ЧТО СОБОЙ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС?
Источник:Что собой представляет сталеплавильный процесс? [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://metallurgi.at.ua/publ/13-1-0-1
Сталеплавильные процессы состоят из ряда физико-химических превращений, протекающих преимущественно при температурах выше температур перехода металла и шлака из твердого состояния в жидкое. При этом участвуют в процессах кроме жидких фаз твердые материалы (огнеупорная футеровка сталеплавильных агрегатов, твердые шлакообразующие реагенты и т.п.) и газы (продукты сгорания органических топлив, воздух, кислород, инертный газ и т.п). При анализе процессов в первую очередь следует рассматривать взаимодействие компонентов жидких и газообразных фаз, так как твердые фазы играют чаще всего лишь второстепенную роль.
Сталеплавильный процесс преимущественно окислительный, за исключением восстановительного периода при электроплавке стали, рафинирующих переплавов и других специальных методов внепечного рафинирования. Таким образом, в окислительных условиях развитие получают реакции окисления кремния, марганца, фосфора, углерода, хрома и ряда других элементов, сопровождающихся переходом их из металла в шлак. Однако в зависимости от температуры и состава шлака степень завершенности процессов окисления может изменяться, поэтому такие элементы как фосфор, хром, кремний, марганец, окислившиеся в первый период сталеплавильного процесса, по мере повышения, например, температуры к концу плавки могут частично восстановиться и перейти в металл. Для получения кондиционного по составу (и следовательно по свойствам) металла необходимо регулировать условия сталеплавильного процесса, используя для этого закономерности физической химии.
Использование законов физической химии на основе имеющейся информации об условиях протекания сталеплавильного процесса (составе металла и шлака, температуре, давлении и т.п.), полученной путем применения существующих методов контроля дает возможность определить:
- направление протекания химической реакции, исходные вещества и продукты взаимодействия;
- предельное состояние системы, характеризующееся химическим равновесием ее;
- скорости протекания отдельных реакций и зависимость их от условий.
В сталеплавильных процессах взаимодействия осложняются явлениями тепло- и массообмена. Однако эти взаимодействия состоят из последовательно протекающих стадий: подвода реагентов к зоне реакции (внешняя и внутренняя диффузия), собственно химического акта взаимодействия, зарождения новых фаз продуктов реакции и отвода их из зоны реакции (внутренняя и внешняя диффузии).
На современной стадии развития сталеплавильного производства для выплавки стали применяют кислородные конвертеры, мартеновские печи и электросталеплавильные печи. Кислородный конвертер представляет собой реторту, имеющую металлический кожух, внутренняя поверхность которого футерована огнеупорным материалом. При помощи механизма конвертер может вращаться вокруг горизонтальной оси для загрузки шихты, заливки жидкого чугуна и выпуска металла и шлака. Конвертер оборудован устройством для ввода в ванну жидкого металла струй технически чистого кислорода: при продувке металла сверху водоохлаждаемую кислородную фурму вводят в конвертер через горловину; при продувке металла снизу кислород вводят через сопла, установленные в днище конвертера. За один цикл 35-40 мин) в кислородном конвертере можно выплавить 350 т стали. Мартеновская печь является подовым агрегатом и относится к печам отражательного типа. Рабочее пространство печи футеровано огнеупорными материалами и отапливается топливом органического происхождения с высокой теплотой сгорания (природным или коксовым газом, мазутом) обеспечивающим получение светящегося пламени. Сгорание топлива происходит в атмосфере высокотемпературного воздуха, поэтому в рабочем пространстве развиваются температуры, при которых низкоуглеродистые сплавы железа получаются в жидком состоянии. За один цикл (6-9 ч) в мартеновской печи можно выплавить до 900 т стали. Электродуговая сталеплавильная печь является подовым агрегатом, но источником тепла для процесса выплавки стали из твердой металлической шихты в ней служат электрические дуги, получающиеся в разрядном промежутке между торцами электродов и поверхностью металла в результате трансформации электрической энергии в тепловую. Загрузку шихтовых материалов в рабочее пространство, заключенной в металлический кожух и футерованное огнеупорными материалами, осуществляют сверху двумя или тремя порциями через открывающийся для этой цели проем между сводом и стенами. Печь имеет рабочее окно для наблюдения за процессом и введения в ванну добавочных материалов, а также сталевыпускное отверстие, расположенное в задней стенке на уровне пода.
Для процесса производства стали в сталеплавильные печи загружают шихтовые материалы, включающие две основные части:
- металлическая часть шихты – железный лом, скрап, чугун;
- неметаллическая часть шихты – флюсующие добавки (известь, известняк и т.п) и твердые окислители (железная руда, агломерат, окисленные окатыши и т.п.).