Посредством брикетированного алюмината кальция выполняется контроль перемещения имеющихся, а также инициируется образование новых шлаков (в процессе вторичной обработки сплава). Нередко такой материал применяют при изготовлении чувствительных к водороду металлов (к примеру, толстолистовой стали). Также посредством алюмината кальция внутри ковшовых печей нейтрализуется сера.
Технология производства стали
Такой металл по большей части состоит из железа и углерода. Часть последнего должна составлять 0,1…2,14% от общей массы сплава. Несоблюдение данной пропорции ведет к потере сталью полезных качеств. Например, если углерода будет слишком много, металл будет отличаться чрезмерной хрупкостью.
В качестве материала для изготовления стального сплава используются промышленные остатки из стали либо чугун под дальнейшую переработку. Суть процедуры изготовления стального сплава заключается в удалении из сырья нежелательных добавок путем их вынужденного оксидирования, а также переведения таких компонентов в газы, шлаковый отход.
Приготовление стали выполняется при использовании сталелитейных печей. Внутри последних железо вступает в реакцию с О2, происходит окисление металла. Такая реакция характеризуется следующей формулой:
Процедура оксидирования происходит также с содержащимися в чугунном сплаве под дальнейшую переплавку марганцем, кремнием, углеродом. Оксидирование происходит ввиду отдачи оксидом железа кислорода более активным компонентам. Это приводит к оксидированию таких примесей.
Процесс изготовления стали
Этот процесс следует реализовывать под тщательным контролем. Процедура осуществляется в 3 фазы:
- Плавление породы. На данной стадии удаляется весь фосфор.
- Кипение расплавленного сплава внутри ванны. Эта фаза помогает удалить серу.
- Раскисление металла. По ходу этой фазы из металла удаляется кислород.
Только строгое соблюдение правил выплавки стали на всех этапах производства гарантирует надлежащее качество металла.
Этап расплавления породы
На первой стадии плавится шихта и нагревается ванна жидкого металла. Это происходит при относительно невысоком нагреве. Главной задачей этой фазы считается удаление примесей фосфора.
Чтобы это реализовать, рекомендуется выполнять плавку в основной печи. Последняя содержит шлак с добавкой CaO. Пятиокись фосфора P2O2 объединяется с окисью железа в нестойкое образование. Оксид кальция же, соединяясь с ангидридом фосфора, делает его шлаком. Такая реакция характеризуется следующей формулой:
Чтобы выведение фосфора было максимально эффективным, требуется:
- несильный нагрев ванны металла;
- невысокая температура шлакового отхода;
- достаточный объем окиси железа.
С целью повышения количества FeO в шлаковых отходах, ускорения процесса окисления компонентов, выполняют добавление окалины, железной руды внутрь печи. По ходу выведения фосфора шлаковый отход, насыщенный этим элементом, удаляют, заменяя новым.
Фаза кипения ванны с расплавленным металлом
Этот этап активируется при дальнейшем росте температурного показателя. Процедура сопровождается активным оксидированием углерода. При этом активно поглощается тепло. Такая реакция запускается путем добавления внутрь печи окалины, руды либо вдувания в ванную расплавленного металла концентрированного кислорода.
При вступлении углерода в реакцию с оксигеном начинают выделяться пузырьки. Процесс характеризуется следующей формулой:
Активное газообразование создает видимость кипения металла. В результате из сплава выводится углерод, стабилизируется температура ванны. Также образующиеся пузырьки соединяются с неметаллическими компонентами. Такой эффект помогает удалить значительную часть этих примесей. Выведение неметаллических компонентов способствует улучшению техпараметров металла.
Данная стадия, как уже обозначалось выше, помогает удалить серу. Последняя присутствует в виде сульфида железа. Такой компонент при нагреве вступает в реакцию с оксидом кальция. Подобный процесс характеризуется следующей формулой:
После реакции образуется кальций сульфид с окисью железа. CaS растворяется в шлаке, не растворяясь в железе. Благодаря этому выводится сера.
Методы раскисления стали
Данный процесс – завершающая 3-я фаза процедуры изготовления стали. По ходу этой процедуры восстанавливается растворенная в жидком металле окись железа. Наличие большого количества оксигена при плавке полезно.
Но присутствие кислорода в приготовленной стали нежелательно. Это снижает полезные техпарамтеры сплава. Особенно такой эффект ощутим при использовании стальных изделий в условиях высоких температур.
Стадии процесса раскисления
Данную процедуру можно поделить на 3 основных фазы:
- Добавление и растворение раскислителя в расплавленном сплаве.
- Вступление раскислителя и оксигена в реакцию.
- Образование затвердевших зародышей, удаление продуктов раскисляющей реакции.
Согласно степени раскисления стальные сплавы бывают:
- Спокойными – образуется после полного завершения раскисляющей реакции внутри ковша и печи.
- Кипящими – такие металлы раскисляются не полностью. Раскислительный процесс продолжается при застывании отлитой формы. Такой эффект достигается через взаимодействие окиси железа и карбона. Реакция характеризуется формулой Оксидированный углерод из сплава выделяется. Это способствует выходу из состава металла гидрогена и азота. Данные элементы выделяются в газообразном виде, вызывая закипание сплава. Кипящий состав ввиду отсутствия неметаллических компонентов очень пластична.
- Полуспокойными – такие сплавы имеют промежуточное между кипящим и спокойным металлом состояние. Частичное раскисление происходит внутри ковша, заканчивается процесс уже в форме.
Легирование стальных сплавов реализуют путем добавления металлических добавок в чистом виде либо в качестве ферросплавов.
Компоненты, обладающие меньшим сходством с оксигеном, чем железо, можно вводить на любой стадии выплавки. Это объясняется отсутствием процесса их оксидирования.
Добавки, более приближенные по структуре к О2, вводятся после раскисляющей процедуры либо во время ее проведения. Иногда такие компоненты добавляют непосредственно в ковш.
Типы раскисляющих операций
Раскисление может реализовываться несколькими способами. Среди основных выделяют такие виды раскисляющих операций:
- Осаждающие – выполняется путем ввода в расплавленный металл растворимых раскислительных компонентов. Последние могут быть представлены ферросилицием, ферромарганцем, алюминием, карбидом кремния. Такие добавки обладают большим сходством с оксигеном, чем железо. Раскислительная реакция инициирует образование оксидов мангана, силиция, алюминия.
- Диффузионные – реализуются путем раскисления шлакового отхода. При этом осуществляется загрузка молотых ферросплавов марганца, силиция либо алюминия на плоскость этого отхода. Оксидированное железо после этого переходит в шлаковую отработку. Восстановленный феррум становится стальным сплавом. Данный метод дает возможность снизить количество неметаллических компонентов. Это повышает качество металла.
- Обработку шлаковыми отходами синтетического происхождения – помогает убрать из состава стального сплава серу, кислород. Процесс начинается с заливки шлаковых веществ в ковш. Затем туда же выливается тонкая струя стального сплава. Заливка металла осуществляется с высоты 3…6 м.
- Электрошлаковую переплавку – помогает убрать из сплава серу, неметаллические компоненты. Раскисляющая операция проходит во время плавки исходного сырья. Охлаждают форму при данном методе посредством водоохлаждаемого кристаллизатора. Это дает возможность управлять структурой затвердевающего слитка.
- Вакуумную – операция основана на процедуре обезуглероживания. В вакуумной среде раскислительный эффект существенно лучше.
Изготовление стальных сплавов – это процесс, что сочетает в себе проведение сложных химреакций, а также соблюдения определенных технологических правил.
Методы изготовления стали
Стальные сплавы производят с определенными техмпараметрами (к примеру, маркой прочности, составом). Характеристики таких металлов напрямую зависят от способа их производства.
Изготовление стали конвертерным методом
Этот способ делится на 2 разновидности. К 1-му относят конвертерное производство стальных сплавов при донном воздушном дутье. Данная технология лежит в основе процессов бессемеровского и томасовского типов.
Ко 2-й разновидности относится кислородно-конвертерные процедуры. Особенностью такого варианта считается продувка металла кислородом снизу и сверху. Шихтовым сырьем при таком варианте производства стальных составов служат:
- передельный чугунный сплав;
- отработанные элементы из стали;
- полевой шпат, известь, бокситы, руда, брикетированный алюминат кальция, брикеты из алюмофлюса, брикетированный флюоритовый концентрат (в качестве шлакообразхующих).
Расплавленный металл при таком методе нагревается до температуры свыше полутора тысячи градусов Цельсия.
Специфика бессемеровского конвертера
Этот метод был создан в Англии. Способ дает возможность изготавливать стальные сплавы из чугуна, что содержит низкий процент серы, фосфора, а также включает значительную долю кремния. Выплавка выполняется согласно следующему алгоритму:
- Заливается чугунный сплав бессемеровского типа.
- Материал обдувается кислородом.
- Выполняется окисление добавок.
После этого готовый сплав сливается в ковш с одновременной реализацией раскисляющей процедуры.
Особенности конвертера томасовского типа
Перед выплавкой металла внутрь емкости загружается известь. Затем заливается чугунный состав томасовского вида. После этого ведется продувка кислородом для оксидирования примесей.
Готовый материал переливается в ковш. Сюда же добавляют раскислители. Томасовскому и бессемеровскому способам присуще наличие значительного количества азота в составе стального сплава.
Изготовление стали посредством мартеновского метода
Процедура ведется на поверхности пламенной печи отражательного типа, оборудованной генераторными устройствами. Алгоритм выплавки тут следующий:
- Осуществляется загрузка сырья.
- Выполняется плавка загруженного материала.
- Вводятся необходимые допкомпоненты.
После этого готовый состав выливают в ковш и разливают по формам. Согласно типу используемых окислов процедура может называться мартеновской (в случае преобладания основных окисляющих компонентов) либо кислой (такой процесс имеет такое же название).
Каким бывает используемое в данном методе оборудование?
Печи, выплавляющие металлы мартеновским способом, облицовывают блоками магнезитового вида. Футеровку оборудования для кислой выплавки стальных составов осуществляют кирпичом динасовой разновидности.
Согласно устройству печи бывают качающимися и стационарными. Последние более распространены. Качающиеся варианты применяют, как правило, на машзаводах. Это обусловлено необходимостью дозированного отлива готового металла.
Типы плавильных процедур
Зависимо от вида составляющих, добавляющихся в емкость для плавки, процессы выплавки делят на скрап и скрап-рудные. Первый вариант подразумевает загрузку металлолома и передельного чугунного сплава в чушках. Скрап-рудная разновидность отличается добавлением чугуна в жидком состоянии.
Скрап-рудный процесс дает возможность получить стальной сплав с невысоким процентом ненужных компонентов. Алгоритм такой процедуры следующий:
- Загружается нужный материал (чугун, шихта).
- Осуществляется плавка, оксидирование составляющих.
- После закипания ванны с металлом загружается руда либо емкость продувается воздухом.
Во время кипения эффективно удаляются элементы неметаллического происхождения, газы. Кипячение прекращают при достижении регламентированного процентного показателя карбона в составе.
Особенности двухванной сталеплавильной процедуры
Такой метод реализуется посредством одноименного оборудования. Ванны при этом соединены специальным каналом. Принцип работы подобных плавильных установок следующий:
- Происходит загрузка шихты;
- Выполняется расплавление загруженных материалов;
- Осуществляется обдувание металла. При этом в соседнюю емкость загружают твердые составляющие, которые подогреваются раскаленными газами, образующимися по ходу обдува состава в соседней ванне.
К плюсам такого метода относят высокую продуктивность, низкое удельное потребление огнеупоров, горючего.
Изготовление стали в электропечах
Этот метод приготовления стальных сплавов – один из наиболее распространенных. Такой спрос обусловлен:
- быстрым нагревом сырья, что дает возможность ввести значительное количество добавок;
- возможностью обустройства нейтральной, окислительной, вакуумной или восстановительной среды;
- наличием опции точной и плавной настройки температурного режима выплавки.
По варианту конструкции электропечи бывают индукционного и дугового типа. Последние плавильные устройства более распространены.
Особенности дуговых электропечей
В таких плавильных установках нагрев выполняется с помощью тепла, выделяющегося электродугами. Последние образуются между расплавленным металлом и электродами. Дуговые печи применяются для плавки без/с окислением ненужных компонентов.
Выплавку при отсутствии оксидирования примесей, как правило, используют для переработки отхода машзаводов. Плавка с окислением применяется в процессе изготовления жаростойких стальных составов конструкционного, инструментального видов. Процедура реализуется на карбоносодержащей шихте.
Что нужно знать об индукционных печах?
Подогрев сырья реализуется посредством вихревых токов. При выплавке нужно тщательно подбирать шихтный состав. К преимуществам данных электропечей относят:
- возможность изготавливать стали с невысоким процентом углерода;
- относительно небольшие габариты;
- наличие эффекта перемешивания (он создается посредством электродинамических сил).
С помощью плавильных установок индукционного типа можно производить легированные стальные составы высокого качества.