Сырье для производства стали

Производство стали

Сталь является основным конструкционным материалом, который нашел самое широкое распространение во многих отраслях народного хозяйства. Перечислять области, где применяются стальные изделия, не имеет смысла, достаточно просто осмотреться вокруг, и, скорее всего, взгляд тотчас наткнется на предмет, в состав которого входит металл.

Первые свидетельства производства стали человеком археологи обнаружили в ходе раскопок в турецкой Анатолии. Если верить ученым, то со сталью человек знаком порядка 38 веков. Конечно, одно из первых применений стальные изделия нашли в производстве оружия. В этом нет ничего удивительного, поскольку стальные клинки были достаточно твердыми, пластичными, хорошо поддавались обработке и долго держали заточку. По мере получения знаний человек изобретал новые виды стали, которые предназначались для использования в той или иной отрасли народного хозяйства.

Что такое сталь

Сталью называют железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода не превышает 2,14%. Сплав, содержащий углерода более 2,14%, называется чугуном.

В свою очередь стали подразделяются на: низкоуглеродистые (до 0,6% углерода), и высокоуглеродистые (0,6-2,14%).

Чем выше содержание в сплаве углерода, тем более твердым и прочным является такой сплав, но менее вязким и пластичным.

Этапы производства стали

Основным сырьем для производства стали в современной черной металлургии является передельный чугун и стальной лом.

Главное условие производства стали из чугуна заключается в снижении содержания углерода и разнообразных примесей. Данная задача решается путем избирательного окисления «ненужных» элементов с их превращением в шлак или газы, которые удаляются в процессе плавки, и на выходе получается железоуглеродистый сплав, с более низким содержанием углерода, который и будет сталью.

Этап 1 – расплавление породы

На первом этапе производства стали решается задача удаления фосфора. Для ее решения необходим шлак, содержащий оксид кальция, который будет связывать оксид фосфора, превращая его в шлак.

Шихта, загруженная в печь, подвергается нагреву. По мере повышения температуры начинается окисление железа с образованием оксида, за железом начинают окисляться Mg, P, Si. Поскольку CaO является более сильным основанием, нежели FeO, при нагреве оксид кальция начинает связывать P2O5 с образованием шлака.

Этап 2 – кипение расплава

По мере разогрева печи начинается кипение металла, которое сопровождается интенсивной реакцией окисления углерода с поглощением энергии. Для более эффективного окисления углерода в печь подают кислород, или добавляют в расплав металла немного окалины или руды. Главная цель металлургов на втором этапе добиться интенсивного кипения расплава. Во время кипения на поверхность ванны поднимаются пузырьки CO и выводятся из металла, повышая тем самым качество будущей стали.

Также на втором этапе производства стали из расплава удаляется сера, которая является нежелательной примесью в стали, ухудшая ее свойства.

Сульфид серы, содержащийся в стали, по мере роста температуры все лучше и лучше начинает растворяться в шлаке, взаимодействуя с оксидом кальция с образованием сульфида кальция. Чем больше серы растворится, тем выше качество стали будет на выходе.

Этап 3 – раскисление стали

На заключительном этапе производства стали в расплаве металла происходит восстановление FeO, находящегося в растворенном виде в жидком металле. Теперь кислород, который на втором этапе производства стали делал полезную работу, окисляя ненужные примеси, становится вредной примесью, поскольку снижает механические свойства стали.

Раскисление стали может проводиться диффузными или осаждающим методом.

На заключительном этапе производства стали может выполняться ее легирование различными чистыми металлами или ферросплавами. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, марганец, ванадий и проч. Легирующие элементы придают стали более высокие эксплуатационные качества, повышая ее прочность, коррозионную стойкость, пластичность и проч.

Виды производства стали

Сталь в современной черной металлургии, как правило, производится двумя основными способами – при помощи конвертерного или подового процесса.

При первом способе используются специальные конвертеры, в которых передельный чугун, доведенный до расплава, продувается кислородом, из него удаляются ненужные примеси. Подовый процесс реализуется в мартеновских или электрических печах.

В последнее время в производство стали внедряться новые процессы: вакуумная дуговая плавка; электронно-лучевая плавка; электрошлаковый переплав.

Производство стали в мире

По данным Ассоциации производителей стали по состоянию на 2016 год в мире производилось 1628,0 млн. тонн стали. Полстолетия назад эта цифра была втрое меньше.

Безусловным лидером по выплавке стали является Китай, на долю которого приходится примерно половина всего мирового производства стали – 808,4 млн. тонн. На втором месте идет Япония (104,8), замыкает призовую тройку Индия с показателем 96,6 млн. тонн. Далее идут США (78,6) и Россия (70,8).

Ведущие страны-экспортеры стали:

  1. Китай – 61,5 млн. т
  2. Япония – 42,5
  3. Южная Корея – 28,9
  4. Украина – 24,7
  5. Германия – 24,3

Ведущие страны-импортеры стали:

  1. США – 30,3 млн. т
  2. Германия – 22,1
  3. Южная Корея – 19,0
  4. Таиланд – 15,9
  5. Италия – 15,6

Производство стали в России

Металлургическая промышленность по своей важности в России стоит на втором месте после нефтегазовой промышленности. Всего в цветной и черной металлургии в РФ задействованы порядка 28 тысяч разнообразных предприятий, на которых трудятся более 2% всех российских трудящихся (чуть менее 1 млн. человек).

Сталь и чугун производятся предприятиями черной металлургии. Структура черной металлургии РФ включает более полутора тысяч предприятий, на которых трудятся более 60% работников российской металлургии.

Предприятия черной металлургии строились в районах, богатых железными рудами дабы минимизировать транспортные затраты при производстве стали и чугуна.

В России исторически сформировались три базы черной металлургии:

  • Уральская (Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Екатеринбург);
  • Центральная (Курская и Белгородская области, Череповец, Новолипецк, Тула, Старый Оскол);
  • Сибирская (Кузнецк, Новокузнецк).

Самой крупной является Уральская база, которая была создана первой и сейчас производит примерно половину всей выпускаемой черной металлургией продукции.

Однако, в ближайшее время Уральская база, по всей видимости, сдаст свои позиции, ибо большинство запасов железных руд на Урале уже израсходованы. На смену ей должна придти Сибирская база, которая сейчас активно развивается. Центральная база отмечается дешевизной исходного сырья, которое добывается открытым способом в Курской и Белгородской областях.

Такое широкое развитие черной металлургии в России связано, прежде всего, с крупными запасами железных руд. По этому показателю РФ занимает третье место в мире, уступая только Австралии и Бразилии. Согласно статистическим данным, в России сосредоточено железорудных запасов в объеме порядка 25 млрд. тонн (14 млрд. тонн чистого железа). Учитывая тот факт, что среднегодовая добыча железорудного конденсата в РФ составляет примерно 100 млн. тонн, запасов железной руды хватит еще надолго.

Производство стали – технология, этапы, оборудование

Производство стали сегодня осуществляется в основном из отработанных стальных изделий и передельного чугуна. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, последнего в котором содержится от 0,1 до 2,14%. Превышение содержания углерода в сплаве приведет к тому, что он станет слишком хрупким. Суть процесса производства стали, в составе которой содержится гораздо меньшее количество углерода и примесей, по сравнению с чугуном, состоит в том, чтобы в процессе плавки перевести эти примеси в шлак и газы, подвергнуть их принудительному окислению.

Процесс производства стали

Особенности процесса

Производство стали, осуществляемое в сталеплавильных печах, предполагает взаимодействие железа с кислородом, в процессе которого металл окисляется. Окислению также подвергаются углерод, фосфор, кремний и марганец, содержащиеся в передельном чугуне. Окисление данных примесей происходит за счет того, что оксид железа, образующийся в расплавленной ванне металла, отдает кислород более активным примесям, тем самым окисляя их.

Производство стали предполагает прохождение трех стадий, каждая из которых имеет свое значение. Рассмотрим их подробнее.

На данном этапе расплавляется шихта и формируется ванна из расплавленного металла, в которой железо, окисляясь, окисляет примеси, содержащиеся в чугуне (фосфор, кремний, марганец). В процессе этого этапа производства из сплава необходимо удалить фосфор, что достигается за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция. При соблюдении таких условий производства фосфорный ангидрид (Р2О5) создает с оксидом железа (FeO) неустойчивое соединение, которое при взаимодействии с более сильным основанием — оксидом кальция (CaO) — распадается, и фосфорный ангидрид превращается в шлак.

Чтобы производство стали сопровождалось удалением из ванны расплавленного металла фосфора, необходима не слишком высокая температура и содержание в шлаке оксида железа. Чтобы удовлетворить эти требования, в расплав добавляют окалину и железную руду, которые и формируют в ванне расплавленного металла железистый шлак. Содержащий высокое количество фосфора шлак, формирующийся на поверхности ванны расплавленного металла, удаляется, а вместо него в расплав добавляются новые порции оксида кальция.

Читать еще:  Храповый механизм своими руками

Кипение ванны расплавленного металла

Дальнейший процесс производства стали сопровождается кипением ванны расплавленного металла. Такой процесс активизируется с повышением температуры. Он сопровождается интенсивным окислением углерода, происходящим при поглощении тепла.

Процесс производства стали в электропечах

Производство стали невозможно без окисления излишков углерода, такой процесс запускают при помощи добавления в ванну расплавленного металла окалины или вдувания в нее чистого кислорода. Углерод, взаимодействуя с оксидом железа, выделяет пузырьки оксида углерода, что создает эффект кипения ванны, в процессе которого в ней снижается количество углерода, а температура стабилизируется. Кроме того, к всплывающим пузырькам оксида углерода прилипают неметаллические примеси, что способствует уменьшению их количества в расплавленном металле и приводит к значительному улучшению его качества.

На данной стадии производства из сплава также удаляется сера, присутствующая в нем в форме сульфида железа (FeS). При повышении температуры шлака сульфид железа растворяется в нем и вступает в реакцию с оксидом кальция (CaO). В результате такого взаимодействия образовывается соединение CaS, которое растворяется в шлаке, но раствориться в железе не может.

Добавление в расплавленный металл кислорода способствует не только удалению из него вредных примесей, но и увеличению содержания данного элемента в стали, что приводит к ухудшению ее качественных характеристик.

Чтобы уменьшить количество кислорода в сплаве, выплавка стали предполагает осуществление процесса раскисления, который может выполняться диффузионным и осаждающим методом.

Диффузионное раскисление предполагает введение в шлак расплавленного металла ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Такие добавки, восстанавливая оксид железа, снижают его количество в шлаке. В результате растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак, распадается в нем, высвобождая железо, которое возвращается в расплав, а высвобожденные оксиды остаются в шлаке.

Производство стали с осаждающим раскислением осуществляется путем введения в расплав ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Благодаря наличию в своем составе веществ, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, такие элементы образуют соединения с кислородом, который, отличаясь невысокой плотностью, выводится в шлак.

Производство стали в мартеновских печах

Регулируя уровень раскисления, можно получать кипящую сталь, которая не полностью раскислена в процессе плавки. Окончательное раскисление такой стали происходит при затвердевании слитка в изложнице, где в кристаллизующемся металле продолжается взаимодействие углерода и оксида железа. Оксид углерода, который образуется в результате такого взаимодействия, выводится из стали в виде пузырьков, также содержащих азот и водород. Полученная таким образом кипящая сталь, содержит незначительное количество металлических включений, что придает ей высокую пластичность.

Производство сталей может быть направлено на получение материалов следующего типа:

  • спокойных, которые получаются, если в ковше и печи процесс раскисления полностью завершен;
  • полуспокойных, которые по степени раскисления находятся между спокойными и кипящими сталями; именно такие стали раскисляются и в ковше, и в изложнице, где в них продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Если производство стали предполагает введение в расплав чистых металлов или ферросплавов, то в результате получаются легированные сплавы железа с углеродом. Если в стали данной категории необходимо добавить элементы, которые имеют меньшее сродство к кислороду, чем железо (кобальт, никель, медь, молибден), то их вводят в процессе плавки, не опасаясь за то, что они окислятся. Если же легирующие элементы, которые необходимо добавить в сталь, имеют большее сродство к кислороду, чем железо (марганец, кремний, хром, алюминий, титан, ванадий), то их вводят в металл уже после его полного раскисления (на окончательном этапе плавки или в ковш).

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

  • системы обеспечения аргоном;
  • сосуды конверторов и их несущие кольца;
  • оборудование для фильтрации пыли;
  • система для удаления конверторного газа.
  • печи индукционного типа;
  • дуговые печи;
  • емкости, с помощью которых выполняется загрузка;
  • участок складирования металлического лома;
  • преобразователи, предназначенные для обеспечения индукционного нагревания.

Участок вторичной металлургии, на котором осуществляется:

  • очищение стали от серы;
  • гомогенизация стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • создание вакуумной среды.

Участок для реализации ковшовой технологии:

Ковшовое хозяйство, обеспечивающее производство стали, также включает в себя:

  • крышки ковшей;
  • ковши литейного и разливочного типа;
  • шиберные затворы.

Производство стали также предполагает наличие оборудования для непрерывной разливки стали. К такому оборудованию относится:

  • поворотная станина для манипуляций с разливочными ковшами;
  • оборудование для осуществления непрерывной разливки;
  • вагонетки, на которых транспортируются промежуточные ковши;
  • лотки и сосуды, предназначенные для аварийных ситуаций;
  • промежуточные ковши и площадки для складирования;
  • пробочный механизм;
  • мобильные мешалки для чугуна;
  • оборудование для обеспечения охлаждения;
  • участки, на которых выполняется непрерывная разливка;
  • внутренние транспортные средства рельсового типа.

Производство стали и изготовление из нее изделий представляет собой сложный процесс, сочетающий в себе химические и технологические принципы, целый перечень специализированных операций, которые используются для получения качественного металла и различных изделий из него.

Мартеновский способ производства стали. Сырьё для производства стали.

Мартеновский способ производства стали был предложен в 1864 г. Французом Полом Мартеном. Особенность: для плавки используется теплота горения топлива, природный газ, мазут. Производство непрерывное, продолжительность сливки составляет 8-16 часов, температура=1900 С,300-1000 плавок. Оборудование для плавки-мартеновская печь, имеющая форму ванны.

Принцип работы:1.загрузка шихты(твёрд., чугун, стальной лом и флюсы).2.Подача топлива и воздуха(О2).Горение топлива и выделение тепла.3.Плавление и окисление шихты:Fe+O2->FeOx

Si+O2->SiOx(шлак), Mn+O2->MnOx(шлак).4.Кипение стали-выделение пузырьков СО2 в результате окисления углерода чугуна: С(углерод чугуна)+О2->CO2+Q5.Выпуск шлаков.6.Восстановление методом металлотермии: FeOx+Mn(Si)->Fe+MnOx(SiOx)+Q.MnOx-шлак.7.Введение лигирующих добавок для получения стали нужной марки.8.Контроль плавки.9.Корректировка состава.10.Выпуск шлака.11.Выпуск стали.Сырьё для производства стали: Сталь-сплав железа с углеродом. Кроме углерода содержит Mn,Si,S,P в незначительных количествах. Используются шихтовые материалы: чугун(жидкий или твёрдый),стальной и чугунный лом, железная руда, флюсы.В качестве флюсов могут использоваться известняк, известь, боксит, окислителями служат железная руда, окалина, кислород и др. Чтобы из чугуна получить сталь необходимо уменьшить содержание углерода и свести содержание примесей(фосфор, кремний) к минимуму.

Кислородно-конвертерный (бессимеровский) способ производства стали.

Выплавка стали производится в конвертере, представляющий собой стальной сосуд грушевидной формы вместимостью 100-350 т. Перед началом процесса конвертер поворачивают в наклонное положение и заливают жидкий чугун(t=1250-1400 C).Затем конвертер ставят в вертикальное положение,загружают известняк,опускают водоохлаждаемую форму и через неё подают кислород .Происходят химические реакциии:окисление Fe,C,Si,Mn.Контроль плавки ведётся по спектру пламени, выходящего из горловины конвертера и берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному, то продувку прекращаю, поднимают форму, и, повернув конвертер в горизонтальное положение, выпускают сталь через летку в ковш, а затем через горловину сливают шлак. В ковш вводят ферромарганец, который обеспечивает получение «кипящей» стали(много О2,СО,который интенсивно выделяется при кристаллизации слитка-поверхность металла как бы бурлит).Разливка происходит при температуре 1600-1650 С.

Цветные металлы.

Классификация:1.Лёгкие(алюминий, магний, титан, кальций и др.)Используются в транспорте,авиация.2.Тяжёлые(медь,никель,свинец,цинк,олово).Применение очень широкое.3.Редкие(молибден, вольфрам, ванадий, уран и др.)Применяют как добавки, как лигирующие элементы. Делят на радиоактивные(уран) и рассеянные(галий).не образуют собственных минералов.4.Благородные(золото, серебро, платина).Наибольшее значение имеют алюминий, медь, титан, магний, золото и сплавы на их основе. Достоинства цветных металлов: обладают уникальными свойствами(высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, жаропрочность, малая плотность),которыми чёрные металлы не обладают, используются там, где нельзя применять чёрные металлы. Способны образовывать сплавы друг с другом и с чёрными металлами. Недостатки: Дорогостоящи, и там, где это возможно, их заменяют чёрными металлами.

Основные технологии получения металлов.

Наиболее часто применяемая технология-электролитическая. Электролиз может применятся и как основная технология и для очистки чернового металла. Так, например, чистоэлектролитическим способом получают алюминий, магний, натрий. Для получения таких металлов, как титан, хром, цинк, олово можно использовать двустадильную схему-1)термическая стадия

2)электролитическая очистка металла. Например для получения олова и свинца используют углетермию,а для получения титана- металлотермию (восстановитель-магний),для получения хрома-алюмотермию.

25Произв-во алюминия и меди.

Сырьем явл.:рудосодержащие оксид алюминия Al2O3(глинозем):бакситы(до 60% Al2O3), нефенилы(до 30%),алуниты и каолины(до 20%)

2 этапа получения алюминия:

1 этап:обогощение из руды отделяют породы и получают практически чистый(Al2O3)отделение производится щелочным, кислотным или термическим способом.

При щелочном способе:руду измельчают и обрабатывают в NAOH.Компоненты руды расслаиваются .

Из выделеного глинозема получим алюминий.

В качестве электролита используют криолит.NA3AlF6.Расстворяется в криолите.Расстворение происходит при t=1000*.Через полученный рассплав пропускают эл.ток,Al2O3 расспадается на катоде-Al2,а алоде -O2.

Сырьем для получения меди явл. сульфидные и оксидные руды.Медные руды содержат относительно небольшое кол-во меди до 3%,более 3%-багатаяруда.Поэтому процесс получения меди включ. в себя много этапов обагощения:

1.Медная руда (3% Cu)подвергнутая термической обработке в печи шахтного типа,на выходе-огарок(35% Cu)

2.Плавление в печи мартэновскоготипа;на выходе-штэйн(50% Cu)

3.Термическая обработка конвертного типа,на выходе-черновая медь(Cu-97%)

Читать еще:  Стойка для дрели своими руками из фанеры

4.Электролиз-на выходе чистая медь (99,9%)

26.Виды заготовительного произ-ва.Получение изделий из металлов

К основным произ-вам относят:

2.обработка металлов давлением;

3.Спекание металлических парашков(парашковая металлургия);

Литейное произ-во -это произ-во изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полную форму,воспроизводящую форму изделия. Чаще всего литье применяется для получения заготовок из малопластичных металлов(чугун,бронза,силумин).

Литьем получают очень сложные корпусные изделия,детали больших размеров.При литье:

1.Операции,являющиеся изготовителем формы.Модель представляет собой разъемную форму детали .

2.операция приготовленной разливочной смеси(песок+ жидкое стекло);

3.формовка (смесь засыпается в формовочный ящик,в него помещается модель и все это трамбуется (уплотняется),после уплотнения модель убирается.В формовочной смеси остается только ее отпечаток.Эту операцию проводят для 2х половинных моделей.

Формовочные ящики сотпечатками верхней и нижней части модели собирается.

3.возможености получения деталей больших размеров и сложной формы.

1.отностительно невысокое качество (по сравнению с ковкой,ОМД)

28.ОМД-получение заготовок и изделий путем реформирования металла в холодном или горячем состоянии.Давлением обрабатываются только пластичные металлы и сплавы(чугун не куют ).Сталь,медь,золото,Al-ные сплавы хорошо поддаются ОМД.

1.Высокие механические свойства (гораздо лучше.чем у литья);

2.ограниченность применения по размеру(больше литья)

ОМД один из самых распостраненных металлов обработки.

В автомобили около 80% деталей получают штамповкой.

2. по кинематике и механике процесса.

а) прокатка;б)волочение -выдавливание (протаскивание металла через отверстия в инструменте,называемойволокой.

в)ковка-деформирование металла ударами молота или пресса

г)штамповка-предание формы металлу с помощью штампа и уансонса.

Характеристики основных видов ОМД:

Прокатка.Оборудование-прокатный станок.Изделие -прокат(листовой,трубный, проволочный, сортовой простой-сечение,круг,квадрат,сортавой фасонный-рельс,швеллер,тавр.

Волочение.Оборудование-волочильный станок.Инструмент-волока.Изделие-проволка, прутки.Основное применение-строительство.Электротехника промышленность.

Ковка.Оборудование-кузнечный молот,пресса.Изделие-поковка.Применение-детали крупных размеров,единичного и мелкосерийного производства.

Штамповка.(объемная,листовая)Инструмент-пресс,штамп.Изделие-штамповка,паковка,Применение -детали серийного и массового производства.Мах.вес 300-350.

29.Спекание металлических порошков. Этапы производства заготовок методом спекания:1-полученик металлического порошка;2-приготовление смеси(перемешивание всех компонентов в необходимых пропорциях до однородности);3-формование(прессование).На этом этапе изделие принимает требующую форму.4-спекание-изделие помещают в печь и нагревают .В зав-ти от темп-ры нагрева различают:1:спекание в твёрдой фазе-темп-ра ниже темп-ры плавления;2:спеканик в жидкой фазе темп-ра>темп-ры плавления. «+» спеченных материалов:а)экономное использование Ме, в большинстве случаев не треб. доп. обработки;б)возможность получения изделий из смеси порошков Ме,которые не сплпвляются в обычных условиях,имеют очень высокую температуру плавления.Например, получение изделия из вальфрама(темп. плавления=3400),ванадия,хрома,циркония;в)возможность получения твёрдых сплавов.Твёрдый сплав-материал,состоящий из тугоплавкого,прочного наполнителя и металлической связки.(примеры тв.сплавов :ВК6,ВК8,Т10К15) «+» твёрдость, износостойкость; «-»хрупкость.Применениетв. сплавов:режущиеинструменты.г)возможность получ. Композиционных материалов,кот. др. методом получить нельзя.Например,W+свинец(Pb),W+Cu(медь)-сильно отличаются температурами плавления,композиц. Ме+пластик(порошок полителена и бронзы);пористые мат-лы(до 60 %); «-»спеченных мат-в –дорогой.

30.Механическая обработка-обработка Ме резаньем со снятием стружки. Цель МО(механич.обработки)-получение деталей необходимой формы,рахмером,чистоты поверхности(шероховатости);оборкдование-металлорежущие станки.Получение тел вращения:Виды механической обработки:1)точение(используется для обработки цилиндрических деталей;инструмент-резец;рабочие движения-вращение детали,перемещениерезца,оборудование-токарный станок);2)сверление-используется для получения и обработки отверстий;инструмент-сверло,зенкер,развёртка;рабочее движение-вращение и поступательное движение инструмента.3)Шлифование-используется для получения точных размеров и уменьшения шероховатости поверхности;инструмент-шлифовальныйкруг;рабочие движения-вращение инструмента и его поступательные движения;оборудование-шлифовальныйстанок.Шлифование-окончательный вид обработки.Бывает:круглое,плоское,внутреннее,фасонное шлифование;4)Фрезирование-используется для обработки поверхностей любой формы,инструмент-фреза;раб.движ.-вращение и поступательное движение инструмента;оборудование-фрезерныйстанок.Существует:торцевое,концевое,фасонноефрезирование.Станкимаркеруются группой цифр и букв(1-я цифра маркировки означает:1_токарный;2_сверлильный;3_шлифовальный;4_электрообработка;5_зубо- и резьбообрабатывающие;6_фрезерные.)

31. Термическая обработка(ТО)-обработка Ме,включающая процессы:1-нагрев;2-выдержка при опред.температуре;3-охлаждение.Целью любой термической обработки явл.изменение структуры и свойств материала.В зависимости от температуры нагрева,временивыдержки,скоростиохлаждения;различают4 осн.вида ТО: 1-отжиг 1-го рода;2-отжиг 2-го рода;3-закалка;4-отпуск(старение).Закалка-нагрев и очень быстрое охлаждение.Нагрев производится до температуры выше температуры кристаллизации(фазовых превращений).Резкое охлаждение достигается погружением детали в специальную охлаждающую жидкость,в результате закалки резко увеличивается твёрдость и упругость Ме.

