загрузка...

Сталь, ее свойства, производство и применение

Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие ме-ханические и технологические свойства — обрабатывается дав-лением, резанием, хорошо льется. Она является основным видом конструкционных материалов в промышленности и строительстве. На рис. 3.4 представлена схема сталеплавильного производства.
Максимум производства стали — 89,7 млн т был достигнут в 1990 г., затем началось падение производства — до 43,7 млн т в 1998 г., с 1999 г. начался подъем и в 2007 г. ее производство составило 62,8 млн т или 70% от 1990 г., в том числе производство кислородно-конвертерной стали165%, электростали — 75%. Выпуск готового проката составил 70%, стальных труб — 51%.
Исходными материалами для производства стали служат: передельный чугун, металлолом (скрап), отходы металлургического производства, при этом в промышленно развитых странах Запада использование металлолома носит более приоритетный характер, чем чугуна, так как это приносит меньше экологических убытков, дает более дешевую продукцию и возможность получения сразу легированных сталей.
Задача плавки состоит в удалении углерода и примесей
- фосфора, серы, кремния и др. Процесс плавки состоит из трех этапов:
1. В расплавленной шихте под воздействием вдуваемого кислорода или кислорода добавляемой руды окисляются и всплывают в виде шлака примеси.
2. Углерод окисляется кислородом и удаляется с по-верхности, при этом сталь как бы кипит.
3. Так как при продувании часть кислорода соединилась с железом, производится ее раскисление путем ввода ферромарганца, ферросилиция и ферроалюминия. Раскисленная сталь при разливке не кипит и обозначается при маркировке как сп, нераскисленная сталь после застывания содержит пузырьки газа и на-зывается кипящей (кп), промежуточная — полуспокойная (пс). Ос-новными способами получения стали являются мартеновский, кислородно-конвертерный и электротермический с постепенным уменьшением доли мартена. На Ново-Оскольском комбинате применена схема прямого восстановления железа из руд, при которой сталь производится из руды, минуя стадию получения чугуна.
Производство стали в кислородных конвертерах.
В кислородных конвертерах выплавляется большая часть стали. Сущность кислородно-конвертерного способа плавки стали состоит в том, что через расплавленный и залитый в конвертер чугун продувается технически чистый кислород, который вступает в реакцию с углеродом чугуна и примесями, переводит их в шлак и отходящие газы.
Конвертер представляет собой стальной сосуд грушевидной формы. Наружная часть — кожух изготавливается из толстолистовой стали. Внутренняя часть футерована (выложена) огнеупорным материалом. Конвертер опирается на стойки и может поворачиваться при сливке стали и шлака.
Подвод кислорода под давлением осуществляется с по-мощью фурмы. Сначала в конвертер загружают холодные мате-риалы: стальной скрап (металлолом), известь, железную руду, затем заливают расплавленный чугун. После заливки, через ох-лаждаемую медную трубку (фурму) подается под давлением кислород. Необходимая температура плавки при этом достигается за счет сгорания углерода чугуна и примесей.
Завершающей стадией является раскисление стали, которое производится для удаления из расплава кислорода, при-сутствующего в нем в виде оксидов железа. Для раскисления стали в ее расплав загружают ферромарганец, ферросилиций или алюминий.
По сравнению с мартеновским конвертерный способ производства стали отличается высокой производительностью (процесс длится 50-60 мин., в то время как мартеновский — до 12 час.), лучшими экологическими свойствами, так как не ис-пользуется топливо, и требует меньше капвложений. Сталь по-лучается несколько хуже мартеновской.
Мартеновский способ получения стали. Мартеновская печь представляет собой пламенную печь (рис.
3.6), в которой над плавильным пространством достигается необходимая температура за счет сгорания газа, предварительно нагретого в регенераторах-теплообменниках
Газ и обогащенный кислородом воздух проходят через регенераторы — массивные конструкции из огнеупорного кирпича и по каналам 2 поступают в плавильное пространство печи. Здесь газ и воздух смешиваются и сгорают, образуя пламя высокой температуры. Продукты сгорания по каналам 1 поступают во вторую пару регенераторов, нагревают их и выходят в дымовую трубу. Затем клапаны переключаются, кислород и газ направляются через нагретые регенераторы, нагреваются и поступают в плавильное пространство. По мере охлаждения регенераторов направление газа и воздуха снова меняют на обратное, и процесс повторяется. Таким образом, газ и воздух при работе печи попеременно переходят через нагреваемые то левые, то правые регенераторы, что дает возможность достичь необходимой температуры плавки за счет предварительного нагрева вдуваемых газа и воздуха за счет отходящих газов.
Недостаток мартена состоит в том, что, во-первых, он требует затрат на энергоресурсы, во-вторых, их сжигание за-грязняет атмосферу, в-третьих, производительность его ниже, чем в конвертерах. Поэтому в Японии, Англии, Германии мартены заменены конвертерами, в России проведены работы по их модернизации, однако проблема их замены еще остается
Плавка стали в электропечах. Плавка стали происходит в печах, нагреваемых под воздействием электрического тока. Печи подразделяются на электродуговые, где плавка происходит за счет электрической дуги, возникающей между шихтой и графитовыми электродами, и индукционные, где плавка осуществляется нагревом шихты за счет индукции вихревых токов.
Преимущество: быстрая нагреваемость, контролируе-мость процесса, возможность создания вакуума или установ-ленной определенной газовой среды. Получают сталь высокого качества и заданного состава, так как исключаются примеси. В настоящее время этот способ широко применяют для выплавки?
высококачественных углеродистых и легированных сталей, а также ферросплавов. В 2007 г. электротехническая сталь составила 26% общего выпуска стали.
Электродуговая сталеплавильная печь представляет собой стальной цилиндр, выложенный огнеупорным кирпичом. Сверху вставлены три графитовых электрода. При пропускании электрического тока между ними и шихтой возникает вольтова дуга и происходит нагрев металла.
Индукционная сталеплавильная печь состоит из тигля (сосуда, выложенного огнеупорным кирпичом) и водоохлаждаемого индуктора. При прохождении по индуктору тока высокой частоты (500-2000 кГц) образуется электромагнитный поток, который индуцирует в металлической шихте мощные вихревые токи, нагревающие ее до расплавления (устройство напоминает домашнюю микроволновую печь). По окончании плавки сливается сначала шлак (верхний слой), затем сталь.
Индукционные печи по сравнению с дуговыми обладают рядом преимуществ:
а) отсутствие дуги позволяет выплавлять металлы с малым содержанием углерода и газов;
б) возникающие электродинамические силы перемешивают жидкий металл, способствуя выравниванию химического состава и всплыванию неметаллических включений;?
в) индукционные печи отличаются небольшими размерами, что позволяет помещать их в специальные камеры и создавать в них любую атмосферу или вакуум.
Плавка в вакууме позволяет получать сплавы с мини-мальным содержанием газов и неметаллических включений, ле-гировать сплавы любыми элементами.
Недостатками плавки являются ее малая производи-тельность и большая энергоемкость. Продолжительность плавки в индукционной печи емкостью 1 т составляет около 45 мин., расход электроэнергии на 1 т стали — 600-700 кВтч.
<< | >>
Источник: Багров Н.М.. Основы отраслевых технологий. 2010

Еще по теме Сталь, ее свойства, производство и применение:

  1. Алюминий и его сплавы: свойства, производство и применение.
  2. Никель: свойства и применение.
  3. Титан: свойства и применение
  4. Основные виды, свойства и применение
  5. Легкоплавкие металлы: общая характеристика, свойства и применение.
  6. Основные виды термопластичных пластмасс, их свойства и применение
  7. Основные виды термореактивных пластмасс, их свойства и применение
  8. Чугун. Производство, классификация и применение.
  9. Эффективность применения логистического подхода к управлению материальными потоками на производстве
  10. Эффективность применения логистического подхода к управлению материальными потоками на производстве
  11. Применение: оценка чрезвычайных вводимых факторов производства