Меню

Что значит нерафинированная сталь

Рафинирование

Рафинирование англ. refining (от франц. raffiner – очищать) – очищение от посторонних примесей чего-либо, как правило — жидкости (рафинирование масла, нефти, спирта).

Рафинировавние металлов — это удаление из металлов и сплавов (обычно в жидком виде) примесей для повышения качества металла. Применяют пирометаллургические (рафинирующие переплавы), химические и электролитические методы рафинирования [1]. Процесс рафинирования благородных металлов называется аффинажем.

Благодаря процессу рафинирования структура металлов и сплавов получается более однородной, качество металла при этом значительно возрастает. Обычно в металлургии и литейном производстве применяют комплексные методы обработки расплавов, при этом сегодня рафинирование, как правило, является неотъемлемым этапом внепечной обработки стали, чугуна и других сплавов. Одной из основных операций процесса рафинирования металла является раскисление.

Рафинирование чугуна чаще всего проводят с целью очистки чугуна от таких вредных компонентов, как сера (S) и фосфор (P), а также для удаления нежелательного кремния (Si); при этом обычно используют метод внепечного рафинирования чугуна.

Рафинирование металлов


Методы рафинирования

Рафинирование чернового металла: черновой металл, загрязнённый примесями, рафинируют различными методами (с относительно узкими границами применимости) [2].

  1. Физические методы рафинирования металлов: ликвация (зейгерование), осаждение интерметаллических соединений, дистилляция или дистилляционное рафинирование (дразнение).
  2. Химические методы рафинирования металлов: избирательные окисление и сульфидизация, хлорирование.
  3. Электрохимические методы рафинирования металлов (электролитическое рафинирование — электролиз водных растворов или расплавов).

Физические методы рафинирования основываются на различиях в физических свойствах разделяемых компонентов. Например, такой метод рафинирования металлов, как ликвация, основан на создании гомогенности расплава за счёт уменьшения растворимости примесей при медленном охлаждении расплава или на разложении сплава при его медленном нагреве.

Химические методы рафинирования представляют собой избирательное окисления и основываются на различиях в химическом сродстве к кислороду (O), сере (S), хлору (Cl).

Электролитическое рафинирование чернового металла — это рафинирование металлов при электролизе с растворяющимся анодом.

Рафинирование стали

Рафинирование стали — это процесс удаления из жидкой стали вредных и нежелательных примесей. Процесс рафинирования стали может осуществляться как в печи, так и вне печи (внепечное рафинирование стали), в ковше, а также в специальных агрегатах (например — вакууматор). Рафинирование стали могут проводить добавлением окислителей и восстановителей, продувкой расплава стали инертными газами и др.

Процесс рафинирования стали включает в себя целый комплекс операций, направленный на очищение стали от лишних примесей. В случае необходимости применяют комбинированные методы обработки, включающие в себя сразу несколько способов рафинирования стали, например раскисление, модифицирование и/или удаление неметаллических включений, десульфурация, дегазация (удаление азота и водорода) и т.д.

Внепечное рафинирование стали — рафинирование стали вне сталеплавильного агрегата. Так как затруднительно проведение рафинирования стали в крупных и высокопроизводительных сталеплавильных агрегатах, то многие технологические операции рафинирования стали проводят за пределами агрегата (печи). Внепечное рафинирование стали технологически осуществляется гораздо легче. При непрерывной разливке стали также удобнее использовать методы внепечного рафинирования. Рафинирование стали в установках печь-ковш обеспечивает массовое производство металла особо высокого качества. В результате внепечного рафинирования сталь имеет однородный состав, высокие характеристики пластичности, вязкости и трещиностойкости. Одновременно рафинированием практически полностью подавляется флокеночувствительность стали [3].

С помощью внепечного рафинирования, помимо прочих, решается сложная задача введения в расплав летучих, легкоокисляемых, труднорастворимых и токсичных элементов.

Рафинирующие переплавы

Рафинирующими переплавами (или электрорафинирующими переплавами) называются металлургические процессы, применяемые для повышения качества сталей и других сплавов, полученных в плавильных агрегатах. Различают электрошлаковый переплав, вакуумный дуговой, электронно-лучевой и плазменно-дуговой. См. также плазменное рафинирование.

Лит.:

  1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
  2. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982. 480 с.
  3. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. — М.: МИСИС, 1999. — 600 с. — УДК 669.017
  4. Кудрин В.А. Металлургия стали. — М.: Металлургия, 1981 г. — 488 с.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>> —>

Источник

Мировое производство нерафинированной стали в 2020 году

В 2020 году мировое производство стали достигло 1864,0 млн тонн , что на 0,9% меньше, чем в 2019 году.

В 2020 году в Азии было произведено 1374,9 млн тонн стали, что на 1,5% больше, чем в 2019 году. Производство стали в Китае в 2020 году достигло 1053,0 млн тонн, что на 5,2% больше, чем в 2019 году. Доля Китая в мировом производстве стали увеличилась с 53,3% в 2019 году. до 56,5% в 2020 году. Производство стали в Индии в 2020 году составило 99,6 млн тонн, что на 10,6% меньше, чем в 2019 году. Япония произвела 83,2 млн тонн в 2020 году, что на 16,2% меньше, чем в 2019 году. Южная Корея произвела 67,1 млн тонн, что на 6,0% меньше, чем в 2019 году.

В 2020 году ЕС произвел 138,8 млн тонн стали, что на 11,8% меньше, чем в 2019 году. Германия произвела 35,7 млн ​​тонн стали в 2020 году, что на 10,0% меньше, чем в 2019 году.

В СНГ вывплавка составила 102,0 млн т в 2020 году, что на 1,5% больше, чем в 2019 году. По оценкам, в России было добыто 73,4 млн тонн в 2020 году, что на 2,6% больше, чем в 2019 году. Украина произвела 20,6 млн тонн в 2020 году, что на 1,1% меньше, чем в 2019 году.

Производство стали в Северной Америке составило 101,1 млн тонн в 2020 году, что на 15,5% меньше, чем в 2019 году. В США произведено 72,7 млн ​​тонн стали в 2020 году, что на 17,2% меньше, чем в 2019 году.

Ближний Восток произвел 45,4 млн т стали в 2020 году, что на 2,5% больше, чем в 2019 году. По оценкам, Иран произвел 29,0 млн тонн в 2020 году, что на 13,4% больше, чем в 2019 году.

Годовое производство стали в Южной Америке составило 38,2 млн тонн в 2020 году, что на 8,4% меньше, чем в 2019 году. Бразилия произвела 31,0 млн тонн в 2020 году, что на 4,9% меньше, чем в 2019 году.

Производство стали в Турции в 2020 году составило 35,8 млн тонн, что на 6,0% больше, чем в 2019 году.

В 2020 году Африка произвела 17,2 млн т стали, что соответствует показателю производства в 2019 году.

В 2020 году Океания произвела 6,1 млн тонн стали, что на 1,4% меньше, чем в 2019 году.

Источник

Что значит нерафинированная сталь

Отделка собственного дома или коммерческого здания, загородной резиденции или офиса заканчивается поиском декоративных решений.

В состав практически всех современных моющих средств входят ПАВ. Поверхностно-активные вещества (сурфактанты, детергенты) – химические соединения, которые снижают.

Для правильного функционирования водопровода в нем должны использоваться все предусмотренные СНиП виды защитной, предохранительной и регулировочной арматуры, в том числе.

Двигатель – это сердце каждого автомобиля. Если он неисправен, ничего не работает, а ущерб автотранспортной компании из-за простоя может исчисляться тысячами рублей.

При необходимости снять квартиру, можно воспользоваться разными вариантами поиска подходящей недвижимости. На протяжении многих лет практически единственным источником.

Проведение газа в частном доме имеет не только множество преимуществ, но и сопровождается большим количеством сложностей. Во-первых, подключение к магистральному.

Ни одна строительная площадка не обходится без использования металлоконструкций. Они являются одним из самых важных элементов, когда требуется создать высокопрочный.

Производственная вентиляция имеет большое значение. Для обеспечения здоровья и безопасности сотрудников она является обязательным оборудованием.

Источник

Что такое металлы черные: процессы производства стали? Значение металлы черные: процессы производства стали в энциклопедии Кольера

металлы черные: процессы производства стали — К статье МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ

При переделе в сталь чугуна, выплавленного в доменной печи, из него окислением удаляют почти весь углерод и весь кремний. Могут добавляться в качестве легирующих элементов марганец, никель или хром. В настоящее время основным способом переработки чугуна, выплавляемого в доменной печи, стал кислородно-конвертерный процесс, хотя кое-где еще применяется мартеновский процесс.

Важной особенностью производства стали является относительная легкость ее повторного использования. И кислородный конвертер, и мартеновская печь могут работать с большим процентом стального металлолома (скрапа), а электропечь — и на одном скрапе. Это приобретает особенно важное значение в наши дни, когда обострилась проблема удаления отходов.

Стоимость повторного использования в значительной мере зависит от качества металлолома. Металлолом, содержащий олово или медь, нежелателен в производстве стали, поскольку эти трудноудаляемые металлы ухудшают механические свойства стали. Наибольшую ценность представляет крупный металлолом, происхождение которого известно. Некоторые количества такого скрапа поступают с металлообрабатывающих заводов, а еще больше — после разборки устаревшего заводского и железнодорожного оборудования и разделки на металлолом морских и речных судов. Скрап в виде отработавших свой срок автомобилей и емкостей для продуктов питания менее ценен, так как он наверняка содержит медь и олово.

Читайте также:  Сталь т12 для напильника характеристики

Легирующие элементы обычно добавляют в сталь в виде ферросплавов. Ферросплавы содержат значительные количества железа, которое служит носителем легирующих элементов. К наиболее важным ферросплавам относятся ферромарганец (такой, как шпигель, или зеркальный чугун), необходимый для всех сталей; ферросилиций, применяемый для получения сталей со специальными магнитными свойствами и для раскисления сталей, выплавляемых в электропечах; феррохром и феррованадий. Никель добавляется в виде беспримесного металла.

Конвертерный процесс. В первой половине 20 в. первоначальный бессемеровский процесс постепенно утратил свое прежнее значение. Дело в том, что тепла, выделяющегося в бессемеровском конвертере, недостаточно для расплавления металлолома — более дешевого сырья, нежели горячий металл из доменной печи. Быстрое протекание плавки в бессемеровском конвертере не давало возможности провести анализы стали и скорректировать ее состав в соответствии со спецификациями. Мартеновский же процесс допускает значительный процент металлолома в загрузке печи, и реакции в нем протекают достаточно медленно, чтобы можно было успеть выполнить анализ в процессе плавки и провести коррекцию состава до выпуска металла.

Но в 1950-х годах конвертерный процесс производства стали снова вернулся к жизни и в течение следующих 35 лет полностью вытеснил мартеновский процесс, поскольку была разработана технология получения дешевого чистого кислорода, позволившая перейти с воздушного на кислородное дутье в конвертере. По этой технологии кислород в количествах, измеряемых тоннами, производят дробной (фракционной) перегонкой жидкого воздуха; для производства стали требуется кислород с чистотой 99,5%.

Воздух — это на 80% азот, а азот — это инертный газ, не участвующий в реакциях конвертерной выплавки стали. Таким образом, в бессемеровском конвертере через расплавленный металл продувается большое количество бесполезного газа. Но этого мало — часть азота растворяется в стали. Последующее выделение растворенного азота в форме нитридов может приводить к ее последеформационному старению — постепенному уменьшению пластичности, которое приводит к трудностям при обработке давлением. Такого рода трудности отпадают, если металл в конвертере продувать не воздухом, а чистым кислородом. Но простой переход с воздуха на кислород в бессемеровском конвертере недопустим, так как из-за сильного разогрева фурм конвертер быстро выйдет из строя. Эта проблема была решена так: кислородное дутье подводится к поверхности расплавленного чугуна по трубе с водяным охлаждением. В 1952 35-тонный конвертер такого типа был успешно запущен в австрийском городе Линце на заводе фирмы VOEST. Такая технология, названная процессом ЛД (аббревиатура от Линца и Р.Дюррера, инженера фирмы), позднее была развита в кислородно-конвертерный процесс. Быстрая реакция окисления в конвертерной шихте, характеризующейся малым отношением площади поверхности к объему, сводит к минимуму потери тепла и позволяет вводить в шихту до 40% металлолома. Кислородный конвертер может каждые 45 мин выдавать 200 т стали, что в 4 раза превышает производительность мартеновской печи.

Кислородный конвертер с верхней продувкой представляет собой грушевидный сосуд (с открытой узкой верхней горловиной) диаметром ок. 6 м и высотой ок. 10 м, облицованный изнутри магнезиальным (основным) кирпичом. Эта футеровка выдерживает примерно 1500 плавок. Конвертер снабжен боковыми цапфами, закрепленными в опорных кольцах, что позволяет наклонять его. В вертикальном положении конвертера его горловина находится под вытяжным колпаком дымоотводящего камина. Боковое выпускное отверстие, имеющееся с одной стороны, позволяет отделить металл от шлака при сливе. В конвертерном цеху рядом с конвертером обычно имеется загрузочный пролет. Сюда транспортируется в большом ковше жидкий чугун из доменной печи, а в стальных бункерах накапливается металлолом для загрузки. Все это сырье переносится к конвертеру мостовым краном. По другую сторону от конвертера расположен разливочный пролет, где имеются приемный ковш для выплавленной стали и железнодорожные тележки для транспортировки его на разливочную площадку.

Перед началом кислородно-конвертерного процесса конвертер наклоняют в сторону загрузочного пролета и через горловину засыпают металлолом. Затем в конвертер заливают жидкий металл из доменной печи, содержащий около 4,5% углерода и 1,5% кремния. Предварительно металл подвергается десульфуризации в ковше. Конвертер возвращают в вертикальное положение, сверху вводят охлаждаемую водой фурму и включают подачу кислорода. Углерод в чугуне окисляется до CO или CO2, а кремний — до диоксида SiO2. По «течке» (загрузочному лотку) добавляется известь для образования шлака с диоксидом кремния. Со шлаком выводится до 90 % кремния, содержащегося в чугуне. Содержание азота в готовой стали сильно понижается благодаря промывающему действию CO. Приблизительно через 25 мин дутье прекращается, конвертер немного наклоняют, отбирают пробу и анализируют ее. При необходимости в корректировке можно снова возвратить конвертер в вертикальное положение и ввести в горловину кислородную фурму. Если же состав и температура расплава соответствуют спецификациям, то конвертер наклоняют в сторону разливочного пролета и через выпускное отверстие сливают сталь.

Кроме кислородно-конвертерного процесса с верхней продувкой, существует кислородно-конвертерный процесс с подачей кислорода в струе топлива через днище конвертера. Фурмы в днище конвертера защищаются одновременной продувкой природного газа. Такой процесс быстрее протекает, он более производителен, чем процесс с верхней продувкой, но менее эффективен в отношении расплавления металлолома. Однако нижнюю продувку можно сочетать с верхней.

Мартеновская печь. Как уже упоминалось, мартеновская выплавка стали еще применяется в ряде стран, хотя и постепенно заменяется кислородно-конвертерным процессом. Мартеновская печь обычно вмещает 500 т стали. Она имеет широкий неглубокий под и низкий арочный свод, отражающий тепло в сторону пода. Газ и воздух вводятся с одного конца и сгорают над подом. Чем ниже содержание углерода, тем выше температура плавления. Для достижения температуры, при которой плавится сталь с минимальным содержанием углерода, применяют принцип регенерации тепла. На обоих концах печи имеются регенерационные камеры с такой же кирпичной насадкой, как и в кауперах доменной печи. Продукты сгорания пропускаются через одну из этих камер. Когда футеровка достаточно нагрета, направление потоков через печь меняется на обратное. Поступающие воздух и газ воспринимают тепло от кирпичей насадки, а отходящие газы нагревают вторую камеру. Таким образом достигается экономия топлива и повышается рабочая температура.

Мартеновская печь — крупное сооружение, и процесс выплавки стали занимает довольно много времени. На загрузку печи рудой, металлоломом и чугуном уходит ок. 5 ч, на расплавление — 4 ч и на рафинирование и корректировку окончательного состава стали — еще 3-4 ч. Чугун и металлолом могут загружаться в разных пропорциях в зависимости от потребности и экономических соображений.

Термохимический процесс плавки стали в мартеновской печи сложен. Как уже упоминалось, главными примесями чушкового чугуна являются кремний Si, углерод C, сера S и фосфор P.

Кремний реагирует с железной рудой , давая в результате диоксид кремния SiO2 и железо:

Углерод выгорает, образуя моноксид углерода CO и восстанавливая из руды железо:

Фосфор тоже, образуя пентоксид фосфора P2O5, высвобождает железо из руды:

Сера, реагируя с известью CaO и углеродом, образует сульфид кальция CaS и моноксид углерода CO:

Сульфид кальция и пентоксид фосфора переходят в шлак, плавающий на поверхности очищенного железа. Шлак представляет собой в основном силикат кальция CaSiO3, образующийся в реакции соединения диоксида кремния с известью:

В процессе плавки шлаку уделяется не меньше внимания, чем самой стали, так как хорошая сталь получается в результате реакций между шлаком и металлом.

Электрическая печь. Электропечи сначала применялись только для выплавки качественных инструментальных и нержавеющих сталей, выплавлявшихся до этого в тиглях. Но постепенно электропечи стали играть важную роль в производстве малоуглеродистой стали из металлолома в тех случаях, когда не требуется передела чугуна из доменной печи. В настоящее время ок. 30% нерафинированной стали выплавляется в электропечах. Наиболее распространены дуговые электропечи. Под дуговой сталеплавильной печи облицован огнеупорной кирпичной кладкой, свод охлаждается водой и может сдвигаться в сторону для загрузки печи. Через три отверстия в своде вводятся угольные электроды. Между электродами и металлоломом на поду печи зажигается дуговой разряд. В большой печи ток дуги может достигать 100 000 А.

Плавка стали обычно производится следующим образом. Свод печи отводят в сторону, и на под печи осторожно загружают металлолом. После этого свод возвращают на место, а электроды опускают так, чтобы они на 2-3 см не доходили до верха загруженного металлолома. Зажигают дугу и по мере расплавления завалки постепенно увеличивают мощность. В печь вводят кислород для окисления углерода и кремния в завалке и известь для образования шлака. На этом этапе химия плавки такая же, как и в кислородно-конвертерном процессе. По окончании периода окисления отбирают пробу, анализируют ее и при необходимости корректируют состав. Затем выключают дугу, поднимают электроды, наклоняют печь и выпускают сталь в ковш.

Электросталеплавильный процесс находит также важное применение в вакуумной плавке стали. Для этого обычно пользуются индукционными электропечами. Сталь помещают в графитовый тигель, окруженный медным змеевиком индуктора. На индуктор подается переменное напряжение высокой частоты. Вихревые токи, наводимые индуктором в графитовом тигле, нагревают его, поскольку удельное сопротивление графита довольно велико. Если тигель с индуктором помещен в вакуумную камеру, то сталь, плавясь в вакууме, освобождается от кислорода и других растворенных газов. В результате получается очень чистая сталь, не содержащая оксидов. Вакуумная плавка дорогостояща и применяется лишь в тех случаях, когда требуется особо прочная и надежная сталь, например для шасси самолетов. Улучшение механических свойств стали в результате вакуумной плавки связано с отсутствием частиц оксидов, на которых в обычной стали часто зарождаются трещины.

Читайте также:  Сталь 45х2нмфба характеристики термообработка

Литье стали. Заключительным этапом описанного выше процесса производства является литье стали в отдельные слитки или в непрерывный слиток. Для получения отдельных слитков сталь разливают по массивным чугунным изложницам. Как только сталь затвердевает, слитки отделяют от изложниц и еще горячими переносят в нагревательный колодец. Здесь большое количество слитков выдерживается при высокой температуре, пока они не будут готовы к прокатке.

Разливка стали по изложницам, «раздевание» слитков (отделение от изложниц), их перемещение в нагревательный колодец и последующее извлечение для прокатки требуют многочисленных транспортировочно-перегрузочных операций, обойтись без которых позволяет метод непрерывной разливки в слиток почти окончательной формы. Сталь заливается в водоохлаждаемый медный кристаллизатор, в котором затвердевание начинается с наружной поверхности. Сталь, вытягиваемая из кристаллизатора, дополнительно охлаждается до полного затвердевания водой, разбрызгиваемой форсунками.

Обработка давлением. Стальному слитку должна быть придана форма, удобная для применения стали в качестве конструкционного материала. Чаще всего слитки обрабатывают методом горячей прокатки (после соответствующей подготовки). При таком методе плоская заготовка (сляб), пропускаемая между горизонтальными валками, приводимыми во вращение мощными электродвигателями, удлиняется и утоняется. Стан для первой прокатки горячих стальных слитков называется обжимным. Слиток вводится между валками, установленными на небольшое уменьшение толщины. После первого пропуска направление вращения валков изменяется на обратное, расстояние между ними уменьшается и слиток пропускается через них в обратном направлении. Такой процесс многократно повторяется, в результате чего слиток становится тоньше и длиннее. В то же время устраняются литьевые неоднородности металла. Горячая прокатка гомогенизирует сталь и повышает ее ударную вязкость.

При непрерывной прокатке между валками с гладкой бочкой слиток превращается в лист. Профилированные валки дают сортовой прокат разных профилей: простых (круг, квадрат, треугольник, полоса), фасонных (рельсы, двутавровые балки, швеллеры, уголковое железо) и специальных (колеса, бандажи и т.д.). Если для окончательной продукции заданы очень малые допуски на размеры, то она на заключительном этапе проходит холодную прокатку. При этом сначала размеры заготовки редуцируются приблизительно до нужных размеров горячей прокаткой, а затем сталь охлаждают до комнатной температуры и осуществляют чистовой пропуск через валки. В результате она выходит из валков с чистой и блестящей поверхностью хорошего качества.

Некоторые формы не могут быть получены прокаткой; в этом случае применяются ковка и штампование. Способы изменения формы металлов ковкой были известны еще в древности. Для ее современных методов характерны широкие масштабы — применение молотов и прессов с паровым или гидравлическим приводом, а также штампов и матриц с пуансонами. Металлическая заготовка помещается в полость, образуемую двумя штампами из закаленной стали. При сжатии штампов нагретый металл заготовки течет, заполняет полость и принимает нужную форму.

Контроль качества стали. Контроль качества имеет первостепенное значение в производстве готового проката. Дефекты катаной стали могут быть вызваны неметаллическими включениями и пористостью. Поэтому сталь любого ответственного назначения на выходе из прокатного цеха проходит неразрушающий контроль. Важнейшие методы такого контроля — ультразвуковая и магнитная дефектоскопия.

Компьютерное управление. Большого сокращения трудоемкости можно добиться путем применения компьютеров в автоматизированных системах управления (АСУ) прокаткой стали, доменным производством, планированием работы в цеху и т.д. Супервизорное управление с быстродействующим компьютером в роли центрального управляющего устройства необходимо для непрерывных процессов, тем более что такие процессы проще дискретных и их легче автоматизировать. Быстропротекающий кислородно-конвертерный процесс — один из наиболее перспективных методов непрерывного производства стали — также требует компьютерной супервизорной АСУ.

Соседние слова

К статье МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ При переделе в сталь чугуна, выплавленного в доменной печи , из него окислением удаляют почти весь углерод и весь кремний . Могут добавляться в качестве легирующих элементов марганец , никель или хром . В настоящее время основным сп особо м переработки чугуна, выплавляемого в доменной печи, стал кислород но-конвертерный процесс , хотя кое-где еще применяется мартеновский процесс. Важной особенно стью производства стали является относительная легкость ее повторного использования. И кислородный конвертер, и мартеновская печь могут работать с большим процент ом стального металлолом а ( скрап а), а электропечь — и на одном скрапе. Это приобретает особенно важное значение в наши дни, когда обострилась проблема удаления отходов. Стоимость повторного использования в значительной мере зависит от качества металлолома. Металл олом, содержащий олово или медь , нежелателен в производстве стали, поскольку эти трудноудаляемые металлы ухудшают механические свой ства стали. Наибольшую ценность представляет крупный металлолом, происхождение которого известно . Некоторые количества такого скрапа поступают с металлообрабатывающих заводов, а еще больше — после разборки устаревшего заводского и железнодорожного оборудования и разделки на металлолом морских и речных судов . Скрап в виде отработавших свой срок автомобилей и емкостей для продуктов питания менее ценен, так как он наверняка содержит медь и олово. Легирующие элементы обычно добавляют в сталь в виде ферросплавов. Ферросплавы содержат значительные количества железа , которое служит носителем легирующих элементов. К наи более важным ферросплавам относятся ферромарганец (такой, как шпигель , или зеркальный чугун), необходимый для всех сталей; ферросилиций , применяемый для получения сталей со специальными магнитными свойствами и для раскисления сталей, выплавляемых в электропечах; феррохром и феррованадий. Никель добавляется в виде беспримесного металла. Конвертер ный процесс. В первой половине 20 в. первоначальный бессемеровский процесс постепенно утратил свое прежнее значение. Дело в том, что тепла, выделяющегося в бессемеровском конвертере, не достаточно для расплавления металлолома — более дешевого сырья, нежели горячий металл из доменной печи. Быстрое протекание плавки в бессемеровском конвертере не давало воз можно сти провести анализ ы стали и скорректировать ее состав в соответствии со спецификациями. Мартеновский же процесс допускает значительный процент металлолома в загрузке печи, и реакции в нем протекают достаточно медленно , чтобы можно было успеть выполнить анализ в процессе плавки и провести коррекцию состава до выпуска металла. Но в 1950-х годах конвертерный процесс производства стали снова вернулся к жизни и в течение следующих 35 лет полностью вытеснил мартеновский процесс, поскольку была разработана технология получения дешевого чистого кисло рода , позволившая перейти с воздушного на кислородное дутье в конвертере. По этой технологии кислород в количествах, измеряемых тоннами, производят дробной (фракционной) перегонкой жидкого воздуха ; для производства стали требуется кислород с чистотой 99,5%. Воздух — это на 80% азот , а азот — это инертный газ, не участвующий в реакция х конвертерной выплавки стали. Таким образом, в бессемеровском конвертере через расплавленный металл продувается большое количество бесполезного газа . Но этого мало — часть азота растворяется в стали. После дующее выделение растворенного азота в форме нитридов может приводить к ее последе форма ционному старению — постепенному у меньше нию пластичности, которое приводит к трудностям при обработке давлением. Такого рода трудности отпадают, если металл в конвертере продувать не воздухом, а чистым кислородом. Но простой переход с воздуха на кислород в бессемеровском конвертере недопустим, так как из-за сильно го разогрева фурм конвертер быстро выйдет из строя. Эта проблема была решена так: кислородное дутье подводится к поверхности расплавленного чугуна по трубе с водяным охлаждением. В 1952 35-тонный конвертер такого типа был успешно запущен в австрийском городе Линце на заводе фирмы VOEST. Такая технология, названная процессом ЛД ( аббревиатура от Линца и Р.Дюррера, инженера фирмы), позднее была развита в кислородно-конвертерный процесс. Быстрая реакция окисления в конвертерной шихте, характеризующейся малым отношением площади поверхности к объему, сводит к минимуму потери тепла и позволяет вводить в шихту до 40% металлолома. Кислородный конвертер может каждые 45 мин выдавать 200 т стали, что в 4 раза превышает производительность мартеновской печи. Кислородный конвертер с верхней продувкой представляет собой грушевидный сосуд (с открытой узкой верхней горловиной) диаметром ок. 6 м и высотой ок. 10 м, облицованный изнутри магнезиальным (основным) кирпичом. Эта футеровка выдерживает примерно 1500 плавок . Конвертер снабжен боковыми цапфами, закрепленными в опорных кольцах, что позволяет наклонять его. В вертикальном положении конвертера его горловина находится под вытяжным колпаком дымоотводящего камина. Боковое выпускное отверстие , имеющееся с одной стороны, позволяет отделить металл от шлака при сливе. В конвертерном цеху рядом с конвертером обычно имеется загрузочный пролет . Сюда транспортируется в большом ковш е жидкий чугун из доменной печи, а в стальных бункерах накапливается металлолом для загрузки. Все это сырье переносится к конвертеру мостовым краном. По другую сторону от конвертера расположен разливочный пролет, где имеются приемный ковш для выплавленной стали и железнодорожные тележки для транспортировки его на разливочную площадку. Перед началом кислородно-конвертерного процесса конвертер наклоняют в сторону загрузочного пролета и через горловину засыпают металлолом. Затем в конвертер заливают жидкий металл из доменной печи, содержащий около 4,5% углерода и 1,5% кремния. Предварительно металл подвергается десульфуризации в ковше. Конвертер возвращают в вертикальное положение , сверху вводят охлаждаемую водой фурму и включают подачу кислорода. Углерод в чугуне окисляется до CO или CO2, а кремний — до диоксида SiO2. По «течке» (загрузочному лотку) добавляется известь для образования шлака с диоксидом кремния. Со шлаком выводится до 90 % кремния, содержащегося в чугуне. Содержание азота в готовой стали сильно понижается благодаря промывающему действию CO. Приблизительно через 25 мин дутье прекращается, конвертер не много наклоняют, отбирают пробу и анализируют ее. При необходимости в корректировке можно снова возвратить конвертер в вертикальное положение и ввести в горловину кислородную фурму. Если же состав и температура расплава соответствуют спецификациям, то конвертер наклоняют в сторону разливочного пролета и через выпускное отверстие сливают сталь. Кроме кислородно-конвертерного процесса с верхней продувкой, существует кислородно-конвертерный процесс с подачей кислорода в струе топлива через днище конвертера. Фурмы в днище конвертера защищаются одновременной продувкой природного газа. Такой процесс быстрее протекает, он более производителен, чем процесс с верхней продувкой, но менее эффективен в отношении расплавления металлолома. Однако нижнюю продувку можно сочетать с верхней. Мартеновская печь. Как уже упоминалось, мартеновская выплавка стали еще применяется в ряде стран, хотя и постепенно заменяется кислородно-конвертерным процессом. Мартеновская печь обычно вмещает 500 т стали. Она имеет широкий неглубокий под и низкий арочный свод, отражающий тепло в сторону пода. Газ и воздух вводятся с одного конца и сгорают над подом. Чем ниже содержание углерода, тем выше температура плавления. Для достижения температуры, при которой плавится сталь с минимальным содержанием углерода, применяют принцип регенерации тепла. На обоих концах печи имеются регенерационные камеры с такой же кирпичной насадкой, как и в кауперах доменной печи. Продукты сгорания пропуск аются через одну из этих камер. Когда футеровка достаточно нагрета, направление потоков через печь меняется на обратное. Поступающие воздух и газ воспринимают тепло от кирпичей насадки, а отходящие газы нагревают вторую камеру. Таким образом достигается экономия топлива и повышается рабочая температура. Мартеновская печь — крупное сооружение , и процесс выплавки стали занимает довольно много времени . На загрузку печи рудой , металлоломом и чугуном уходит ок. 5 ч, на расплавление — 4 ч и на рафинирование и корректировку окончательного состава стали — еще 3-4 ч. Чугун и металлолом могут загружаться в разных пропорциях в зависимости от потребности и экономических соображений. Термохимический процесс плавки стали в мартеновской печи сложен. Как уже упоминалось, главными примесями чушкового чугуна являются кремний Si, углерод C, сера S и фосфор P. Кремний реагирует с железной рудой , давая в результате диоксид кремния SiO2 и железо : Углерод выгорает, образуя моноксид углерода CO и восстанавливая из руды железо: Фосфор тоже , образуя пентоксид фосфора P2O5, высвобождает железо из руды: Сера, реагируя с известью CaO и углеродом, образует сульфид кальция CaS и моноксид углерода CO: Сульфид кальция и пентоксид фосфора переходят в шлак, плавающий на поверхности очищенного железа. Шлак представляет собой в основном силикат кальция CaSiO3, образующийся в реакции соединения диоксида кремния с известью: В процессе плавки шлаку уделяется не меньше внимания, чем самой стали, так как хорошая сталь получается в результате реакций между шлаком и металлом. Электрическая печь. Электропечи сначала применялись только для выплавки качественных инструментальных и нержавеющих сталей, выплавлявшихся до этого в тиглях. Но постепенно электропечи стали играть важную роль в производстве малоуглеродистой стали из металлолома в тех случаях, когда не требуется передела чугуна из доменной печи. В настоящее время ок. 30% нерафинированной стали выплавляется в электропечах. Наиболее распространены дуговые электропечи. Под дуговой сталеплавильной печи облицован огнеупорной кирпичной кладкой, свод охлаждается водой и может сдвигаться в сторону для загрузки печи. Через три отверстия в своде вводятся угольные электроды . Между электродами и металлоломом на поду печи зажигается дуговой разряд . В большой печи ток дуги может достигать 100 000 А. Плавка стали обычно производится следующим образом. Свод печи отводят в сторону, и на под печи осторожно загружают металлолом. После этого свод возвращают на место , а электроды опускают так, чтобы они на 2-3 см не доходили до верха загруженного металлолома. Зажигают дугу и по мере расплавления за валки постепенно увеличивают мощность . В печь вводят кислород для окисления углерода и кремния в завалке и известь для образования шлака. На этом этапе химия плавки такая же, как и в кислородно-конвертерном процессе. По окончании периода окисления отбирают пробу, анализируют ее и при необходимости корректируют состав. Затем выключают дугу, поднимают электроды, наклоняют печь и выпускают сталь в ковш. Электросталеплавильный процесс находит также важное применение в вакуумной плавке стали. Для этого обычно пользуются индукционными электропечами. Сталь помещают в графитовый тигель , окруженный медным змеевиком индуктор а. На индуктор подается переменное напряжение высокой часто ты. Вихревые токи, наводимые индуктором в графитовом тигле, нагревают его, поскольку удельное сопротивление графита довольно велико. Если тигель с индуктором помещен в вакуумную камеру, то сталь, плавясь в вакууме, освобождается от кислорода и других растворенных газов. В результате получается очень чистая сталь, не содержащая оксидов. Вакуумная плавка дорогостояща и применяется лишь в тех случаях, когда требуется особо прочная и надежная сталь, например для шасси самолетов . Улучшение механических свойств стали в результате вакуумной плавки связано с отсутствием частиц оксидов, на которых в обычной стали часто зарождаются трещины. Литье стали. Заключительным этапом описанного выше процесса производства является литье стали в отдельные слитки или в непрерывный слиток. Для получения отдельных слитков сталь разливают по массивным чугунным изложницам. Как только сталь затвердевает, слитки отделяют от изложниц и еще горячими переносят в нагревательный колодец . Здесь большое количество слитков выдерживается при высокой температуре, пока они не будут готовы к прокат ке. Разливка стали по изложницам, «раздевание» слитков ( отделение от изложниц), их перемещение в нагревательный колодец и последующее извлечение для прокатки требуют многочисленных транспортировочно-перегрузочных операций, обойтись без которых позволяет метод непрерывной разливки в слиток почти окончательной формы. Сталь заливается в водоохлаждаемый медный кристаллизатор , в котором затвердевание начинается с наружной поверхности. Сталь, вытягиваемая из кристаллизатора, дополнительно охлаждается до полного затвердевания водой, разбрызгиваемой форсунками. Обработка давлением. Стальному слитку должна быть придана форма, удобная для применения стали в качестве конструкционного материала. Чаще всего слитки обрабатывают методом горячей прокатки (после соответствующей подготовки). При таком методе плоская заготовка ( сляб ), пропускаемая между горизонтальными валками, приводимыми во вращение мощными электродвигателями, удлиняется и утоняется. Стан для первой прокатки горячих стальных слитков называется обжимным. Слиток вводится между валками, установленными на небольшое уменьшение толщины. После первого пропуска направление вращения валков изменяется на обратное, расстояние между ними уменьшается и слиток пропускается через них в обратном направлении. Такой процесс многократно повторяется, в результате чего слиток становится тоньше и длиннее. В то же время устраняются литьевые неоднородности металла. Горячая прокатка гомогенизирует сталь и повышает ее ударную вязкость. При непрерывной прокатке между валками с гладкой бочкой слиток превращается в лист . Профилированные валки дают сортовой прокат разных профилей: простых ( круг , квадрат , треугольник , полоса ), фасонных ( рельсы , двутавровые балки, швеллеры, уголковое железо) и специальных ( колеса , бандажи и т.д.). Если для окончательной продукции заданы очень малые допуски на размеры, то она на заключительном этапе проходит холодную прокатку. При этом сначала размеры заготовки редуцируются приблизительно до нужных размеров горячей прокаткой, а затем сталь охлаждают до комнатной температуры и осуществляют чистовой пропуск через валки. В результате она выходит из валков с чистой и блестящей поверхностью хорошего качества. Некоторые формы не могут быть получены прокаткой; в этом случае применяются ковка и штампование. Способы изменения формы металлов ковкой были известны еще в древности. Для ее современных методов характерны широкие масштабы — применение молотов и прессов с паровым или гидравлическим приводом, а также штампов и матриц с пуансонами. Металлическая заготовка помещается в полость , образуемую двумя штампами из закаленной стали. При сжатии штампов нагретый металл заготовки течет, заполняет полость и принимает нужную форму. Контроль качества стали. Контроль качества имеет первостепенное значение в производстве готового проката. Дефекты катаной стали могут быть вызваны неметаллическими включениями и пористостью. Поэтому сталь любого ответственного назначения на выходе из прокатного цеха проходит неразрушающий контроль. Важнейшие методы такого контроля — ультразвуковая и магнитная дефектоскопия. Компьютерное управление . Большого сокращения трудоемкости можно добиться путем применения компьютеров в автоматизированных системах управления (АСУ) прокаткой стали, доменным производством, планированием работы в цеху и т.д. Супервизорное управление с быстродействующим компьютером в роли центрального управляющего устройства необходимо для непрерывных процессов, тем более что такие процессы проще дискретных и их легче автоматизировать . Быстропротекающий кислородно-конвертерный процесс — один из наиболее перспективных методов непрерывного производства стали — также требует компьютерной супервизорной АСУ.

Читайте также:  Р4м4х2 что за сталь

Источник

Adblock
detector