Технология металлов

Количество образующихся шлаков составляет 50—60% от количества выпускаемого доменной печью чугуна. Производительность доменной печи и качество выпускаемого чугуна в значительной степени зависят от состава и свойств образующихся шлаков.

Шлак образуется при взаимодействии пустой породы (SiO₂, Аl₂O₃), закиси железа (FeO) и известняка (СаСО₃).

Образовавшийся вначале первичный шлак постепенно просачивается к горну печи, обогащаясь по пути различными окислами пустой породы, и меняет свой состав и свойства, становясь при этом более тугоплавким и иногда густым.

Производительность доменной печи определяется значением коэффициента использования полезного объема, подсчитываемого по формуле:

где:

• К — коэффициент использования полезного объема печи;
• V — полезный объем доменной печи в кубических метрах;
• Т — суточный выпуск чугуна в тоннах.

Из приведенной формулы следует, что чем меньше значение коэффициента К, тем больше суточная производительность печи.

В зависимости от химического состава шихтовых материалов и условий ведения плавки доменный чугун имеет различный состав и различное назначение.

Классы передельного доменного чугуна

Передельный доменный чугун, перерабатываемый в дальнейшем на сталь, делится в зависимости от способа получения стали на три класса:

1. мартеновский чугун — перерабатываемый на сталь в мартеновских печах с кислой или основной футеровкой;

2. бессемеровский чугун — перерабатываемый на сталь в специальных аппаратах, называемых бессемеровскими конвертерами с кислой футеровкой;

Основным материалом для производства железа и стали является в настоящее время передельный доменный чугун. Около 90% всего получаемого в доменных печах чугуна перерабатывается на железо и сталь.

В то время, когда развитие железоделательного производства было еще в зачаточном состоянии (XII—XIII в.), железо изготовляли в примитивных сыродутных горнах путем непосредственного восстановления железной руды древесным углем. Железо получалось в тестообразном состоянии и содержало много шлаков.

Начало переработки чугуна на железо и сталь относится к XIV в., когда для этой цели применяли так называемые кричные горны.

Производство сварочного железа сохранилось до середины XIX в.

Жидкая сталь получалась в это время путем переплавки сварочного железа с добавкой углерода в тиглях (тигельная сталь).

В течение 1854—1856 гг. Бессемером был разработан новый способ получения жидкой стали из чугуна.

Сущность этого способа заключается в том, что через расплавленный доменный чугун продувается воздух и кислород воздуха окисляет примеси чугуна непосредственно и через закись железа.

Реакция окисления железа и примесей (Mn, Si) проходит с выделением тепла (экзотермически), и температура чугуна но мере выгорания примесей не понижается, а, наоборот, повышается до 1600°.

Раскисление жидкой стали достигается добавкой в нее элементов, обладающих большим сродством с кислородом, чем железо, и образующих нерастворимые в железе окислы.

Эти окислы или переходят в шлак (SiO₂, MnО) или удаляются в виде газа (СО). В качестве раскислителей применяют доменные ферросплавы — ферросилиций, ферромарганец и зеркальный чугун.

Сталь после раскисления сливается из конвертера в ковш и разливается по изложницам.

Таким образом, весь процесс производства литой стали путем конвертирования продолжается 14—16 мин.

Переработка путем конвертирования на сталь доменных чугунов, содержащих значительное количество фосфора (до 2,20%), была осуществлена в 1877 г. С.Д. Томасом.

Особенностью применяемого в этом случае конвертера (томасовского) является основная, доломитовая, футеровка, а отличием самого процесса конвертирования является загрузка в конвертер вместе с жидким чугуном и определенного количества извести.

Наличие извести приводит к образованию основных шлаков и к связыванию окислившегося фосфора в прочное соединение (СаО)_{4 *}P₂ O₅, уходящее в шлак.

Как указывалось ранее, основным недостатком стали, получаемой путем кислого или основного конвертирования, является повышенное содержание в ней кислорода и связанное с этим понижением механических свойств.

Таким образом, для изготовления многих ответственных изделий (пружины, инструмент, детали, работающие на удар, и др.) эта сталь оказалась непригодной.

В 1864 г. было положено начало производства литой стали на мартеновской печи.

В настоящее время свыше 80% всей стали получают этим способом.

В зависимости от состава шихты различают следующие разновидности процесса плавки стали на полу-регенеративной мартеновской печи:

• скрап-процесс, когда шихтой является чушковый чугун, и стальной лом (скрап);

• чугунно-рудный процесс, когда шихтой является жидкий доменный передельный чугун с добавлением железной руды;

• скрап-рудный процесс, когда в состав шихты входит и жидкий чугун и скрап.

Основное применение имеют скрап-процесс и скрап-рудный процесс.

Процесс плавки состоит из следующих основных операций:

1. Загрузка, или завалка, шихты в печь. При загрузке скрапа последний подвергается сортировке; мелкий скрап — стружка, высечка и т.п. — спрессовывается в пакеты (пакетируется) и загружается с помощью специальной машины через загрузочное окно в рабочее пространство печи. Таким же образом производится загрузка известняка и руды.

2. Жидкий чугун заливается в печь через рабочие окна из разливочного ковша.