4.5. Производство стали.
По химическому составу сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, серы, фосфора, с заданным содержанием кремния, марганца и др.
Процесс передела чугуна в сталь сводится к проведению окислительной плавки для удаления избытков элементов, а при получении легированных сталей – для их добавления.
В настоящее время используются следующие материалы для выплавки стали:
– передельный чугун, скрап (металлолом) и ферросплавы;
– флюсы (известняк CaCO3 и др.) и окислительные добавки (железная руда);
– топливо (коксовый или колошниковый газ, мазут, природный газ).
Для получения стали в электропечах используется электроэнергия.
При получении стали используют кислые и основные металлургические процессы.
Способы получения стали.
Сегодня основные способы получения стали это: мартеновский, конвертерный и в электрических печах. Последний используется для получения машиностроительной стали, но не строительной.
Кислородно-конверторный процесс к середине 1970-х годов практически полностью вытеснил бессемеровский и томасовский способы производства стали из чугуна.
4.5.1. Кислородно-конвертерный способ.
Это один из видов передела жидкого чугуна в сталь продувкой технологически чистым кислородом без затрат топлива. При продувке кислородом развивается температура до 1800ºС, что способствует быстрому образованию основного шлака и удалению из него серы и фосфора, а также окислению углерода, марганца и кремния еще на первом этапе передела.
Наиболее распространен способ продувки чугуна кислородом сверху в глуходонных конвертерах.
Конвертер – это емкость грушевидной формы (рис. 4.2), которая вмещает до 100...300т стали. Кожух сваривают из листовой стали и футеруют изнутри огнеупорными материалами. При помощи цапф его можно поворачивать. Время плавки 25...50 минут. Угар металла составляет около 10%. Для переработки фосфористых чугунов в сталь применяют конвертер с основной футеровкой из доломита.
Рис. 4.2. Схема вращающегося конвертера:
а – положение конвертера для загрузки твердой шихты; б – положение конвертера для заливки чугуна; в – положение конвертера для слива стали и шлака;
1 – поворачивающаяся труба для отходящих газов; 2 – кислородная фурма
Процесс делится на три периода:
1) окисление железа, кремния и марганца:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Si + O2 = SiO2 + Q
2Mn + O2 = 2MnO + Q
2) окисление углерода:
C + FeO = CO + Fe – Q
3) окисление фосфора и серы и выделение их в шлак:
2P + 5FeO + 4CaO = (CaO)4 P2O5 + 5Fe
известь тетрафосфат кальция (шлак)
FeS + CaO = CaS + FeO
Третий период заканчивается, когда содержание фосфора уменьшится до 0,05...0,08%;
При кислородно-конвертерном способе плавки раскисление происходит не полностью, в стали много газов – сталь кипящая.
При введении в расплав ферромарганца, ферросилиция и алюминия получают хорошо раскисленную сталь – спокойную.
FeO + Mn = MnO + Fe +Q
2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + Q
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe + Q
При небольшом количестве ферромарганца, ферросилиция и алюминия получают не полностью раскисленную сталь – полуспокойную.
После раскисления сталь выливают через сливное отверстие конвертера в ковш и отправляют на разливку.