Методы производства стали. Лекция №5

1.

Российский государственный университет нефти и газа
(национальный исследовательский университет) имени И.М.
Губкина
Кафедра трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования
УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Лекция № 5
Преподаватель:
Доцент кафедры ТиТРНГО, к.т.н. Буклаков Андрей Геннадьевич
Москва 2020 год
1

2.

Методы производства
стали
2

3.

Начало металлургического
производства в России
Андрей Денисович Виниус,
гравюра Корнелия Вишера, 1650 год
3

4.

Производство стали
4

5.

Производство стали по процессам
5

6.

Получение стали в
мартеновских печах
6

7.

Мартеновское производство
Пьер Эмиль
Мартен
(Pierre-Émile Martin)
1824-1915
Бурж, Франция
7
8 апреля 1864 года

8.

Схема мартеновского производства
1 – горелка; 2 – окна; 3 – под; 4, 5 – клапаны;
6,7 – камеры-регенераторы; 8,9 – камеры-регенераторы
8

9.

Устройство мартеновской печи
9

10.

Мартеновский цех (поперечный разрез)
1 — шихтовый открылок; 2 — железнодорожный состав с мульдами; 3 — печной
пролёт; 4 — напольная завалочная машина; 5 — чугуновозный ковш; 6 —
мостовой заливочный кран; 7 — разливочный пролёт; 8 — мостовой разливочный
кран; 9 — сталеразливочный ковш; 10 — разливочная площадка;
11 — изложницы
10
на железнодорожных тележках; 12 — шлаковые ковши

11.

Этапы мартеновской плавки
Заправка печи
Заливка жидкого или завалка
твердого чугуна (20-30 минут)
Завалка (до 3 часов) и прогрев
шихты (до 1,5 часов)
Плавление (1-5 часов)
11

12.

Виды мартеновского процесса
Скрап-процесс: 55-75% стальной лом, 25-45%
передельный чугун
Скрап-рудный процесс: 55-75% жидкий чугун, 2545% стальной лом и руда
Дополнительно: известь, природный газ, мазут,
доменный газ, ферросплавы
12

13.

Виды производства стали в
мартеновских печах
13

14.

Кислый процесс
под – динасовый кирпич
Si+O2=SiO2
2Mn+O2=2MnO
2C+O2=2CO
6FeO + O2 = 2Fe3O4
Fe3O4 + Fe = 4FeO
FeO + C = Fe + CO
2FeO + Si = SiO2 + 2Fe
FeO + Mn = MnO + Fe
Окисление примесей в мартеновских
печах с кислой футеровкой
Выплавляют качественные стали и высококачественные легированные стали.
Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических
включений. Следовательно, кислая сталь имеет более высокие
механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, её
используют для особо ответственных деталей: коленчатых14валов крупных
двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

15.

Основной процесс
под – магнезитовый кирпич
Первый этап:
а) окисление углерода железной рудой.
C + Fe2O3 = 2FeO + CO
C + Fe3O4 = 3FeO + CO
б) окисление примесей чугуна: кремния, фосфора, марганца
Si + 2 FeO = 2Fe + SiO2
2P + 8FeO = 5Fe + 3FeO·P2O5
Mn + FeO = Fe + MnO
3FeO·P2O5 + 4СаО = 4(CaO)4·P2O5 + 3FeO
Второй этап,
Fe2O3 + Fe = 3FeO
FeO + C = Fe + CO
FeS + CaO = FeO + CaS
MnS + CaO = MnO + CaS.
15
Окисление примесей в мартеновской печи
с основной футеровкой

16.

Получение стали в
кислородных конвертерах
16

17.

Различают несколько разновидностей конвертерного
способа:
• Бессемеровский процесс – получение стали из чугуна в
конвертерах, футерованных динасовым кирпичом, путем
продувки воздухом. Способ разработан Г. Бессемером
(Англия) в 1854-1856 гг. Основным недостатком способа
является невозможность удаления серы и фосфора из
чугуна.
• Томасовский процесс – конвертер футеруется
доломитом, что позволяет удалить фосфор и частично
серу, однако получаемый металл содержит повышенное
количество кислорода, азота и шлаковых включений.
Способ предложен в 1878 г. английским металлургом
С.Дж. Томасом.
Кислородно-конвертерный способ – продувка чугуна в
конвертере осуществляется сверху газообразным
кислородом
17

18.

Бессемеровский процесс
Генри Бессемер
1813-1898
Чарлтон, Англия
18

19.

Томасовский процесс.
Сидни Гилкрист Томас
19

20.

Кислородный конвертер
20

21.

Исходные материалы
Флюсы: известь, железная руда, плавиковый
шпат
Ферросплавы
21

22.

Процесс конвертерной выплавки стали
а – завалка лома (3 мин.), б – заливка чугуна (5 мин.), засыпка
извести (1 мин.), в – продувка кислородом ( 1 - 16 мин., 2 – 8 мин.), г
– выпуск стали ( 5 мин.) , д – слив шлака (8 мин и 3 мин.)
22

23.

Заливка чугуна в конвертер
23

24.

Продувка конвертера кислородом
а – каналы для воды
б – канал для кислорода
24

25.

В конвертере происходят следующие химические реакции:
а) окисление железа по реакции
2Fe + O2 = 2FeO + Q.
б) окисление примесей происходит как растворенным кислородом, так и оксидом железа F
Si + O2 = SiO2 +Q
2C + O2 = 2CO – Q
Mn + FeO = Fe + MnO + Q
2P + 5FeO = 5Fe + P2O5 + Q
в) шлакообразование
SiO2 + 2CaO = 2CaO·SiO2
P2O5 + 4CaO = 4CaO·P2O5.
г) раскисление
FeO + Mn = Fe + MnO
2FeO + Si = 2Fe + SiO2
3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3
д) удаление вредных примесей
2P + 5FeO + 4CaO = (CaO)4·P2O5 + 5 Fe
FeS + CaO = CaS + FeO
25

26.

Получение стали в
электрических печах
26

27.

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими
плавильными агрегатами:
а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;
б) можно получать высокую температуру металла,
в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную
атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием
минимального количества неметаллических включений;
г) высокая температура позволяет использовать сильно известковые шлаки и
практически полностью удалять серу и фосфор.
Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных,
инструментальных, специальных сплавов и сталей.
Различают дуговые и индукционные электропечи.
27

28.

Выплавка стали в электропечи
28

29.

Электродуговая печь емкостью 120 МТ
29

30.

Плавку на углеродистой шихте применяют для производства
конструкционных сталей, а также при использовании стального
лома с повышенным содержанием фосфора и серы.
Плавка состоит из шести периодов:.
1. Заправка печи.
2. Загрузка шихты.
3. Плавление шихты.
4. Период окисления.
5. Восстановительный период
6. Выпуск стали.
Плавку на шихте из легированных отходов ведут без
окисления примесей.
Так
выплавляют
легированные
стали
из
отходов
машиностроительных заводов. В процессе выплавки отсутствует
период окисления, что позволяет сохранить легирующие элементы
шихты.
30

31.

Индукционная печь
а — тигельная
б — канальная;
1 — индуктор;
2 — расплавленный металл;
3 — тигель;
4 — магнитный сердечник;
5 — подовый камень с каналом
тепловыделения.
31