32.Химико-термическая обработка.Цель ХТО-изменение хим.состава и структуры поверхности;оборудование-печь,в которой поддерживается среда заданного состава(азот,алюминий,уголь).При повышении температуры резко происходит диффузия(проникновение)атомов среды в глубь детали и тонкий слой.Осн.виды ХТО:1-цементация-насыщение поверхности углеродом;Цель-повышениетвёрдости;среда-источник углерода-кокс,метан.;2-озотизирование-насыщение поверхности азотом.Цель-повышение твёрдости;среда-источник азота-амиак.3-цианирование-насыщение поверхности углеродом и азотом.Цель-повышение твёрдости и коррозионной стойкости,среда-источник NaCN.

33.Стекло-твёрдый,аморфный материал,

полученный в результате переохлаждения,

расплава стеклооб. компонентов.По способ-

ности образовывать стёклаего компоненты

делятся на:1)стеклообр., активные(SiO2,Br2O3,

P2O5,As2S3). Эти вещ-ва при остывании способны

образовывать цыпочечный каркас.2)стеклообр.,

пассивные(Al2O3,TiO2). Эти вещ-васамостоят.

не образуют каркас, но могут защищать в нём др.

стекла образуется только при высокой скорости

охлаждения расплава, когда не успевают появится

34.Достоинства стекла:1)самое

главное достоинство стекла- прозрачность.Оконное

стекло-80% пропускания,Оптическое стекло-99,9%.

2)химическая стойкость3)водо-,газо-,шумо- изолирую-

щие пр-ва.4)высокаямехан. Прочность 5)способность к

механ. Обработке. Недостатки:1) хрупкость2)неустойчи-

вость к большим перепадам температуры.Клас-ция стёкол:

оптически прозрачных полимеров.По назначению стёкла:

По агрегатному состоянию:1)твёрдые2)жидкие.

35.

Сырьё для про-вастекла:Стекло- многокомпонентная сис-

тема.Компоненты подбираются в зависимости от назначе-

ния и требуемых свойств.SiO2- стеклообр.,основа всех

силикатных стёкол.CaO- обеспечивает высокую мех.

прочность,входит в состав боль-ва стёкол(до 40%).

MgO-обеспечивает высокую прочность,в стекло добавля-

ется в виде доломита.Na2O-понижает температуру варки.

вводим соду Na2-CO2(OH)2. PbO-улучшает оптические

хар-ки.Al2O3-придаёт высокую жарастойкость,в стёклах

до 20%.BaSO4-обеспечивает защиту от радиоактивного

излучения. Технология получения стекла:Оборудование:

печь,ванна(бассейн),темп. 1500град.Процесс стекловарения:

студка до 700-1000 град.Фармовка:лодочнаявытежка(в распла-

вленное стекло опускают лодочку,стекловдавлив. В щель,

захватывается спец. Устройствам.недостаток-волнистость стекла.

отжиг(нагрев 400-600 град.)Доп. Обработка:гранение,окраска.

Дата добавления: 2018-05-13 ; просмотров: 131 ;

Сущность процесса производства стали

Сталь — это железоуглеродистый сплав, в котором содержится практически до 1,5% углерода, при большом его содержании увеличивается хрупкость и твёрдость стали, но они не широко применяются.

Предельный чугун и стальной лом являются основными исходными материалами для производства стали.

В стали малое содержание углерода, чем в чугуне.

При взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах железо окисляется:

Вместе с железом также окисляются кремний, марганец, углерод и фосфор. Оксид железа при высокой температуре отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, а так же окисляет их.

В три этапа осуществляются процессы выплавки стали.

Первый этап. Нагрев ванны жидкого металла и расплавление шихты.

Температура металла не высокая, происходит процесс окисления железа примесей, образование оксида железа, а именно марганца, кремния и фосфора.

Самая важная задача этапа — это удаление фосфора. Для этого желательно провести плавку в основной печи. Должна быть не высокая температура ванны и шлака.

Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты:

Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.

Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция:

Третий этап . Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.

Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.

Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов — раскислителей.

Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.

Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:

При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.

Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.

В различных по принципу действиях металлургических агрегатах, таких как мартеновских печах, электрических печах и кислородных конвертерах, чугун переделывается в сталь.

Мартеновский процесс в период 70-х годов 20 века являлся главным способом производства стали. Способ характеризуется не особо большой производительностью. Благодаря такому способу можно получить качественную сталь. Вместительность печи составляет приблизительно от 200 до 900 тонн.

По устройству и своему принципу мартеновская печь является пламенной отражательной регенативной печью. В ней находится плавительное пространство, которое сжигает разнообразное топливо или мазут. Для получения стали в расплавленном состоянии нужна высокая температура, благодаря ней обеспечивается регенерацией тепла печных газов. Время плавки составляет от 3 до 6 часов, для крупных печей больше — до 12 часов.

Существуют разновидности мартовского процесса, которые используют при расплавке в зависимость от самого состава шихты.

1. Скрап — процесс. Шихта состоит из стального лома и 25-45% чушкового предельного чугуна. Его применяют только на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

2. Скрап-рудный процесс. Шихта состоит из железной руды и 55-75% жидкого чугуна. Такой процесс применяют на металлургических заводах, которые имеют доменные печи.

Скрап — рудным процессом стали изготовлять большое количество в мартеновских печах с основной футеровкой. В таких печах выплавляют такие виды сталей как низко- и марганцовистые, конструктивные, углеродистые, но кроме высоколегированных.

В нашей стране в мартеновских печах выплавляют около 20% всей стали. В последние годы доля мартеновского способа производства стали сократилась из-за развития электросталеплавильного и кислородно-конвертного производств.

Получение стали в электрических печах, машиностроительных и металлургических заводов называется электросталеплавильное производство.

Получение стали в сталеплавильных агрегатах — конвертерах путём продувки жидкого чугуна кислородом или воздухом называется кислородно-конверторное производство.

Кислородный конвертер выглядит в виде сосуда грушевидной формы из стального листа, который футерованный основным кирпичом.

Тоннаж конвертера от 130 до 350 тонн жидкого чугуна. Во время процесса работы конвертера может поворачиваться на 360 градусов для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива шлака и стали.

Читать еще:  Углогиб своими руками

Основные шихтовые материалы кислородно-конвертного процесса: стальной лом, известь для наведения шлака, жидкий предельный чугун, плавиковый шпат для разжижения шлака, железная руда и боксит.

Низколегированные стали, кипящие и спокойные, стали с разным содержанием углерода выплавляют в кислородных конвертерах. Конвертер для плавки ёмкостью от 130 до 300 тонн заканчивается примерно через 25-30 минут.

Более высокопроизводительным способом выплавки стали является именно кислородно-конвертерный процесс. Отсутствие топлива, меньшие затраты на строительство цехов и простота устройства конвертера — другие достоинства этого процесса.

Производство стали в электропечах. Такие печи, прежде всего, используют для выплавки высоколегированных, инструментальных, конструкционных, специальных сталей и сплавов.

Электропечи различают дуговые и индукционные.

Дуговая является более распространенным типом печей. В них проходит разряд между электродами через скрап. Поступление электрического тока происходит через трансформатор, который регулирует параметры и напряжение тока.

Выплавка в таких печах производятся высококачественные конструкционные сплавы и стали. Качество, сравнивая с конверторной и мартеновской, более высокое. Это проявляется её высокой чистотой по фосфору и сере, хорошей раскисляемостью.

Стоит учесть, что эта электросталь стоит дороже, чем конверторная или мартеновская.

Применяя кислород, повышается производительность на 15-25% и снижается расход электроэнергии более 10-15%.

Индукционная служит для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В частности используют индукционный тигельные печи, состоящие из представляющего собой медную водоохлаждаемую трубку, тигля и индуктора. В таких печах чаще всего выплавляют чугун, сталь, металлы, медь, алюминий, магний, сталь.

Преимущества индукционных печей заключается в том, что очень малый угар легкоокисляющихся элементов, таким образом можно выплавить сталь с очень низким содержанием углерода. В такой стали пониженное содержание азота и высокой чистоты по неметаллическим включениям. Индукционные печи высокопроизводительные и имеют высокий электрический КПД. Их недочёты заключают в том, что имеют маленькую вместительность, высокую стоимость электрооборудования и низкую стойкость основных тиглей.

студентка Торезского колледжа ДонГУУ
Малеева Виолетта

Производство стали

Сталь – это железоуглеродистый сплав, который содержит около 1,5% углерода, если его содержание увеличивается, то значительно повышается хрупкость и твердость стали. Основной исходный материал для производства стали — стальной лом и передельный чугун.

Содержание примесей и углерода в стали намного ниже, чем в чугуне. Поэтому суть металлургического передела в сталь чугуна – это уменьшение содержания примесей и углерода за счет их избирательного окисления и превращения в газы и шлак в процессе плавки.

В первую очередь окисляется железо при взаимодействии кислорода и чугуна в сталеплавильных печах. Вместе с железом окисляются фосфор, кремний, углерод и марганец. Оксид железа, который образуется при высоком температурном режиме, отдает свой кислород в чугуне более активным примесям, при этом окисляя их.

Производство стали осуществляется в три стадии.

Первая стадия производства стали — расплавление породы

Происходит расплавление шихты и нагревается ванна жидкого металла. Температура металла невысокая, энергично окисляется железо, образуется оксид железа и окисляются примеси: марганец, кремний и фосфор.

Самая важная задача этой стадии производства стали – это удаление фосфора. Для этого нужно проводить плавку в основной печи, где шлак будет содержать оксид кальция (CaO). Фосфорный ангидрид — P2O5 будет образовывать с оксидом железа непрочное соединение (FeO)3 x P2O5. Оксид кальция – как более сильное основание, по сравнению с оксидом железа, и при не очень высоких температурах связывает P2O5 и превращает его в шлак.

Для того чтобы удалить фосфор, нужна не очень высокая температура, ванны шлака и металла, достаточное содержание в шлаке FeO. Для того чтобы увеличить в шлаке содержание FeO и ускорить окисление примесей добавляется в печь окалина и железная руда, наводя железистый шлак. Постепенно, по мере удаления из металла в шлак фосфора, содержание в шлаке фосфора повышается. Так что нужно убрать данный шлак с зеркала металла, а затем заменить его новым со свежими добавками оксида кальция.

