Производство стали в конверторах, мартеновских и электродуговых печах

Кислородно-конверторный способ. Существует несколько способов подачи кислорода в конвертер: продувка ванны кислородом сверху, донное дутье и комбинация этих двух способов. Рассмотрим только способ продувки ванны, жидкого металла, кислородом сверху. Кислородно-конвертерный способ выплавки стали отличается от электросталеплавильного меньшими затратами на энергию. Основным сырьем кислородного-конвертера являются 70-80% жидкого чугуна из доменных печей и стального лома. Которое загружают в конвертер. После производится продувка конвертера чистым кислородом (> 99,5%) под высоким давлением. Кислород окисляет углерод и кремний, содержащиеся в расплавленном металле с выделением большого количества тепла, которое расплавляет металлический лом. Это приводит к меньшим энергетическим затратам при окисления железа, марганца и фосфора. Выделенное тепло передается обратно в ванну при выходе из конвертера угарного газа. Продукт кислородно- конверторной выплавки стали, является расплавленная сталь с заданными химическим свойствами при температуре 2900 ° F-3000 ° F. Далее сталь может подвергаться вторичной переработке или быть направлена непосредственно на машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где она затвердевает в форме: блюма, заготовки, или плиты. Основой является оксид магния (MgO), который при контакте с расплавом образует основные шлаки. Эти шлаки, необходимы для удаления фосфора и серы из расплава.

Мартеновские печи.Один недостаток – используется топливо, причем в больших колличествах. Периоды процесса получения стали в мартеновской печи длится 5—8 часов (при скоростном сталеварении - до 4,5—5,5 часа) и состоит из этапов:

1. Плавление. Плавление начинается ещё до окончания загрузки печи. Плавление стараются проводить при максимальной температуре, чтобы препятствовать растворению в металле газов и не допустить излишнего окисления. В этот период интенсивно окисляются кремний, марганец, железо, фосфор, образуется большое количество закиси железа .

2. Окисление. Происходит окисление углерода за счёт ранее образованного . Формула реакции: . Образующийся угарный газ приводит расплав в состояние кипения. В течении 2—3 часов доля углерода в расплаве уменьшается и становится ниже 2 %.

3. Раскисление. Если к окончанию плавки в стали растворено большое количество , это придаёт стали хрупкость в горячем состоянии — красноломкость. Для удаления кислорода сталь раскисляют ферросилицием, ферромарганцем или алюминием. Иногда для проверки раскалённый кусок стали подвергают ковке - при плохой раскисленности образуются трещины.

При необходимости, после раскисления вводят легирующие элементы: ферротитан, феррохром, высококремнистый ферросилиций, чистый никель и др. После окончания плавки сталь выпускают в ковш.

Принципиальная схема мартеновской печи:
1 — свод, 2 — завалочные окна, 3 — ванна расплава, 4 — головки, 5 — регенераторы, 6 — перекидные клапаны.

Электродуговые печи. Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.

Процесс плавки металла в электродуговой печи состоит из следующих этапов:

1- подготовка печи, заключается в устранении дефектов, полученных в предыдущих плавках, а также завалки шихты.

2- Плавка металла, заключается в полной расплавке шихты, процесс можно ускорить с помощью газовых горелок, вмонтированных в стены плавильного пространства. Обычно стадия плавления в данном типе печи не превышает 180 минут, в наиболее крупных печах.

3- Окисление, слив шлака, после чего добавка флюсов и других элементов для удаления вредных примесей и получения эффекта кипения, пузырьки которые проходят от дна ванны к поверхности металла помогут сделать металл более монотонным с точки зрения кристаллической решетки. После производится нагрев и придание необходимой температуры для выпуска стали.

4-Восстановительная стадия- добавка раскислителей которые позволяют вывести кислород, который способствует коррозии металла в раскаленном состоянии, а также способствует его хрупкости. Для этого используются следующие добавки: углерод, кремний, марганец. Так же эти присадки способствуют удалению из металла серы. Поддину зачастую выполняют из магнезитового кирпича и превышение температуры 1500- 1800 градусов будет нежелательным. Наивысшую температуру футеровка набирает в процессе «Восстановления»- температура футеровки составляет 1800 градусов, а наиболее низкая температура футеровки при окислительном периоде. Стойкость футеровки стен и свода не превышает 250 плавок, футеровка поддины способна выдержать до 5000 плавок, но придерживаться этих цифр при плавке не желательно-так как это максимальные значения, и все зависит от правильности эксплуатации печи, аккуратности загрузки футеровки, избежание чрезвычайно резких перепадов температур в печи. При плавке в плавильной ванне образуется большое количество газов, которые по отводным каналам выводятся в атмосферу.