внутренний – рабочий слой- обычно выполняется из высокоупорного смолодоломитового кирпича, его стойкость до ремонта 400-800 плавок.

Рис. 8.2. Общий вид установки конвертора с фурмой: 1 – жидкий чугун; 2 - кислородная фурма; 3 – летка; 4 – сопло

Благодаря наличию основной футеровки (основной магнезитовый кирпич) в конвертор при плавке загружается известь и образуется основной шлак, что способствует достаточно полному удалению из металла серы и фосфора.

Конвертор имеет цапфы, которыми он опирается на станину и может поворачиваться для технологических операций. Вместимость конвертора 70-350 т. и имеет размеры: высоту 9м., длину 7м., диаметр горловины 3,5м. производительность такого конвертора около 2,0-2,5 млн. тонн стали в год.

Кислород под давлением поступает по водоохлаждаемой фурме, установленной по оси конвертора черех горловину. Расстояние от сопла фурмы до поверхности чугуна в ванне 0,7-3,0 м. давление кислорода 1-1,5 МПа. Технология плавки заключается в следующем. После загрузки шихты конвертор устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают дутьё. Конец продувки определяется по времени, количеству израсходованного кислорода, по виду пламени из горловины. Затем отбирают контрольные пробы металла и шлака для экспресс-анализа. Окисление железа, углерода и примесей при продувке происходит за счет газообразного кислорода, кислорода, растворенного в металле и закиси железа FeO. Одновременно с окислением примесей образуется шлак. Завершающая операция плавки – раскисление стали. Окислительный характер плавки приводит к высокой концентрации FeO в металле, что вызывает красноломкость стали при горячей деформации и ухудшению механических свойств. Раскисление обычно проводится марганцем, кремнием и алюминием, обладающими большим сродством к кислороду.

FeO + Mn = Fe + MnO;

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂;

FeO +Аl =Fe+ Аl₂О₃.

Кремний и марганец вводят в виде соответствующих ферросплавов, алюминий – в чистом виде. В зависимости от степени раскисления выплавляют стали: спокойные, кипящие, полуспокойные.

Кипящие стали – наименее раскисленные - раскисляют только ферромарганцем. В таких сталях частично остается растворенный FeO и при кристаллизации продолжается процесс: FeO +С = Fe+ СО и сталь «кипит» из-за выделяющихся пузырей оксида углерода. Газовые пузыри остаются в небольшом количестве в теле слитка и устраняются при последующей горячей прокатке. Такая сталь наиболее дешевая. При ее производстве получается наибольший выход годного металла.

Спокойная сталь – наиболее раскисленная – получается при последовательном раскислении металла ферроморганцем, ферросилицием и алюминием. В металле нет растворенного FeO, процесс кипения прекращается, сталь «успокаивается». Спокойная сталь - наиболее дорогая, значительная часть стального слитка идет вы отходы. В верхней части слитка образуется усадочная раковина, что значительно уменьшает выход годного металла.

Полуспокойная сталь раскисляют ферромарганцем и уменьшенным количеством ферросилиция. По качеству и стоимости она занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями.

Выход стали при выпуске составляет 90-95% от массы продуваемого металла.

Мартеновский способ

Мартеновским способом выплавляется более 80% стали, что объясняется широкой возможностью использования при данном способе стального лома и выплавлять самую разнообразную по качеству и сорту сталь, а так же легкостью управления ходом плавки и контроля.

В зависимости от шихтовых материалов, поступающих для плавки, различают три основные разновидности мартеновского процесса:

1- Скрап процесс, в котором шихтой служит металлический лом и чушковый чугун.

2- Скрап-рудный процесс, в котором содержание жидкого чугуна в шихте составляет 50-70%, остальное металлический лом.

3- Рудный процесс, в котором плавка ведется только на жидком чугуне без стального лома. (в настоящее время практически не применяется по экономическим соображениям).

Важнейшей частью мартеновской печи является рабочее пространство рис. 8.3. Здесь происходит важнейшие физико-химические процессы: горение топлива, окисление примесей, расплавление шихты, образование металла и шлака. Схема печи приводится ниже. Сверху рабочее пространство ограничено сводом, снизу – подом, задней и передней стенками. В передней стенке сделаны завалочные окна. Через них ведут загрузку, берут пробы, наблюдают за процессом. В задней стенке устраивается отверстие для выпуска металла и шлака, забиваемое обычно огнеупорной пробкой. Головки печи расположены симметрично. В них находятся каналы для поступления газа и воздуха и отвода продуктов горения. В нижней части головки соединяются с регенераторами для подогрева воздуха. Мартеновская печь по принципу работы является пламенной регенеративной печью. Высокая температура печных газов для получения стали обеспечивается их регенерацией в регенераторных специальных камерах, заполненных огнеупорной кладкой.

В качестве топлива для мартеновских печей используется смесь доменного, коксового и природного газов, мазут или природный газ.

На больших металлургических заводах применяются печи до 250-500 т. с размерами ванны 20 х 6 м. с площадью до 115 м². Продолжительность плавки до 12 часов. Процесс плавки состоит из нескольких последовательных периодов: заправка печи, закалка шихтовых материалов, их плавление, период кипения, раскисление и выпуска металла. После окончания плавки сталь выпускается в ковш. В мартеновских печах выплавляют углеродистые конструкционную и инструментальную стали, а также низколегированную и среднелегированную.

Рис. 8.3. Схема мартеновской печи: 1 – газовые регенераторы; 2 – воздушные регенераторы; 3, 4 – воздушные и газовые вертикальные каналы; 5 – головки; 6 – рабочее пространство печи; 7 – подина печи; 8 – свод; 9 – рабочие окна; 10 – насадка регенератора; 11 – борова