Технологии производства стали
Сущность и значение окисления углерода, характеристика его поведения. Общие принципы достижения заданного содержания углерода в готовой стали. Описание процесса окисления и восстановления кремния, марганца, фосфора. Специфика десульфурации металла.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.05.2015 |
| Размер файла | 41,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основные реакции сталеплавильных процессов
Поскольку сталь получают обычно из чугуна и лома в результате окисления и удаления содержащихся в них примесей (кремния, марганца, фосфора и др.), особое значение в сталеплавильной практике имеют реакции окисления. Кислород для протекания этих реакций поступает или из атмосферы, или из железной руды, или из других окислителей, или при продувке ванны газообразным кислородом.
1 Окисление углерода
Углерод в стали - это ее самая распространенная полезная примесь. Содержание углерода как полезной примеси в стали обычно изменяется от 0,05-0,10 до 1,0-1,2%.
Углерод в твердом железе способен образовать пересыщенный раствор, т.е. оставаться в растворе в количествах, значительно превышающих растворимость. В результате атомы углерода занимают некоторые узлы в кристаллической решетке железа (феррита), что вызывает ее искажение и приводит к возникновению в ней напряжений, способствующих повышению прочности и твердости железа.
Углерод, содержащийся в исходной металлошихте, в основном в чугуне, оказывает решающее положительное влияние на ход и результаты окислительного рафинирования металла в любом агрегате. Это связано прежде всего с тем, что в течение всего этого периода углерод окисляется.
Во-первых, при окислении углерода выделяются газы СО и СО Это газовыделение обеспечивает интенсивное перемешивание ванны (металла и шлака), без которого сталеплавильные процессы в существующих вариантах нереализуемы. Кроме того, пузыри СО, проходя через жидкий металл, способствуют удалению из него газов и неметаллических включений.
Во-вторых, процесс окисления углерода газообразным кислородом протекает с выделением тепла, которое используется для нагрева ванны.
В-третьих, реакция окисления углерода [C]+(FeO)={CO}+[Fe] защищает железо от чрезмерного окисления во время его окислительного рафинирования, т.е. способствует уменьшению неизбежных потерь железа из-за его окисления.
В-четвертых, содержание углерода в металле и непрерывное его окисление являются основными факторами, определяющими содержание кислорода в металле, от которого зависит содержание оксидных неметаллических включений в готовой стали, т.е. ее качество.
Поведение углерода
Окисление углерода в сталеплавильных процессах в основном (на 85-90 %) протекает до {СО}. Сопутствующая ей реакция окисления углерода с образованием СО2 имеет второстепенное значение. Содержание CO2 не превышает 10-15 %.
Возможные реакции окисления углерода, растворенного в металле:
1. [С] + 1/2О2 = СОгаз; ДG° = -152570 - 33,8Т; - идет с выделением тепла.
2. [С ] + (FeO) = Fe + СОгаз; ДG° = +85 373 - 83,8Т; - протекает с поглощением тепла.
3. [С] + [О] = СОгаз; ДG° = --35 630--31 Т; - с выделением тепла.
Если проанализировать изменение величины ДG° при изменении температуры, то окажется, что во всех случаях значение ДG° с повышением температуры уменьшается, т. е. ее повышение благоприятствует протеканию реакции окисления углерода.
Константа равновесия реакции [С] + [О] = {СО} в общем случае определяется выражением Кс = Pco/(a[c]a[o]). При концентрациях углерода до 1%, а кислорода до 0,08% коэффициенты их активности примерно равны единице, поэтому Кс=Рсо/([С]·[О]).
Поскольку значение теплового эффекта реакции мало, им можно пренебречь. Тогда для любой температуры Рсо/([C]-[О])=const.
В конце сталеплавильного процесса при температуре 1600 0С для открытых агрегатов (Рсо= 1 кг/см2), можно считать, что Кс = 402, тогда
[C]•[О]=Рсо/Кс=Рсо/402=0,0025Рсо=0,0025.
Это означает, что в рассматриваемых условиях равновесное остаточное содержание углерода в металле зависит только от концентрации кислорода, причем чтобы получить [С]min, необходимо обеспечить [О]max.
Теоретически возможное максимальное содержание кислорода (см. рисунок 3) при температурах конца сталеплавильных процессов [О]= 0,20-0,25%. Приняв среднее значение [О]= 0,23% и подставив его в уравнение, получим [С]min= 0,0025/0,23 = 0,01%, т. е. в открытом сталеплавильном агрегате невозможно получить содержание углерода < 0,01%.
Размещено на http://www.allbest.ru/
В реальной сталеплавильной ванне в конце плавки очень трудно получить шлак, содержащий > 50% оксидов железа, поэтому максимальное содержание кислорода в металле составляет 0,10-0,12% и минимальное остаточное содержание углерода не бывает меньше 0,02%. Получение такого низкого содержания углерода в металле является нежелательным, так как приводит к резкому снижению выхода годного ввиду чрезмерного окисления железа и повышенному износу футеровки агрегата.
В современной практике производство стали с содержанием < 0,02% С получает большое развитие. В этих случаях в открытых агрегатах обычно достигают остаточного содержания углерода 0,025-0,040%. Дальнейшее снижение содержания углерода в металле достигают обработкой жидкой стали вакуумом и нейтральным газом.
Общие принципы достижения заданного содержания углерода в готовой стали.
1 Неизбежное непрерывное окисление этой примеси в течение всего периода окислительного рафинирования.
2 Для достижения заданного содержания углерода в готовом металле необходимо иметь определенный запас углерода в исходной шихте (превышение исходного содержания над конечным) и рационально расходовать этот запас в период окислительного рафинирования.
3 Плавка должна быть проведена так, чтобы имеющийся запас углерода был израсходован точно в течение того времени, которое требуется для решения других задач, кроме окисления углерода: нагрева, дефосфорации и десульфурации металла и т.п.
Основы синхронизации процессов обезуглероживания и нагрева металла
При управлении плавкой важно не просто окисление углерода и получение заданного содержания его в конечном металле, но и проведение этого процесса синхронно с процессом нагрева ванны.
В идеальных условиях, когда ванна не обменивается теплом с окружающей средой и в ней не протекают никакие другие процессы, кроме окисления углерода, относительное изменение температуры ванны при окислении углерода Дt[c] можно определить по формуле
Дt[c] =Qt/(100Cм+gшлCшл),
где Qt - тепловой эффект реакции окисления углерода при данных условиях, кДж/кг;
gшл - количество шлака, кг/100кг металла;
С - удельные теплоемкости металла и шлака, Дж/(кг К).
Поскольку См=0,84 кДж/(кг-К) и Сшл= 2,09 кДж/(кг-К), а количество шлака обычно составляет 10-15%, то уравнение примет вид: Дt[c] =0,009Qt.
Это означает, что синхронизация процессов обезуглероживания и нагрева металла в идеальных условиях возможна лишь изменением теплового эффекта реакции окисления углерода.
Величина и знак теплового эффекта процесса окисления углерода могут изменяться в зависимости от источника кислорода. Основными источниками кислорода для окисления углерода являются: холодное дутье (кислородное или воздушное), оксиды железа твердых окислителей (железной руды, агломерата, окатышей, окалины и т.п.), горячие печные газы:
Qt, кДж/кг [С] Дt[c] ,°C/%[C]
Холодное дутье:
воздушное ....…………. +4450 +40
кислородное ..... ……….+12500 +115
Нагретая атмосфера печи . . . 15000 +135
Холодный твердый окислитель -20000 -180
Окисление углерода газообразным кислородом дутья или печных газов происходит с выделением тепла, при этом чем выше температура нагрева кислорода, тем больше тепловой эффект реакции. Окисление углерода кислородом твердых окислителей является резко эндотермическим процессом
В реальных сталеплавильных процессах величина Дt[c] существенно может отличаться от приведенных выше значений Дt[c] no ряду причин: происходит потеря тепла в окружающую ванну среду (нагрев футеровки, окружающего воздуха и т.п.), возможно протекание в ванне других экзотермических и эндотермических процессов, кроме окисления углерода.
2. Окисление и восстановление кремния
Кремний при производстве стали используется в качестве раскислителя и легирующего элемента. Сталь, легированная кремнием, обладает более высокими значениями предела текучести, упругости, ударного сопротивления, хорошей прокаливаемостью, жароупорностью, способностью в закаленном состоянии сохранять твердость при относительно высоких температурах и др.
Кремний, содержащийся в металлической шихте, во время плавки окисляется и теряется практически полностью. На ход плавки наличие кремния в шихте как правило, влияет положительно:
Это выражается в улучшении теплового баланса плавки, поскольку среди обычных примесей металлической шихты кремний окисляется с выделением наибольшего количества тепла.
Кремнезем, получающийся в результате окисления кремния в ванне, активнее вносимого в готовом виде и ускоряет процесс формирования шлака.
Однако кремнезем, образующийся при окислении кремния металла, оказывает разрушающее действие на основную футеровку. Кроме того, при очень высоком содержании кремния образуется большое количество шлака, которое не всегда является желательным, поэтому обычно устанавливаются пределы содержания кремния в чугуне.
Кремний является обязательной примесью чугуна и в том или ином количестве содержится в ломе. Обычно содержание кремния в металлической шихте довольно высокое (0,5-1,0%).
Растворенный в металле кремний может окисляться кислородом:
а) содержащимся в газовой фазе [Si ] + О2 газ = (SiO2); ДG = -775670 + 198Т, Дж/моль;
б) содержащимся в окислах железа шлака [Si] + 2 (FeO) == (SiO2) + 2Fe; ДG° = -300 000+98Т;
в) растворенным в металле [Si] + 2 [О] = SiO2; ДG° == -541 840 + 203Т.
Все эти реакции сопровождаются выделением очень большого количества тепла. Знак «плюс» перед энтропийными членами в уравнениях свободной энергии свидетельствует о том, что при повышении температуры могут создаваться благоприятные условия для восстановления кремния.
Полнота протекания реакции окисления кремния зависит от типа процесса, точнее, характера шлака, под которым проводится плавка.
В основных процессах кремнезем образует в шлаке прочные соединения: в начале плавки силикаты железа 2FeO•SiO2 и кальция CaO•SiO2, в дальнейшем двухкальцевый силикат кальция 2CaO•SiO2 по реакции (SiO2) + 2(СаО) = 2СаО•SiO Благодаря протеканию этой реакции активность SiO2 в шлаке становится очень низкой даже при высокой его концентрации и кремний в основных процессах окисляется практически полностью еще в начале плавки, а по ходу плавки не восстанавливается, независимо от присутствия углерода и других обычных примесей чугуна и изменения температуры ванны.
В кислых процессах активность SiO2 в шлаке во много раз выше, чем в основных процессах, поэтому с повышением температуры ванны к концу плавки происходит восстановление кремния из шлака по реакции
[Si] + 2 (FeO) == (SiO2) + 2Fe,
в результате чегоостаточное содержание кремния в металле может достигать 0,3-0,4 %. Восстановителем кремния в кислых процессах может также являться углерод.
Обеспечение заданного содержания кремния в готовой стали
Как было показано выше, в основных процессах, имеющих в настоящее время решающее значение в производстве стали, остаточное содержание кремния в металле в конце окислительного рафинирования ничтожно мало (следы), поэтому кремний как полезная примесь в необходимом количестве вводится в металл после окончания окислительного рафинирования. Для этой цели обычно используют различные железокремнистые сплавы, называемые ферросилицием.
3. Окисление и восстановление марганца
Марганец в сталеплавильных процессах может образовывать различные химические соединения: наиболее важными из которых являются MnO, MnS и Мn3С. Марганец в готовой стали в большинстве случаев является полезной примесью, служащей для раскисления и легирования.
Марганец как раскислитель в количестве 0,25-0,50% содержится в кипящей, полуспокойной и спокойной углеродистой стали.
Основное положительное влияние марганца на свойства стали состоит в уменьшении вредного влияния серы за счет связывания ее в сульфид MnS, который при кристаллизации металла выделяется в виде твердых, случайно расположенных включений, приносящих во много раз меньше вреда, чем FeS. Для выделения серы в виде менее вредных твердых включений необходимо иметь в стали следующее отношение содержания марганца и серы: [Mn]/[S]?20-2
Марганец как легирующий элемент.
Марганец резко уменьшает критическую скорость закалки, поэтому марганцовистая сталь прокаливается значительно глубже, чем простая углеродистая. Растворяясь в феррите, марганец повышает прочность стали, но несколько снижает пластичность стали (относительное удлинение и ударную вязкость). Марганец также повышает износостойкость и упругость стали.
Поведение марганца в сталеплавильных ваннах
Марганец вносится в сталеплавильную ванну в основном с чугуном и ломом. В зависимости от содержания марганца в чугуне и ломе и их соотношения содержание марганца в исходной шихте изменяется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 1,0-1,5% и более.
Марганец, растворенный в металле, окисляется кислородом;
а) содержащимся в газовой фазе:[Mn] + О2 газ = (МпО); ДG° = -361 380 + 106Т;
б) содержащимся в окислах железа шлака: [Мп] + (FeO) = (МпО) + Fe; ДG° = --124 000 + 56,4Т;
в) растворенным в металле: [Мп] + [О] = (МпО); ДG° = -245 000 + 109Т;
Возрастание величины ДG° по мере повышения температуры свидетельствует о возможности протекания при высоких температурах - обратного процесса -- восстановления марганца из оксида железом: (МnО) + Fe = [Мn] + (FeO), а также углеродом и кремнием: (МnО) + [C] = [Мn] + СОгаз; 2 (МnО) + [Si] = 2 [Mn] + SiO
Полнота протекания реакции окисления марганца зависит от характера шлака, под которым проводится плавка, окисленности шлака, и температурного уровня процессса.
В начале плавки марганец интенсивно окисляется до достижения равновесия реакции
(МnО) + Fe = [Мn] + (FeO)
После достижения равновесия содержание марганца в металле по ходу процесса может оставаться неизменным при постоянстве внешних условий или изменяться в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от характера изменения внешних условий - температуры, окисленности ванны, количества шлака и т.п.
В конце плавки возможны следующая динамика содержания марганца в металле:
1. при [С]>0,2-0,3% за счет повышения температуры при низкой окисленности шлака концентрация марганца в металле в конце плавки повышается.
при [С]< 0,05-0,07%), вследствие резкого повышения содержания FeO в шлаке концентрация марганца в металле снижается (несмотря на дополнительное повышение температуры).
На остаточное содержание марганца в металле влияет основность шлака: более глубокое окисление марганца в кислых процессах, чем в основных, объясняется тем, что МnО, обладая основными свойствами, в кислых шлаках в значительной степени взаимодействует с SiО2 например, по реакции 2(MnO) + (SiO2) = (MnO)2-SiO Это приводит к снижению активности МnО в шлаке и смещению реакции вправо.
К концу плавки ввиду повышения температуры (1580-1620°С и более) и снижения содержания FeO в шлаке (8-12% при концентрации углерода в металле не менее 0,15-0,20%) значения Lmn снижаются до 10-20 и в металле остается 20-35 % марганца. Однако при выплавке стали с 0,05-0,07% С содержание FeO в шлаке в конце плавки снова повышается до 15-20% и более, что приводит к увеличению Lmn до 25-35 и выше и снижению остаточного содержания марганца до 15-20 %.
Обеспечение заданного содержания марганца в готовой стали
В большинстве случаев остаточное содержание марганца бывает значительно меньше заданного. Заданное содержание марганца в готовой стали обеспечивается введением его в металл в виде того или иного металлического марганецсодержащего материала (ферромарганца, силикомарганца, металлического марганца и др.) в ковш при выпуске.
4. Окисление и восстановление фосфора
В рудах фосфор всегда сопутствует железу, часто в больших количествах. В процессе восстановительной плавки рудного материала весь фосфор шихты переходит в чугун. Минимальное содержание фосфора в чугуне составляет 0,1-0,2%, максимальное 2-2,5%.
Повышенное содержание фосфора снижает пластичность металла (особенно ударную вязкость), также ухудшает прочность (предел прочности), пластичность и свариваемость нагретого металла.
В подавляющем большинстве случаев фосфор является вредной примесью стали, его содержание в металле особо ответственного назначения должно составлять не более 0,005-0,010%.
В шихту сталеплавильных печей фосфор попадает в основном из чугуна. Некоторое количество фосфора может попасть в шихту из лома, а также из ферросплавов.
Растворенный в металле фосфор может окисляться кислородом:
а) содержащимся в газовой фазе: 4/5[P ] + О2 раз = 2/5 (P2O5); ДG0 = -619 280 + 175Т;
б) содержащимся в окислах железа шлака: 4/5 [Р] + 2 [FeO] = 2/5(P2O5)+ 2Fe; ДG0= -143 050 + 66Т;
в) растворенным в металле: 4/5 [Р] + 2 [O] == 2/5 (P2O5) ДG° = -385 220 + 170Т.
Знак «плюс» перед энтропийными членами в уравнениях свободной энергии свидетельствует о том, что при повышении температуры могут создаться благоприятные условия для восстановления фосфора.
Одной из основных реакций дефосфорации металла в сталеплавильных процессах является образование пентаоксида фосфора главным образом по реакции: 2[Р] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]. Однако P2O5 термически неустойчив и при температурах сталеплавильных ванн в свободном состоянии существовать не может. Для успешной дефосфорации металла дополнительно необходимо образование прочных фосфатов в шлаке.
В кислых шлаках вследствие избытка SiO2 образование фосфатов получает ограниченное развитие и в результате оказывается, что при работе под такими шлаками фосфор, перешедший в шлак при относительно низких температурах, при повышении температуры восстанавливается и при обычных температурах сталеварения (>1500°С) практически весь переходит обратно в металл. Коэффициент распределения фосфора между кислым шлаком и металлом Lp = (Р)/[Р] составляет всего 1-3, поэтому на практике считают, что в этих процессах удаления фосфора из металла не происходит.
В основных шлаках при низких температурах начала плавки могут образоваться трифосфаты железа в основном по реакции
(P2O5) + 3(FeO) = (3FeO. P2O5)
Однако при высоких температурах фосфаты железа непрочны и фосфор может перейти обратно в металл. Для того, чтобы удалить фосфор из металла и удержать его в шлаке, необходимо снижать активность P2O5 в шлаке. Этого достигают при наведении основного шлака с помощью добавок извести (или известняка). При этом основная составляющая извести--СаО реагирует с P2O5, образуя фосфаты кальция (СаО)n-(P2O5), который по сравнению с другими фосфатами кальция имеет наибольшую устойчивость и температуру плавления. Поэтому на конечных стадиях плавки дополнительным условием обеспечения процесса дефосфорации металла является протекание реакции (P2O5) + 3(СаО) = (3СаО•P2O5).
Комбинируя последнее уравнение с уравнением реакции образования P2O5, получим уравнение суммарной реакции дефосфорации металла в конце основного процесса:
2[Р] + 5(FeO) +3(СаО) = (3СаО. P2O5) + 5[Fe] + Q.
Таким образом, можно сформулировать основные условия, соблюдение которых позволяет удалять фосфор из металла:
1). наведение шлака высокой основности: для мартеновского процесса в пределах 2,5-2,8, а для кислородно-конвертерного процесса с верхней подачей дутья 3,0-3,5.
2). высокая окисленность шлака. Это связано с тем, что, во-первых, FeO принимает прямое участие в процессе дефосфорации (2[Р] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]); во-вторых, FeO ускоряет растворение извести в шлаке, т. е. облегчает получение гомогенного шлака.
3) наличия шлаков, содержащих мало фосфора, для чего при переделе фосфористых чугунов проводят смены (скачивания) шлака;
4) невысокая температура. Прямое влияние температуры связано со знаком теплового эффекта реакции.
5. Удаление серы (десульфурация металла)
Сера является самой вредной примесью, снижающей механическую прочность и свариваемость стали, а также ухудшающей ее электротехнические, антикоррозионные и другие свойства.
Во время кристаллизации и при дальнейшем охлаждении металла весь избыток серы выше указанных пределов выделяется в виде сульфида железа FeS совместно с FeO. Чистый сульфид железа имеет температуру плавления 1190°С, а оксисуль-фидный расплав имеет эвтектику с температурой затвердевания ~985°С, т. е. значительно ниже температуры плавления металла (обычно ~1500°С). Это при кристаллизации металла приводит к выделению сульфида и оксисульфида железа в жидком виде. Выделяющиеся неметаллические включения располагаются по границам зерен в виде тонких пленок. Образование таких пленок резко снижает прочность металла при температурах (>1000°С), поскольку они при этих температурах, находясь в жидком или размягченном состоянии, ослабляют меж-зеренную связь в металле. Это явление называют красноломкостью стали. Красноломкость вызывает: 1) образование так называемых горячих трещин на слитках, литых заготовках и изделиях (деталях); 2) появление рванин, трещин и других поверхностных дефектов на прокате; 3) плохое сваривание внутренних усадочных пустот металла во время прокатки, вследствие чего головная обрезь от слитков возрастает при повышении содержания серы.
Не меньшее отрицательное влияние сера оказывает на служебные, прежде всего на прочностные свойства стали, особенно при низких температурах < (-30°С). Следовательно, повышенное содержание серы вызывает и красноломкость, и хладноломкость стали.
Сера является химически активным элементом и образует различные соединения, устойчивые при высоких температурах сталеплавильных процессов и способные переходить и в газовую, и в шлаковую фазы.
Обмен серы между газовой фазой и жидкой ванной
В процессе плавки сера можкт окисляться кислородом по реакциям:
[S]+2[О]={SO2} на границе газ-металл в пузырях СО, за счет кислорода металла
(S) + 2(FeO) = 2[Fe] +{SO2} на границе газ-шлак в пузырях СО, находящихся в объеме шлака;
на границе газ-металл, с участием кислорода газовой фазы [S]+{O2} ={SO2};
на границе газ-шлак, над ванной (S) + {O2}={SO2}
Таким образом, пузыри СО, проходящие через толщу металла, уносят некоторое количество серы. Это количество серы тем больше, чем выше содержание серы и кислорода в металле.
Результатом протекания реакции окисления серы газообразным кислородом на границе шлак-газ является наблюдаемое на практике удаление серы из ванны в газовую фазу в количестве 5-10% от исходного содержания серы в шихте. углерод сталь металл марганец
Основная часть серы удаляется из металла окислительным шлаком
Традиционной является схема:
сера, находящаяся в металле в виде сульфида железа, в соответствии с законом распределения переходит в шлак, [FeS] = (FeS).
в шлаке происходит образование более прочного и плохо растворимого в металле сульфида кальция по реакции (FeS) + (СаО) = (CaS) + (FeO).
суммарная (общей) реакция десульфурации [FeS] + (СаО) = (CaS) + (FeO).
Из структуры последнего уравнения вытекает, что для улучшения десульфурации металла прежде всего необходимо в шлаке повышение содержания свободного СаО, которое возможно повышением основности шлака, и снижение содержания FeO, которое определяется в основном концентрацией углерода в металле.
Влияние температуры на коэффициент распределения серы может быть прямым и косвенным. Прямое влияние связано с тепловым эффектом процесса перехода серы из металла в шлак. Этот процесс является экзотермическим, поэтому при постоянстве других условий, чем выше температура, тем меньше Ls, но это влияние незначительно, так как тепловой эффект процесса небольшой: -42 кДж/моль.
Косвенное влияние температуры на Ls заключается в том, что при высокой температуре можно обеспечить повышенную основность шлака, которая способствует увеличению Ls. Чем выше температура ванны, тем лучше десульфурация металла, если повышение температуры рационально используется для получения высокоосновного гомогенного шлака. Кроме того с повышением температуры ускоряются диффузионные процессы.
Сера является поверхностно активным элементом. Высокая поверхностная активность серы приводит к тому, что на поверхности раздела фаз концентрация серы выше, чем в объеме раствора. Поэтому наибольший эффект дает применение таких методов ведения плавки, которые обеспечивают увеличение поверхности контакта металла с десульфурирующей фазой (искусственное перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл тонкоизмельченных порошкообразных реагентов и т. п.).
Однако основные возможности улучшения десульфурации металла заложены в изменении химического состава шлака.
Кислые шлаки обладают минимальной серопоглотительной способностью и обеспечивают L = 0,5-1,5. Это незначительное поглощение серы кислым шлаком происходит не в результате образования простых анионов S2-, а вследствие того, что сера частично замещает кислород в кремнекислородных анионах:
Основные окислительные шлаки обычного химического состава (B > 2,0-2,5) обеспечивают Ls = 3-7, иногда до 10, т. е. в несколько раз выше, чем для кислых шлаков. Коэффициент распределения серы между основным окислительным шлаком и металлом в период окислительного рафинирования зависит в основном от содержания в шлаке СаО и SiO2 или упрощенно - от основности шлака. Для наведения высокоосновного шлака жидкоподвижного шлака в ванну осуществляют присадки извести (известняка) и осуществляют скачивание первичного шлака для удаления из печи кремнезема.
Влияние FeO двойственно. С одной стороны, наличие FeO в шлаке ускоряется растворение СаО и получение гомогенного высокоосновного шлака (разжижает шлак), что улучшает десульфурацию. С другой стороны наличие в шлаке FeO смещает равновесие реакции десульфурации в обратную сторону.
В целом серопоглотительная способность основных шлаков остается низкой из-за высокой окисленности сталеплавильных шлаков. В лучшем случае коэффициент распределения серы Ls= (S)/[S] в лучшем случае достигает 10, а обычно изменяется в пределах 3-7. При этом в одношлаковом режиме степень десульфурации R=[S]н/[S]к может составить 1,5-2, т. е. обеспечивает снижение содержания серы в металле в 1,5-2 раза (на 40-50 %), что в современных условиях часто бывает недостаточным.
В настоящее время в связи с повышением требований к качеству стали и разливкой ее на МНЛЗ обязательным элементом сталеплавильной технологии становится ковшевая десульфурация металла.
Таким образом, удалению серы из металла (десульфурации металла) способствуют:
1) наличие основных шлаков с высокой активностью CaO;
2) низкая окисленность металла шлака (минимум FeO);
3) низкая концентрация серы в шлаке (скачивание и наведение нового шлака);
4) перемешивание металла со шлаком и увеличение поверхности контакта;
5) повышение температуры ванны.
Литература
1. Металлургия стали./ Под ред. Явойского В.И. и Кряковского Ю.В. М.: Металлургия, 1984. - С.125-187.
Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса. М.: Металлургия, 1975. - С.14-47.
3. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Бигеев. А.М., Бигеев В.А. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С.342-35
4. Дюдкин, Д.А. Современная технология производства стали. / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко. М.: Теплотехника, 2007. - 528 с.
5. Металлургия стали / Явойский, В.И., Кряковский, Ю.В., Григорьев, В.П. и др. - М.: Металлургия, 1983. - 584с.
6. Кудрин, В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов.- М.: "Мир", ООО "Издательство АСТ", 2003. - 528 с.
7. Чалмерс, Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. - 280 с.
8. Колосов, М.И., Смирнов, Ю.Д. и др. Сменное оборудование для разливки стали. - Челябинск, 1961. - 320с.
9. Технология производства стали в современных конвертерных цехах / Колпаков, С.Ф., Старов, Р.В., Смоктий, В.В. и др. - М.: Металлургия, 1991. - 464с.
10. Развитие технологии непрерывной разливки ста¬ли. Лякишев, Н.П., Шалимов, А.Г. М.: ЭЛИЗ, 200 - 208 с.
11. Емельянов, В.А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. - М.: Металлургия, 1988. - 143с.
1 Журавлев, В.А., Китаев, Е.М. Теплофизика формирования непрерывного слитка. - М.: Металлургия, 1974. - 216с.
13. Литвин, А.В., Мазур, В.Л., Темошенко, В.Л. Разработка литейно-прокатных комплексов для производства листовой стали, тонких слябов и лент за рубежом. Черная металлургия, 1990, №4. - С.23-31.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Роль марганца в сталеплавильных агрегатах, особенности процессов его окисления и восстановления. Принципы получения заданного содержания марганца в стали. Черная металлургия как ключевой потребитель марганца, использование в промышленности его сплавов.
реферат [24,9 K], добавлен 21.08.2012Углеродистые стали как основная продукция чёрной металлургии, характеристика их состава и компоненты. Влияние концентрации углерода, кремния и марганца, серы и фосфора в сплаве на свойства стали. Роль азота, кислорода и водорода, примесей в сплаве.
контрольная работа [595,8 K], добавлен 17.08.2009Общая характеристика стали 38Х2МЮА. Технологический процесс выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи. Химический состав шихтовых материалов, Расчёт металлошихты на 1 т металла. Материальный баланс периодов плавления и окисления (на всю плавку).
курсовая работа [48,0 K], добавлен 16.03.2014Физико-химические расчет по равновесию C-O, C-FeO. Растворимость азота и водорода в металле по стадиям технологического процесса. Расчет степени дефосфорации и десульфурации стали. Оценка себестоимости жидкой стали и точки безубыточности ее производства.
презентация [144,4 K], добавлен 24.03.2019Оборудование для термического окисления: модель Дила-Гроува, зависимость толщины окисла от времени окисления, особенности роста тонких и толстых плёнок двуокиси кремния, их свойства и применение в микроэлектронике. Реакторы биполярного окисления.
реферат [106,3 K], добавлен 10.06.2009Основные способы производства стали. Конвертерный способ. Мартеновский способ. Электросталеплавильный способ. Разливка стали. Пути повышения качества стали. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. Производство стали в вакуумных печах.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.01.2005Классификация и маркировка стали. Характеристика способов производства стали. Основы технологии выплавки стали в мартеновских, дуговых и индукционных печах. Универсальный агрегат "Conarc". Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 11.08.2012Определение параметров процесса плавки стали в конвертере с верхней подачей дутья: расчет расход лома, окисления примесей металлической шихты, количества и состава шлака. Выход жидкой стали перед раскислением; составление материального баланса плавки.
курсовая работа [103,4 K], добавлен 19.08.2013Механические свойства легированной конструкционной стали 35ХМЛ. Подбор шихты и определение среднего состава стали для расчета содержания основных компонентов. Описание технологии выплавки стали в кислой и основной электродуговых печах с окислением.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.11.2013Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода. Качество и работоспособность пружины. Маркировка и основные характеристики пружинных сталей. Основные механические свойства рессорно-пружинной стали после специальной термической обработки.
курсовая работа [25,4 K], добавлен 17.12.2010Сталь марки 15Х - низкоуглеродистая хромистая конструкционная цементуемая сталь содержит углерод, хром и марганец. Анализ влияния углерода и легирующих элементов стали на технологию ее термообработки. Операции термообработки деталей из стали этой марки.
контрольная работа [50,0 K], добавлен 05.12.2008Конструкция сталеразливочных ковшей. Характеристика устройства для регулирования расхода металла и установок для продувки стали инертным газом. Вакуумирование металла в выносных вакуумных камерах. Продувка жидкого металла порошкообразными материалами.
реферат [987,2 K], добавлен 05.02.2016Критические точки в стали, зависимость их положения от содержания углерода. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, фазы и структурные составляющие: линии, точки концентрации, температуры; анализ фазовых превращений при охлаждении стали и чугуна.
реферат [846,6 K], добавлен 30.03.2011Процентное содержание углерода и железа в сплаве чугуна. Классификация стали по химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления. Примеры маркировки сталей. Расшифровка марок стали. Обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали.
презентация [1,0 M], добавлен 19.05.2015Характеристика рельсовой стали - углеродистой легированной стали, которая легируется кремнием и марганцем. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали. Технология производства. Анализ производства рельсовой стали с применением модификаторов.
реферат [1022,5 K], добавлен 12.10.2016Гранулометрический и химический состав сырых шихтовых материалов. Дозирование и физико-химические основы процесса. Введение плавки. Нарушения хода печи: повышенное содержание кремния, оксида хрома и углерода, срыв подины, загрязнение слитков шлаком.
курсовая работа [78,4 K], добавлен 20.09.2013Металлургия стали как производство. Виды стали. Неметаллические включения в стали. Раскисление и легирование стали. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. Конвертерное, мартеновское производство стали. Выплавка стали в электрических печах.
контрольная работа [37,5 K], добавлен 24.05.2008Выбор и обоснование футеровки сталеразливочного ковша. Выбор дутьевых продувочных устройств. Расчет основных параметров обработки стали: раскисление и легирование; процесс десульфурации стали в ковше. Технологические особенности внепечной обработки стали.
курсовая работа [423,1 K], добавлен 21.04.2011Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.
контрольная работа [73,7 K], добавлен 05.12.2008Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.
контрольная работа [71,3 K], добавлен 05.12.2008
