Кислородно-конверторный процесс выплавки стали

Используя изложенные в разд. 3.2.2 законы и сведения о протекающих химических реакциях можно рассмотреть последовательность этапов плавки в кислородном конверторе.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла в начале продувки кислородом. Температура металла невысока, поэтому интенсивно проходят экзотермические процессы окисления железа и примесей Si, Р, Mn по реакциям (3.1)…(3.4). Наиболее важная задача этого этапа – удаление фосфора по реакциям (3.6), (3.7). В соответствии с законом распределения по мере накопления фосфора в шлаке процесс дефосфорации замедляется. Поэтому для более полного удаления фосфора из металла с с его зеркала убирают «отработавший» шлак и наводят новый. Однако это удлиняет процесс плавки и уменьшает производительность, поэтому в кислородном конверторе стараются переплавлять чугун с содержанием фосфора не более 0,15 %.

Второй этап – «кипение» металлической ванны – начинается по мере прогрева её до более высоких, чем на первом этапе, температур. Видимость «кипения» создаётся всплытием большого количества пузырьков газа СО, образующегося при окислении углерода по реакции (3.5). При кипении уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам СО, а также газы, проникающие в пузырьки СО.

В этот же период создаются условия для удаления серы из металла.

Третий этап (завершающий) – раскисление стали – заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле. В готовой стали кислород является вредной примесью, т.к. понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляют введением в жидкую сталь растворимых в стали раскислителей (ферромарганец, ферросилиций, алюминий и др.), содержащих Mn, Si, Al и др. Эти металлы в данных условиях обладают большим сродством к кислороду, чем железо. В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды MnO, SiO₂, Al₂O₃ и др., имеющие меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак. Однако часть оксидов может остаться в стали в виде неметаллических включений, что ухудшает свойства стали.

Диффузионное раскисление осуществляют раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и другие раскислители в мелкоизмельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. По закону распределения оксид железа, растворённый в стали, начинает переходить в шлак.. Образующиеся при диффузном раскислении оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, что уменьшает содержание в ней неметаллических включений и повышает её качество.

В зависимости от степени раскисленности выплавляют спокойные, кипящие и полуспокойные стали.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в конверторе и в сталеразливочном ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи не полностью. Её раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка благодаря взаимодействию FeO и углерода, содержащихся в металле. Образующийся при реакции

FeO + С = Fe + СО

оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из неё азота и водорода. Газы выделяются в виде пузырьков, создавая иллюзию её кипения. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений – продуктов раскисления, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в конверторе и ковше, а частично в изложнице благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Разливка стали

Из известных способов разливки стали: в изложницы сверху, в изложницы снизу (сифоном) и в кристаллизаторы машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) (рис. 3.8), – выбираем непрерывное литьё слябов.

Внутреннее сечение кристаллизатора соответствует форме заданной заготовки, которая, в свою очередь, своим поперечным сечением впоследствии обеспечит раскатку в лист требуемой ширины для изготовления сварной трубы диаметром 400 мм.

Если иметь в виду получение сварной трубы сворачиванием листа и сваривание кромок прямым швом, то ширина листа, равная длине окружности трубы, может быть оценена как π∙D, т.е. около 1260 мм. Следовательно и ширина сляба, получаемого в МНЛЗ, должна быть близка к полученной оценке.

4.3.3 Производство листа (штрипса) для сварной трубы

Сварные трубы изготовляют из плоской заготовки – ленты (называемой штрипсом) – или из листов, ширина которых соответствует длине (или половине длины) окружности трубы.

Получение сляба методом непрерывной разливки избавляет нас от необходимости его получения на обжимном стана – слябинге. Однако для изготов-

Рисунок 3.8 – Схемы разливки стали:

а – сверху (1 – ковш, 2 – изложница, 3 – поддон );

б – снизу (сифонная) (4 – центральный стояк, 5 – утеплитель, 6 – футеровка);

в – непрерывная (1 – ковш, 2 – промежуточный ковш, 3 – кристаллизатор,

4 – холодильник, 5 – зона незакристаллизовавшегося металла,

6 – тянущие валики, 7 – слиток, 8 – ацетиленовый резак)

 

ления штрипса или листа необходимой ширины все равно требуется операция обработки давлением – горячая продольная прокатка на листопрокатном стане. Общая схема устройства одноклетевого прокатного двухвалкового стана представлена на рис. 3.9.

Кроме двух валковых, прокатные станы бывают многовалковыми, у которых число валков больше двух. На рис. 3.10 представлены широко применяемые варианты рабочих клетей многовалковых станов с различным числом и расположением гладких валков

Обычно листопрокатные станы бывают многовалковыми, при этом рабочие валки (находящиеся в контакте с металлом) имеют небольшой диаметр, что позволяет снизить усилие на валок при прокатке тонкого листа. Остальные валки большего диаметра являются опорными, исключающими деформацию рабочих валков.

Прокатку сляба из стали ВСт3пс а в штрипс для трубы следует проводить в горячем состоянии, чтобы исправить недостатки литой структуры стали сочетанием пластической деформации и динамической рекристаллизации.

 

 

 

Рисунок 3.9 – Схема одноклетевого двухвалкового стана:

а – вид спереди, б – вид в плане (сверху); 1 – плитовина, 2 – валки,

3 – рабочая клеть, 4 – универсальный шпиндель, 5 – соединительные муфты,

6 – трефовый шпиндель, 7 – шестерённая клеть, 8 – коренная муфта, 9 – редуктор, 10 – моторная муфта, 11 – главный электродвигатель, 12 - маховики

 

Рисунок 3.10 – Рабочие клети

прокатных станов:

а – дуо, б – трио (трио Лаута),

в – кварто, г – многовалковая,

д - универсальная

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: