yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Металургія

1.3. Виробництво сталі

1.3.1. Сировина для виробництва сталі

Сировиною для виробництва сталі є переробний чавун, скрап, флюси, окиснювачі та легуючі елементи (у процесі виробництва легованих сталей).

Основу шихти складають чавун і скрап. Вони становлять понад 90% шихти.

Чавун використовують як розплавлений, так і твердий. Якщо на металургійному заводі є доменний цех, то використовують розплавлений чавун, якщо немає, - твердий.

Скрап - відходи отримані в процесі штампування, різання, брак у ході виготовлення відливок у ливарних цехах тощо.

Флюси - це складова шихти, яка необхідна для виведення породи, попелу чи жужелиці, сірки та фосфору з розплаву. При виплавлені сталі флюсами є вапняк (СаСО3) і вапно (СаО).

Окислювачі є носіями кисню, потрібного для окислення домішок. Окислювачами можуть бути залізна руда, яка не містить фосфору та сірки, кисень тощо.

Розкислювачі потрібні для виведення кисню з розплавленої сталі. Для цього використовують сплави заліза з марганцем і заліза з кремнієм, а також алюміній. Розкислювачем є і вуглець, який міститься в розплаві.

Легуючі елементи додають до вуглецевих сталей для надання їм ліпших властивостей, а саме: великої міцності, жароміцності, жаростійкості, корозійної стійкості тощо. Сталі легують такими хімічними елементами, як Ni, Сг, Ті, V, Мо, W, Si та ін.

Джерелом теплової енергії, необхідної для розплавлення шихти, є паливо (мазут, природний, доменний і коксовий гази, кам'яновугільний пил тощо). Для отримання теплової енергії крім палива використовують також хімічну, електричну та інші види енергії.

Вибір сировини, її підготовлення до плавлення, а також вибір сталеварного агрегату, з яким пов'язано спосіб отримання сталі, істотно впливають на якість і собівартість сталі.

1.3.2. Фізико-хімічні процеси сталеваріння

У процесі варіння сталі на відміну від варіння чавуну мають місце реакції окислення компонентів сировини. Отже, сталеваріння - це процес окиснення заліза, вуглецю та домішок (кремнію, марганцю, фосфору, сірки тощо).

Залежно від складу шихти процес сталеваріння може відбуватися з окисненням або без нього. Сталеваріння з окисленням відбувається тоді, коли до складу шихти входить чавун; без окислення, коли шихту (скрап або скрап і легуючі елементи) лише переплавляють (це має місце у процесі виплавляння легованих сталей).

Сталеваріння з окисленням компонентів шихти.

1.      Окислення компонентів шихти. Окислення компонентів розплавленої шихти відбувається спочатку за рахунок кисню, який міститься в атмосфері над шихтою та її розплавом, потім за рахунок кисню, а це є оксид заліза (FeO).

Згідно із законом діючих мас швидкість хімічних реакцій пропорційна до концентрації реагуючих речовин. Отже спочатку окислюється залізо, доти, поки на поверхні розплаву не утвориться шар шлаку, кисень атмосфери окислює також інші компоненти шихти - тепер розплаву.

Утворені продукти реакції (шлак) спливають на поверхню розплаву та захищають його від подальшого окиснення киснем атмосфери.

Потім окислення відбувається під шаром шлаку за участю FеО. За високої температури оксид заліза (FеО) розчиняється в розплаві й віддає свій кисень елементам, які мають вищу хімічну спорідненість до нього, ніж залізо.

Сполука Р2О5 нестійка, вона розпадається і фосфор знову повертається в розплав. Щоб запобігти цьому, до складу шихти додають флюси, роль яких виконує вапняк (СаСОз) або негашене вапно (СаО).

Одночасно з виведенням фосфору відбувається процес виведення з розплаву сірки.

Таким чином утворюється шлак, який складається з SіО2, МnО, (СаО)4, Р2О5, СаS, а також частинок футерівки агрегату.

2. Розкислення сталі. Завершальною операцією сталеваріння є розкислення сталі: виведення кисню з розплаву та відновлення оксиду заліза (FеО).

Сталь розкислюють частково вуглецем, який міститься в розплаві, та спеціально доданими до розплаву речовинами, які називають розчислювачами.

Розкислювачі додають під час варіння сталі або при випусканні її з агрегату.

Залежно від того, як добре очищений розплав від кисню, сталі поділяють на спокійні (добре очищені), напівспокійні (частково очищені) та киплячі (погано очищені).

Леговані сталі отримують додаванням до розплаву вуглецевої сталі певної кількості феросплавів або чистих металів: нікель і кобальт уводять в агрегат під час плавлення шихти; алюміній, марганець, кремній, ванадій, титан - після розкислення, а іноді під час виливання сталі у ківш.

 

3