Реферат: Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 050402 ливарне виробництво

Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 6.050402 - ливарне виробництво




Усього

семестри

IV

V

Усього годин за навчальним планом

72

72

у тому числі:

Аудиторні заняття


12


12

з них:

- лекції


8


4


4

- лабораторні заняття

4

-

4

- практичні заняття

-

-

-

- семінари

-

-

-

Самостійна робота

60

60

Кількість індивідуальних завдань

1

1




Підсумковий контроль




уст.сес

зал.



ВСТУП
Дисципліна "Металургія чавуну та сталі" викладається для надання студентам металургійних спеціальностей необхідних знань з виробництва чорних металів і сплавів, частка яких складає 90 % всього металургійного виробництва.

На сьогодні найбільше використання має двоступінчастий спосіб отримання сталі, який включає виплавку чавуну в доменних печах і різні види сталеплавильних переділів. Сучасний рівень металургійного виробництва заснований не тільки на знанні технології і устаткування металургійних виробництв, але і процесів, які супроводжують виплавку чавуну і сталі. В методичних вказівках наведено короткий огляд основних металургійних переділів, виробничих агрегатів, допоміжного устаткування, технологічних особливостей виробництва чавуну і сталі.

Вивчення дисципліни для студентів напряму 6.050402 – ливарне виробництво включає лекції по розділах дисципліни, самостійну роботу над підручниками, виконання лабораторного практикуму та індивідуального завдання. Виконані індивідуальні завдання повинні бути представлені для перевірки. Після вивчення дисципліни «Металургія чавуну та сталі» студент, який навчається за напрямом 6.050402 - Ливарне виробництво, здає залік.
^ РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия / Под. ред. В.Г. Воскобойникова. - 3-е изд. – М. : Металлургия, 1979. – 487 с.

2. Линчевский Б.В., Соболевский А.Л., Кальменев А.А. Металлургия черных металлов: Учеб. для техникумов. - 2-е изд. – М. : Металлургия, 1986. – 360 с.

3. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. - 2-е изд. – К. : Вища школа, 1974. – 488 с.

4. Металлургия чугуна / Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. - М. : Металлургия, 1989. – 512 с.

5. Кудрин В.А. Металлургия стали: Учеб. для вузов. - 2-е изд. – М. : Металлургия, 1989. – 560 с.

6. Бигеев А.М. Металлургия стали. – М. : Металлургия, 1977. – 440 с.

7. Технология производства стали в современных конвертерных цехах /
С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др. – М. : Машиностроение, 1991. – 464 с.

8. Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М. : Металлургия, 1977. – 208 с.

^ 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ
Область технології металів, яка займається вивченням способів виробництва металів і сплавів, називається металургією. Відповідно до загальної класифікації металів її можна розділити на металургію чорних металів і металургію кольорових металів.

Найбільше використовуються в промисловості чорні метали, до яких в першу чергу відносять сплави заліза з вуглецем - сталі і чавуни, які мають цінні фізико-механічні властивості.

Для виплавки чавуну використовують шихту - суміш матеріалів, що підлягає переробці в доменних печах. Шихта для виробництва чавуну складається з підготовленої руди, палива і флюсів, взятих в певних співвідношеннях.

Руда представлена різними оксидами заліза. Паливо забезпечує необхідну температуру для плавлення компонентів шихти, вуглець палива бере участь в процесах відновлення і входить до складу залізовуглецевих сплавів. Флюси знижують температуру плавлення пустої породи - з'єднань, що не містять елементів, необхідних для отримання чавуну.
^ 1.1 Вихідні матеріали, що використовуються при виробництві чавуну
Руда - гірська порода, в якій залізо знаходиться у вигляді хімічних сполук з киснем, сіркою і іншими елементами. В руді знаходяться інші з'єднання, що не містять заліза, такі як кремнезем (SiO2), глинозем (А12О3) і ін. Вони практично повністю переходять в шлак.

У рудах присутні такі залізовмісні мінерали: магнітний залізняк, червоний залізняк, бурий залізняк, шпатовий залізняк.

Магнітний залізняк складається головним чином з мінералу магнетиту (Fe3O4). Ця руда містить 60-70% заліза і невелику кількість шкідливих домішок (сірки і фосфору), вона важка, майже чорного кольору, має високу щільність і володіє магнітними властивостями.

Червоний залізняк містить в основному мінерал гематит - безводний оксид заліза (Fе2O3). Руда червоного кольору з різними відтінками, пориста, внаслідок чого залізо легше відновлюється.

Бурий залізняк є водним оксидом заліза і зустрічається у вигляді лимоніту (2Fe2О3.ЗН2О) і гетиту (Fе2O3.Н2О). Руда бурого кольору з відтінками.

Шпатовий залізняк - це вуглекислі з'єднання заліза - сидерити (FеСО3), найбідніша руда. Вона сірого, жовтуватого або бурого кольору.

Виплавка чавуну відбувається при високій температурі. Джерелом тепла є паливо, яке бере участь у хімічних реакціях, що протікають при виробництві чавуну.

Паливо для виробництва чавуну повинно мати високу теплотворну здатність, міцність, пористість, невелику зольність і мінімальний вміст сірки. Цим вимогам відповідає кокс. Він добре горить, розвиває високу температуру і зберігає достатню міцність. Кокс є основним видом палива при виплавці чавуну.

Одержують кокс шляхом сухої перегонки кам'яного вугілля, що коксується, в коксівних печах. Процес коксування полягає в нагріванні вугілля без доступу повітря до температури 1000-1100 °С.

Для нормального ходу доменного процесу необхідно, щоб домішки плавилися при певній температурі після відновлення з руди заліза. Температури плавлення домішок і золи палива, що є в шихті, значно вище необхідних.

Для зниження температури плавлення пустої породи і золи в доменну піч вводять флюси, які сплавляються з порожньою породою руди і золою, утворюючи шлак. Флюсом при отриманні чавуну є вапняк.
^ 1.2 Підготовка руди до плавки
Залежно від характеристики руди, що добувається, застосовують наступні стадії підготовки: 1) дроблення; 2) сортування по класах крупності;
3) збагачення; 4) обпал; 5) усереднення; 6) окускування.

Машини, що застосовують для дроблення - дробарки, можуть зменшувати розмір кусків до 5-6 мм. Отримання менших фракцій називають подрібненням. Його здійснюють в млинах різних конструкцій.

Дроблення і подрібнення майже завжди супроводжується грохоченням і класифікацією - процесами, мета яких - розділення кусків і частинок руди по крупності. Відмінність грохочення від класифікації полягає в тому, що при грохоченні проводять сортування кусків на ситах, а класифікацією розділяють дрібні куски і частинки (менше 1-3 мм) у водному або в повітряному середовищі.

Збагачення - розділення руди на концентрат з високим вмістом рудного мінералу і хвости з низьким його вмістом. Існують такі способи збагачення корисної копалини: 1) промивка; 2) гравітаційне збагачення; 3) магнітна сепарація; 4) флотація.

Промивка ефективна для матеріалів з м'якою, особливо глинистою порожньою породою і щільними мінералами металу. Гравітаційне збагачення засновано на відділенні корисних мінералів від порожньої породи по відмінності їх питомої щільності. Магнітна сепарація заснована на різній магнітній сприйнятливості залізовмісних мінералів і частинок порожньої породи. Флотація заснована на різній змочуваності поверхні зерен рудних мінералів і пустої породи.

Окислювальне випалення (нагрів руди до високих температур 900-1000°С в атмосфері повітря) проводять для видалення СО2 карбонатів і сірки (у вигляді SО2). Мета відновлювального випалення (нагрів руди у відновлювальній атмосфері) полягає в перетворенні слабомагнітного оксиду Fе2О3 в сильномагнітний Fe3O4 по реакції Fе2О3+СО(Н2)=Fе3О4+СО2(Н2О).

Усереднення полягає у перемішуванні великої маси рудного матеріалу для отримання постійного вмісту заліза.