Вторая стадия производства стали — кипение

Происходит кипение металлической ванны. Начинается постепенно, по мере нагрева до высоких температур. При увеличении температуры интенсивней происходит реакция окисления углерода, протекающая с поглощением теплоты:

Для того чтобы окислить углерод вводят в металл небольшое количество окалины, руды или вдувают кислород. При реакции углерода с оксидом железа, пузырьки оксида углерода выводятся из жидкого металла, и происходит «кипение ванны». Во время «кипения» сокращается в металле содержание углерода до требуемого количества, температура выравнивается по объему ванны, немного удаляются неметаллические включения, которые прилипают к всплывающим пузырькам CO и газы, которые проникают в пузырьки CO. Все это ведет к увеличению качества металла. А значит, данная стадия — основная в процессе производства стали.

Создаются условия для того чтобы удалить серу. В стали сера находится в форме сульфида — FeS, растворяемого в основном шлаке. Чем будет выше температурный режим, тем больше сульфида железа растворится в шлаке и будет взаимодействовать с оксидом кальция CaO:

Соединение, которое образуется – CaS, растворяется в шлаке, но при этом не растворяется в железе, так что сера выводится в шлак.

Третья стадия производства – раскисление стали

Происходит восстановление оксида железа, который растворен в жидком металле. Увеличение содержания кислорода в металле при плавке необходимо для осуществления окисления примесей, но в уже готовой стали кислород является вредной примесью, потому что понижает механические свойства стали.

Раскисление сталь осуществляется двумя методами: диффузионным и осаждающим.

Диффузионное раскисление происходит благодаря раскислению шлака. В измельчённом виде ферросилиций, ферромарганец и алюминий переносят на поверхность шлака. Эти раскислители, восстанавливают оксид железа, и при этом сокращают содержание его в шлаке. А значит, оксид железа, который растворен в стали переходит в этот шлак. Оксиды, которые образуются при таком процессе, остаются в шлаке, а железо, уже в восстановленном виде, переходит в сталь, а в ней уменьшается содержание неметаллических включений и увеличивается ее качество.

Осаждающее раскисление происходит благодаря введению в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферросилиция, ферромарганца, алюминия), которые содержат элементы, обладающие более высоким сродством к кислороду, в сравнении с железом. В конце концов, после раскисления восстанавливается железо и создаются оксиды: SiO2, MnO, Al2O5, имеющие меньшую плотность,в сравнении со сталью, и выводятся в шлак.

В зависимости от уровня раскисления можно выплавлять такие виды стали: — кипящие – не полностью раскислены в печи. Раскисление такой стали продолжается в изложнице при затвердевании слитка, за счет взаимодействия углерода и оксида железа: FeO + C = Fe + CO.

Оксид углерода, который образовался, выводится из стали, обеспечивая удалению водорода и азота из стали, газы выводятся в виде пузырьков, приводя её к кипению. Кипящая сталь не имеет неметаллических включений, поэтому отличается высокой степенью пластичности.

  • спокойные — получается при абсолютном раскислении в ковше и в печи.
  • полуспокойные – отличаются промежуточной раскисленностью между кипящей и спокойной сталями. Частично раскисляется в ковше и в печи, а частично – в изложнице, за счет взаимодействия углерода и оксида желез, которые содержатся в стали.

Легирование стали происходит введением чистых металлов или ферросплавов в определенном количестве в расплав. Легирующие элементы, которые имеют меньше сродство к кислороду, чем у железа (Co, Ni, Cu, Mo), при разливке и плавке не окисляются, и поэтому их вводят в какое-либо время плавки. Легирующие элементы, которые имеют большее сродство к кислороду, чем у железа (Mn, Si, Cr, Al, Ti , V), в металл вводят после раскисления или вместе с ним на окончательном этапе плавки, а иногда и в ковш.

Оборудование для производства и выплавки стали

Для производства стали на сталелитейных заводах должно быть специальное оборудование:

  • аргоновое хозяйство;
  • детали конвертеров (сосуды и несущие кольца конвертера);
  • фильтрация пыли;
  • отсасывание конвертерного газа;
  • индукционные печи (изготовление периферий);
  • дуговые печи (изготовление энергетических опор, стальных частей для горнов, охлаждение электродов);
  • загрузочные бадьи;
  • скрапное отделение;
  • частотные преобразователи для индукционного нагревания;
  • обессеривание стали;
  • гомогенизация стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • создание вакуума;
  • оборудование LF типа;
  • оборудование SL типа;
  • крышки литейных и разливочных ковшей;
  • литейные и разливочные ковши;
  • шиберные затворы;

Оборудование непрерывной разливки стали

  • разливочная поворотная станина для манипуляции с промежуточными ковшами и ковшами;
  • сегменты оборудования непрерывной разливки;
  • вагонетки промежуточных ковшей;
  • аварийные лотки и сосуды;
  • промежуточные ковши и подставки для складывания;
  • пробочный механизм;
  • передвижные мешалки чугуна;
  • охлаждающее оборудование;
  • выводные участки непрерывной разливки;
  • металлургические рельсовые транспортные средства.

Таким образом производство стали — это сложный технологический процесс, сочетающий базовые химические принципы получения железа, в сочетании с технологиями отливки стали.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector