Кислородно-конверторный процесс

Сущностькислородно-конверторного процесса заключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплавленный чугун продувают струей кислорода сверху (рис. 3.3.).

Благодаря основной футеровке конвертора при плавке используют основной флюс – известь СаО₃ для ошлакования и удаления из металла серы и фосфора.

Рис. 3.3. Принципиальная схема кислородного конвертора:

1 – глуходонный конвертор; 2 – фурма для вдувания кислорода;

3 – летка для слива стали.

Кислород подают под давлением 0,9 – 1,4 МПа (9 – 14 атм), что обеспечивает достаточную кинетическую энергию струи и ее требуемое углубление в металл, для полного усвоения кислорода. При продувке кислород взаимодействует с железом чугуна и с примесями и окисляет его по реакциям:

Fe + 1/2О₂ = FeО;

С + 1/2О₂ = СО.

Образовавшаяся закись железа взаимодействует с примесями чугуна и окисляет их, восстанавливаясь до железа. Выделяющаяся окись углерода догорает в атмосфере:

СО + 1/2О₂ = СО₂.

Окислы кремния, марганца, фосфора на поверхности металла взаимодействуют друг с другом, с флюсом и закисью железа и переходят в шлак. Все реакции окисления экзотермичны, благодаря чему температура жидкого металла в конверторе непрерывно повышается. Процесс протекает очень интенсивно, сопровождается выделением дыма и пламени.

Раскисление стали – завершающая операция восстановление железа из закиси и способствует при этом лучшему перемешиванию нижних слоев металла:

С + FeO = Fe +СО – Q.

Продолжительность продувки 10 – 25 мин. Суммарная длительность цикла 20 – 40 мин.

Конверторный процесс является самым высокопроизводительным производством стали, при котором получают, стали обыкновенного качества, качественные, низкоуглеродистые и низколегированные.

Недостатком является большое пылеобразование, что требует обязательного сооружения при конверторах пылеочистительных установок.

Мартеновский метод

Мартеновский метод является основным для выплавки углеродистых и легированных сталей. Мартеновские печи представляют собой пламенные отражательные печи. В верхней части рабочего пространства печи сжигается жидкое или газообразное топливо, в ванне печи, на подине которой плавится металл (рис. 3.4.).

Рис. 3.4. Принципиальная схема мартеновской печи:

А – рабочее пространство; Б, В – головки печи;

1,4,9,11 – регенераторы; 2 – садочные окна; 3 – свод печи; 5 – воздухопровод;

6 – боров дымовой трубы; 7 – передние клапаны; 8 – газопровод; 10 – под печи.

Газ и воздух, предварительно нагретый в специальных камерах – воздушных регенераторах, подаются одновременно. Для нагревания кладки регенераторов используют тепло отходящих дымовых газов, являющимися продуктом сгорания топлива, выходящего из рабочего пространства печи с температурой 1650 – 1750 ⁰С. Температура факела в рабочем пространстве составляет 1800 – 1900 ⁰С.

Основным вариантом мартеновского процесса является скрап-рудный процесс. При этом шихта состоит из чугуна, скрапа, железной руды и известняка. Процесс выплавки стали проходит в четыре основные стадии:

- период плавления;

- период кипения;

- период доводки;

- период выпуска.

В период плавления загруженная шихта по мере расплавления окисляется кислородом печных газов.

В период кипения происходит в итоге образование железа, сгорание примесей и образование шлака.

Период доводки начинается с момента выделения раскислителей (ферромарганец, ферросилиций, алюминий и другие компоненты) и специальных добавок. Перед их введением скачивают шлак.

Период выпуска начинается с момента, когда сталь уже полностью выплавлена и находится под слоем шлака. После некоторой выдержки, для освобождения стали от газовых пузырей и включений, ее выпускают в ковш.

Период выплавки длится 4 – 8 часов.

Вторым вариантом выплавки стали, является скрап-процесс. Исходной шихтой при этом процессе, служит скрап с небольшим количеством чугуна. Окисление примесей ввиду их сравнительно малого содержания, происходит в основном за счет атмосферы печи, что позволяет исключить введения руды в качестве одной из составных частей шихты.

Мартеновский метод позволяет получать как углеродистые, так и легированные стали.