Классификация сталей по назначению,качеству,составу,степени раскисления Основные способы производства стали. Сущность конвертерного процесса. Последовательность технологических операций. Химические процессы конвертерной плавки.

Металлургические технологии и комплексы Лекция №9 темы лекции Классификация сталей по: назначению качеству составу степени раскисления Основные способы производства стали Сущность конвертерного процесса. Последовательность технологических операций Химические процессы конвертерной плавки Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Классификация сталей Сталь — способный к деформации (ковкой) сплав железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14% Виды сталей по назначению • конструкционная — углеродистые и легированные • инструментальная — высокоуглеродистая, легированная Cr, W, Mo, V • для глубокой вытяжки, штампуемые - автолист и др., низкоуглеродистая AC • электротехническая — трансформаторная и динамная, легированная Si, полуспокойная • нержавеющая, высоколегированная, высококачественная • трубная, судовая, рессорно-пружинная и др. Виды стали по качеству • обыкновенного качества S, P ≤ 0,55-0,060 • качественные стали S, P ≤ 0,04-0,045 • высококачественные S, P ≤ 0,02-0,03 Виды стали по степени раскисления Раскисление — процесс удаления из металла кислорода или перевод его в нерастворимое в металле соединение • спокойные стали — максимально раскисленные, при застывании (кристаллизации) - не бурлят, ведут «спокойно» • кипящие — без раскисления, при охлаждении (кристаллизации) стали - бурление при выделении СО (О+С=СО) • полуспокойные — при раскислении удаляется не весь кислород, при охлаждении наблюдается кратковременное «кипение» (бурление) Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Классификация сталей Виды сталей по химическому составу • Углеродистые — низкоуглеродистые, С < 0,1% — среднеуглеродистые, 0,1 < C < 1,0% — высокоуглеродистые, 1,0 < C < 2,14 • Легированные углерод марганец кремний хром никель C --> У Мn --> Г Si --> C Cr --> X Ni --> H молибден вольфрам ванадий алюминий титан Мо --> М W --> B М --> Ф Al --> Ю Тi --> Т Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Обозначение сталей • Сталь обыкновенного качества Ст.0, Ст.1, Ст.2, Ст.3, Ст.4, Ст.5 • Качественные стали Сталь 10, сталь 15, сталь 40 и т. д. содержание углерода в сотых долях % • Качественные стали легированные 50Х2Н, 90ХМФ - содержание углерода в сотых долях % - содержание легирующих элементов Х2 — ≈ 2% Cr Н — ≈ 1% Ni Ф — ≈ 1% V • Высококачественные стали 12Х2Н4А — ≈0,12% С, ≈2% Cr, ≈ 4% Ni, А — высококачественная сталь • Углеродистые инструментальные стали У7, У10, У12 и т. д. - содержание углерода в долях % Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Основные способы производства стали 3 основных способа: Кислородноконвертерный Выплавка стали из жидкого чугуна и скрапа (лома) с основной футеровкой и продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму Преимущества: • Высокая производительность для конвертера емкостью 300 Т --> 450-550 т/ч • Применение агрегатов большой единичной мощности (БЕМ) --> качество стали практически не зависит от емкости конвертера • Более низкие капзатраты и расходы на передел • Применение автоматизированных систем загрузки, управления, выдачи стали Электросталеплавильный Выплавка стали из скрапа (лома, металлизированных окатышей и добавок) путем расплавления электрической дугой Преимущества: • Получение широкой номенклатуры специальных сталей — высоколегированных, нержавеющих, инструментальных и т. д. • Более полная степень раскисления стали • Более точное регулирование температуры металлической ванны металла • Осуществление процесса плавки в окислительной, восстановительной или нейтральной среде Мартеновский Выплавка стали из жидкого чугуна и скрапа (лома) на поду пламенной отражательной печи при подаче топлива (газа) Особенности: • Окислительный характер газовой фазы печи • Подача тепла сверху печи, отвод - снизу через под печи • Участие пода печи (основная, кислая футеровка) в протекающих процессах • Существенная роль слоя жидкого шлака в ходе плавки (кислород, добавки поступают к металлу сверху через шлак) Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Кислородно-конвертерный процесс Цель — получение нерафинированной жидкой стали из жидкого чугуна, лома, добавок с последующей внепечной обработкой. Функции: • обезуглероживание чугуна • удаление фосфора из чугуна • достижение оптимальной температуры стали при выпуске для возможности минимального подогрева или охлаждения стали перед разливкой 1 2 Кислородный конвертер для реализации процесса 3 4 5 1. 2. 3. 4. 5. фурма для подачи кислорода корпус конвертера опорное кольцо скрап (лом) жидкий чугун Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Шихтовые материалы для конвертерной плавки Основные шихтовые материалы • жидкий чугун • стальной лом • известь • железная руда • боксит • плавиковый шпат а также дополнительно: — прокатная окалина — агломерат — окатыши — рудно-известковые брикеты — марганцовая руда — известняк Требования к шихтовым материалам Жидкий чугун С - 3,7...4,7%; Mn - 0,4...2,5%; Si - 0,3...1,7%; S - 0,03...0,08%; P - <0,3%; tж.ч. - 1250...1400⁰С Стальной лом — недопустимость вредных примесей и ржавчины — ограничение по размерам: • не более 300х300х500 мм пакетированный лом • не более 700х1000х1500 мм Известь — необходима для наводки шлака — свежеобожженная, фракции 20...60 мм Железная руда — > 62% Fe; < 8% SiO2 — фракции 10...100 мм — необходим для разжижения шлака Боксит, плавиковый шпат — бооксит 37...50% Al2O3; 10...30% SiO2; 12-25% Fe2O3 — плавиковый шпат 85-95% CaF2 Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Последовательность технологических операций конвертерной плавки 1 4 2 3 5 6 1. Завалка лома из совка через горловину конвертера 2. Заливка чугуна из чугуновозного ковша через горловину конвертера 3. Подача первой дозы шлакообразующих (известь, боксит, плавиковый шпат) одновременно с началом продувки кислородом 4. Продувка кислородом через воодохлаждаемую форму одновременно с подачей оставшейся дозы шлакообразующих 5. Наклон конвертера, слив чугуна в ковш через сталевыпускное отверстие 6. Доворот конвертера, слив шлака в шлаковый ковш через горловину конвертера Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Схема последовательности операций завалки шихтовых материалов и продувки во время конвертерной плавки Продолжительность цикла плавки современного конвертера емкостью 300-400т 12-15 мин 1. Завалка лома, заливка чугуна — 4...6 мин 2. Продувка кислородом — 12...15 мин 3. Отбор пробы, замер температуры, ожидание анализа, корректировочные действия — 5...8 мин 4. Выпуск стали в стальковш — 5...6 мин 5. Слив шлака в шлаковый ковш — 2...3 мин 6. Неучтенные задержки — 2...4 мин Продолжительность цикла 30...44 мин Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Химические процессы во время конвертерной плавки Основа процессов — быстрые окислительные реакции при подаче кислорода сверху. Обезуглероживание С + 1/2О2 --> СО частично СО + 1/2О2 --> CO2 отвод через кессон Удаление фосфора 2Р + (5/2)О2 --> Р2О5 в шлак Окисление кремния и марганца Si +О2 --> SiО2 Mn + 1/2О2 --> MnO в шлак Частичное окисление железа Fe + 1/2О2 --> FeO 2Fe + (3/2)О2 --> Fe2О3 в шлак За счет экзотермических реакций окисления реализуется расплавление добавляемых лома и руды Оптимальная температура стали при выпуске 1580÷1650⁰С