Что такое скрап процесс и скрап рудный процесс
Описание скрап-процесса, основные этапы изготовления стали, химические реакции при плавке
Мартеновскую сталь выплавляют, главным образом, основным процессом, который разделяется на скрап-процесс и скрап-рудный процесс.
1. Скрап-процесс, при котором основную массу шихты составляет скрап с добавкой чушек чугуна, применяется на малых печах (до 100 т) на машиностроительных заводах, где нет доменных печей.
Кислый мартеновский процесс применяется в небольших печах с кислой футеровкой, где нельзя использовать известь, следовательно, удалять из металла серу и фосфор. Поэтому требуется очень чистая шихта по S и Р. Это дорого.
Мартеновский основной скрап-процесс металлурги разделяют на ряд периодов плавки стали.
2) Завалка (загрузка) шихтовых материалов осуществляется через загрузочные окна завальными машинами (скрап, известняк и чугун в чушках).
3) Период плавления. При плавлении чугуна и скрапа Si и Мn чугуна окисляются почти полностью избыточным кислородом печных газов:
Известь тоже разлагается:
Образуется слой шлака из окислов, и окисление металла непосредственно кислородом пламени прекращается.
В период плавления создаются благоприятные условия для удаления фосфора.
2Р + 5FеО + 4Са = (СаО)4 . Р2О 5 + 5Fе.
Эта реакция называется процессом дефосфорации.
4) Период кипения ванны. Для этого в печь подают некоторое количество железной руды или вставляют сверху фурму 3 и продувают ванну кислородом. Происходит интенсивное выгорание из стали избытка углерода с образованием угарного газа:
Пузырьки СО всплывают на поверхность, и ванна начинает “кипеть”. При этом шлак вспенивается, начинает увеличиваться в объеме и выливается через одно из окон в шлаковый ковш. Эта реакция называется главной в мартеновской плавке, т. к. из-за энергичного перемешивания металла:
а) выравнивается температура металла в ванне;
б) за счет выгорания углерода происходит доводка химического состава стали по углероду;
в) пузырьки СО, поднимаясь на поверхность, захватывают с собой вредные газы N2 и Н2 и шлаковые капли. Чистота стали повышается;
г) выравнивается химический состав стали.
Этому способствует наличие большого количества СаО в шлаке (45-50 % СаО), уменьшение количества закиси железа FеО, нагрев металла до самой высокой температуры. Если в шлаке и стали будет много FеО, то по закону действующих масс реакция не пойдет.
Начиная с расплавления шихты, до выпуска стали из печи, регулярно отбирают пробы металла и шлака для химического экспресс-анализа состава. Если содержание углерода, S и Р соответствует заданному, приступают к раскислению стали. Если нет, то снова подают в печь флюс, производят продувку стали кислородом, вспенивают шлак, скачивают его в ковши, при этом происходит снижение содержания С, S и Р. Иногда вместо кислорода подают в печь чистую по сере и фосфору руду.
Основным скрап-процессом, как правило, выплавляют спокойную, качественную сталь. При выплавке легированных сталей легкоокисляющиеся легирующие элементы (Сr, V, Ni и Мо) в виде ферросплавов вводят в ванну после раскисления.
Основные сведения о мартеновском процессе
Мартеновский процесс
Исходные, или шихтовые, материалы при мартеновской плавке стали делятся на металлические и неметаллические.
К металлическим материалам, составляющим шихту, относятся:
К неметаллическим составным частям шихты относятся железная руда, применяемая для окисления и последующего удаления ненужных примесей, и так называемые флюсы, предназначенные для образования шлака. Для основной печи флюсами являются известняк, негашеная известь, а также плавиковый шпат и боксит; последние два вида флюсов добавляются для разжижения шлака.
В зависимости от состава шлаков и качества получаемой стали мартеновский процесс может быть кислым или основным.
