Киснево-конвертерне отримання сталі

Сутність переробки чавуну в сталь полягає в оптимальному зниженні у залізовуглецевому сплаві вмісту вуглецю, марганцю, кремнію, шкідливих домішок (сірки, фосфору) та газів.

Виробництво сталі. Технологічні процеси отримання сталі. Ефективність технологічних процесів отримання сталі

Сталь - залізовуглецевий сплав, який містить до 2,14 % карбону, а також силіцій (Sі), манган (Mn), сульфур (S) та фосфор (Р). Сталі такого складу називають вуглецевими. Сталь - найпоширеніший конструкційний матеріал сучасності.

Для надання сталям особливих якісних властивостей під час виплавлення або розливання до них додають легуючі елементи - хром (Сг), нікель (Nі), молібден (Мо), ванадій (V), титан (Ті), вольфрам (W) тощо, такі сталі називають легованими.

Сталь, на відміну від чавуну, має в своєму складі менше вуглецю та домішок, кращі механічні і технологічні властивості, вона має високу міцність, пластичність, ударну в’язкість, добре обробляється тиском, різанням, має добрі ливарні та зварювальні властивості.

Сировина для виробництва сталі:

- Переробний чавун -використовують як розплавлений (безпосередньо з домни), так і твердий.

- Скрап (металобрухт) -відходи лиття, штампування, різання.

- Флюси - при виплавленні сталі - це вапняк (СаСОз) і вапно (СаО).

- Окислювачі - носії кисню, потрібного для окислення домішок. (можуть бути кисень, залізна руда, яка не містить в собі фосфору та сірки, тощо).

- Легуючі елементи (для отримання легованої сталі).

В процесі плавки вуглець, з’єднуючись з киснем, утворює СО, який згоряє і звітрюється. Марганець, кремній і фосфор утворюють оксиди МnО, SiO2, Р2О5, а сірка - сполуки СаS, які у вигляді шлаку спливають на поверхню і вилучаються.

Щоб вилучити гази, сталь розкислюють (вилучають кисень) і дегазують. Сталеплавильні печі футерують вогнетривами.

Для одержання теплової енергії, необхідної при розплавленні шихти використовують паливо (мазут, природний, доменний і коксовий гази, кам’яновугільний пил тощо), а також хімічну, електричну та інші види енергії.

Способи виробництва сталі:

- киснево-конвертерний;

- мартенівський;

- електрометалургійний.

Сутність конвертерного отримання сталі, запропонованого Бесемером в 1856 р., полягає в продуванні стисненим повітрям під тиском 0,2-0,25 МПа розплавленого чавуну, що знаходиться в спеціальній грушовидній посудині (конвертері).

На зміну цим конвертерам в 1933 р. прийшли кисневі конвертери.

Конвертер має форму груші. 3середини він футерований вогнетривким матеріалом 2, ззовні - окутий сталевим кожухом 1 і за допомогою роликів може повертатись навколо горизонтальної осі на 180°.

Верхня частина конвертера має горловину 3 для завантаження шихти, заливання чавуну, випускання шлаку, подачі кисню під тиском 0,9-1,4 МПа через фурми 5. Збоку конвертера є льотка 4, для виливання сталі 6.

Для завантаження шихти конвертер нахиляють, завантажують скрап, заливають розплавлений чавун, засипають флюси і повертають у вертикальне (робоче) положення. Вставляють фурми (у великих агрегатах понад 4) і продувають конвертер киснем, досипають флюси та залізну руду. Час продування до 25 хв. Подачу кисню припиняють при появі бурого забарвлення полум’я, що свідчить про закінчення горіння домішок і початок горіння заліза. Подання кисню припиняють. Сталь готова.

Після закінчення плавки фурми витягують, конвертер повертають у горизонтальне положення, виконують хімічний аналіз проб металу та шлаку. Сталь через льотку випускають у ківш, а шлак через горловину — у шлаковози. Плавка триває до 50 хв.

Розкислюють сталь у ковші під час випуску. Легують частково в конвертері, частково в ковші.

У кисневих конвертерах отримують більшість вуглецевих сталей і частину малолегованих.

Продуктивність одного 250-тонного конвертера - 1200 тис. т сталі на рік, а 900-тонної мартенівської печі близько 1000 тис. т.

Капітальні витрати на будівництво і витрати на обслуговування кисневих конвертерів значно менші, ніж для мартенівських печей.

Перспективним є киснево-конвертерний процес з донним дуттям, при якому збільшується вихід якісного металу, зменшується вигорання заліза, є можливість збільшення вмісту скрапу у шихті.