лекція на 06.04.2020р
МОДУЛЬ 4.2.7 « Кислий мартенівський
процес. Особли-
вості процесу»
Мета : дати поняття студентам
про кислий
мартенівський процес
Тип уроку
:
комбінований.
Методи пояснення : розповідь, бесіда.
Методи
опитування :
фронтальна бесіда.
Наочні приладдя : плакати і
таблиці по темі.
ХІД
ЗАНЯТТЯ
1.Організаційна
частина.
1.2.Перевірка готовності аудиторії до уроку.
1.3.Повідомлення модуля , мети і ходу уроку.
2.Проведення фронтальної бесіди із студентами
по попередньому модулю.
2.1. Які
особливості будови рухомих мартенівських печей ?
2.2. Переваги рухомих печей та їх недоліки .
3.Пояснення нового матеріалу
Мартенівське виробництво
сталі виникло у вигляді кислого процесу
: подини перших мартенівських печей виготовляли із динаса або кварцита .
Після того , як з’явилися основні
вогнетриви , кислий процес поступово витісняється основним процесом .
Виготовлення і служба кислої подини . Подину кислої печі викладують
і наварюють із матеріалів з кислотними властивостями . Це визначає кислий
характер мартенівського шлаку з усіма особливостями рафініровочних процесів .
На відміну від основного процесу , вогнетривкі матеріали
подини кислої печі активно приймають участь
в металургійних реакціях . Наслідком цього являється підвищене зношення вогнетривів – після кожної
плавки потрібно відновлення поверхневого шару подини .Тому техноглогії
виготовлення і експлуатації подини кислої печі надається велика увага .
Кладку подини кислої печі
виконують із динасової цегли , нижні шари
- із шамотної цегли . Робочий шар подини виготовляють із чистого річного
піска і кварциту . До матеріалів для робочого шару висувають підвищені вимоги
по хімічному і гранулометричному складу . Вміст кремнезему в них повинен бути
не нижче 96 % , кількість небажаних домішок основного і нейтрального характеру
– не більше 1,8 % . Використовується пісок крупністю 2 – 3 мм , кварцит 1 – 6 мм .
Робочий шар отримують
шляхом наварки , яка проводиться в
певній послідовності . Динасову кладку подини спочатку пропитують кислим шлаком
, потім іде наварка шарами із піска і кварциту ( у співвідношенні 2 : 1 ) в
суміші з дробленим кислим шлаком . Після нанесення кожного шару проводиться
прогрів на протязі 3 – 3,5 годин . Кожний із шарів має товщину не більше 20 – 25 мм , усього наварюють 22 –
24 шара . Останні шари наварюють тільки із суміші піска з кварцитом . Потім
подину і відкоси печі шлакують , закидуючи на подину кислий мартенівський шлак
.
Готова подина являє собою
кристалічний зросток із зерен
кристобаліта ( різновид кварцу )
зцементованих вогнетривкою сілікатною зв’язкою . В процесі служби наварка
збагачується оксидами заліза і марганцю , що знижує її вогнетривкість .
Зношення наварки відбувається в результаті її взаємодії з компонентами металу і із шлаком при випуску плавки .
Догляд за
кислою подиною значно більше трудомісткий ,
ніж за основною . Після кожної плавки проводиться оновлення робочого
шару на протязі 1 – 1,5 год , часто нанесенню нової наварки передує
зтравлювання ( з допомогою вапна ) частини старих вогнеривів . Під дією оксидів
заліза в товщі наварки можуть утворитися
великі пустоти , що невидно зверху . Під
час заправки їх необхідно найти і ретельно заробити . Велика тривалість
операцій по відновленню подини після
кожної плавки дуже сказується на продукційності кислого процесу .
Початкові матеріали кислого процесу . В кислому процесі неможливо вилучити із металу
фосфор і сірку , так як в шлаці немає вільних основних оксидів . Разом з тим
кислим процесом виплавляють високовідповідальні сталі з низькими межами по цим
шкідливим домішкам , тому отримання кислої сталі ,чистої по фосфору і
сіркі , можливо тільки при чистоті
початкових матеріалів .
Чавун . Найбільш підходячим вважають чавун , виплавлений в
домених печах , що працюють на дерев’яному вугіллі . Тривалий час це був єдиний
вид чавуну , придатний для кислого маретнівського процесу . Сировиною для
виплавки чавуну служили низькофосфористі руди і сорта кокса , відносно чисті по
сірці . Для додаткової дефосфорації і десульфурації чавун обробляли в ковшах
під час випуску окалиною і кальцінованою содою .
Крім фосфора і сірки в чавуні бажана низька
концентрація кремнію , так як в кислому
процесі цей елемент окислюється погано і ванна по розплавленні довго не
закипає.Під час рафінування в ковші
окалиною добре окислюється і
кремній .
Кислу сталь виплавляють
тільки скрап – рудним процесом з невеликою витратою чавуну . Іноді при
відсутності або недоліку чавуну його повністю або частково замінюють чистими
навуглецюючими присадками ( електродним боєм , нефтяними коксом ) , проводячи
карбюраторний варіант скрап – процеса . Для цієї ж мети використвують
високовуглецеві металізовані окатиші ,
синтетичний чавун .
Стальний брухт . Вимоги
до нього аналогічні - чистота по
шкідливим домішкам . Використовують шихтову заготовку , т.т. сталь , спеціально
виплавлену в основній мартенівській печі
і розлиту в зливки . Головними вимогами
до такого металу являється низький вміст сірки і фосфору . Крім того ,
шихтова заготовка може містити і легуючі елементи , потрібні для виплавки даної
марки кислої сталі .В завалку також використовують відходи , що отримані при
ковці і механічній обробці виробу із кислої сталі .
Сипучі матеріали для корегування складу шлаку ( вапно
, чисту окалину ) в кислому процесі використовують в невеликій кількості .Для
формування шлакового шару широко
використовують дробленийкислий шлак попередніх плавок . Цей шлак не містить
шкідливих домішок і може служити багаторазово . Для цієї ж мети іноді
використовують шамотний бій .
Чистота
кислої сталі по сіркі в значному ступені пов’язана з видом використовуваного
палива . В кислому процесі , як і в основному , сірка може преходити із факела
в метал через шлак або безпосередньо поглинаються матеріалами , що плавляться
.Тому для опалення кислих печей використовують низькосірнис – тий мазут або
природний газ .
Порядок завалки , плавлення .
Співвідношення між чавуном і стальним брухтом в кислому процесі
визначається як економічною так і технологічною потребою . В завалку як правило
дають 30 – 40 % чавуну . Розрахунок шихти проводиться так , щоб отримати по
розплавленню вміст вуглецю в металі на 0,7 – 0,5 % вище марочного .
По прийнятій технології на
подину печі завалюють чавун ( 20 % від маси плавки). Стальний брухт на подину
не дають , щоб запобігти взаємодії кислої наварки подини з оксидами заліза , що
стікають з розплавленого брухту , а також щоб не зруйнувати подину важкими зливками шихтової заготовки . Поверх
чавуну завалюють увесь брухт , а зверху
- увесь чавун , що залишився ( для прискорення процесів плавлення ) .
В кислому процесі
кремній окисляється вяло , тому в шихті
не повинно бути більше 0,4 – 0,5 % Sі
. В іншому випадку концентрація кремнію по розплавленню переищить 0,1 %
метл довго не кипить . При менше кремністій шихті у ванні по
розплавленню залишається 0,05 – 0,07 % Sі і метал кипить достатньо інтенсивно .
В завалку
кислого процесу не дають шлакоутворюючих , джерелами шлаку служать продукти
окислення кремнію і марганцю чавуну ,
оксиди заліза і матерали футеровки . Шлаку в процесі плавлення утворюється мало
і для збільшення його кількості на ванну присаджують оборотний кислий шлак в
кількості 2 – 4 % від маси металу . По розплавленні метал повинен бути закритим
шаром шлаку певної товщини для захисту
від прямого окислення і поглинання газів
. Оксид SіО2 кислої
футеровки зв’язує FeO і МпО , що утворилися при окисленні елементів
шихти , в сілікати , тому кількість шлаку залежить від вмісту марганцю в чавуні
. Шлак кінця плавлення має такий склад :
15 -20 % FeO , 20 -30 % МпО , 40 -50 % SіО2 , вміст інших оксидів незначна . Така шлакова
система близька по складу до сілікатів заліза і
марганцю , вони легкоплавкі і утворюють достатньо рідкорухомий шлак .
Після повного
розплавлення шихти плавку можна вести
двома способами , внаслідок чого розрізняють два технологічних варіанта процеса
. Розглянемо і співставимо ці варіанти .
Кремневідновний процес .
Кремневідновний процес розвивається у ванні кислої печі в результаті
фізико – хімічних реакцій в металі , що контактує з кислим шлаком і матеріалами подини . Цей процес іноді
називають пасивним , з’явився першим .
Після
розплавлення ванни її зневуглецювання проходить за рахунок кисню , що преходить
із атмосфери печі через шлак . Окислювальна здатність кислого шлаку значно
нижче , ніж у основного , так як оксиди заліза зв’язані в кремнекисневі
комплекси . Тому швидкість окислення вуглецю в кислому процесі відносно велика
і, якщо не впливати на хід плавки ( не виконувати ніяких присадок ) , поступово
зменшується . Це пов’язаноз тим , що шлак збагачується диоксидом кремнію в результаті розчинення матеріалів
подини і відкосів ванни і стає більш в’язким . При SіО2 > 50 – 55 % в шлаці з’являються частинки надлишкового
кремнезему , так як рідка частина шлаку
насичується цією сполукою , шлак стає гетерогенним
. Крім того, із збільшенням вмісту SіО2 проходить полімерізація ( збільшення )
кремнекисневих комплексів . Одночасно дія цих двох факторів підвищує в’язкість
шлаку .
При високій в’язкості
шлакового шару і затухаючому кипінні ванни внаслідок зменшення притока
кисню шлак стає неоднорідним по висоті
. Верхні горизонти в’язкого кислого шлаку , що контактують з пічною
атмосферою , збагачуються оксидами
заліза , а нижні шари , що стикаються з металом , обідняються ними .
Ріст вмісту кремнію починається в момент часу , коли по
температурним умовам і фізико –
хімічному стану шлаку швидкість притока кисню із пічної атмосфери в метал стає менше швидкості споживання його
окислювальними реаціями , що проходять у ванні .
В умовах розвиваючогося
дефіциту кисню його джерелами стають кремнезем шлаку , подини і неметалевих
включень , що знаходяться в металі . Відновниками кремнію із SіО2 можуть
бути вуглець , кремній і залізо .
При температурах сталеплавильних
процесів 1850 – 1900 К усі реакції стають термодинамічно можливими , так як ∆G< 0 , пдвищення температури
сприяє їх протіканню .
Кремній
відновлюється переважно із кремнеземистих матеріалів подини і відкосів ванни на
поверхнях їх контакту з металом . Відновленню сприяє дифіцит кисню біля цієї
поверхні внаслідок витрачання його на шляху від шлакового шару . При зменшенні
в шлаку кількості оксидів заліза
відновлення кремнію можливе і на межі
метал – шлак . Але частіше на цій межі відбувається окислення кремнію , і
концентрація його у ванні визначається двома протилежними процесами :
відновленням кремнію біля подини і окисленням його біля шлакового шару .
Період , під час якого ідуть процеси
відновлення кремнію , називають періодом стабілізації . Кипіння в цей час на
спостерігається , поверхня ванни спокійна . Проявляються лише окремі
бульбашки СО , що свідчать про реакцію відновлення кремнію
вуглецем . Концентрація кремнію в цей період контролюється візуально по вигляду
поверхні охолоджуванної проби і методами
хімічного або спектрального аналізу .
Збільшення концентрації кремнію
свідчить про зменшення ступеню
окисленності ванни , так як множення [ Sі ] ∙ [ О ] =const . В цей період
відбувається саморозкислення металу .
Дуже важливо , що таке розкислення не супроводжується забрудненням ванни
неметалевими включеннями - продуктами
розкислення .
Раніше
відновлення кремнію в період стабілізації ванни доводили до марочного вмісту :
0,3 – 0,4 % Sі . Однак це сильно
затягує плавку і здійснює важкі умови роботи печі , так як поверхня спокійної
ванни відбиває тепло факела на зведення і перегріває його . Останнім часом
відновлення кремнію обмежують концентраціями
0,20 – 0,25 % із скороченням тривалості пеірода стабілізації , інший
кремній присаджують на випуску . Перед випуском плавки метал легують хромом ,
ванадієм, кремнієм та іншими елементами , вводять відповідні феросплави у ванну
печі .Угар легуючих компонентів невеликий , так як ванна до моменту легування
добре розкислена .
Активний процес .
Період стабілізації тривалістю 2 – 3 год , характерний для
кремневідновного процесу, знижує продукційність печі і погіршує умови служби вогнетривів . В ак –
тивному варіанті технології кислої плавки
період стабілізації ванни відсутній ,а швидкості окислювальних реакцій
значно вищі.
Активний процес іде з
обмеженим відновленням кремнію , до кінця плавки ванна містить 0,10 – 0,12 % Sі . Це досягається активним проведенням плавки
на протязі окислювально – відновних процесів в кислій ванні . В активному
процесі після розплавлення садки
проводять період поліровки , по ходу якого на ванну присаджують невеликими
порціями залізну і марганцеву руду . Цим
одночасно прискорюють окислення вуглецю і підтримують підвищену
рідкорухомість шлаку .
Іноді для розжиження шлаку у
ванну присаджують в невеликих кількостях вапняк або вапно . Кількість
присадженої руди залежитьвід вмісту
вуглецю у виплавляємій сталі : для середньовуглецквих сталей дають 0,8 – 1,5 % ,
для високовуглецевих ( ти –па ШХ15 ) –
не більше 0,5 % руди .
Швидкість окислення вуглецю
в період поліровки складає 0,20 – 0,30 % С / год. Метал увесь час кипить і добре нагрівається . На
прикінці доводки передбачений період чистого кипіння із швидкостями
зневуглецювання 0,10 – 0,15 % С / год . По досягеннню марочного вмісту вуглецю
ванну розкислюють чавуном , феросіліцієм і сілікокальцієм а потім легують .
Активним процесом отримують кислу сталь майже такої ж якості , як і
кремневідновним , але із значно вищою продукційністю .
Якість і призначення кислої сталі .
Сталь кислого процеса
характеризується низьким вмістом газів ,
кисню і неметалевих включень , а також сприятливою формою останніх . Цьому
сприяє ряд особливостей кислої плавки . Перш за все потрібно відмітити чистоту
початкових матеріалів : заготовки дегазованої при виплавці в основній печі ,
високоякісного чавуну і порівняно невеликої кількості присадок сипучих
матеріалів , постачальників вологи . Крім того , для кислої сталі характерна
знижена витрата розкислювачів і легуючих , що також вносять в метал гази та
неметалеві включення . Кислий шлак значно слабший , ніж основний , проводить
водень і практично недопускає у ванну азот пічної атмосфери . Тому під час
кипіння ванна кислої печі повніше звільнюється від розчинених газів . Кисла
сталь містить 0,001 – 0,002 % азота і 2 – 4 * 10 % водню, сумарний вміст кисню складає 0,006 –
0,015 % .
Неметалеві
включення в кислій сталі явліютьсобою сілікати з різним вмістом оксидів заліза
і марганцю . Це округлі , глобулярні частини , що зберігають свою форму після
пластичної деформації металу . Низький вміст газів і кисню зумовлює підвищені
механічні властивості кислої сталі , особливо її пластичні характеристики і
вдаряючу в’язкість . Глобулярні неметалеві включення знижують анізотропію
механічних властивостей .
Анізортопія проявляється в металі , що
пройшов пластчну деформацію ( прокатку , ковку ) , і полягає в тому , що
випробування продольних і поперечних зразків ( відносно напрямку деформації )
дають різні механічні властивості . Відношення механічних характеристик в продольних і поперечних зразках називають
коефіцієнтом анізотропії . Кисла сталь має найменше значення цього показника ,
тобто вона найбільш рівноміцна .
Ця важлива особливість явліється наслідком
особливого характера включень кислого
металу . В основній сталі значна частина неметалевих включень являє собою
строчки гострокутних частинок , втягнуті повздовж осі деформації . Такі
включення зменшують міцністьметалу в
поперечному напрямку , здійснюють його нерівноміцність . Округлі , мало
деформовані сілікатні включення кислої сталі зменшують міцність металу незначно
і рівномірно в усіх напрямках .
Призначення
кислої сталі пов’язане з розглянутими раніше особливостями її властивостей .
Кисла сталь використовується для виготовлення виробів , які підпадають підчас
роботи великим тангенціальним і поперечним навантаженням.
Найбільше характерні із них : ротори парових турбін ,
артилерійські гармати , балони зверх високих тисків , колінчасті вали
швидкісних двигунів . Сталь типу ШХ15 використовується для виготовлення великих
підшипників кочення . Кисла підшипникова сталь володіє підвищеною контактною
витривалістю і , тому , підшипники із неї більше довговічні і надійнй в
експлуатації .
Дати письмові відповіді на такі иптання:
4.1. Розповісти про виготовлення кислої подини печі .
4.2. Які початкові матеріали використовують в кислому мартенівському процесі
?
4.3. Розповісти про порядок завалки шихтових матеріалів в піч та період
плавлення.
4.4. Розповісти про особливості кремневідновного процесу .
4.5. Розповісти про особливості активного процесу .
4.6. Чим відрізняється якість кислої сталі від основної ?
Комментариев нет:
Отправить комментарий