 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Сущность процесса производства стали
Методические указания к Лабораторной работе № 2 Производство стали
по дисциплине
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Направление подготовки: Специальность: Формы обучения очная
Тула 2010 г. Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом С. К. Захаровым и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМмеханико-технологического факультета Протокол № 1 от « 31 » августа 2010 г. Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов
Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛиТКМ механико-технологического факультета, протокол №___ от « » ____________________________ 20___ г. Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Ознакомиться с сущностью процесса производства стали, устройством основных плавильных агрегатов, способами разливки стали. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Сущность процесса производства стали Сталью называют деформируемой (ковкий) сплав железа с углеродом и другими примесями. Содержание углерода в стали обычно не превышает 1,5 % (теоретически до 2,14 %). Кроме углерода, отель всегда содержит в небольших количествах примеси: марганец (до 0,6 %), кремний (до 0,4 %), фосфор (до 0,06 %), серу (до 0,06 %), что связано о особенностями технологии ее выплавки. Кроме углеродистых сталей, в технике широко применяют легированные стали, в состав которых входят хром, никель и другие элементы, Существует свыше 1500 марок углеродистых и легированных сталей - конструкционных, инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и др. Значение стали в народном хозяйстве чрезвычайно важно. Нельзя практически назвать ни одной отрасли хозяйства, где бы не применяли сталь. В настоящее время годовая, выплавка стали в мире составляет около 700 млн. т ,. в том числе в нашей стране свыше 165 млн. т. Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (cкрап). B чугуне значительно больше углерода (около 4 %), а также марганца, кремния и других примесей, чем в выплавляемой стали. Поэтому сущностью передела чугуна (или чугуна и стального лома) в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне (табл. 1). Таблица 1 Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали, %
Примеси отличаются по своим физико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавильном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии. В настоящее время только 20—25% всего выплавляемого в доменных печах чугуна идет на чугунные отливки, а 75—80% перерабатывается в сталь. Основными «массовыми» способами выплавки стали являются: конвертерный ( > 55 %от всей кассы выплавляемой стали); мартеновский (»20 %) и в дуговых электропечах (» 25 %). Количество сталиfвыплавленной высокопроизводительными способами в кислородных конвертерах и крупных электропечах, непрерывно возрастает; соответственно доля стали, выплавляемой в мартеновских печах, постепенно уменьшается. Процессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов. Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. На этом этапе интенсивно окисляется железо и примеси по реакциям:
Чем больше оксида железа содержится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. В связи с этим для ускорения окисления примесей в сталеплавильные агрегаты добавляют железную руду, окалину, содержащие много оксидов железа. Наиболее важной задачей первого этапа является удаление фосфора - одной из вредных примесей в стали. Удаление фосфора возможно при плавлении металла в печи, имеющей основную футеровку, при использовании основного шлака, содержащего СаО. Оксид кальция СаО при невысоких температурах характерных для первого этапа плавки, связывает ангидрид P2O5 в шлак: 2P + 5FeO + 4CaO = 4CaO × P2O5 + 5Fe (2.8) Таким образом, невысокая температура ванны, наличие в шлаке FeO и повышенное содержание в нем СаО являются необходимыми условиями удаления из стали фосфора. Второй этап – «кипение» металлической ванны - начинается по мере ее прогрева до более высоких температур, чем на первом этапе. Кипение, ванны вызывают пузырьки оксида углерода, образующиеся в результате протекания реакции (2.5). Эта реакция является основной в металлургическом переделе чугуна в сталь потому, что при протекании этой реакции уменьшается содержание углерода в металле до требуемого при «кипении» выравниваются температура и химсостав по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам СО, а также другие газы (H2, N2). проникающие в пузырьки СО. Все это способствует повышению качества металла. В этот же период создаются условия для удаления из металла вредной примеси – серы. Сера в стали находится в виде сульфида FeS, который растворяетcя также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество FeS растворяется в шлака, взаимодействуя с оксидом кальция. FeS + CaO = CaS + FeO (2.9) Высокая температура расплава, повышенное содержание СаО в шлаке, минимальное содержание в шлаке FeO являются необходимыми условиями удаления из стали cеры Примечание. В сталеплавильных печах о кислой футеровкой нет условий для уменьшения количеств» фосфора и серы в стали, так как использовать в них основной шлак с высоки» содержанием (СаО) нельзя из-за разрушения футеровки. Поэтому в кислых печах можно выплавлять сталь только из шихтовых материалов о малым количеством серы и фосфора. Третий этап (завершающий) - раскисление стали – заключается в удалении из расплава кислорода, присутствующего в виде оксида железа FeO, который понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Одним из способов раскисления является осаждающее раскисление, которое осуществляют введением в жидкую сталь раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы (Mn, Si, Al и др.)обладающие большим сродством кислороду, чем железо: FeO + Mn = Fe + MnO (2.10) 2FeO + Si = 2Fe + SiO2 (2.11) 3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3 (2.12) Образующиеся окcиды MnO, SiO2, Al2O3 имеют меньшую плотность, чем сталь, удаляются в шлак. По степени раскисления различают кипящую, спокойную и полуспокойную сталь. Кипящая - наименее раскисленная сталь, образующаяся при раскислении одним ферромарганцем). Эта сталь «кипит» в изложнице в результате взаимодействия имеющегося в металле FeO и углерода. FeO + С = Fe +СО (2.13) Спокойная сталь - полностью раскисленная (ферромарганцем, ферросилицием, алюминием). Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Легирование стали осуществляют введением в расплав в необходимого количества ферросплавов или чистых металлов. |
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
(2.7)