Кислый процесс ведется в печах с кислой (динасовой) футеровкой ванны печи. Некоторые качественные показатели кислой стали (упругость, вязкость, содержание водорода, плотность, однородность) выше, чем у стали, получаемой при основном процессе, при одинаковых показателях прочности. Однако при кислом процессе из металла нельзя удалить в нужной степени такие вредные примеси, как фосфор и серу. Поэтому для получения кислой стали должны применяться дорогостоящие высококачественные (чистые по сере и фосфору) чугуны, отборный лом II малосернистое топливо. Производительность кислых печей ниже основных. Все указанное вызывает значительное удорожание кислой стали, в результате чего она выплавляется в незначительных количествах и применяется в особо ответственных конструкциях (в основном в машиностроении), тем более что в настоящее время уровень технологии позволяет выплавлять многие качественные марки стали в основных печах.
Основной процесс благодаря основным шлакам дает возможность удалять из проплавляемой шихты значительные количества фосфора и серы.
Основной процесс имеет две разновидности:
Для ускорения окисления (выгорания) примесей при скрап—рудном процессе в шихту вводится значительное количество железной руды с богатым содержанием железа. В настоящее время большая часть стали получается скрап—рудным процессом.
Процесс выплавки стали путем основного скрап—рудного процесса разделяется на следующие периоды: завалка шихты, плавление, кипение и раскисление.
Под влиянием высокой температуры в мартеновской печи, помимо изменения физического состояния вещества (перехода его из твердой фазы в жидкую), происходят химические реакции, главным образом реакции окисления.
Для получения стали в мартеновскую печь в расчетных количествах и определенном порядке загружают шихту — чугун, стальной лом, руду и флюсы.
Металлическая шихта кроме железа содержит следующие примеси: кремний (51), марганец (Мп), углерод (С), серу (Б) и фосфор (Р). Этих примесей в шихте больше, чем их должно быть в стали, поэтому излишек их надо удалить.
Удаление примесей происходит в результате их окисления. Окислы переходят в шлак или удаляются с продуктами горения. Для получения окислов необходим кислород, источником которого являются печная атмосфера и железная руда.
Течение химических реакций в печи начинается с начала завалки шихты в результате непосредственного контакта отдельных элементов (железа и примесей) с кислородом, содержащимся в печной атмосфере.
Под влиянием высокой температуры шихта расплавляется с образованием жидкого металла и шлака. В образовании шлака принимают участие окислы железа и примесей, а также флюсы, причем шлак, удельный вес которого меньше, чем у металла, всплывает вверх.
С этого момента прекращается непосредственное окисление железа и примесей за счет кислорода печной атмосферы. Дальнейшее развитие процессов окисления определяется реакциями между расплавленными металлом и шлаком, причем последний подвергается прямому химическому воздействию кислорода печной атмосферы и окислов железа, поступающих с добавляемой железной рудой. Получившаяся в результате окисления железа закись железа (БеО), взаимодействуя на поверхности шлака с кислородом печной атмосферы, образует в шлаке магнитную, окись железа (БезО*), которая, распределяясь В шлаке, граничащем с металлом, окисляет железо в закись железа. Поступившая в металл закись железа за счет своего кислорода окисляет находящиеся в нем примеси (кремний, марганец, фосфор и углерод).
В результате этих химических реакций и взаимодействия металла со шлаком окисленные кремний, марганец, фосфор и сера переходят в шлак, а углерод в виде СО всплывает пузырьками и сгорает на поверхности ванны.
Процесс выделения пузырьков окиси углерода из жидкого металла называется кипением ванны.
К концу процесса плавки в жидкой стали всегда остается некоторое количество кислорода, находящегося в неметаллических включениях— окислах и силикатах, а также в закиси железа. Кислородные включения ухудшают свойства стали. Удаление, кислорода из металла достигается раскислением, являющимся последней и наиболее ответственной операцией процесса получения качественной стали.
Раскислители, взаимодействуя с закисью железа, отбирают от нее кислород и переводят его либо в печную атмосферу в виде газов, либо в шлак в виде окислов. Наиболее распространенными раскислителями являются ферромарганец, ферросилиций, алюминий и др. В зависимости от степени раскисленности сталь при застывании в изложницах получается кипящей, полуспокойной и спокойной.
Кипящая сталь, получаемая при раскислении металла в печи ферромарганцем или зеркальным чугуном, является наиболее дешевой сталью. Из нее прокатываются профильные сорта, лист, проволока, трубы и другие изделия.
Спокойная сталь раскисляется присадкой ферромарганца в печи, ферросилиция в желобе и алюминия в ковше. Спокойная сталь применяется для плотных и однородных изделий. Большинство качественных и легированных сталей выплавляется по этому способу.
Полуспокойная сталь получается при раскислении ее теми же раскислителями, что и спокойной стали, но применяемыми в меньших количествах. По химической однородности она занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной» сталью.
Разновидности мартеновского процесса
Мартеновские печи отапливаются высококалорийным топливом (природным газом или мазутом), а также средне- и низкокалорийным топливом (генераторным и коксодоменным газом). При отоплении высококалорийным топливом отпадает необходимость в его подогреве, достаточно подогревать только воздух. Конструкция мартеновских печей при этом упрощается, а их производительность возрастает. Поэтому в настоящее время мартеновские печи преимущественно работают на высококалорийном топливе.
По применяемым для изготовления подины огнеупорным материалам печи делятся на кислые (футеровка из кремнеземистых материалов) и основные (футеровка из магнезитсодержащих материалов). В связи с ограниченной возможностью удаления серы и фосфора в кислых печах и интенсивным разрушением кислой футеровки в случае интенсификации ведения процесса применяемые мартеновские печи в настоящее время преимущественно основные.
Мартеновские печи могут работать как на одном металлическом ломе, так и на 100% жидкого чугуна. В этом отношении они являются самыми универсальными сталеплавильными агрегатами. Однако, если в первом случае вследствие малого содержания углерода металл плохо расплавляется и перемешивается, то во втором реакции идут чрезмерно бурно с образованием большого количества шлака. В обоих случаях усложняется ведение процесса и ухудшаются технико-экономические показатели работы печей.
Поэтому мартеновский процесс налаживают одним из двух способов: скрап-процессом или скрап-рудным процессом. При скрап-процессе расход жидкого чугуна составляет 30—40% и лома 60—70%; при скрап-рудном процессе расход жидкого чугуна составляет 55—75%. В случае работы; печи скрап-рудным процессом не требуется тепла для расплавления чугуна, что снижает расход топлива и увеличивает производительность печи.
Большинство мартеновских печей работает скрап-рудным процессом на заводах с полным металлургическим циклом, т. е. на заводах, в состав которых входят доменные печи. Скрап-процесс используется на заводах с неполным циклом, а также на машиностроительных.
Кислый мартеновский процесс
В течение первых 15-20 лет развития мартеновского процесса плавку вели только в кислых печах, т. е. в середине XIX века работали исключительно кислым процессом. В дальнейшем кислый процесс постепенно заменили основным процессом, что объяснялось невозможностью дефосфорации и десульфурации металла при ведении плавки под кислыми шлаками. Кислые шлаки имеют большую вязкость, меньше передают металлу кислорода и тепла из рабочего пространства печи, поэтому продолжительность плавки и расход топлива больше, производительность и стойкость кислой печи меньше, чем основной. Несмотря на это кислым мартеновским процессом и в настоящее время выплавляют небольшое количество стали, так как кислая мартеновская сталь имеет меньшее содержание и особенно благоприятное расположение неметаллических включений. Благодаря этому изделия из кислой стали имеют меньшую анизотропию свойств вдоль и поперек волокон, получаемых после обработки давлением, и лучше переносят динамические нагрузки.
Кислая мартеновская сталь, выплавляемая в настоящее время, как правило, является легированной и используется для изготовления подшипников, некоторых деталей бурового оборудования, прокатных валков и других изделий, несущих динамические нагрузки и имеющих ответственное назначение. Кислая сталь значительно дороже основной, так как, во-первых, для кислых мартеновских печей требуется шихта, чистая по содержанию фосфора и серы; во-вторых, производительность и стойкость кислых печей ниже основных. Тем не менее, в ряде случаев применение кислой стали экономически оправдано вследствие существенного повышения долговечности и надежности работы изделий из нее.
Если имеется малофосфористый и низкосернистый чугун, который обычно получают на древесном угле, то плавку стали в кислых мартеновских печах ведут по обычной схеме, например, как при обычном скрап-процессе: в шихту вводят 30-35% чугуна, высококачественный лом и плавку полностью ведут в одном агрегате, считаясь с особенностями проведения периода доводки.
Однако в настоящее время древесноугольный чугун в металлургических целях не производят, и в шихте кислых мартеновских печей чугун полностью или частично заменяют полупродуктом, получаемым в основных мартеновских печах из обычного коксового чугуна. Следовательно, современный кислый мартеновский процесс по существу является второй стадией дуплекс-процесса: основная мартеновская печь-кислая мартеновская печь.
В основной мартеновской печи производят предварительное рафинирование обычного передельного чугуна главным образом для дефосфорации и десульфурации его. В кислой печи завершают рафинирование (в основном, удаление углерода и газов), производят нагрев металла до требуемой конечной температуры, а также раскисление и легирование.
Полупродукт, полученный в основной мартеновской печи, может подаваться в кислую печь в жидком или твердом виде – в виде так называемых шихтовых болванок (ШБ). Если полупродукт получают в том же цехе, где находится кислая печь, то для повышения производительности кислой печи целесообразно работать на жидком полупродукте, используя его физическое тепло и уменьшая продолжительность периода плавления. Однако при работе на жидком полупродукте трудно синхронизировать работу основной и кислой печей, увеличивается износ ванны кислой печи и возрастают простои для заправки и горячих ремонтов. В связи с этим ШБ используют для плавки не только в том случае, когда полупродукт получают на одном заводе, а перерабатывают его на другом, но часто и тогда, когда полупродукт получают в том же цехе, где его перерабатывают.
Основное требование к полупродукту – это возможно низкое содержание фосфора и серы (не более 0,015-0,020% каждой примеси). Полупродукт должен иметь определенное содержание углерода, которое обычно колеблется в пределах 1,0-2,0% и зависит в основном от содержания углерода в готовой стали. При прочих равных условиях содержание углерода в твердом полупродукте должно быть несколько (на 0,25-0,35%) выше, чем в жидком, так как часть углерода неизбежно окисляется в период плавления твердого полупродукта.
Определенное значение имеет содержание кремния в металлической шихте, следовательно, в полупродукте. Специальные исследования, проведенные на Серовском металлургическом комбинате (СМК), показали, что содержание кремния в металлической шихте желательно иметь не более 0,15%. При таком содержании обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели работы кислой мартеновской печи на твердой завалке активным процессом. Содержание кремния 0,10-0,15% является минимально необходимым так же для обеспечения нормальной разливки полупродукта в шихтовые болванки. Металлическая шихта 90-т кислой мартеновской печи СМК обычно содержит: 70-80% шихтовых болванок собственного производства; 10-20% высококачественного (салдинского) чугуна; 10% лома (отходов проката).
При работе на жидком полупродукте металлическая шихта может состоять только из полупродукта, который обычно не содержит кремния, поэтому перед заливкой полупродукта в печь дают 2-3% оборотного шлака – шлака от предыдущей плавки. Иначе ощущается недостаток шлака и осложняется наведение конечного шлака в требуемом количестве и заданного химического состава.
В случае ведения плавки на твердой шихте обычного состава в период завалки шлакообразующих не дают. Их дают только в период доводки, причем в качестве флюса может быть использована как CaO (известь, известняк), так и SiO2 (песок).
Существуют два варианта проведения периода доводки плавки в кислых мартеновских печах и в связи с этим два варианта кислого процесса: активный процесс с ограниченным (не более 0,10-0,12%) восстановлением кремния и пассивный или кремневосстановительный процесс (0,3-0,4% Si).
Активный процесс получил большее распространение. Обычный характер изменения состава металла и шлака по ходу доводки плавки при активном процессе показан на рис. 102. В начале доводки как при активном, так и пассивном процессе содержание кремния в металле в основном зависит от температуры и концентрации углерода, определяющей концентрацию кислорода в металле, и обычно колеблется в пределах 0,1-0,2%.
Присадки железной или марганцевой руды, даваемые в начале доводки для интенсификации окисления углерода и нагрева ванны, приводят к снижению концентрации кремния до
В дальнейшем по мере нагрева ванны становится невозможным ограничение восстановления кремния пределом 0,10-0,12% только при помощи FeO и MnO, содержащихся в шлаке, поэтому в середине доводки в шлак вводят более сильный основной оксид CaO в виде извести или известняка. Но поскольку CaO оказывает разъедающее действие на кислую футеровку, содержание его в шлаке ограничивают до 5-10%, редко выше.
Последние присадки руды, даваемые очень небольшими (около 0,1%) порциями, прекращают за 30-45 мин до раскисления. В первый момент после прекращения присадки руды наблюдается нормальное кипение ванны. В дальнейшем по мере снижения содержания FeO и повышения содержания SiO2 в шлаке, несмотря на повышение температуры ванны, реакция окисления углерода затухает и кипение ванны ослабевает, но не прекращается. При этом происходит некоторое восстановление кремния и марганца углеродом по реакциям: (SiO2) + 2 [С] = [Si] + 2<СО>; (MnO) + [С] = [Mn] + <СО>.
После достижения заданных содержания углерода в металле и температуры ванны начинают раскисление и легирование по обычной технологии, при этом необходимо учитывать остаточное содержание кремния в металле и меньшее окисление кремния ферросилиция, вводимого в печь.
Кремневосстановительный процесс (рис. 103). В начале доводки при кремневосстановительном процессе также осуществляется присадка руды небольшими порциями, чтобы активизировать кипение ванны и улучшить условия ее нагрева. В дальнейшем присадки руды не делают, в связи с чем происходит восстановление кремния. Вначале, когда окисляется углерод, кремний восстанавливается преимущественно углеродом, а затем, после успокоения ванны, в основном железом по реакции: (SiO2) + [Fe] = [Si] + (FeO). 
После прекращения присадки руды ванну выдерживают не менее 1,0-1,5 ч, чаще всего 2-3 ч. За это время обеспечивается восстановление кремния до требуемой концентрации (0,3-0,4%). Если восстановленного кремния менее требуемого содержания в готовой стали, то недостающее количество его вводят в виде ферросилиция. Все основные раскисляющие и легирующие присадки делают после прекращения дачи руды, в основном после успокоения ванны.
Основной недостаток кремневосстановительного процесса очевиден: восстановление кремния до высоких концентраций, обеспечивающих раскисление металла, требует увеличения продолжительности доводки, большая часть которой протекает в неблагоприятных условиях для нагрева ванны и службы печи. В связи с этим при кремневосстановительном процессе неизбежно снижение производительности и стойкости печи, увеличение расхода топлива. Тем не менее от этого варианта мартеновского процесса полностью не отказываются. Это объясняется тем, что улучшение качества стали, которое связано с раскислением металла восстановленным кремнием, при выплавке некоторых сталей компенсирует указанные выше неизбежные ухудшения технико-экономических показателей.
При проведении плавки активным процессом возможно уменьшение продолжительности периода доводки плавки, включая раскисление и легирование металла в печи, до 1,5-2,0 ч. Такая технология была разработана и успешно применялась на СМК при выплавке шарикоподшипниковой стали. Характерной особенностью этой технологии является проведение доводки без введения ферромарганца, интенсификация кипения ванны присадками агломерата и извести, введение феррохрома в кипящую (нераскисленную) ванну, ограничение восстановления кремния пределом
Плавка стали скрап-рудным процессом в основной мартеновской печи.
скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа(вторичный металл, металлическое сырьё в виде лома и отходов производства, предназначаемое для переплавки с целью получения годного металла.) и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи. Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой, что позв
После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла проводят период “кипения” ванны: в печь загружают железную руду или продувают ванну подаваемым по трубам кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуется оксид углерода. В это время отключают подачу топлива и воздуха в печь и удаляют шлак.
Для удаления из металла серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание СаО в шлаке возрастает, а FеО уменьшается. Это создает условия для интенсивного протекания реакций и удаления из металла фосфора и серы.
В период “кипения” углерод интенсивно окисляется. Поэтому для “кипения” ванны шихта должна содержать избыток углерода (на 0,5…0,6%) сверх заданного в выплавляемой стали. В процессе “кипения” металл доводится до заданного химического состава, его температура выравнивается по объему ванны, из него удаляются газы и неметаллические включения. Процесс “кипения” считают окончившимся, если содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально.
После этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период “кипения” прекращают загрузку руды в печь, вследствие чего раскисление идет путем окисления углерода металла, одновременно подавая в ванну раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий; 2) окончательно раскисляют алюминием и ферросилицием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.
В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.оляет переделывать в сталь раз-личные шихтовые материалы.
Мартеновский способ производства стали
Началом осуществления мартеновского процесса считается 1864 г., когда П. Мартен провел на одном из французских заводов первую плавку. Мартеновский процесс ведут на поду пламенной отражательной печи, снабженной регенераторами. В печь загружают шихту, чугун, лом и другие компоненты, которая под воздействием факела сжигаемого топлива плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки с тем, чтобы получить металл нужного состава. Затем готовый металл выпускают в ковш и разливают.
Мартеновская печь (рисунок 22) имеет рабочее плавильное пространство, ограниченное снизу подиной, сверху сводом, а с боков передней и задней стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной или кислой. Если в процессе плавки в шлаке преобладают основные окислы, процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые шлаки, процесс называют кислым. Основную мартеновскую печь футеруют магнезитовым кирпичом, а кислую – динасовым кирпичом.
В передней стенке печи имеются загрузочные окна для подачи шихты, а в задней – отверстие для выпуска готовой стали. Современные мартеновские печи имеют емкость 200 – 900 тонн жидкой стали.
Принцип работы мартеновской печи представлен на рисунке 22 в положении подачи топлива и воздуха с правой стороны и отвода продуктов сгорания через левые каналы. Проходя через предварительно нагретые насадки регенераторов (воздух через воздушный регенератор, газ через газовый), воздух и газ нагреваются до 1000 – 1200 °C и в нагретом состоянии через головку попадают в печь. При сгорании топлива образуется факел с температурой 1800 – 1900 °C. Пройдя головку расположенную в противоположной стороне печи, раскаленные продукты сгорания направляются в другую пару насадок регенераторов, отдавая тепло им, и уходят в дымоход.
При такой работе насадки регенераторов правой стороны охлаждаются, а насадки левой стороны нагреваются. В момент когда регенераторы правой стороны не в состоянии нагреть воздух и газ до нужной температуры, происходит автоматическое реверсирование пламени. Холодный воздух и газ направляются через хорошо нагретые левые регенераторы, а продукты сгорания уходят в правую сторону печи, нагревая остывшие правые регенераторы. Таким образом, подающая и отсасывающая головки мартеновской печи периодически изменяют функции при помощи переводных клапанов, а факел сгорающего топлива формируют то слева, то справа, поддерживая максимальную регенерацию тепла и избегая перегрева насадок регенераторов.
По конструкции мартеновские печи делятся на:
Стационарные печи получили наибольшее распространение.
Качающиеся печи преимущественно распространены в литейных цехах машиностроительных заводов, когда необходимо выпускать металл отдельными порциями или скачивать большое количество шлака.
В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:
Скрап-рудный процесс плавки стали в основной мартеновской печи.
Особенностью основного мартеновского процесса является то что он позволяет получать сталь с низким содержанием вредных примесей (фосфора, серы) из рядовых шихтовых материалов.
Плавку начинают с загрузки твердой составляющей шихты (железная руда, известняк, лом) с помощью завалочной машины. После загрузки твердой части шихты и прогрева ее, заливают жидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. С этого момента начинается период плавления шихты, в результате которого за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна (кремний, фосфор, марганец и частично углерод).
Кремний окисляется и переходит в шлак почти полностью в период плавления под действием окислительной атмосферы, а также кислорода вводимого с железной рудой.
Фосфор окисляется одновременно с кремнием и марганцем, когда температура металла еще не высока.
Оксиды кремния (SiO2), фосфора (P2O5), марганца (MnO), кальция (CaO) образуют железисто-углеродистый шлак, способствующий удалению фосфора. При переработке обычного чугуна для понижения содержания фосфора в металле проводят однократное скачивание шлака. Если же перерабатывают фосфористый чугун, то скачивание проводят многократно.
После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла начинается период кипения ванны. В печь загружают железную руду или продувают ванну кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуя оксид углерода (CO), выделяющегося в виде газовых пузырей, и вызывая кипение мартеновской ванны. Этот процесс играет очень важную роль, так как выравнивание состава и температуры металла в мартеновской печи осуществляется за счет кипения ванны. При кипении происходит удаление газов из металла, всплывание и поглощение шлаком неметаллических включений, увеличивается поверхность раздела между шлаком и металлом, что способствует ускорению процессов удаления вредных примесей (фосфора, серы).
Ввиду высокой окисленности шлака, удаление серы из металла менее эффективно, чем фосфора. Для удаления серы наводят новый шлак, загружая известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается, создаются условия для удаления из металла серы. Для получения стали с низким содержанием серы, проводят обработку металла внепечными методами в ковше.
В период кипения ванны интенсивно окисляется углерод. Поэтому при составлении шихты для плавки необходимо предусмотреть, чтобы в ванне к моменту расплавления содержание углерода было на 0,5 – 0,6% выше, чем требуется в готовой стали. Процесс кипения считают закончившимся, когда содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально. После этого сталь раскисляют и после отбора контрольных проб выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.
Кислый мартеновский процесс.
В настоящее время кислый мартеновский процесс имеет ограниченное применение в виду высоких требований к чистоте шихты. В кислой печи процесс ведут с кислым шлаком, поэтому удаление из металла серы и фосфора невозможно. Для ведения кислого процесса используют высококачественные древесно-угольные или коксовые чугуны, в которых содержание вредных примесей не превышает 0,025%.
Металлический лом, поступающий с других предприятий, переплавляют в основных печах для получения шихтовой заготовки, загружаемой вместо лома и полупродукта, когда металл заливают в кислую печь в жидком виде. Жидкий полупродукт выпускают из основной печи в ковш и затем переливают в кислую печь. Такой процесс называют дуплекс-процессом, так как в нем участвуют два агрегата – основная и кислая мартеновская печи.
Топливо при кислом процессе должно содержать минимальное количество серы. Стали, выплавляемые в кислых мартеновских печах, содержат меньше неметаллических включений, водорода и кислорода, чем выплавляемые в основной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, и ее используют для особо ответственных деталей (коленчатых валов крупных двигателей, артиллерийских орудий, роторов мощных турбин).
Производство стали в двухванных сталеплавильных агрегатах.
Двухванные сталеплавильные агрегаты имеют две ванны, соединенные каналом для перехода из одной ванны в другую (рисунок 23). Принцип работы двухванной печи следующий. Когда в одной ванне после заливки чугуна ведут продувку металла кислородом, в другой производят завалку и подогревают твердую шихту отходящими из первой ванны газами. После выпуска металла из первой ванны проводят завалку шихты. Одновременно начинается продувка второй ванны кислородом. Топливо в двухванные агрегаты подается через топливно-кислородные горелки, установленные в своде и торцах печи. Если в шихте содержится жидкого чугуна больше 65%, то двухванная печь может работать без расхода топлива, так как количество физического тепла и тепла выделяющегося при окислении примесей чугуна, а также окисления СO до CO2 увеличивается. В этом случае двухванная печь становится аналогичной кислородному конвертеру.
Качество металла, производимого в двухванных агрегатах не отличается от качества мартеновской или кислородно-конвертерной стали. Технико-экономические показатели процесса в двухванных сталеплавильных агрегатах характеризуются:
К основным недостаткам процесса, ограничивающим его широкое распространение, относятся: