Металлургия » Теоретические основы сталеплавильных процессов. » Общая физико-химическая характеристика сталеплавил » Сущность, цель и задачи плавки стали.

Сущность, цель и задачи плавки стали.

 (голосов: 1)
Сущность, цель и задачи плавки стали.Сущность, цель и задачи плавки стали.
Сталеплавильные процессы относятся к числу наиболее сложных технологических процессов, встречающихся в современной промышленности. В общем случае любой технологический процесс - это механическое, физическое и другие воздействия на исходные материалы с целью получения из них материалов с иными свойствами или готовые изделия, имеющие требуемые свойства, форму, размеры и т.д.
Технология выплавки стали в таком общем понимании сводится к переработке (переделу) исходных материалов, которыми являются чугун и лом, в готовую жидкую сталь, имеющую заданный химический состав, следовательно, свойства и требуемую температуру. Для этого необходимо осуществление ряда механических операций, множества сложных физико-химических и физических процессов, проводимых в определенной последовательности или в определенном сочетании. В теоретических основах принято рассматривать важнейшие физико-химические и физические процессы, наблюдаемые при выплавке стали в любом сталеплавильном агрегате и имеющие решающее значение в достижении конечной цели плавки.
Конечная цель плавки в любом агрегате сводится к получению жидкой стали с заданным химическим составом (марки) и температурой при минимальных затратах трудовых, материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.
Достижение требуемой температуры (нагрева) металла является первоочередной задачей, поскольку для нормального проведения и особенно завершения плавки необходимо иметь жидкий металл, перегретый выше температуры плавления на 50-100°С и выше. Температура плавления чугуна около 1150°С, чистого железа 1539°С. Поэтому температура металла уже в начальной стадии плавки должна составлять 1300-1400°С, а в конце 1600-1650°С.
Наиболее сложной, главной задачей является получение заданного химического состава готовой стали, поскольку для ее решения необходимо осуществлять самое большое число наиболее сложных физико-химических и физических процессов. Большинство из них (называемых частными процессами или подпроцессами) трудно управляемы, а некоторые вообще не поддаются управлению. При планировании и реализации плавки необходимо учитывать возможные пределы протекания как управляемых, так и неуправляемых частных процессов.
В целях снижения ресурсоемкости плавки необходимо максимальное совмещение различных подпроцессов во времени и в пространстве, т.е. проведение их одновременно и в одном и том же рабочем объеме. Однако при современных требованиях к качеству стали полное совмещение всех частных процессов исключено, поэтому принято деление плавки на части как по характеру протекающих частных процессов, так и по месту их проведения. По характеру физико-химических процессов, связанных с получением заданного содержания примесей в готовой жидкой стали, принято плавку делить на две основные части, проводимые последовательно и часто в разных рабочих объемах:
1) рафинирование металла - удаление избыточного количества примесей, содержащихся в исходном металле;
2) раскисление-легирование металла - введение в металл недостающих примесей или недостающего количества для достижения необходимого содержания полезных примесей и кислорода в конечной стали. Такое деление плавки на части, проведение их последовательно и, как правило, в разных объемах связано с тем, что процессы рафинирования и раскисления несовместимы. Рафинирование в основном проводится путем окисления примесей (ввода в металл кислорода), а главная цель раскисления - удаление из металла растворенного кислорода.
Рафинирование обычно является наиболее сложным элементом технологии плавки стали. В особо сложных случаях его в настоящее время проводят в несколько стадий и, как правило, в различных рабочих объемах:
1. Предварительное рафинирование, которое обычно сводится к удалению из чугуна серы, но, возможно, также кремния, фосфора и других примесей. Оно проводится до подачи чугуна в сталеплавильный агрегат, обычно в чугуновозных ковшах.
2. Основное рафинирование, которое проводится только в сталеплавильном агрегате и сводится к удалению примесей металла путем их окисления. Такое рафинирование называют окислительным рафинированием или просто рафинированием.
3. Дополнительное рафинирование, которое проводится обычно в сталеразливочном ковше и сводится в основном к удалению серы путем обработки металла специально подготовленным (синтетическим) шлаком или шлакообразующими смесями.
4. Дегазация (удаление водорода, кислорода и азота), которая достигается обработкой готового металла (по крайней мере, после окислительного рафинирования) в вакууме или в атмосфере нейтрального газа и проводится обычно в сталеразливочном ковше.
Дополнительное рафинирование и дегазация могут быть совмещены как друг с другом, так и с раскислением-легированием.
Предварительное и дополнительное рафинирование, проводимое вне сталеплавильного агрегата, часто называют внеагрегатной или ковшевой обработкой. Их применение осложняет организацию производства и повышает себестоимость стали. Такую обработку используют обычно при переработке чугуна низкого качества (обычно с высоким содержанием серы) или при выплавке высококачественной стали, когда основное рафинирование, проводимое в сталеплавильном агрегате, не обеспечивает низкое содержание вредных примесей в готовой стали.
При выплавке стали массового назначения (обычного качества) стремятся ограничиться только рафинированием, проводимым в сталеплавильном агрегате. В этом случае при необходимости рафинирование делят на части во времени. Например, при выплавке стали из высокофосфористого чугуна процесс дефосфорации металла проводят в два приема (и более), каждый раз удаляя прежний шлак и наводя новый. Такой режим плавки также снижает технико-экономические показатели производства.
При переделе чугунов обычного качества на рядовые стали возможно проведение рафинирования в один прием (под одним шлаком), что обеспечивает минимальные затраты ресурсов на проведение плавки. В этом случае рафинирование происходит по следующей схеме: в начальной стадии практически одновременно в той или иной степени (согласно химическому сродству к кислороду) окисляются и удаляются из металла все примеси; одновременно, по мере формирования шлака, удаляется и сера, в основном в виде сульфидов, растворяющихся в шлаке; в конечной стадии рафинирования окисляющейся примесью металла обычно является только углерод. По достижении требуемой концентрации углерода в металле рафинирование заканчивают. К этому моменту температура металла тоже должна находиться в заданных пределах.
Нагрев металла до заданной температуры, как правило, должен быть совмещен с окислительным рафинированием. При этом важно обеспечение синхронного проведения этих двух процессов, т.е. создание такого режима плавки, при котором окислительное рафинирование и нагрев металла протекают и заканчиваются одновременно. Поскольку на конечной стадии рафинирования из металла удаляется только углерод, в этот период плавки главная задача сводится к синхронизации процессов обезуглероживания и нагрева металла.
Нагрев металла и окисление углерода осуществляются по-разному в зависимости от типа процесса, определяемого конструкцией агрегата, поэтому управление плавкой (синхронизация процессов обезуглероживания и нагрева металла) проводится по-разному в разных агрегатах.
По принципу нагрева металла сталеплавильные агрегаты принято делить на две основные группы.
1. Агрегаты, работающие без подвода тепла из внешних источников. В них процесс плавки протекает за счет внутреннего тепла, основными источниками которого является физическое тепло жидкого чугуна и химических реакций, связанных с окислительным рафинированием металла. Такие процессы принято называть автотермическими процессами или процессами с замкнутым тепловым балансом. К этой группе относятся конвертерные процессы.
2. Агрегаты, работающие с подводом тепла из внешних источников, которыми обычно являются сжигание газообразного или жидкого топлива, подвод электрической энергии. К таким агрегатам относятся мартеновские и электрические печи, которые обычно называют подовыми агрегатами.
Каждый тип агрегата имеет свои достоинства и недостатки, в соответствии с чем имеет область преимущественного применения и степень распространенности.
Раскисление-легирование металла является обязательным и ответственным элементом плавки, поскольку представляет операцию окончательного формирования химического состава (качества) готовой стали. Раскисление-легирование сопровождается прежде всего расплавленнием и растворением в жидком металле введенных в него материалов, содержащих необходимые полезные примеси. Кроме того, происходит химическое взаимодействие элементов-раскислителей с вредными примесями (кислородом, серой, азотом и др.). При этом взаимодействие с кислородом обычно играет доминирующую роль.
Таким образом, управление плавкой стали сводится к регулированию большого числа физико-химических и физических процессов, из которых основное место занимают реакции окисления различных химических элементов. Для успешного регулирования этих процессов, следовательно, нормального проведения плавки необходимо знать закономерности их протекания в сложных, как правило, изменяющихся условиях. Изменяющими условиями (факторами) обычно являются: температура, состав и количество шлака, давление и состав газовой фазы, источник кислорода и режим взаимодействия фаз.
Основная задача теории сталеплавильных процессов состоит, во-первых, в установлении закономерностей протекания реакций окисления различных химических элементов в изменяющихся условиях плавки стали; во-вторых, в использовании этих закономерностей для разработки и осуществления в данных конкретных условиях оптимального режима, обеспечивающего минимальные затраты всех видов ресурсов. Кроме того, теория должна указывать пути создания принципиально новых процессов, обладающих меньшей ресурсоемкостью и экологической опасностью.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики