ПЛАН

5.1. Классификация видов стали.

5.2. Способы выплавки стали.

5.3. Способы разливки стали.

5.4. Состав сталеплавильных цехов.

5.1. Значение стали в экономике чрезвычайно велико. Масштабы производства стали в значительной степени характеризуют технико-экономический уровень развития государства. Сталь – это деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом и другими примесями. Сталь классифицируют по способу производства, назначению, качеству и химическому составу. По способу производства различают конвертерную, мартеновскую и электросталь. По назначению стали делятся на конструкционную (для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, котлов и др.); специальную с особыми физическими и химическими свойствами (жаропрочную, коррозионностойкую и др.). По качеству стали разделяют на: обыкновенные, качественные и высококачественные. По химическому составу различают стали углеродистые и легированные.

5.2. Материалы, используемые для выплавки стали, делят на металлосодержащие (металлошихта, металлодобавки), добавочные (флюсы) и окислители. Основную часть металлошихты составляют лом и чугун.

В последнее время ведущим способом выплавки стали стал кислородно-конвертерный. Он обеспечивает выплавку высокоуглеродистых и легированных сталей, не уступающих по качеству мартеновской стали, ввиду чего постепенно вытесняет мартеновский способ.

Кислородно-конвертерный способ основан на продувании кислорода через жидкий чугун с добавлением скрапа в специальных агрегатах – конвертерах, и не требует дополнительного теплоносителя. Конвертер представляет собой грушевидный металлический сосуд, защищенный изнутри футеровкой. Конструкция конвертера обеспечивает возможность его наклона относительно горизонтальной оси. Кислород в конвертер подается через горловину специальными водоохлаждаемыми фурмами. Современные конвертеры имеют вместимость 160, 200, 300 и 400 т.

Наиболее часто в конвертерном цехе устанавливают два-три конвертера, один из которых постоянно находится в ремонте (ремонт футеровки).

В последнее десятилетие благодаря своим достоинствам кислородно-конвертерный способ выплавки стали во всех технически развитых странах полностью вытеснил широко распространенный мартеновский способ. Преимущественно развитие кислородно-конвертерного способа производства стали обеспечивается за счет: возможности выплавки всего сортамента мартеновской стали; совершенной технологии выплавки и возможностью широкой механизации и автоматизации производственных процессов; повышения производительности труда на 25-30 %.

Народное хозяйство испытывает возрастающую потребность в высококачественной стали. С другой стороны, интенсивная замена мартеновских печей конвертерами привела к необходимости решения проблемы использования части металлического лома. Это создало основу для интенсивного развития электросталеплавильного способа производства, при котором сталь выплавляется в электродуговых печах.

Дуговая электропечь состоит из металлического корпуса цилиндрической формы с огнеупорной футеровкой. Для нагрева и плавления металла в электропечи служат три мощных электрода, которые могут опускаться до уровня расплавленного металла. Питание электропечи осуществляется трехфазным переменным током рабочим напряжением 100 - 800 В. Расход энергии, подаваемой в электродуговую печь, по ходу плавки регулируется автоматически.

За счет эффективного теплового воздействия электрической дуги в электродуговых печах создается такая высокая температура (2200 – 2400 ⁰С), при которой обеспечивается снижение содержания вредных примесей до более низких пределов, чем в мартенах и конвертерах. Это определяет возможность применения таких печей для производства легированных высококачественных сталей (коррозионностойких, инструментальных, жаропрочных, конструкционных и др.), а также специальных сплавов.

Электродуговые печи, работают в основном на металлоломе, его доля в шихте составляет 75-100 %. В последние, годы расширяется применение металлизованных окатышей с содержанием железа до 93 %. Кроме того, в шихте используют чугун, известь, известняк и др. Плавка в электродуговых печах продолжается 2,5 – 3 часа и включает заправку печи, загрузку шихты, плавление, окислительный период, восстановительный период, выпуск стали.

На металлургических предприятиях применяют электродуговые печи вместимостью 50, 100, 150 и 200 тонн. Производительность электродуговой печи вместимостью 100 т составляет 230 тыс. тонн, а вместимостью 200 т – 550 тыс. тонн стали в год.

5.3. Разливка – важнейший этап сталеплавильного производства. Технология и организация разливки существенно влияют на качество готового проката и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков.

Выплавленную сталь из сталеплавильного агрегата выпускают в разливочный ковш и разливают в изложницы или направляют на машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). После затвердевания (кристаллизации) стальные слитки могут передаваться на прокатку.

Длительное время на металлургических заводах преобладала разливка в изложницы. Они представляют собой чугунные формы различного поперечного сечения и размеров. В изложницах квадратного сечения отливают слитки для сортового проката массой до 12-13 т, прямоугольного сечения – слитки для листового проката массой до 30 т, круглого сечения – слитки для прокатки труб.

Сталь разливают в изложницы сверху и сифоном. При разливке стали сверху сталь непосредственно из разливочного ковша поступает в изложницы для слитков массой 12 – 15 т и более, установленные на чугунных поддонах. Разливку сверху применяют при выплавке рядовой стали.

Сифонная разливка основана на принципе сообщающихся сосудов. При этом способе сталь сливается в центровую трубу и через каналы в поддоны она поступает снизу одновременно в несколько изложниц. Сифонную разливку применяют при выплавке качественных сталей в слитки массой до 6 т. Сифонная разливка является более трудоемкой и приводит к дополнительным потерям металла.

В сталеплавильном цехе сталь разливается в изложницы, которые устанавливают на сталевозные железнодорожные тележки. После разливки состав с изложницами выдерживают в парке охлаждения на 2 – 3 ч. для кристаллизации слитков. После охлаждения слитков состав следует в стрипперное отделение , где осуществляется «раздевание» слитков. Затем состав подается в отделение нагревательных колодцев прокатного цеха. Здесь слитки разгружают, нагревают в колодцах и затем направляются на прокатку на обжимный стан (блюминг или слябинг).

Изложницы после освобождения от слитков подают в парк охлаждения, затем душируют , очищают, смазывают их внутренние поверхности и подают на двор изложниц. Здесь изложницы комплектуют, подготавливают составы и подают их в парк отстоя для следующего цикла разливки.

С переходом на конвертерный способ выплавки стали и ростом единичной мощности конвертеров, звено разливки при применении изложниц уже не могло обеспечивать пропускную способность и нормальную работу сталеплавильного производства. Поэтому на металлургических заводах осуществляется переход на принципиально новую технологию разливки стали- непрерывную разливку на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Разливка стали на МНЛЗ осуществляется через специальное разливочное устройство в кристаллизатор, в котором сталь охлаждается, превращается в непрерывную заготовку, которая постепенно передвигается во вторую зону охлаждения и далее в зону обработки. По мере продвижения заготовка затвердевает, разрезается на мерные части и передается непосредственно на прокатные станы.

Наибольшее распространение получили криволинейные и радиальные МНЛЗ. В зависимости от числа одновременно отливаемых заготовок, машины могут быть одно-, двух- и многоручьевыми.

5.4. Сталеплавильный цех независимо от способа выплавки стали включает главное здание, а также ряд отделений, обеспечивающих нормальный ход процесса выплавки стали.

Главное здание сталеплавильного цеха предназначено для размещения сталеплавильных агрегатов, а также оборудования и механизмов, предназначенных для обеспечения их нормальной работы.

Главный корпус конвертерного цеха (рис. 5.9) характеризуется наличием четырех пролетов: загрузочного, конверторного, подготовительного и разливочного, которые оснащены соответствующим технологическим и вспомогательным оборудованием и кланами большой грузоподъемности (до 180 – 200 т).

В загрузочном пролете производятся все операции по загрузке конвертера чугуном, скрапом и сыпучими материалами. Конвертерный пролет предназначен для конвертера и оборудования обеспечивающего выплавки и слив продуктов плавки (стали и шлака) в стале- и шлаковозные тележки.

В подготовительном и разливочном пролете осуществляется подготовка и разливка стали в изложницы или передаче стали на МНЛЗ.

ЭСПЦ включает четыре пролета: I – шихтовый; II – печной; III – разливочный; IV – вспомогательный. Шихтовый пролет служит для приема и оперативного складирования плавильных материалов и имеет необходимые грузоподъемные устройства и места для хранения компонентов шихты.

В печном пролете размещены дуговые печи и все необходимые оборудованы для их загрузки и приема продуктов плавки: стали и шлака В разливочном пролете установлены МНЛЗ или разливочное оборудование для применения изложниц.

К обеспечивающим отделениям сталеплавильных цехов относятся:

а) миксерное для временного (до 7 – 9 ч) хранения запасов жидкого чугуна, а также выравнивания его химического состава и температуры.

б) шихтовое для складирования компонентов шихты;

в) главное здание сталеплавильного цеха для размещения сталеплавильных агрегатов, а также оборудования и механизмов, предназначенных для обеспечения их работы;

г) разливочное для размещения МНЛЗ или устройств для разливки стали в изложницы;

д) шлаковое для первичной переработки сталеплавильных шлаков.

Кроме того, работу сталеплавильного производства обеспечивают скрапоразделочная база (прием, разделка, сортировка и подготовка к плавке металлического лома), известково-обжигательный цех, цех огнеупоров и др.