Способ выплавки дса во

Выплавка стали: технология, способы, сырье

Железную руду получают привычным способом: открытой или подземной добычей и последующей транспортировкой для первоначальной подготовки, где материал измельчается, промывается и перерабатывается.

Руду засыпают в доменную печь и подвергают струйной обработке горячим воздухом и теплом, который превращает ее в расплавленное железо. Далее оно извлекается из нижней части печи в формы, известные как свиньи, где происходит остывание для получения чугуна. Он превращается в кованое железо или перерабатывается в сталь несколькими способами.

Что такое сталь?

Вначале было железо. Оно является одним из наиболее распространенных металлов в земной коре. Его можно встретить почти везде, в сочетании со многими другими элементами, в виде руды. В Европе начало работы с железом датируется 1700 г. до н.э.

В 1786 году французские ученые Бертолле, Мондж и Вандермонде точно определили, что разница между железом, чугуном и сталью обусловлена различным содержанием углерода. Тем не менее сталь, изготовленная из железа, быстро стала самым важным металлом промышленной революции. В начале XX века мировое производство стали составило 28 миллионов тонн — это в шесть раз больше, чем в 1880 году. К началу Первой мировой войны ее производство составляло 85 миллионов тонн. В течение нескольких десятилетий она практически заменила железо.

Содержание углерода влияет на характеристики металла. Существует два основных вида стали: легированная и нелегированная. Сплав стали относится к химическим элементам, отличным от углерода, добавленного к железу. Таким образом, для создания нержавеющей стали используется сплав 17 % хрома и 8 % никеля.

В настоящее время существует более 3000 каталогизированных марок (химических составов), не считая тех, которые созданы для удовлетворения индивидуальных потребностей. Все они способствуют превращению стали в наиболее подходящий материал для решения задач будущего.

Сырье для выплавки стали: первичное и вторичное

Выплавка данного металла с использованием многих компонентов – самый распространенный способ добычи. Шихтовые материалы могут быть как первично используемые, так и вторично. Основной состав шихты, как правило, составляет 55 % чугуна и 45 % оставшегося металлолома. Ферросплавы, переделанный чугун и технически чистые металлы используются как основной элемент сплава, ко вторичным, как правило, относят все виды черного металла.

Железная руда является самым важным и основным сырьем в черной металлургии. Для производства тонны чугуна требуется около 1,5 тонны этого материала. Для производства одной тонны чугуна используется около 450 тонн кокса. Многие металлургические заводы применяют даже древесный уголь.

Вода — важное сырье для черной металлургии. Она в основном используется для закалки кокса, охлаждения доменных печей, производства пара в дверях угольной печи, работы гидравлического оборудования и удаления сточных вод. Для производства тонны стали требуется около 4 тонн воздуха. Флюс используется в доменной печи для извлечения загрязнений из плавильной руды. Известняк и доломит объединяются с экстрагированными примесями с образованием шлака.

Как дутьевые, так и стальные печи, облицованы огнеупорами. Они используются для облицовочных печей, предназначенных для плавки железной руды. Диоксид кремния или песок используется для формования. Для производства стали различных марок применяют цветные металлы: алюминий, хром, кобальт, медь, свинец, марганец, молибден, никель, олово, вольфрам, цинк, ванадий и др. Среди всех этих ферросплавов марганец широко используется в выплавке стали.

Железные отходы, полученные из демонтированных конструкций заводов, механизмов, старых транспортных средств и т. д., перерабатываются и широко используются в этой отрасли.

Чугун для стали

Выплавку стали с использованием чугуна производят гораздо чаще, чем с другими материалами. Чугун — это термин, который обычно относится к серому железу, однако он также идентифицирован с большой группой ферросплавов. Углерод составляет примерно от 2,1 до 4 мас.%, тогда как кремний составляет обычно от 1 до 3 мас.% в сплаве.

Выплавка чугуна и стали проходит при температуре плавления между 1150 и 1200 градусов, что примерно на 300 градусов ниже, чем температура плавления чистого железа. Чугун также демонстрирует хорошую текучесть, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформации, окислению и отливке.

Сталь также является сплавом железа с переменным содержанием углерода. Содержание углерода в стали составляет от 0,2 до 2,1 мас.%, И это наиболее экономичный легирующий материал для железа. Выплавка стали из чугуна полезна для различных инженерных и конструкционных целей.

Железная руда для стали

Процесс выплавки стали начинается с переработки железной руды. Породу, содержащую железную руду, измельчают. Руду добывают с использованием магнитных роликов. Мелкозернистая железная руда перерабатывается в крупнозернистые комки для использования в доменной печи. Уголь очищается от примесей в коксовой печи, что дает почти чистую форму углерода. Затем смесь железной руды и угля нагревают для получения расплавленного железа или чугуна, из которого производится сталь.

В основной кислородной печи расплавленная железная руда является основным сырьем и смешивается с различными количествами стального лома и сплавов для производства различных марок стали. В электродуговой печи переработанный стальной лом расплавляется непосредственно в новую сталь. Около 12% стали изготовлено из переработанного материала.

Технология выплавки

Плавление — процесс, посредством которого металл получают либо в виде элемента, либо как простое соединение из его руды путем нагревания выше температуры плавления обычно в присутствии окислителей, таких как воздух, или восстановителей, таких как кокс.

В технологии выплавки стали металл, который сочетается с кислородом, например оксидом железа, нагревается до высокой температуры, и оксид образуется в сочетании с углеродом в топливе, выходящим как монооксид углерода или диоксид углерода.
Другие примеси, все вместе называемые жилами, удаляются добавлением потока, с которым они объединяются, образуя шлак.

В современных плавках стали используется отражательная печь. Концентрированная руда и поток (обычно известняк) загружаются в верхнюю часть, а расплавленный штейн (соединение меди, железа, серы и шлака) вытягивается снизу. Вторая термообработка в конвертерной печи необходима для удаления железа из матовой поверхности.

Кислородно-конвекторный способ

Кислородно-конвертерный процесс является ведущим процессом сталеплавильного производства в мире. Мировое производство конвертерной стали в 2003 году составило 964,8 млн тонн или 63,3 % от общего производства. Производство конвертера является источником загрязнения окружающей природной среды. Основными проблемами этого являются снижение выбросов, сбросов и уменьшение отходов. Суть их заключается в использовании вторичных энергетических и материальных ресурсов.

Экзотермическое тепло генерируется реакциями окисления во время продувки.

Основной процесс выплавки стали с использованием собственных запасов:

• Расплавленный чугун (иногда называемый горячим металлом) из доменной печи выливается в большой огнеупорный футерованный контейнер, называемый ковшом.
• Металл в ковше направляется непосредственно для основного производства стали или стадии предварительной обработки.
• Высокочистый кислород под давлением 700-1000 килопаскалей вводится со сверхзвуковой скоростью на поверхность ванны железа через охлаждаемую водой фурму, которая подвешена в сосуде и удерживается в нескольких футах над ванной.

Решение о предварительной обработке зависит от качества горячего металла и требуемого конечного качества стали. Самые первые конвертеры со съемным дном, которые могут быть отсоединены и отремонтированы, все еще используются. Были изменены копья, используемые для дутья. Для предотвращения заклинивания фурмы во время продувки применялись щелевые манжеты с длинным сужающимся медным наконечником. Кончики наконечника после сгорания сжигают CO, образующийся при выдувании в CO₂, и обеспечивают дополнительное тепло. Для отвода шлака используются дротики, огнеупорные шарики и шлаковые детекторы.

Кислородно-конвекторный способ: достоинства и недостатки

Не требует затрат на оборудование по очищению от газа, так как пылеобразование, т. е. испарение железа, снижено в 3 раза. За счет снижения выхода железа наблюдается рост выхода жидкой стали в 1,5 — 2,5 %. Преимуществом стало и то, что интенсивность продувки в таком способе увеличивается, что дает возможность повысить производительности конвертера на 18 %. Качество стали выше, потому что температура в зоне продувки снижена, что приводит к уменьшению образования азота.

Недостатки данного способа выплавки стали привели к снижению спроса на потребление, так как повышается уровень потребления кислорода на 7 % из-за большого расхода на сжигание топлива. Наблюдается повышенное содержание водорода в переработанном металле, из-за чего приходится некоторое время после окончания процесса вести продувку при помощи кислорода. Среди всех способов кислородно-конвертерный обладает самым повышенным шлакообразованием, причиной является невозможность следить за процессом окисления внутри оборудования.

Мартеновский способ

Мартеновский способ на протяжении большей части 20-го века составлял основную часть обработки всей стали, изготовленной в мире. Уильям Сименс в 1860-х годах искал средства повышения температуры в металлургической печи, воскресив старое предложение об использовании отработанного тепла, выделяемого печью. Он нагревал кирпич до высокой температуры, затем использовал тот же путь для ввода воздуха в печь. Предварительно нагретый воздух значительно увеличивал температуру пламени.

Природный газ или распыленные тяжелые масла используются в качестве топлива; воздух и топливо нагреваются до сгорания. Печь загружается жидким доменным чугуном и стальным ломом вместе с железной рудой, известняком, доломитом и флюсами.

Сама печь изготовлена из высокоогнеупорных материалов, таких как магнезитовый кирпич для очагов. Вес мартеновских печей достигает 600 тонн, и их обычно устанавливают группами, так что массивное вспомогательное оборудование, необходимое для зарядки печей и обработки жидкой стали, может быть эффективно использовано.

Хотя мартеновский процесс практически полностью заменен в большинстве промышленно развитых стран основным кислородным процессом и электродуговой печью, им изготавливают около 1/6 всей стали, произведенной во всем мире.

Достоинства и недостатки данного способа

К преимуществам относят простоту использования и легкость в получении легированной стали с примесью различных добавок, которые придают материалу различные специализированные свойства. Необходимые добавки и сплавы добавляют непосредственно перед окончанием выплавки.

К недостаткам можно отнести сниженную экономичность, по сравнению с кислородно-конверторным способом. Также качество стали более низкое, по сравнению с остальными методами выплавки металла.

Электросталеплавильный способ

Современный способ выплавки стали с использованием собственных запасов представляет собой печь, которая нагревает заряженный материал с помощью электрической дуги. Промышленные дуговые печи имеют размеры от небольших единиц грузоподъемностью около одной тонны (используются в литейных цехах для производства чугунных изделий) до 400 тонн единиц, применяемых для вторичной металлургии.

Дуговые печи, используемые в исследовательских лабораториях, могут иметь емкость всего несколько десятков граммов. Промышленные температуры электрической дуговой печи могут составлять до 1800 °C (3,272 °F), в то время как лабораторные установки могут превышать 3000 °C (5432 °F).

Дуговые печи отличаются от индукционных тем, что зарядный материал непосредственно подвергается воздействию электрической дуги, а ток в выводах проходит через заряженный материал. Электрическая дуговая печь используется для производства стали, состоит из огнеупорной футеровки, обычно водоохлаждаемой, больших размеров, покрыта раздвижной крышей.

Печь в основном разделена на три секции:

• Оболочка, состоящая из боковых стенок и нижней стальной чаши.
• Очаг состоит из огнеупора, который вытягивает нижнюю чашу.
• Крыша с огнеупорной футеровкой или водяным охлаждением может быть выполнена в виде секции шара или в виде усеченного конуса (коническая секция).

Достоинства и недостатки способа

Данный способ занимает лидирующие позиции в области производства стали. Метод выплавки стали применяется для создания высококачественного металла, который либо совсем лишен, либо содержит незначительное количество нежелательных примесей, таких как сера, фосфор и кислород.

Главным плюсом метода является использование электроэнергии для нагревания, благодаря чему можно легко контролировать температуру плавления и достичь невероятной скорости нагревания металла. Автоматизированная работа станет приятным дополнением к прекрасной возможности качественной переработки различного металлического лома.

К недостаткам можно отнести большое энергопотребление.

Источник

Способ выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате

Использование: в металлургии. Сущность изобретения: по окончании продувки ванны, кислородом, заканчивающей за 5-7 мин до раскисления стали в печи или выпуска плавки, осуществляют нагрев шлака топливокислородным факелом с удельной тепловой мощностью 0,06-0,16 МВт/т стали . Расход кислорода для сжигания топлива устанавливают равным 0,7-0,9 от стехиометрически необходимого. Тепловую мощность топливокислородного факела устанавливают в зависимости от содержания углерода в металле в момент окончания продувки по соотношению N (0,008. 0.012)+ (0,005. 0.007), где N -удельная тепловая мощность топливокислородного факела, МВт/т стали; С-концентрация углерода в металле в момент окончания продувки мас.%; (0,008. 0,012) и

РГСПУБЛИК (51)5 С 21 С 5/04

ЗОБРЕТЕНИЯ 1: (21) 4799946/02 (22) 06.03.90 (46) 07,11.92.Бюл. N 41 (71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (72) А.И.Мастицкий, А.А.Курдюков, А.M.Ïoживанов, О.В.Филонов, С,П.Терзиян, Н;М,Скороход, А.И.Кущенко, Б.А.Дворядкин и Ю,Г.Праулин (76) А.И.Мастицкий (56) Авторское свидетельство СССР

N 1130611, кл, С 21 С 5/04. 1983.

Технологическая инструкция Магнитогорского металлургического комбината. Выплавка стали в двухванных печах, СТИ-2-79, Магнитогорск,1979, с.16. (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДВУХВАННОМ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ (57) Использование: в металлургии. Сущность изобретения: по окончании продувки

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в двухванных сталеплавильных агрегатах.

Известен способ выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате. (ДСА), включающий продувку ванны кислородом, причем данное техническое решение рекомендует выбирать момент прекращения продувки, исходя из необходимости обеспечения нужного нагрева ванны к концу периода доводки и длительности послепродувочного периода до ввода раскислителей не менее 5 мин. (Типовая технологическая инструкция по выплавке спокойной, полуclloKoAHoA и кипящей стали в двухванных

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К ПАТЕНТУ Ы, „1774958 АЗ ванны. кислородом, заканчивающей за 5-7 мин до раскисления стали в печи или выпуска плавки, осуществляют нагрев шлака топливокислородным факелом с удельной тепловой мощностью 0,06-0,16 МВт/т стали. Расход кислорода для сжигания топлива устанавливают равным 0,7-0,9 от стехиометрически необходимого. Тепловую мощность топливокислородного факела устанавливают в зависимости от содержания углерода в металле в момент окончания продувки по соотношению

N= (0,008. 0,012)+ (0,005. 0,007)/jC), где N — удельная тепловая мощность топливокислородного факела, М Вт/т стали; С вЂ” кон центрация углерода в металле в момент окончания продувки мас.%; (0,008. 0,012) и (0,005. 0,007) — эмпирические коэффициенты, МВт/т стали и % хМВт/т стали соответственно. сталеплавильных агрегатах. ТТИ 5.5-1485,стр.11 Москва 1985 г.), Наиболее близким к заявляемому по технологической сущности и достигаемому эффекту является способ выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате, по которому продувка металла кислородом для всех марок стали должна быть закончена не позднее чем за 5 мин до раскисления в печи или выпуска плавки при ковшевом раскислении. (Технологическая инструкция Магнитогорского металлургического комбината

«Выплавка стали в двухванных печах», СТИ2-79, Магнитогорск, 1979 г., стр.16.).

Недостатком известного способа является низкая эффективность, выражающаяся в слабом снижении окисленности шлака и

45 сопутствующем высоком угаре ферросплавов, низком выходе годного, а при черезмерном повышении длительности послепродувачного периода — снижение производительности агрегата, Целью изобретения является снижение угара ферросплавов и увеличение выхода годной стали, Поставленная цель достигается тем, что по способу выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате, включающем продувку металла кислородом, заканчивающуюся не позднее чем эа 5 мин до раскисления в. печи или выпуска плавки, по окончании продувки ванны кислородом осуществляют нагрев шлака топливакиспародным факелом с удельной тепловой мощностью 0,06. 0,16 МВт на 1 т стали, приIBM расход KHcflopOp3 для сжигания топлива устанавливают равным 0,7. 0,9 стехиометрически необходимога, а тепловую мощность b указанных пределах устанавливают в зависимости от содер>кания углерода в металле в момент окончания продувки по соотношению где К вЂ” удельная тепловая мощность факела, МВт/т; (С) — концентрация углерода в момент окончания продувки, /; (0-008. 0,012) и (0,005. 0,007) — эмпирические коэффициенты, МВт/т и % МВт/т соответственно.

Па окончании продувки при выдержке металла в печи да раскисления или выпуска происходит самараскисление металла растворенным углеродом и параллельное снижение окLhñëенности шлака в связи с приближением к равновесию концентраций углерода и кислорода в металле, а также концентрации кислорода в металле и шлаке.

Без принятия специальных мер этот процесс протекает медленна в диффузионном режиме, поэтому за приемлемый. по производственным причинам поспепродувочный период концентрация кислорода в металле и шлаке снижается незначительно. Сущест- 50 венно интенсифицировать процессы самораскисления ванны мажет интенсивный нагрев шлака, Лимитирующим звеном процесса самараскисления ванны является перераспределение кислорода между 55 металлом и шлаком. Для интенсификации этого процесса предлагается кратковременный форсированный нагрев шлака таппивокислородным факелам большой мощности. Особенностью этага нагрева явь ляется создание в печи восстановительной атмосферы за счет некоторого избытка топлива в факеле, что обеспечивает раскиспение шлака не только за счет углерода металлической ванны, но и за счет восстановления окислов железа топливом, Для рационального использования топлива и сокращения продолжительности послепродувочного периода необходимо дифференцировать тепловую мощность факела в зависимости от содержания углерода в конце продувки. Это вызвано тем, что при более высоком содержании углерода процессы самораскисления пратека ат более интенсивно, и достаточно ограниченной тепловой мощности факела для проведения их в ограниченное время. При низком содержании углерода необходим существенно более интенсивный прогрев для обеспечения снижения переакисленности ванны и сохранения высокой и раизводительн ости стеклаплавильнаго агрегата. При удельной тепловой. мощности факела менее 0,06 МВт/т не обеспечивается заметного нагрева шлака, тепло расходуется на компенсацию тепловых потерь агрегата, При этом невозможно уменьшить окисленность ванны без снижения производительности агрегата.

При удельной тепловой мощности более

0,16 МВт íà i x стали нагрев шлака ухудшается вследствие его интенсивного вспенивания. При этом снижается как скорость теплопередачи от поверхности шлака в его объем, так и скорость снижения окисленности шлака, В обоих случаях высокая окисленнасть шлака приводит к повышенному угару ферросплавов и снижению выхода годной стали.

При расходе кислорода менее 0,7 от сте- хиаметрически необходимого для полного с>кигания топлива черезмерно снижается тепловая мощность факела из-за неполного сгорания топлива и повышается содержание водорода в газовой фазе, что ведет к насыщению им металла и снижению выхода годной стали за счет увеличения брака. При расходе кислорода более 0,9 от стехиаметрически необходимого уменьшается восстановительный потенциал газовой фазы, что ведет к снижению степени приближения системы к равновесию, способствует повышению расхода ферорасплавав вследствие повышенного их угара и уменьшает выход годной стали, Исследования процесса самараскисления ванны показали, что интенсивность этого процесса в существенной степени определяется концентрацией углерода в металле. Чем больше концентрация углерода, тем интенсивнее идет процесс снижения

1774958 окисленности и тем меньше избыточного тепла необходимо подвести к ванне для быстрого приближения системы к состоянию равновесия. Таким образом, зависимость тепловой мощности факела от концентрации углерода имеет обратно пропорциональный характер типа

Экспериментально установлено, что оптимальными значениями коэффициентов являются: А = (0,008 . 0,12), МВт/т;

В=- (0,005. 0,007),% М Вт/т.

При значении первого коэффициента уравнения менее 0,008 уровень тепловой мощности ниже оптимального, что приводит к прекращению самораскисления ванны, снижению выхода годной стали и повышенномуугаруферросплавов, При значении первого коэффициента более 0,012 повышается тепловая мощность факела сверх оптимальных значений, что приводит к бурному протеканию реакции раскисления, вспениванию и снижению скорости обьемного прогрева шлака.

При значении второго эмпирического коэффициента менее 0,005 влияние остаточного содержания углерода в металле на интенсивность самораскисления ванны оказывается зани>кенным по сравнению с практически возмо>кным. Расход топлива при этом недостаточен для проведения раскисления ванны. При значении второго коэффициента более 0,007 тепловая мощность превышает достаточные значения, что ведет к перерасходу топлива, насыщению ванны водородом, вспениванию шлака и снижению выхода годного за счет возрастания брака.

Таким образом, при всех запредельных значениях заявляемых признаков повышается угар ферросплавов и уменьшается выход годной стали.

Пример. Сталь марки 09Г2С выплавляли в двухванном сталеплавильном агрегате 2 х ЗОО т, При проведении опытных плавок использовали стандартную шихтовку плавки — 125 т металлолома с насыпной массой 1,15 т/м и 210 т чугуна с содержанием 3,9-4,1 % углерода, 0,7-0,8 % кремния и 0,2-0,3% марганца. В состав закаливаемой шихты водили 8 т извести, Продувку ванны кислородом осуществляли после слива чугуна с интенсивностью 7000 м /ч. Продувку з осуществляли после слива чугуна с интенсивностью 7000 м /ч. Продувку осуществляли до получения температуры жидкой стали

1620 С. После дости>кения заданной темпеустанавливают равным 0,7-0.9 от стехиометрически необходимого, а тепловую мощность в указанных пределах устанавливают в зависимости от содержания углерода в

50 металле в момент окончания продувки по соотношению (0,008. 0,012) + E0,005. 0.007

С) где N — удельная тепловая мощность топливокислородного факела, МВт/т металла; ратуры фурмы поднимали и включали сводовые гаэокислородные горелки, регулируя тепловую мощность факела и коэффициент избытка кислорода. Раскисление произво5 дили в ковше силикомарганцем (6т и 65% ферросилицием (1,5 т), Усвоение элементов определяли как отношение массы введенных элементов раскислителей к массе элемснтов, присутствующих в готовой стали. l0 Выход годного определяли как отношение массы годных слитков или слябов к массе металлошихты. Во всех случаях с целью предотвращения сни>кения производительности печи выдержку металла после оконча15 ния продувки до начала выпуска устанавливали равной 10 мин.

Использование предлагаемого способа при эаявлчемых значениях режимных параметров обеспечивает существенное сниже20 ние угара ферросплавов и увеличение выхода годной стали. Заявляемое изобретение регламентирует восстановительный потенциал факела в послепродувочный период и оптимальные пределы его тепло25 вой мощности, причем внутри этих пределов тепловая мощность факела в каждом конкретном случае определяется не произвольно, а в соответствии с остаточным содержанием углерода в металле по

30 окончании продувки.

Экономическая эффективность использования заявляемого способа составляет

35 Способ выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате, включающий продувку металла кислородом, заканчивающуюся за 5-7 мин до раскисления стали в печи или выпуска плавки, нагрев шлака топ40 ливнокислородным факелом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения угара ферросплавов и увеличения выхода годной стали, нагрев шлака осуществляют после окончания продувки ванны кислородом топ45 ливокислородным факелом с удельной тепловой мощностью 0,06-0,16 МВт на тонну металлической массы садки, при этом расход кислорода для сжигания топлива

Техред M.Moðãåíòàjt, Корректор H.Милюкова

Заказ 3943 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

С вЂ” концентрация углерода в металле в момент окончания продувки, j по массе; (0,008. 0,012) и (0,005. 0,007) — эмпирические коэффициенты, МВт/т и 7;хМВт/Т соответственно.

Источник