Производство стали

      

 

 

        Производство стали

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Перфилова Дарья 9 А кл.

Учитель: Ермакова Н.А

 

 

 

 

 

 

 

                                                   Москва, 2014 г.

             Содержание

1. Сталь. Кислородно-конверторный способ……………………………………………………….стр.3

2. Мартеновский, электротермический способ…………………………………………………...стр.4

3. Источники…………………………………………………………………………………………………………..стр.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр. 2

Сталь — сплав железа с углеродом или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода (при большем количестве углерода в железе образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.

Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления углерода, кремния, марганца и фосфора. Окисление примесей и других материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей вводят легирующие1 элементы и получают сталь нужного химического состава.

Кислородно-конверторный способ

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере – специальной печи чистым кислородом, подаваемым через фурму2. Конвертер представляет собой грушевидную стальную печь, отделанную внутри огнеупорным кирпичом. Емкость конвертора 50—60 т.

Впервые кислородно-конвертерный процесс был осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице (за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в нашей стране - кислородно-конвертерного). В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т, продолжительность плавки в которых составляет 30 - 50 мин.

В зависимости от материала футеровки печи конверторный способ разделяют на два вида: бессемеровский и томасовский.

Бессемеровский

Бессемеровский процесс — процесс передела жидкого чугуна (содержащего мало фосфора и серы и богатые кремнием (не менее 2%)) в сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Операция продувки производится в бессемеровском конвертере. Он имеет грушеобразную форму с отверстием сверху. Он может вращаться вокруг горизонтальной оси. Его внутренней отделкой является огнеупорный кирпич. Отверстия для вдувания воздуха находятся в днище конвертера. При заливке агрегата чугуном и выпуске готового металла конвертер находится в горизонтальном положении, при продувке — в вертикальном. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа). При продувке кислорода сначала окисляется кремний с выделением значительного количества тепла. Вследствие этого начальная температура чугуна примерно с 1300°C быстро поднимается до 1500—1600°С. Около 1500°C начинается интенсивное выгорание углерода, кремния. Вместе с ними интенсивно окисляется и железо. Несмотря на простоту и высокую продуктивность, бессемеровский способ теперь не слишком распространен, поскольку он имеет ряд существенных недостатков. Так, чугун для бессемеровского способа должен быть с наименьшим содержанием фосфора и серы, что далеко не всегда возможно. Серьезным недостатком является невозможность регулирования химического состава стали. Бессемеровская сталь используется как техническое железо для производства проволоки, болтов, кровельного железа и т. п. Процесс был предложен в Англии Г. Бессемером (1856 г.).

Томасовский

То́масовский процесс также известный как процесс Гилкриста—Томаса — один из видов передела жидкого чугуна в сталь конвертерным способом. Он был предложен Сидни Гилкристом Томасом в 1878 году, а затем разработан совместно Сидни Гилкристом Томасом и его двоюродным братом Перси Карлайлом Гилкристом. Процесс успешно конкурировал с бессемеровским процессом, так как позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2 % фосфора.

Стр. 3

Распространению Томасовского процесса способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами. Наибольшее применение томасовский процесс получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд. В России процесс был введён в 80-х годах XIX века на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце XIX века томасовская сталь по объёму мирового производства занимала 2-е место (после бессемеровской). В начале XX века томасовский процесс уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться и к 1974 году была менее 2 %. Томасовский конвертер имеет такую же конструкцию, как и бессемеровский, но несколько больше по размерам. Основное отличие этого способа от бессемеровского заключается в том, что футеровку конвертера делают из оксидов магния и кальция. Реакция горения фосфора является одним из главных источников тепла при этом способе. При сгорании 1 % фосфора температура конвертора поднимается на 150 °C. Все последние процессы происходят так же, как и при бессемеровском способе. Недостатки Томасовского способа такие же, как и бессемеровского. Томасовская сталь также малоуглеродная и используется как техническое железо для производства проволоки, рельс, кровельного железа и т. п.

Мартеновский способ

Мартеновский процесс— сталеплавильный процесс, протекающий в мартеновской печи. Мартеновский способ является устаревшим. Он отличается от конверторного тем, что выжигание углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома. Мартеновская печь состоит из плавильной ванны, перекрытой сводом из огнеупорного кирпича, и из четырех регенераторов. Плавильные ванны мощных мартеновских печей имеют длину до 16 м, ширину до 6 м и высоту более 1 м. Вместимость таких ванн достигает 500 т стали. В плавильную ванну загружают железный лом и железную руду. Температура печи поддерживается при 1600—1650 °C и выше. Основной принцип действия — вдувание раскаленной смеси горючего газа и воздуха в печь. Нагревание воздуха происходит посредством продувания его через предварительно нагретый регенератор. Происходит попеременный процесс: сначала нагрев регенератора продувкой печных газов, затем продувка холодного воздуха. Мартеновские печи, как и конверторы, работают периодически. Процесс переработки чугуна в сталь в мартенах происходит относительно медленно — в течение 6—7 часов. В отличие от конвертора, в мартенах можно легко регулировать химический состав стали, добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции. В мартенах можно получать и легированную3 сталь. Для этого в конце плавки добавляют к стали соответствующие металлы или сплавы.

16 марта 1870 г. на Сормовском заводе была запущена первая в Российской империи мартеновская печь. Основатель завода — греческий купец, принявший российское подданство, Дмитрий Егорович Бенардаки привез в 1870 году молодого инженера Александра Износкова, который и построил первую в России мартеновскую печь весом в 2,5 тонны. В 1998 году мартеновские печи на Сормовском заводе перестали действовать.

 

Электротермический способ

Электротермический способ имеет перед мартеновским и особенно конверторным целый ряд преимуществ. Этот способ позволяет получать сталь очень высокого качества и точно регулировать её химический состав. Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии для нагрева металла. Доступ воздуха в электропечь незначительный, поэтому значительно меньше образуется монооксида железа FeO, загрязняющего сталь и ухудшающего её свойства. Температура в электропечи — не ниже 2000 °C. Это позволяет проводить плавку стали на сильно основных шлаках4 (которые трудно плавятся), при которых полнее удаляется фосфор и сера. Кроме того, благодаря очень высокой температуре в электропечах можно легировать сталь тугоплавкими металлами — молибденом и вольфрамом. Но в электропечах расходуется очень много электроэнергии — до 800 кВт·ч на 1 т стали. Поэтому этот способ применяют только для получения высококачественной стали.

Стр.4

 Электропечи  бывают разной емкости — от 0,5 до 180 т. Футеровку печи делают обычно основной (с CaO и MgO). Химические процессы при выплавке стали в электропечах те же, что и в мартенах. Сталь в основном выплавляют в дуговых печах. Дуговая печь — электрическая печь для плавки металлов и других материалов, в которой используется тепловой эффект электрической дуги. Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой. Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба.

В докладе:

Легирующие элементы1- преимущественно металлы, вводимые в состав сплавов для придания им определенных свойств.

Фурма2-приспособление для вдувания газа в металлургическую печь или ковш.

Легированная сталь3-сталь, в составе которой кроме железа, углерода, имеются легирующие элементы.

Шлак4-металлургический сплав, формирующиеся из пустой породы металлосодержащих материалов.

В презентации:

Конструкционная сталь — сталь, которая применяется для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными механическими, физическими и химическими свойствами.

Инструментальная сталь — сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр.5                    

 

                Источники

 

http://ru.wikipedia.org

http://www.ref.by

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр.6