Одержані після збагачення руд тонкоподрібнені концентрати (<0,1 мм) не можна використовувати в доменній печі, оскільки вони не забезпечують високої газопроникненості шихти. Перетворення дрібних частинок рудних концентратів і деяких інших матеріалів в крупніші куски складає основну мету процесів окускування. Агломерація - це термічний спосіб окускування дрібних матеріалів для поліпшення їх металургійних властивостей, що здійснюється шляхом спалювання дрібного палива в шарі матеріалу за рахунок безперервного проходження повітря. Способом окускування тонкоподрібнених концентратів (<0,1 мм) є отримання обкотишів (кульок діаметром 15-20 мм). Технологія виробництва залізорудних обкотишів складається із двох стадій:
1) отримання сирих обкотишів з концентрату; 2) зміцнюючого випалення.
^ 1.3 Вогнетривкі матеріали
Металургійні процеси відбуваються при високих температурах. Тому металургійні агрегати футерують вогнетривкими матеріалами. Вони повинні бути механічно міцними, не розм'якшуватися і не розтріскуватися при високих температурах, не вступати в хімічні реакції з пічними газами, розплавленими шлаком та металом.

Вогнетриви - це матеріали, температура оплавлення яких не нижче 1500°С. Захисне внутрішнє облицьовування печей називається футеровкою.

Всі вогнетривкі матеріали розподіляються на кислі, основні і нейтральні. До кислих матеріалів відноситься динас, основу якого складає кремнезем (90-96%). Його вогнетривкість 1670-1730 °С.

До основних вогнетривких матеріалів відносять магнезит, доломіт і хромомагнезит. Магнезит (MgO) - тугоплавкий матеріал (температура плавлення 2000-2200 °С), володіє хімічною стійкістю. Доломіт - містить в основному СаО і MgO. Його вогнетривкість 1800-1900 °С. Хромомагнезит містить оксид хрому (Сг2О3) і оксид магнію (MgO). Вогнетривкість хромомагнезиту 2000 °С, він витримує коливання температури і не розтріскується при різких термозмінах.

Нейтральними вогнетривкими матеріалами є шамот і хромовий залізняк. Шамот відносно дешевий вогнетривкий матеріал, що містить 35-42% (А12О3), 45-64% (SiO2) і трохи (Fe2O3). Шамот має достатню вогнетривкість (температура плавлення 1600-1700 °С), трохи розтріскується при високих температурах. Хромовий залізняк є нейтральним вогнетривким матеріалом (вогнетривкість його 1850-1950 °С), міцний і не чутливий до змін температури.

Під доменних печей футерують вуглецевими блоками, що складаються з суміші антрациту, коксу або графіту з маслопеком, і високоглиноземистими вогнетривкими матеріалами.
^ 1.4 Конструкція доменної печі
Виплавка чавуну здійснюється в доменній печі, що представляє шахтну піч безперервної дії. Зверху в піч завантажується шихта, яка по ходу плавки опускається вниз. Назустріч шихті знизу підіймаються гази. Доменні печі мають висоту в середньому 30 м.

Верхня частина називається колошником. Через колошник в піч завантажується шихта і з печі відводяться колошникові гази. Для завантаження шихти використовується колошниковий пристрій. Нижче після колошника розташовується шахта. Щоб шихта, що нагрівається, опускалася в процесі плавки, шахта в нижній частині має більший діаметр. Найширша частина печі - розпар - має циліндричну форму. Нижній усічений конус - заплечики - звужується донизу, для утримання шихти, що знаходиться в шахті і розпарі. В нижній частині доменної печі - горні - йде горіння коксу і накопичуються рідкий чавун і шлак. Нижня частина горна - під. У верхній частині горна рівномірно по колу розташовані 12-20 отворів - фурм, через які повітродувними машинами під тиском подається в піч підігріте до температури 900-1100°С повітря, що забезпечує горіння палива.

Частина горна, що розташована нижче фурм, називається металоприймачем. У ньому накопичуються чавун і шлак. В горні, нижче фурм, розташована шлакова льотка - отвір для випуску шлаку, а в нижній частині - чавунна льотка для випуску чавуну.

Основними технологічними характеристиками доменної печі є її корисна висота і корисний об'єм. Корисною висотою називається відстань від осі чавунної льотки до рівня опускання великого конуса засипного апарата. Корисний об'єм - об'єм, заповнений шихтою і продуктами плавки. Доменні печі мають корисний об'єм до 5000 м3.
^ 1.5 Допоміжні пристрої доменної печі
До допоміжних пристроїв доменної печі відносяться газоочисники, повітронагрівачі, підйомні і завантажувальні пристрої.

Доменні, або колошникові гази, що виділяються під час плавки чавуну, містять значну кількість оксиду вуглецю і водню. Їх можна використовувати як паливо. Проте доменні гази забруднені пилом і перед використанням їх потрібно очистити. Для цього колошникові гази по трубах спрямовують в газоочисники.

Спочатку проводиться грубе очищення в пилоуловлювачах, де під дією відцентрової сили тверді частинки, що знаходяться в газі, відкидаються до стінок циліндра і падають, а після первинного очищення газ йде далі. Напівтонке очищення газу проводиться в скруберах, де назустріч газу подається вода, що змочує і захоплює тверді частинки. Тонке очищення здійснюється в електрофільтрах або трубах Вентурі.

Для горіння палива в доменну піч безперервно подається повітря. З метою зменшення витрат палива і підвищення продуктивності доменної печі повітря перед подачею в піч нагрівається до температури 900-1100 °С. Підігрів проводиться у повітронагрівачах - кауперах - за рахунок спалювання в них колошникового газу.

Каупер має циліндричну форму (висота 25-40 м, діаметр 6-8 м) з куполоподібним верхом. Всередині він викладений вогнетривкою шамотною цеглою і розділений на дві частини: камеру горіння і насадку з вогнетривкої цегли. Спочатку каупер працює на нагрів. В нього подається газ, змішаний з повітрям. Продукти горіння, проходячи через вертикальні канали насадки, нагрівають кладку до заданої температури і йдуть в димар.

Після нагріву насадки (1-2 години) повітронагрівач перемикають на дуття: припиняють подачу палива і турбоповітродувкою нагнітають холодне повітря, яке нагрівається до високої температури і по трубопроводу поступає в доменну піч. Тривалість режиму дуття ~1 година.

Звичайно кожна доменна піч має 3-4 повітронагрівачі.
^ 1.6 Доменний процес
В основі виробництва чавуну лежить процес відновлення заліза з його оксидів (в руді залізо може бути у вигляді Fe2O3, Fe3O4). Відновники - оксиди вуглецю, вуглець коксу і водень, що утворюються в ході доменного процесу. В результаті фізико-хімічних процесів залізняк втрачає кисень. Відновлене залізо має здатність поглинати вуглець. В результаті утворюється сплав заліза з вуглецем (чавун).

Чавун, що утворюється в доменній печі, накопичується в горні. Він випускається періодично 6—8 разів на добу через чавунну льотку. Для цього в льотці спеціальними бурильними машинами пробивається отвір, і рідкий чавун по жолобу прямує в чавуновозні ковші. Після випуску чавуну чавунна льотка закладається вогнетривкою масою.

Шлак накопичується в горні на поверхні чавуну і видаляється через шлакову льотку в шлаковозні ковші і далі на переробку або у відвал. На сучасних крупних доменних печах шлак випускають через чавунну льотку після випуску чавуну.
^ 1.7 Фізико-хімічні процеси в доменній печі
У доменній печі в ході плавки є два потоки: зверху вниз переміщуються шихтові матеріали; знизу підіймаються гарячі відновлювальні гази.

Знизу в піч через фурми поступає нагріте повітря. Кисень повітря взаємодіє з вуглецем коксу по реакції: С + О2 = СО2 + Q.

Реакція йде з виділенням великої кількості тепла, і на рівні фурм температура досягає 1700 - 2000 °С. СО2, реагуючи з розжареним коксом, перетворюється в СО по реакції: СО2 + С = 2СО. Велика частина цього оксиду вуглецю йде на відновлення оксидів заліза, кремнію, марганцю і інших хімічних елементів.

Опускаючись нижче, шихта потрапляє в зони високих температур, де протікають процеси відновлення заліза оксидом вуглецю (непряме відновлення) за реакціями:

3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2.

Fe3O4 + CO = 3FeO + CО2.

FeO + CO = Fe + CO2.

Відновлення заліза з руди може відбуватися також за рахунок вуглецю коксу (пряме відновлення) при температурі 950-1000 °С: FеО + Скок = Fе + СО.

Відновлене залізо, контактуючи з оксидом вуглецю, при температурі 820-850 °С навуглецьовується: 3Fe + 2СО = Fe3C + СО2.

У нижній частині шахти кількість вуглецю в залізі досягає 1%. Утворюється карбід заліза Fe3C, який розчиняючись в залізі, утворює чавун, знижуючи температуру плавлення заліза.

Подальше насичення заліза вуглецем відбувається, коли метал вже знаходиться в розплавленому стані і проходить через шар гарячого коксу. Залізо зазвичай розчиняє ~ 4 % вуглецю.
^ 1.8 Процеси відновлення інших елементів і шлакоутворення в доменній печі
Разом з оксидами заліза в шихті присутні оксиди марганцю, кремнію, фосфору і з'єднання сірки. В ході доменного процесу ці сполуки вступають в хімічну взаємодію з вуглецем. Ці реакції йдуть з поглинанням теплоти, а тому відновлення цих домішок відбувається при температурі 1000-1200°С. Відновлені марганець, кремній і фосфор переходять в чавун.

Таким чином, виплавлений в доменній печі чавун, окрім заліза і вуглецю, містить кремній, марганець, сірку і фосфор.

При нормальному перебігу плавки в районі розпару починається утворюватися шлак з порожньої породи руди, золи і сірки коксу.

Вапняк, що додається в шихту як флюс, при високій температурі розкладається на оксид кальцію (СаО) і вуглекислий газ (СО2). Оксид кальцію реагує з порожньою породою (оксидами кремнію, алюмінію і т. п.) і іншими домішками і утворює шлак. Частково віддаляються в шлак сірка (у вигляді з'єднання CaS), оксиди заліза і марганцю.

Регулюючи склад шлаку можна коригувати склад чавуну.

Кількість шлаку, що утворюється в доменній печі, складає приблизно 40-50% від об'єму чавуну, що виплавляється.
^ 1.9 Продукти доменного виробництва
Продуктами доменного виробництва є чавун, шлак і доменний (колошниковий) газ.

Основним продуктом доменної плавки є чавун - сплав заліза з вуглецем і іншими хімічними елементами. Він використовується для переробки в сталь (до 90%) і отримання ливарних виробів.

Побічним продуктом є шлак наступного складу: 30-35% SiO2, 40-45% СаО, 10-15% А12О3, 1-1,5% FeO, 2-5% CaS. Його питома вага 2-3 т/м3, в гранульованому вигляді - 0,6-1,0 т/м3.

Побічним продуктом є і доменний газ, який містить: 8-10% СО2; 25-35% СО, 1-3% Н2, 55-60% N2. Температура газів, що виходять з доменної печі,
150-300°С, їх теплотворна здатність 3300-4200 кДж/м3. Таким чином, колошниковий газ - висококалорійне паливо і, після очищення, використовується як паливо у повітронагрівачах, металургійних печах, коксівних батареях.
^ 2 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИРОБНИЦТВО СТАЛІ
Для одержання сталі необхідно видалити з чавуну вуглець. Це досягається шляхом його окислення. Одночасно з вуглецем вилучаються інші домішки, що містяться в чавуні – кремній, марганець, фосфор та інше.

Сталь виплавляється з чавуну в конвертерах, мартенівських і електричних печах. Таким чином, за способом виробництва розрізняють сталь мартенівську, конвертерну і електросталь. Конвертерний спосіб отримання сталі, у свою чергу, підрозділяється на бесемерівський, томасівській і киснево-конвертерний способи виробництва сталі.

Характерною особливістю вказаних способів є отримання сталі в рідкому вигляді. Таку сталь називають литою.
^ 2.1 Бесемерівський і томасівській способи виробництва сталі
Бесемерівську сталь одержують в конвертері. Конвертер є судиною грушовидної форми, викладеною всередині кислим вогнетривким матеріалом. Дно конвертера має ряд дрібних отворів, через які з повітряної коробки подається повітря під тиском 1,5-2,5 атм.

Кисень повітря із залізом утворює оксид заліза, який розчиняється в рідкому металі і окислює інші складові чавуну: кремній, марганець і вуглець. При цьому виділяється теплота, якої достатньо не тільки для підтримки чавуну в рідкому стані під час плавки, але і нагріву металу.

Для переробки фосфоровмісних чавунів футеровка конвертера викладається з основного вогнетривкого матеріалу. Такий спосіб виробництва сталі має назву томасівського, при якому в конвертер разом з рідким чавуном додають обпалене вапно в кількості 12—18% від маси чавуну. Спочатку окислюються кремній і марганець, потім - вуглець і в останню чергу - фосфор. У кінці процесу додають дзеркальний чавун або феромарганець для розкислювання і навуглецьовування.
^ 2.2 Киснево-конвертерна плавка
Для киснево-конвертерної плавки використовуються кисневі конвертери місткістю до 250 т. Вони футеруються доломітовою або магнезитовою цеглою. Кисневий конвертер має суцільне дно і кисневе дуття подається зверху за допомогою кисневої фурми, що вводиться в конвертер через горловину.

Спочатку в конвертер завантажують тверду шихту (металевий лом, руду, окалину), потім заливають розплавлений чавун, додають флюси і починають продування киснем.

У результаті окислення домішок чавуну киснем температура досягає 2000°С, тому процес не потребує додаткового палива.

Після закінчення продувки одержана сталь розкислюється і зливається з конвертера через спеціальний отвір, а шлак - через горловину.

Одержана цим способом сталь за якістю не поступається мартенівській. При цьому зберігаються всі переваги конвертерного способу отримання сталі, з'являється можливість використовувати металеві відходи, регулювати процес за рахунок зміни складу твердої шихти.
^ 2.3 Виробництво сталі мартенівським способом
При мартенівському способі сталь виплавляється в мартенівських печах за рахунок нагріву шихти і плавлення металу спалюванням рідкого або газоподібного палива.

Залежно від складу шихти розрізняють скрап-процес і рудний процес.

При скрап-процесі шихта складається з металевого лому (приблизно 75%) і твердого чавуну у вигляді чушок. Цей процес застосовується там, де є сталевий лом - на машинобудівних заводах. Такий різновид мартенівського процесу має назву - плавка на твердій шихті.

При рудному процесі в піч заливається рідкий чавун і додається 20-25% руди. Окислення домішок чавуну йде за рахунок кисню руди. Оксиди кремнію, марганцю і інших елементів, що утворюються, переходять в шлак, вуглець у вигляді СО, СО2 - в газову фазу. Рудний процес застосовується на великих металургійних заводах з повним циклом, де є рідкий чавун.

Використовують також скрап-рудний процес, при якому шихта складається з руди, рідкого чавуну і металевого лому.

Основною характеристикою мартенівської печі є її місткість - кількість сталі, що виплавляється за одну плавку. Мартенівські печі мають місткість від 50 до 500 т і більше.

Перевага мартенівського способу виробництва сталі в отриманні якісного металу заданого хімічного складу, можливості виплавки сталей будь-якої марки, навіть легованих.

Недоліком способу є неможливість повного видалення сірки і фосфору і наявність в сталі газових включень.

Мартенівську сталь одержують в полум'яній печі, де спалюють газоподібне (суміш генераторного, колошникового або коксівного газів) або рідке (нафта, мазут) паливо. Для підтримки горіння в піч подається підігріте повітря.

Основна частина мартенівської печі - робочий простір, куди завантажуються шихтові матеріали і де проводиться плавка. Завантаження шихти проводиться через спеціальні вікна.

Регенератори для підігріву повітря і палива мають вигляд камер, викладених зсередини вогнетривкою цеглою та утворюють насадку з вертикальними каналами. Регенератори в нижній частині сполучені каналами, по яких поступають повітря і газ і відводяться продукти горіння. Періодично напрями подачі палива і відведення продуктів горіння змінюються.

У разі застосування газоподібного палива використовуються по два регенератори з кожної сторони: в одному підігрівається повітря, в іншому - паливо. Печі, що опалюються рідким паливом, мають по одному регенератору - для підігріву повітря, а паливо подається в піч форсунками.

З робочого простору мартенівської печі продукти горіння, що мають температуру біля 1600 °С, поступають в регенератори, і нагрівають їх насадки до температури 1000-1200 °С.

Через нагріті регенератори, що розташовані по іншу сторону печі, проходять газоподібне паливо і повітря. Останні нагріваються до температури 900-1000 °С і поступають в мартенівську піч.

У піч завантажують шихтові матеріали, подають паливо і повітря. Потрапляючи в піч, гаряче повітря і паливо утворюють факел. Температура в робочому просторі підіймається до 1700-1800°С.

Мартенівський процес підрозділяється на три періоди: плавлення (тривалість 3-5 год), кипіння (1-3 год) і розкислювання. Загальна тривалість плавки сталі в мартенівських печах 5-8 годин.
^ 2.4 Виплавка сталі в електропечах
Для отримання високоякісних сортів сталі застосовуються електричні печі, в яких температура досягає 3000°С. Це дає можливість краще видаляти шкідливі домішки - сірку і фосфор. Висока температура, можливість регулювати її в широких межах дозволяють виплавляти сталі, що містять тугоплавкі елементи.

Електрична плавка не вимагає подачі в піч повітря, окислювальна здатність печі невисока, кількість оксиду заліза незначна. В електросталі міститься значно менша кількість шлакових включень і розчинених газів.

Електричні печі для виплавки сталі підрозділяються на дугові, індукційні і печі опору.

Дугова електрична піч має сталевий кожух і всередені викладена вогнетривкою цеглою. Зверху через склепіння печі пропущені електроди (вугільні або графітні). Спереду в печі знаходиться оглядове вікно, а ззаду - отвір з жолобом для випуску сталі і шлаку. Завантаження печі ведеться зверху. Для плавки сталі частіше використовують дугові електропечі.

Індукційна електропіч - це тигель з вогнетривкого матеріалу, який оточений мідною трубчастою спіраллю (індуктором), до якої подається електричний струм високої частоти, що нагріває і розплавляє метал. Під дією електричного струму відбувається циркуляція металу, що забезпечує отримання однорідної сталі заданого складу.

Електричні печі опору мають нагрівальні елементи, через які пропускається електричний струм. Тепло, що утворюється при цьому, передається металевій ванні.

Електричні печі бувають з кислою (динас і кварц) і основною (хромомагнезит) футеровкою. Найбільш поширені печі з основною футеровкою.

^ Виробництво сталі в дугових електропечах

Шихта для отримання сталі в електричних печах є високоякісний металевий лом (до 90%), чавун (до 10%), невелика кількість руди або окалини для окислення домішок. В якості флюсу застосовується вапняк (в основному процесі) або кварцит (в кислому).

Піч завантажується шихтою. Потім на електроди подають електричний струм, який створює дугу. Енергія, що виділяється при цьому, нагріває і розплавляє шихту.

В окислювальний період плавки кисень руди окислює залізо і домішки металевої ванни (окрім сірки) і переводить їх в шлак. Окислений фосфор міцно зв'язується в шлаці вапном. Шлак 2-3 рази за плавку скачується для того, щоб фосфор шлаку не переходив в метал.

У відновлювальний період йде навуглецьовування металу (якщо кількість вуглецю недостатня), розкислювання сталі і видалення сірки. Для навуглецьовування в піч після скачування шлаку додають електродний бій, кокс, іноді деревно-вугільний чавун. Розкислювачем є дрібнокускове вапно, мелений феросиліцій і кокс. Сірка ошлаковується вапном.

Остаточне розкислювання проводиться феромарганцем і феросиліцієм.

При виплавці легованих сталей протягом розкислювального періоду плавки вводять легуючі домішки у вигляді феросплавів: ферохром, ферованадій та інші.

Для здешевлення виробництва високоякісних сталей застосовується дуплекс-процес, сутність якого полягає в тому, що плавку сталі починають в конвертері або мартенівській печі, а потім одержану сталь очищають від шкідливих домішок, оксидів, шлакових включень і розчинених газів в електричній печі.
^ 2.5 Розливання сталі
При всіх способах виробництва рідка сталь випускається в розливний ківш, виконаний з листової сталі і футерований вогнетривкою цеглою. Місткість розливного ковша повинна вміщати всю плавку. В днищі ковша є отвори, які закриваються або вогнетривкими пробками, укріпленими на стрижнях, або шиберними затворами.

З ковша сталь розливають у виливниці - чавунні форми з гладкою внутрішньою поверхнею для полегшення витягання зливка і щоб уникнути утворення на ньому тріщин. Перед заповненням виливниці рідкою сталлю її стінки змащують кам'яновугільною смолою. При заливці металу смола згорає, і утворюються гази, які перешкоджають попаданню шлаку між тілом зливка і стінками виливниці.

Розливання рідкої сталі у виливниці може здійснюватися двома способами: розливанням зверху і сифоном.

Розливання зверху полягає в заливці сталі безпосередньо з ковша у виливниці.

Сифонне розливання сталі полягає в тому, що рідкий метал з ковша поступає в центральний вертикальний канал, сполучений горизонтальними каналами з декількома виливницями. Рідкий метал, проходячи по каналах, одночасно заповнює знизу всі виливниці. Цей спосіб розливання застосовується для зливків невеликої ваги.

Зараз широко використовується безперервне розливання сталі. Сталь з ковша через проміжний розливний пристрій потрапляє в кристалізатор, що безперервно охолоджується водою. Перед заливкою металу в кристалізатор вводять металеву плиту, яка замінює дно кристалізатора, на якій починає кристалізуватися рідкий метал.

Потім включається механізм витягання і безперервний зливок витягується роликами з кристалізатора. В зоні охолоджування зливок охолоджується дрібними краплями води і далі розрізається на заготовки необхідної довжини.

Переваги безперервного розливання - підвищення якості зливка, зростання продуктивності, можливість механізації і автоматизації процесу.
^ 2.6 Класифікація сталей
За хімічним складом сталь підрозділяється на вуглецеву і леговану.

Вуглецева сталь - сплав заліза з вуглецем (вміст вуглецю до 2%). Окрім заліза і вуглецю, до складу вуглецевої сталі входять також кремній, марганець, сірка і фосфор.

Вуглець в сталі знаходиться у вигляді цементиту. Із збільшенням вмісту вуглецю до 1,2% збільшуються твердість, міцність і пружність сталі, при цьому, зменшуються пластичність і ударна в'язкість, погіршуються оброблювальні і зварювальні якості.

Кремній в невеликих кількостях (звичайний вміст його в сталі 0,05-0,35%) не дуже впливає на властивості сталі. При підвищенні вмісту кремнію підвищуються пружність, корозійна стійкість і жаростійкість сталі.

У звичайній сталі вміст марганцю складає 0,3-0,8%, що мало впливає на її властивості. При високому вмісті марганцю сталь набуває твердість та зносостійкість.

Сірка - шкідлива домішка, що додає сталі червоноламкість і знижує корозійну стійкість. Вміст сірки в сталі не повинен перевищувати 0,06%.

Фосфор (не більше 0,07%) додає сталі підвищену крихкість в холодному стані. Він трохи покращує оброблюваність сталі.

Кисень - шкідлива домішка, утворюючи закис заліза, який додає сталі крихкість.

По використанню сталі діляться на сталі загального призначення, що йдуть на виготовлення деталей машин, і інструментальні, призначені для виготовлення інструментів.

Конструкційні сталі містять іноді до 0,7% вуглецю. Ці сталі повинні володіти достатньою міцністю і пластичністю. Конструкційні сталі в свою чергу діляться на сталі звичайної якості і якісні.

Вуглецеві інструментальні сталі містять більше 0,7 % вуглецю. Порівняно великий вміст вуглецю додає цим сталям високу твердість і міцність.

Залежно від вмісту вуглецю сталі підрозділяються на три групи: низьковуглецеві (до 0,25% вуглецю), середньовуглецеві (0,25-0,6%) і високовуглецеві (0,6-2%).

Легованими називають сталі, до складу яких, окрім заліза, вуглецю і звичних домішок, входять легуючі елементи, що підвищують їх фізичні, хімічні і механічні властивості.
^ 3 ТЕМИ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ ТЕМА 1 Сирі матеріали для виробництва чавуну і їх підготовка до плавки Питання навчальної програми
Шихтові матеріали, що використовуються при виробництві чавуну. Характеристика залізняку і концентратів. Види і вимоги до металургійного палива, отримання коксу, інші види доменного палива. Флюси і вогнетривкі матеріали: види, призначення. Підготовка руди до плавки: дроблення і подрібнення, сортування по класах крупності, збагачення руд, випалення, усереднення по хімічному складу, окускування.

Література: [1], С. 9-57, [2], С. 14-42, [3], С. 28-142, [4], С. 18-151.
^ Питання для самоперевірки
Перерахуйте сирі матеріали для виробництва чавуну. Що таке промислова руда?

Наведіть загальну характеристику руди.

Основні стадії підготовки руди до плавки, дайте коротку їх характеристику.

Перерахуйте обладнання, яке застосовують для дроблення і подрібнення, принцип дії.

Як проводять розділення кусків і часток руди по крупності? Принцип роботи грохотів і класифікаторів.

Перерахуйте основні способи збагачення корисних копалин, їх характеристика.

Як усереднюють руди по хіміко-мінеральному складу?

Для чого існує метод підготовки руди до плавки як окускування? П