Сталь более высокого качества получается в каких печах
Сталь – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, в котором содержится минимум 45 % железа, а содержание углерода составляет от 0,2 до 2,14 %.
Если содержание углерода превышает 2,14 %, то сплав называется чугуном. В современных порошковых сталях, например, ZDP - 189, доля углерода может составлять от 2,9 до 3%, но при этом она не считается чугуном. Углерод способствует увеличению твердости и прочности сплава, но снижает вязкость и пластичность. В зависимости от способа получения и содержание неметаллических примесей различают следующие виды стали:
- С тали обыкновенного качества.
- Качественные стали.
- Стали высокого качества.
- Стали особо высокого качества.
Способы получения сталей высокого качества. Мартеновский способ
К основным способам получения сталей высокого качества относятся:
- Мартеновский способ.
- Кислородно-конверторный способ.
- Электросталеплавильный способ.
Мартеновский способ заключается в получении стали посредством окислительной плавки стального лома, чугуна, железной руды и флюса в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между шлаком, металлом и газовой средой мартеновской печи. Емкость загрузки одной отражательной печи, составляет около 500 тонн. Температура нагрева жидкой стали составляет около 2000 градусов по Цельсию, что достигается благодаря конструкции мартеновской печи: использование реверсирования нагревающего потока; применение дополнительного тепла регенераторов, которое получается в результате сжигания доменного или коксовального газа в струе горячего воздуха; отражения от свода закачиваемого газа, которое получается в результате горения топлива в нем, что способствует быстрому нагреву содержимого. Схема мартеновской печи изображена на рисунке ниже:
Готовые работы на аналогичную тему
Рисунок 1. Схема мартеновской печи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - рабочее пространство с завалочными окнами и огнеупорной футеровкой стенок; 2 - свод печи; 3 - основания из магнезитного кирпича; 4 - сталевыпускные отверстия; 5 - отверстия для спуска шлака; 6 - завалочные окна.
Процесс получения мартеновской стали можно разделить на три этапа. На первом этапе начинается плавление сырья, практически сразу после его загрузки. После завершения процесса загрузки процесс расплавления протекает более интенсивно, потому что снижаются потери тепла. Во время плавления необходимо вводить в печь максимальное количество тепла с целью предохранения металла от растворения в нем газов и излишнего окисления. Данный тап характеризуется окислительными реакциями - окисляются железо, фосфор, кремний и марганец. Одновременно с этим образуется большое количество закиси железа, являющейся основным окислителем для примесей - марганца, кремния и фосфора. Второй этап характеризуется энергичным окислением углерода благодаря закиси железа. Данный процесс протекает по следующей реакции:
Газы, которые образуются в данном процессе, стремятся вырваться, приходят в состояние кипения. Выгорание углерода продолжается 2-3 часа.
На третьем этапе происходит раскисление. В качестве раскислителей используются алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Легкие раскислители загружаются в ковш или желоб, а более тяжелые в печь. В некоторых случаях, чтобы проверить раскисленность делается проба. 3астывший раскаленный кусок стали подвергается ковке - в случае плохой раскисленности образуются трещины. Когда в мартеновской печи выплавляется легированная сталь, после ее раскисления вводятся легирующие элементы: феррохром, ферротитан. Чистый никель вводится, если необходимо получить никелевую сталь.
Электросталеплавильный способ получения стали высокого качества
Производство стали посредством электрической плавки обладает многими преимуществами. Данный способ является основным при производстве высококачественных легированных сталей. В процессе электрической плавки достигается высокая температура, что в свою очередь позволяет выплавлять стали, которые содержат тугоплавкие металлы: ванадий, молибден, вольфрам. Высокое качество получаемой стали достигается благодаря практически полному отсутствию кислорода, серы и фосфора. Процесс выделения тепла не связан с потреблением окислителя. Он происходит в результате преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Энергия тепла выделяется при прохождении электрической дуги или наведении вихревых токов. В зависимости от принципа работы печи делятся на индукционные и дуговые. Электродуговая печь способна одновременно принимать от 3,5 до 270 тонн сырья, в качестве которого используются железная руда, жидкая сталь из конвертеров и скрапа. В ней содержится несколько электродов из графитсодержащих материалов, к которым подводится электрическое напряжение. Продолжительность плавления в таких печах составляет максимум 1,5 час, температура плавления достигает 6000 градусов по Цельсию.
Способы производства стали
Технологический процесс производства углеродистой стали можно разделить на два этапа. Сначала из руды выплавляется чугун, который на следующем этапе перерабатывается в сталь. При сокращении в расплавленном чугуне вкраплений углерода и иных примесей, которые в процессе плавления сгорают или отделяются в форме шлака. В качестве исходного сырья для изготовления стали используется чугун, металлолом, железные руды, также в расплавленный металл могут быть добавлены флюсы и ферросплавы. Существуют три принципиально отличающихся технологии выпуска: электрическое плавление, конвертерный метод и плавка в мартеновских печах, последний способ на сегодняшний день считается наиболее эффективным и распространенным, а производимая сталь по своему качеству выше, чем при конверторной плавке.
Мартеновский способ.
Масса загрузки мартеновских печей доходит до тысячи тонн, внутреннее пространство выполняется в виде камеры, вытянутой по горизонтальной оси и обкладывается специальным выдерживающим высокую температуру кирпичом. В верхнем отделении проложены каналы, связывающие камеру с теплообменными устройствами (регенераторами). Нижняя часть конструкции, имеет форму ванны и называется подом. Для усиления эффекта в регенераторах производится подогрев газа. В мартеновской печи плавится твердый или жидкий чугун с добавлением железной руды или стального металлолома. Углерод сгорает под воздействием высокой температуры, окисляющиеся под воздействием кислородного дутья примеси преобразуются в шлак и удаляются с поверхности расплавленного металла, сера удаляется при помощи содержащего известь флюса. За время плавления, занимающее от четырех до восьми часов, имеется возможность добавления в состав металла дополнительных компонентов, для получения на выходе легированной стали. В процессе плавления производится отбор образцов металла для химического анализа, при получении желаемых параметров расплавленная сталь выпускается в ковш, откуда разливается формам. Из стали произведенной по этому методу производят монорельсовые и подкрановые балки, фермы мостов и цеховых перекрытий, железнодорожные рельсы и арматуру.
Конверторный способ.
Печь конвертерная представляет вращающийся относительно горизонтальной оси стальной футерованный корпус грушевидной формы. При помощи ковша внутренняя часть конвертера наполняется расплавленным чугуном, через отверстия в корпусе под давлением нагнетается воздушно кислородная смесь образуя в сплаве закись железа, взаимодействующую с нежелательными в сплаве элементами, преобразовывает их в шлак или выгорающие оксиды. Метод считается экономичным и отличается высокой производительностью, занимает от пятнадцати до тридцати минут, емкость конвертерных печей достигает до шестисот тонн, полученный металл используется для производства стальных листов, балок, швеллеров, катанки и проволоки.
Электроплавка.
Электроплавильные дуговые или индукционные печи служат для получения сталей высокого качества, в печь загружают руду, скрап или стальной сплав после конвертера или из мартеновской печи, в процессе добавляются легирующие металлы. Для нагрева используется электрическая дуга между расплавом и специальными электродами. Выплавка по этой технологии позволяет получать сталь очень хорошего качества, но имеет высокую себестоимость и низкую производительность, как правило, применяются печи до двухсот тонн. В связи с этим часто применяются разные типы печей, сначала сплав готовят в конвертерной печи или мартене, а затем подается в электропечь, где доводится до более высокого качественного уровня.
Тест по предмету "Материаловедение"
тест по теме
Тест по предмету "Материаловедение" на 40 вопросов. Темы "Свойства металлов и сплавов", "Термическая обработка металлов", "Неметаллические материалы", "Железоуглеродистые сплавы".
| Вложение | Размер |
|---|---|
| test_po_materialovedeniyu_zachetnyy.docx | 22.26 КБ |
Предварительный просмотр:
экзаменационный по предмету «Материаловедение»
Явление, при котором вещества, состоящие из одного и того же элемента, имеют разные свойства, называется:
Вещество, в состав которого входят два или несколько компонентов, называется:
Вес одного кубического сантиметра металла в граммах, называется:
3.Тепловое (термическое) расширение
Способность металлов увеличивать свои размеры при нагревании, называется:
3 Тепловое (термическое) расширение
Какого металла удельный вес больше?
Способность металлов противостоять разрушающему действию кислорода во время нагрева, называется:
Явление разрушения металлов под действием окружающей среды, называется:
Механические свойства металлов это:
1.Кислотостойкость и жаростойкость
2.Жаропрочность и пластичность
3.Теплоемкость и плавление
Способность металлов не разрушаться под действием нагрузок, называется:
Какой греческой буквой обозначается предел прочности?
Способность металлов, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою форму и сохранять измененную форму после прекращения действия сил, называется:
Мерой пластичности служат две величины, какие?
Способность металлов сопротивляться вдавливанию в них какого либо тела, называется:
Способность металлов не разрушаться под действием нагрузок в условиях высоких температур, называется:
В сером чугуне углерод находится в
1.В виде графита
2.В виде цементита
Для переработки на сталь идет:
Сталь более высокого качества получается:
2.В доменных печах
3.В мартеновских печах
Сплав железа с углеродом, при содержании углерода менее 2%, называется:
«Вредные» примеси в сталях, это:
2.Марганец и кремний
3.Железо и углерод
Конструкционные стали обыкновенного качества маркируют:
Что обозначает цифра в этой марке стали Ст.4?
1.Количество углерода 0,4%
Какая из этих сталей легированная?
Какая из этих сталей имеет 0,42% углерода, марганца менее 2%, кремния 2%, алюминия 3%?
Какая из этих сталей полуспокойная?
Углеродистые инструментальные высококачественные стали маркируют:
Какая из этих сталей относится к быстрорежущим?
Нагрев изделия до определенной температуры, выдержка при этой температуры и медленное охлаждение, это
Нагревание изделие до определенной температуры, выдержка и быстрое охлаждение с помощью охлаждающей среды, это
Неравномерное распределение химических элементов, составляющих сталь, по всему объему изделия, называется
Закалка и последующий отпуск, это
Нагревание стального изделия в среде легко отдающей углерод (древесный уголь), это
Одновременное насыщение поверхности стального изделия углеродом и азотом, это
1.Сплавы магния с алюминием
2.Сплавы алюминия с кремнием
3.Сплавы меди с цинком
Какая из бронз содержит 5% олова, 6% цинка, 5% свинца и 84% меди?
Какая из латуней содержит 58% меди, 2% марганца, 2% свинца и 38% цинка?
Слоистая пластмасса на основе фенолоформальдегидной смолы и листов бумаги это:
Полипропилен, полистирол относят к:
По способу получения связующего вещества пластмассы классифицируют:
1.Термопластичные и термореактивные
2.Полимеризационные и поликонденсационные
3.Электроизоляционные и теплоизоляционные
0-2 ошибке – оценка «5»
3-8 ошибок – оценка «4»
9-12 ошибок – оценка «3»
Разработала преподаватель спецдисциплин Парыгина Л.В.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Тесты по окружающему миру в 3 классе. Организм человека.
Тест 1 курс Информатика
Программа проведения итоговой контрольной работы по дисциплине информатика в форме тестирования 1/2 2012уч.год Вариант I.
Тест 2 курс
Программа проведения (ИКР,зачет) по дисциплине информатика в форме тестирования 2/4, 2012уч.год Вариант I-А.
Тесты по общей и неорганической химии, тесты по аналитической химии
тесты по общей и неорганической химии, тесты по аналитической химии.
ТЕСТ ПО ТЕМЕ: Блюда из теста
тесты по МДК.03.01.
Рабочая программа кружка Лепка из соленого теста "Тили-тили-тесто"
Цель программы кружка заключается в развитии мелкой моторики пальцев посредством тестопластики.
Разработка урока «Виды теста. Мучные изделия из пресного теста»
Ожидаемый результат: учащиеся должны овладеть технологической компетентностью – готовностью к пониманию инструкции, описанию технологии, алгоритма деятельности; коммуникативной – пол.
Сталь особо высокого качества выплавляется в каких печах? Сталь особо высокого качества выплавляется в каких печах?
основном нержавеющая сталь выплавляется в электрических дуговых печах с основной футировкой, что обусловлено значительным содержанием хрома в нержавейке. Возможно протекание процесса в индукционных и вакуумных печах. Особенности протекания плавки нержавейки влияют на содержание хрома в нержавеющих сталях.
Во время процесса плавки в специальной ванне, хром окисляется значительно сильнее чем железо. Следовательно, необходимо предварительно раскислить расплавленный металл, а потом осуществлять ввод феррохрома. Переплавка нержавеющей стали проходит с частичным окислением хрома и переводом его в шлак. Возможно восстановить хром из шлака применив сильнейшие раскислители - силикокальций, ферросилиций, алюминий. Таким образом можно проводить переплавку нержавейки в высокочастотных и электродуговых печах без серьезных потерь основного элемента.
Для выплавки нержавеющих сталей с малым количеством углерода необходимо применять дополнительный окислитель в виде кислорода. Это объясняется тем, что когда кислород проходит через расплавленный металл, он разогревает ванну и способствует окислению хрома и выгоранию углерода. Далее при раскислении из шлака восстанавливается хром.
В последующем периоде восстановления уточняется химический состав нержавейки засчет присадок металлического хрома и феррохрома. Перед этим присадочные элементы подогревают до температуры красного каления. Также интенсивно просушиваются различные шихтовые материалы. Все это нужно для того, чтобы в расплавленный металлопрокат не поступал водород. В противном случае нержавеющая сталь приобретает нежелательную пористость.
Расплавленная нержавейка, нержавеющая сталь с присадками хрома усиленно поглащает азот из атмосферной печи. В нержавеющей стали всегда присутствует незначительное содержание азота. Когда необходимо большое количество азота, его добавляют в нержавейку в виде азотосодержащего феррохрома.
Производство жаропрочных и окалиностойких сталей подразумевает предварительное добавление в расплавленную нержавейку малого числа щелочноземельных и редких металлов. Для жаропрочной нержавейки применяются присадки из других элементов данной группы.
Нержавейку производят в электродуговых печах на основании нижеперечисленных методов:
переплав без окисления нержавеющих отходов с присадкой железа;
переплав с окислением отходов нержавеющей стали;
плавка с окислением шихтовых материалов;
соединение мягкого железа с легирующими присадками;
полное восстановление хрома при плавке засчет ферросицилия.
При первом способе необходимо добиться минимального включения углерода и легирующих элементов. В результате получают мягкую нержавейку, которую потом легируют феррохромом. Во втором случае выплавку нержавеющей стали ведут из стальных отходов с добавлением легирующих элементов - никель, молибден. Актуальной является выплавка в условиях вакуума. Она позволяет добиться значительного улучшения качества нержавеющей стали.
Получить действительно высококачественную сталь помогла электрометаллургия.
Основную массу легированной высококачественной стали выплавляют в дуговых электрических печах.
Производство стали
Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ. Рассмотрим особенности производства стали, а также применяемые методы и то, как проводится маркировка полученных изделий.
Особенности процесса производства стали
В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.
Выплавка стали в электропечи
Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:
- Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
- Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
- Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.
Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:
- Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
- Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.
При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.
Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали:
- Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.
- Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.
- Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами.
Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки.
Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки.
Мартеновский способ
Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.
Схема мартеновской печи
Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:
- Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
- Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
- На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.
В кислородных конвертерах
Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:
- Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
- Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
- Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
- При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
- В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
- На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
- Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.
Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей. Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью. Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.
В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей
Читайте также: