Производство стали: оборудование + технология изготовления 2019

Производство стали – технология, этапы, оборудование

Производство стали сегодня осуществляется в основном из отработанных стальных изделий и передельного чугуна. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, последнего в котором содержится от 0,1 до 2,14%.

Превышение содержания углерода в сплаве приведет к тому, что он станет слишком хрупким.

Суть процесса производства стали, в составе которой содержится гораздо меньшее количество углерода и примесей, по сравнению с чугуном, состоит в том, чтобы в процессе плавки перевести эти примеси в шлак и газы, подвергнуть их принудительному окислению.

Процесс производства стали

Особенности процесса

Производство стали, осуществляемое в сталеплавильных печах, предполагает взаимодействие железа с кислородом, в процессе которого металл окисляется.

Окислению также подвергаются углерод, фосфор, кремний и марганец, содержащиеся в передельном чугуне.

Окисление данных примесей происходит за счет того, что оксид железа, образующийся в расплавленной ванне металла, отдает кислород более активным примесям, тем самым окисляя их.

Обратите внимание

Производство стали предполагает прохождение трех стадий, каждая из которых имеет свое значение. Рассмотрим их подробнее.

Расплавление породы

На данном этапе расплавляется шихта и формируется ванна из расплавленного металла, в которой железо, окисляясь, окисляет примеси, содержащиеся в чугуне (фосфор, кремний, марганец).

В процессе этого этапа производства из сплава необходимо удалить фосфор, что достигается за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция.

При соблюдении таких условий производства фосфорный ангидрид (Р2О5) создает с оксидом железа (FeO) неустойчивое соединение, которое при взаимодействии с более сильным основанием — оксидом кальция (CaO) — распадается, и фосфорный ангидрид превращается в шлак.

Чтобы производство стали сопровождалось удалением из ванны расплавленного металла фосфора, необходима не слишком высокая температура и содержание в шлаке оксида железа.

Чтобы удовлетворить эти требования, в расплав добавляют окалину и железную руду, которые и формируют в ванне расплавленного металла железистый шлак.

Содержащий высокое количество фосфора шлак, формирующийся на поверхности ванны расплавленного металла, удаляется, а вместо него в расплав добавляются новые порции оксида кальция.

Кипение ванны расплавленного металла

Дальнейший процесс производства стали сопровождается кипением ванны расплавленного металла. Такой процесс активизируется с повышением температуры. Он сопровождается интенсивным окислением углерода, происходящим при поглощении тепла.

Процесс производства стали в электропечах

Важно

Производство стали невозможно без окисления излишков углерода, такой процесс запускают при помощи добавления в ванну расплавленного металла окалины или вдувания в нее чистого кислорода.

Углерод, взаимодействуя с оксидом железа, выделяет пузырьки оксида углерода, что создает эффект кипения ванны, в процессе которого в ней снижается количество углерода, а температура стабилизируется.

Кроме того, к всплывающим пузырькам оксида углерода прилипают неметаллические примеси, что способствует уменьшению их количества в расплавленном металле и приводит к значительному улучшению его качества.

На данной стадии производства из сплава также удаляется сера, присутствующая в нем в форме сульфида железа (FeS). При повышении температуры шлака сульфид железа растворяется в нем и вступает в реакцию с оксидом кальция (CaO). В результате такого взаимодействия образовывается соединение CaS, которое растворяется в шлаке, но раствориться в железе не может.

Раскисление металла

Добавление в расплавленный металл кислорода способствует не только удалению из него вредных примесей, но и увеличению содержания данного элемента в стали, что приводит к ухудшению ее качественных характеристик.

Диффузионное раскисление предполагает введение в шлак расплавленного металла ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Такие добавки, восстанавливая оксид железа, снижают его количество в шлаке. В результате растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак, распадается в нем, высвобождая железо, которое возвращается в расплав, а высвобожденные оксиды остаются в шлаке.

Производство стали с осаждающим раскислением осуществляется путем введения в расплав ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Благодаря наличию в своем составе веществ, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, такие элементы образуют соединения с кислородом, который, отличаясь невысокой плотностью, выводится в шлак.

Производство стали в мартеновских печах

Регулируя уровень раскисления, можно получать кипящую сталь, которая не полностью раскислена в процессе плавки.

Совет

Окончательное раскисление такой стали происходит при затвердевании слитка в изложнице, где в кристаллизующемся металле продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Оксид углерода, который образуется в результате такого взаимодействия, выводится из стали в виде пузырьков, также содержащих азот и водород. Полученная таким образом кипящая сталь, содержит незначительное количество металлических включений, что придает ей высокую пластичность.

Производство сталей может быть направлено на получение материалов следующего типа:

  • спокойных, которые получаются, если в ковше и печи процесс раскисления полностью завершен;
  • полуспокойных, которые по степени раскисления находятся между спокойными и кипящими сталями; именно такие стали раскисляются и в ковше, и в изложнице, где в них продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Если производство стали предполагает введение в расплав чистых металлов или ферросплавов, то в результате получаются легированные сплавы железа с углеродом.

Если в стали данной категории необходимо добавить элементы, которые имеют меньшее сродство к кислороду, чем железо (кобальт, никель, медь, молибден), то их вводят в процессе плавки, не опасаясь за то, что они окислятся.

Если же легирующие элементы, которые необходимо добавить в сталь, имеют большее сродство к кислороду, чем железо (марганец, кремний, хром, алюминий, титан, ванадий), то их вводят в металл уже после его полного раскисления (на окончательном этапе плавки или в ковш).

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

  • системы обеспечения аргоном;
  • сосуды конверторов и их несущие кольца;
  • оборудование для фильтрации пыли;
  • система для удаления конверторного газа.

Участок электропечей:

  • печи индукционного типа;
  • дуговые печи;
  • емкости, с помощью которых выполняется загрузка;
  • участок складирования металлического лома;
  • преобразователи, предназначенные для обеспечения индукционного нагревания.

Участок вторичной металлургии, на котором осуществляется:

  • очищение стали от серы;
  • гомогенизация стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • создание вакуумной среды.

Кипящая сталь

Участок для реализации ковшовой технологии:

  • LF-оборудование;
  • SL-оборудование.

Ковшовое хозяйство, обеспечивающее производство стали, также включает в себя:

  • крышки ковшей;
  • ковши литейного и разливочного типа;
  • шиберные затворы.

Производство стали также предполагает наличие оборудования для непрерывной разливки стали. К такому оборудованию относится:

  • поворотная станина для манипуляций с разливочными ковшами;
  • оборудование для осуществления непрерывной разливки;
  • вагонетки, на которых транспортируются промежуточные ковши;
  • лотки и сосуды, предназначенные для аварийных ситуаций;
  • промежуточные ковши и площадки для складирования;
  • пробочный механизм;
  • мобильные мешалки для чугуна;
  • оборудование для обеспечения охлаждения;
  • участки, на которых выполняется непрерывная разливка;
  • внутренние транспортные средства рельсового типа.

Источник: http://met-all.org/stal/proizvodstvo-stali-tehnologiya-etapy-oborudovanie.html

Особенности производства стали

Сталь – это прочный материал и основной конструкционный материал для машиностроения. Он представляет сплав железа с углеродом, содержание которого в структуре составляет 0,01–2,14%. В состав также входят в незначительных количествах кремний, марганец и сера.

Этот материал обладает исключительными механическими свойствами: твердостью и ковкостью, благодаря им он считается основным конструкционным материалом в машиностроении. Трудно представить, что могло бы заменить материал. Но активное развитие производство стали и других металлов.

Из стали изготавливаются самые разнообразные изделия – от канцелярских скрепок до станин многотонных прессов и обшивки корпусов морских судов.

Производится сталь плавкой. Исходным сырьем служат чугун, лом самой стали или чугуна, окатыши, флюсы и ферросплавы.

Сам чугун по природе – недостаточно твердый и хрупкий материал, поэтому имеет ограниченное применение.

Однако, он незаменим в качестве сырья для получения стали. Суть плавки состоит, в случае применения передельного чугуна, в снижении процентного содержания углерода в нем до требуемого уровня.

Выводятся не предусмотренные в конечной рецептуре примеси. Традиционный состав шихты представляет 55% чугуна и 45% стального лома (скрапа). Существует также рудный процесс, когда к компонентам добавляется рудный материал или скрап-процесс для переработки отходов машиностроительного производства.

Обратите внимание

Чтобы в процессе плавки примеси и углерод легче выводился из состава компонентов, они переводятся в газы и шлак. В первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом железо окисляется, образуя закись железа FeO.

Одновременно окисляются C, Si, Mn и P, при этом происходит отдача кислорода оксидом железа химически активным примесям. К массе шихты добавляют флюс для лучшего растворения металла: известняк или известь, боксит. В качестве топлива используют каменноугольную пыль, жидкий мазут, природный или коксовый газ.

Особенности процесса

Процесс производства стали происходит последовательно в три этапа.

Первый этап – расплавление породы. На этапе его проведения формируется расплав в ванне и окисляется металл, отдавая одновременно кислород кремнию, фосфору и марганцу.

Одна и главных задач этого этапа – удаление фосфора. Для ее осуществления требуется сравнительно невысокая температура и присутствие в достаточном количестве FeO. При взаимодействии ингредиентов фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 + P2O5.

Присутствие в шлаке более стойкого основания СаО вызывает замещение FeO. В результате оно связывает фосфорный ангидрит в другое соединение (CaO)4 х P2O5 + 4 Fe, чего и требовалось добиться.

Чистый Fe высвободился в расплаве, а фосфор образовал шлак, который удаляется с зеркала металла и утилизируется за ненадобностью. Поскольку фосфорный ангидрид преобразует состав шлака, процесс должен идти непрерывно.

Поэтому FeO должен непрерывно пополняться за счет загрузки новых партий железной руды и окалины, наводящих в расплаве железистый шлак.

Особенности второго этапа

Технология производства стали на втором этапе называется кипением стали. Основное назначение заключается в процентном снижении содержания углерода за счет окисления. FeO + C = CO + Fe.

Реакция окисления происходит более интенсивно при кипении и сопровождается поглощением тепла. Поэтому необходимо создавать постоянный приток тепла в ванну, а также для выравнивания температуры в расплаве.

При такой реакции окисления интенсивно выделяется газ оксида углерода CO, что вызывает бурное кипение в жидком агрегатном состоянии, по этой причине процесс называют кипением.

Важно

Чтобы излишки углерода интенсивнее преобразовывались в окись, производство качественной стали предусматривает вдувание чистого кислорода и добавление в расплавленную структуру окалины.

Поэтому таким важным является качество сырья для производства стали. Все исходные материалы проходят щепетильную проверку.

Немаловажным на этом этапе является вывод серы, благодаря чему повышается качество конечной стали. Используемая в компонентах сера, присутствует не в прямом виде, а в форме сульфида железа FeS.

При высоких температурах компонент также взаимодействует с оксидом СаО, образуя сульфид кальция CaS, который растворяется в шлаке, не соединяясь с железом. Это позволяет беспрепятственно выводить сульфид за пределы ванны.

Конвертерное производство стали

Раскисление

Третий этап – раскисление металла. После добавления кислорода (на предыдущем этапе) требуется снизить его содержание в чистой стали. Использованием О2 удалось добиться окисления примесей, но его остаточное присутствие в конечном продукте снижает качественные характеристики металла. Требуется удалить или преобразовать окислы FeO, связав кислород с другими металлами.

Читайте также:  Производство мяса (свинины, говядины): оборудование + технология изготовления 2019

Для этого существуют два метода раскисления:

При диффузионном методе в расплавленный состав вводят добавки: алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Они восстанавливают оксид железа и переводит в шлак. В шлаке оксид распадается и высвобождает чистое железо, которое поступает в расплав. Второй высвободившийся элемент – кислород улетучивается в окружающую среду.

Осаждающий метод предусматривает введение добавок, имеющих большее сродство с кислородом, чем Fe. Происходит замещение этими веществами железа в окисле. Они, как менее плотные, всплывают и выводятся вместе со шлаком.

Чем больше при раскислении выводится включений различных металлов, тем выше ковкость получаемой стали. Для проверки раскаленный кусок металла подвергают ковке, на нем не должны образовываться трещины. Такая проверка пробы говорит о правильном проведении процесса раскисления.

В зависимости от степени раскисления специалисты могут получить:

  • спокойную сталь полного раскисления;
  • кипящую раскисленную не полностью сталь, когда процесс выведения пузырьков угарного газа СО продолжается в ковше и изложнице.

Для получения легированных сталей с добавками некоторых металлов в расплавленный металл добавляются ферросплавы или чистые металлы. Если они не окисляются (Ni, Co, Mo), то такие добавки могут вводиться на любом этапе плавки. Более чувствительные к окислению металлы Si, Mn, Cr, Ti добавляют в ковш или, что обычно и происходит, в форму для отливки металла.

Существуют основные способы получения стали в сталеплавлении.

Мартеновский способ

Этот способ применяется для производства сталей высокого качества, применяемых в особо ответственных деталях машинах и точных механизмах.

В свое время он заменил трудоемкие и малопроизводительные тигельную и пулдинговую плавки, применявшиеся ранее.

Совет

Емкость загрузки одной отражательной печи, используемой при этом методе, достигает 500 тонн. Особенностью мартеновского способа является возможность переплавки не только передельного чугуна, но и металлургических отходов, металлического лома.

Температура нагрева жидкой стали достигает 2 тыс. градусов. Этот результат достигается специальной конструкцией мартеновской печи:

  • применением дополнительного тепла регенераторов, получаемого сжиганием коксовального или доменного газа в струе горячего воздуха;
  • отражения от свода закачиваемого газа в результате сгорание топлива в нем происходит над ванной с металлом, что способствует быстрому нагреву содержимого;
  • применением реверсирования нагревающего потока.

Мартеновская печь состоит из следующих элементов:

  • рабочего пространства с огнеупорной футеровкой стенок и завалочными окнами;
  • подины (основания) из магнезитового кирпича;
  • свода печи;
  • головки печи;
  • шлаковика для выведения пыли;
  • регенератора с перекидными клапанами.

Процесс плавки занимает от 4 до 12 часов. С целью ускорения процесса плавки объем закачиваемого кислорода превышает потребности, что повышает производительность плавки на 20–30%.

Конвертерный метод

В конверторах выплавляют сорта стали для производства автомобильного листа, инструментальной стали сварных конструкций и других стальных заготовок. По качеству они уступают мартеновскими применяются для изготовления менее ответственных изделий.

В них содержится больше примесей, чем при мартеновском изготовлении. Благодаря высокому объему загрузки одной печи до 900 тонн, способ считается самым производительным, поэтому получил широкое распространение.

Производство стали и другого вида металла этим методом основано на продувке жидкого чугуна воздухом или кислородом под давлением 0,3–0,35 МПа, при этом металл разогревается до 1600 градусов. Плавка скоротечна и длится до 20 минут. За это время происходит окисление углерода, кремния и марганца, содержащихся в сырье, которые извлекаются из ванны с расплавом шлака.

Конвертер представляет сосуд ретортообразной (грушевидной) формы, состоящий из стальных листов с футеровкой изнутри. Для заливки чугуна и выпуска готовой стали используется одно отверстие, в него также загружается чугун и скрап.

Особенности процесса

Вместе с ними загружаются шлакообразующие вещества: известь и бокситы. Корпус охвачен опорным кольцом, прикрепленным к поворотным цапфам. С их помощью сосуд наклоняется и через это отверстие – летку выливается готовая сталь. Нижняя продувка осуществляется через сквозные отверстия (фурмы), сделанные в днище печи.

Исторически повелось, что используемый везде способ называется томасовским, бессемеровским. В прошлом веке преобладающим стал мартеновский процесс. Нагрев регенератора осуществляется продувкой печных газов, после чего он нагревается холодный воздух, поступающий на расплав.

В современных конструкциях чаще применяют верхний способ, при котором продувка на огромной скорости осуществляется через опускаемые к поверхности металла сопла. В России преимущественно используется именно верхняя продувка печей.

Находясь под струей воздуха, чугун интенсивно окисляется в зоне контакта. Поскольку его концентрация значительно больше других примесей, преимущественно образуется оксид железа. Но он растворяется в шлаке. Поэтому металл обогащается выделяемым кислородом.

Шлак с ним сливается и наводится новый. Производство стали сопровождается экспресс-анализами и контролем текущих изменений приборами контроля, вмонтированных в печь. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,075%.

Кислородно-конвертерный способ получения стали

Производство стали сегодня осуществляется в основном этим способом. На долю кислородно-конверторного производства совсем недавно приходилось до 60% мирового производства стали.

Однако, этот процент снижается в связи с появлением электродуговых печей (ЭДП). Продувка печей осуществляется чистым кислородом (99,5%) под высоким давлением.

Продукт кислородно-конвертерной печи представляет сталь с заданными химическими свойствами. Она поступает в машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где материал застывает в форме блюма или плиты. Для получения определенных жестких параметров металл подвергается вторичной переработке.

Электросталеплавильный способ

Производство стали электрической плавкой обладает рядом неоспоримых преимуществ. Этот способ считается основным при выплавке высококачественных легированных сталей.

Достигаемая при этом высокая температура позволяет выплавлять стали, содержащие тугоплавкие металлы:

  • молибден;
  • вольфрам;
  • ванадий.

Высокое качество достигается практическим отсутствием в сталях фосфора, серы и кислорода. Этот способ также применяется для производства широкой номенклатуры строительных сталей.

Выделение тепла не связано с потреблением окислителя, а происходит в результате преобразования электрической энергии в тепловую. Она выделяется при прохождении электрической дуги или наведения вихревых токов. В зависимости от принципа работы печи подразделяются на электродуговые и индукционные.

Электродуговая печь способна принять одновременно от 3,5 до 270 тонн сырья:

  • жидкой стали из конвертеров;
  • скрапа;
  • железной руды.

Она имеет несколько электродов из графитосодержащего материала, к которым подводится электрическое напряжение. Время плавки составляет до 1,5 часа, при этом температура дуги достигает 6 тыс. градусов.

Особенности электроиндукционных печей

В электроиндукционных печах сталь выплавляют в небольших по объему (4,5–60 тонн) емкостях, именуемых огнеупорными тиглями. Вокруг тигля располагается индуктор, состоящий из большого количества витков провода.

При прохождении переменного тока внутри индуцируются вихревые токи большой силы, вызывающее плавление содержимого тигля. Электромагнитные силы одновременно перемешивают расплав стали. Продолжительность плавки в таких печах не превышает 45 мин.

Электросталеплавильный способ производит мало дыма, пыли и меньше излучает световой энергии. Однако, высокая стоимость электрооборудования при малой вместительности ограничивает применение этого способа.

Обратите внимание

Схема электросталеплавильной печи

Помимо рассмотренных вариантов, существуют не только основные способы производства стали. В современном сталеплавлении используется плавка в вакуумных индукционных печах и обогащение процентного содержания железа в окатышах плазменно-дуговым переплавом.

Виды получаемых сталей по химическому составу

Производимая этими методами сталь делится, в зависимости от химического состава, на две большие группы:

  • углеродистую;
  • легированную.

Процентное содержание элементов в углеродистой стали:

Наименование Fe С Si Mn S P
Содержание в процентах до 99,0 0,05–2,0 0,15–0,35 0,3–0,8 до 0,06 до 0,07

В углеродистых сталях прочность недостаточно сочетается с пластичностью. Недостаток устраняется введением добавок других металлов, такая сталь называется легированной.

Согласно ГОСТ 5200 выделяют три группы легированных сталей с допустимым содержанием примесей:

  • низколегированная не более 2,5%;
  • среднелегированная в диапазоне 2,5–10%;
  • высоколегированная свыше 10%.

С каждым годом способы плавки усовершенствуются благодаря вводу в строй нового высокотехнологичного оборудования. Это позволяет получать в сталелитейной промышленности высококачественные стали с оптимальным содержанием добавок и металлов.

Видео по теме: Производство чугуна и стали

Источник: https://promzn.ru/metallurgiya/proizvodstvo-stali.html

Производство стали

Сталь – это железоуглеродистый сплав, который содержит около 1,5% углерода, если его содержание увеличивается, то значительно повышается хрупкость и твердость стали. Основной исходный материал для производства стали — стальной лом и передельный чугун.

Содержание примесей и углерода в стали намного ниже, чем в чугуне. Поэтому суть металлургического передела в сталь чугуна – это уменьшение содержания примесей и углерода за счет их избирательного окисления и превращения в газы и шлак в процессе плавки.

В первую очередь окисляется железо при взаимодействии кислорода и чугуна в сталеплавильных печах. Вместе с железом окисляются фосфор, кремний, углерод и марганец.

Оксид железа, который образуется при высоком температурном режиме, отдает свой кислород в чугуне более активным примесям, при этом окисляя их. Производство стали осуществляется в три стадии.

Первая стадия производства стали — расплавление породы

Происходит расплавление шихты и нагревается ванна жидкого металла. Температура металла невысокая, энергично окисляется железо, образуется оксид железа и окисляются примеси: марганец, кремний и фосфор.

Самая важная задача этой стадии производства стали – это удаление фосфора.

Для этого нужно проводить плавку в основной печи, где шлак будет содержать оксид кальция (CaO). Фосфорный ангидрид — P2O5 будет образовывать с оксидом железа непрочное соединение (FeO)3 x P2O5.

Оксид кальция – как более сильное основание, по сравнению с оксидом железа, и при не очень высоких температурах связывает P2O5 и превращает его в шлак.

Для того чтобы удалить фосфор, нужна не очень высокая температура, ванны шлака и металла, достаточное содержание в шлаке FeO. Для того чтобы увеличить в шлаке содержание FeO и ускорить окисление примесей добавляется в печь окалина и железная руда, наводя железистый шлак. Постепенно, по мере удаления из металла в шлак фосфора, содержание в шлаке фосфора повышается.

Так что нужно убрать данный шлак с зеркала металла, а затем заменить его новым со свежими добавками оксида кальция. Происходит кипение металлической ванны. Начинается постепенно, по мере нагрева до высоких температур.

При увеличении температуры интенсивней происходит реакция окисления углерода, протекающая с поглощением теплоты: Для того чтобы окислить углерод вводят в металл небольшое количество окалины, руды или вдувают кислород. При реакции углерода с оксидом железа, пузырьки оксида углерода выводятся из жидкого металла, и происходит «кипение ванны».

Во время «кипения» сокращается в металле содержание углерода до требуемого количества, температура выравнивается по объему ванны, немного удаляются неметаллические включения, которые прилипают к всплывающим пузырькам CO и газы, которые проникают в пузырьки CO. Все это ведет к увеличению качества металла. А значит, данная стадия — основная в процессе производства стали.

Важно

Создаются условия для того чтобы удалить серу. В стали сера находится в форме сульфида — FeS, растворяемого в основном шлаке.

Читайте также:  Как открыть автосервис с нуля. бизнес-план сто для 2019 года

Чем будет выше температурный режим, тем больше сульфида железа растворится в шлаке и будет взаимодействовать с оксидом кальция CaO: Соединение, которое образуется – CaS, растворяется в шлаке, но при этом не растворяется в железе, так что сера выводится в шлак. Происходит восстановление оксида железа, который растворен в жидком металле.

Увеличение содержания кислорода в металле при плавке необходимо для осуществления окисления примесей, но в уже готовой стали кислород является вредной примесью, потому что понижает механические свойства стали. Раскисление сталь осуществляется двумя методами: диффузионным и осаждающим. Диффузионное раскисление происходит благодаря раскислению шлака.

В измельчённом виде ферросилиций, ферромарганец и алюминий переносят на поверхность шлака. Эти раскислители, восстанавливают оксид железа, и при этом сокращают содержание его в шлаке. А значит, оксид железа, который растворен в стали переходит в этот шлак.

Оксиды, которые образуются при таком процессе, остаются в шлаке, а железо, уже в восстановленном виде, переходит в сталь, а в ней уменьшается содержание неметаллических включений и увеличивается ее качество.

Осаждающее раскисление происходит благодаря введению в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферросилиция, ферромарганца, алюминия), которые содержат элементы, обладающие более высоким сродством к кислороду, в сравнении с железом.

В конце концов, после раскисления восстанавливается железо и создаются оксиды: SiO2, MnO, Al2O5, имеющие меньшую плотность,в сравнении со сталью, и выводятся в шлак.В зависимости от уровня раскисления можно выплавлять такие виды стали: — кипящие – не полностью раскислены в печи.

Раскисление такой стали продолжается в изложнице при затвердевании слитка, за счет взаимодействия углерода и оксида железа: FeO + C = Fe + CO. Оксид углерода, который образовался, выводится из стали, обеспечивая удалению водорода и азота из стали, газы выводятся в виде пузырьков, приводя её к кипению.

Кипящая сталь не имеет неметаллических включений, поэтому отличается высокой степенью пластичности.

  • спокойные — получается при абсолютном раскислении в ковше и в печи.
  • полуспокойные – отличаются промежуточной раскисленностью между кипящей и спокойной сталями. Частично раскисляется в ковше и в печи, а частично – в изложнице, за счет взаимодействия углерода и оксида желез, которые содержатся в стали.

Легирование стали происходит введением чистых металлов или ферросплавов в определенном количестве в расплав. Легирующие элементы, которые имеют меньше сродство к кислороду, чем у железа (Co, Ni, Cu, Mo), при разливке и плавке не окисляются, и поэтому их вводят в какое-либо время плавки. Легирующие элементы, которые имеют большее сродство к кислороду, чем у железа (Mn, Si, Cr, Al, Ti , V), в металл вводят после раскисления или вместе с ним на окончательном этапе плавки, а иногда и в ковш.
Для производства стали на сталелитейных заводах должно быть специальное оборудование:

Кислородные конверторы

  • аргоновое хозяйство;
  • детали конвертеров (сосуды и несущие кольца конвертера);
  • фильтрация пыли;
  • отсасывание конвертерного газа;

Электропечи

  • индукционные печи (изготовление периферий);
  • дуговые печи (изготовление энергетических опор, стальных частей для горнов, охлаждение электродов);
  • загрузочные бадьи;
  • скрапное отделение;
  • частотные преобразователи для индукционного нагревания;

Вторичная металлургия

  • обессеривание стали;
  • гомогенизация стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • создание вакуума;

Ковшовая технология

  • оборудование LF типа;
  • оборудование SL типа;

Ковшовое хозяйство

  • крышки литейных и разливочных ковшей;
  • литейные и разливочные ковши;
  • шиберные затворы;

Оборудование непрерывной разливки стали

  • разливочная поворотная станина для манипуляции с промежуточными ковшами и ковшами;
  • сегменты оборудования непрерывной разливки;
  • вагонетки промежуточных ковшей;
  • аварийные лотки и сосуды;
  • промежуточные ковши и подставки для складывания;
  • пробочный механизм;
  • передвижные мешалки чугуна;
  • охлаждающее оборудование;
  • выводные участки непрерывной разливки;
  • металлургические рельсовые транспортные средства.

Таким образом производство стали — это сложный технологический процесс, сочетающий базовые химические принципы получения железа, в сочетании с технологиями отливки стали.

Ссылка на promplace.ru обязательна

Источник: https://promplace.ru/articles/proizvodstvo-stali-31

Основы технологии получения стали

Первой ступенью получения стали является выплавка из руды чугуна. Последовательность технологических процессов получения чугуна и стали и изготовления из них строительных конструкций показана на рис. 1.

Выплавка чугуна из руды производится в доменных печах. Материалами, участвующими в этом процессе, являются железные руды, флюсы (плавни) и топливо.

Железные руды представляют собой окислы железа, т. е. различные соединения железа с кислородом. Обычно в составе руды имеются также и другие, не содержащие окислов железа, минералы, которые в металлургии называются «пустой породой».

Задачей доменного процесса является восстановление железа, т. е. удаление кислорода из окислов железа.

Одновременно с восстановлением железа удаляются пустые породы. Так как эти породы тугоплавки, к ним добавляют флюсы, т. е. вещества, образующие с ними легкоплавкие соединения.

Совет

Пустыми породами в большинстве случаев является кремнезем (SiO2) и глинозем (Аl2О3). В качестве флюса обычно добавляют известняк (СаСО3).

Сплавы флюсов с пустыми породами, являющимися отходами доменного процесса, называются доменными шлаками. Их удаляют из доменной печи в расплавленном состоянии.

В доменных печах в качестве топлива применяют в большинстве случаев каменноугольный кокс — продукт сухой перегонки коксующихся сортов каменного угля. Благодаря этому топливу достигается температура, необходимая не только для восстановления железа, но и для получения расплавленного чугуна и шлака.

Чугуны, получаемые при доменной плавке, подразделяются на литейные, применяемые для отливки труб, радиаторов и других изделий; передельные, идущие для производства стали, и специальные.

Основной задачей при переделке чугуна на сталь является понижение содержания примесей (С, Mn, Si, Р, S). Это достигается переводом примесей в соединения, не растворяющиеся в расплавленном металле, переходящие в шлак и удаляемые вместе с ним.

Необходимо иметь в виду, что при высоких температурах плавления металла требуется специальная футеровка (облицовка) изнутри металлического кожуха печи, иначе он начнет плавиться или даст значительные изменения формы.

Материал футеровки, будучи огнеупорным, тем не менее в некоторой степени участвует в происходящих во время плавки реакциях образования шлака, поэтому его состав имеет большое значение.

Для футеровки металлургических печей применяют следующие материалы: шамотный кирпич и шамотные изделия (шамотом называют предварительно обожженную огнеупорную глину); дннасовый кирпич и изделия, получаемые путем обжига измельченных кварцевых пород с известковой связкой; магнезитовый кирпич и порошок из обожженного магнезита; доломитовый кирпич и порошок из обожженного доломита.

Рис. 1. Технологический процесс получения чугуна и стали и изготовления из них строительных конструкций

Обратите внимание

В каждом из способов выплавки стали, приведенных на рис. 1. задача удаления примесей решается различно.

Рис 2. Схема конвертера: 1 — огнеупорная футеровка; 2 — воздухопровод; 3 — отверстия в днище для подачи воздуха; 4 — рейка поворотного механизма печи

При конвертерном способе применяют специальную печь грушевидной формы, вращающуюся на горизонтальной оси (рис. 2). В настоящее время по этому способу выплавляют в среднем 10% стали.

После того как в конвертер залит жидкий чугун (с частичным заполнением объема), сквозь него через отверстия в днище продувают под давлением воздух. Окисляя железо, кислород воздуха образует соединение FeO, называемое закисью железа, растворимое в жидком металле, реагирующее на примеси и переходящее в сталь. Переход примесей в шлак уменьшает их содержание в выплавляемом металле.

Недостаток конвертерного способа — повышение содержания в стали азота, получающееся вследствие продувания воздуха. Кроме того, конвертерный способ не позволяет перерабатывать большое количество стального лома.

Рис. 3. Разрез мартеновской печи: каналы для подогретого воздуха и газа; 2 — свод печи; 3 — рабочее пространство печи, в котором плавится сталь

По мартеновскому способу плавка стали ведется на поду пламенной отражательной печи (рис. 3), верхняя часть рабочего пространства которой ограничена сводом, отражающим тепловой поток. Для получения необходимой температуры в рабочем пространстве печи сжигается в смеси с воздухом горючее (в большинстве случаев газ).

Мартеновский способ является универсальным, позволяющим получать стали разного качества с добавкой при выплавке их чугунного и стального лома (так называемого скрапа) и даже железных руд.

Рис 4. Дуговая печь для электроплавки: 1 — электроды; 2 — механизм для установки электродов; 3 — полозья, на которых поворачивается печь; 4 — заслонка выпускного окна; 5 — загрузочное окно

Электроплавка, производящаяся в дуговой печи (рис. 4), является современным и наиболее совершенным способом выплавки стали.

Достоинства такой печи состоят в том, что в ней достигаются очень высокие температуры, которые легко регулировать, а следовательно, и регулировать весь процесс. Доступ воздуха в печь ограничен.

Важно

Сталь получается лучшего качества, чем при других процессах, вследствие отсутствия печных окисляющих газов и соприкосновения металла с топливом.

Высокая температура при электроплавке создается электрической дугой между угольными  электродами и расплавленным металлом. Напряжение тока, требующееся при плавке, не превышает 150 в при силе тока, доходящей до 10 тыс. а. По размерам применения электроплавки и ее удельному весу в металлургической промышленности Советский Союз занимает первое место в мире.

В результате плавки и разливки металла по формам получаются стальные слитки. Дальнейшим этапом является горячая механическая их обработка для получения изделии определенного сечения и длины, а в некоторых случаях и для улучшения механических свойств стали.

После плавки и разливки полученный металл может иметь различные дефекты (пороки).

К ним относятся: усадочные раковины, которые могут распространяться в глубь слитка; неравномерное выделение (скопление) примесей (фосфор, углерод и сера) при затвердевании (обычно примеси скапливаются у стенок усадочных раковин); газовые пузыри, образующиеся вследствие того, что газы, появляющиеся в процессе раскисления стали, не успевают выделяться при ее затвердевании; плены, появляющиеся на поверхности металла от брызг или заливин при разливке в формы; неметаллические включения, представляющие собой, как правило, частицы шлаков; трещины от быстрого и неравномерного охлаждения металла и больших внутренних напряжений, возникающих в результате резких изменений температуры.

Основными видами горячей механической обработки стали являются прокатка и ковка. Поскольку арматурная сталь изготовляется прокаткой, в дальнейшем изложении ковка не освещается.

При прокатке нагретый слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана. В зависимости от формы рабочей поверхности валков могут быть получены изделия различных профилей.

При горячей механической обработке структура металла может изменяться, причем могут образовываться различные дефекты.

Например, если обработка производится при высоких температурах, сталь делается крупнозернистой и хрупкой. Усадочные пустоты и газовые пузыри сплющиваются и ведут к образованию внутренних трещин.

При прокатке на неравномерных скоростях и слишком больших обжимах также могут появиться трещины и расслоения.

Совет

Для обнаружения дефектов необходимо производить наружный осмотр изделий, а также исследование так называемого шлифа металла. Исследование производится с помощью микроскопа и с применением различных химических добавок, которые могут растворять или окрашивать отдельные частицы металла.

Источник: http://www.stroitelstvo-new.ru/armatura_raboti/metall_2.shtml

Станкостроение России выручат «оборонка» и совместные производства?

Отечественное станкостроение в упадке. И это не просто громкие слова, а констатация факта, подтверждаемая министерством промышленности и торговли РФ. Реанимировать столь важную для страны отрасль призвана федеральная целевая программа «Национальная технологическая база».

Читайте также:  Выращивание грибов как бизнес в 2019 году

Одной из подпрограмм в ней значится «Развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности». В её рамках в последующие 20 лет будет выделено свыше 50 миллиардов рублей на исследования, разработку и создание новейших образцов высокоточных и высокотехнологичных российских станков.

Причем, из федерального бюджета планируется выложить только 50% от всей суммы. Остальное – частные инвестиции.

Настоящее положение дел

Начнем с сухих цифр. За последние два десятка лет производство станков в России сократилось почти в 20 раз: с 70 до 3 тысяч, выпускают которые всего около 100 предприятий. По оценкам экспертов количество действующих станков в стране оценивается от 900 тысяч до 1,5 млн штук.

Из них ежегодно выходят из эксплуатации порядка 50 тысяч. Общая изношенность (моральная и физическая) оборудования достигла 80%. Мировое лидерство в станкостроении с большим отрывом удерживает Китай. За ним плотным строем идут Германия, Италия, Южная Корея и Тайвань.

США занимают 7 место, Россия только 21-е.

Что же привело некогда мощнейшую отечественную отрасль в упадок? В первую, очередь, конечно, политические события.

Смена государственного уклада в 90-е годы прошлого века сделала большую часть станкостроительных предприятий России банкротом либо поставила их на грань банкротства. Производственные помещения в большинстве своем были проданы или сданы в аренду под склады, торговые площадки.

Те не многие, что удержались на плаву, вынуждены вести борьбу за выживание и средств на развитие, а тем более подготовку новых кадров у них просто нет.

Пока отечественное станкостроение пыталось «подняться с колен», в мире произошли три революции, которые отбросили Россию в этой области на задворки.

Первая – геополитическая. Как уже говорилось выше, Китай стал мировым лидером не только в производстве, но и в импорте станков.

Обратите внимание

Причем, по словам директора завода «Саста» Алексея Пескова, китайцы «подрубили под корень» российское станкостроение в его наиболее сильном месте – производстве традиционных простых станков.

Они скопировали советское оборудование и сейчас с ними невозможно конкурировать по цене.

Вторая революция – техническая. Современные станки, по сути – промышленные роботы. Человек участвует в их производстве только на этапе разработки и составления для них программы.

То есть, изменился характер самих станков, технология их производства и применения.

Гендиректор Национального института авиационных технологий Олег Сироткин отмечает, что автоматизированная цепочка сейчас выглядит так: цифровое проектирование детали – программа ЧПУ для ее изготовления на станках – программа ЧПУ для управления роботизированным участком.

Например, в Японии на заводе Fanuc роботы делают роботов. В цехе людей нет и даже свет выключен за ненадобностью. Учитывая кадровую проблему, для России это более чем актуально. Ведь у нас по-прежнему большая часть производственного процесса – это отверточная сборка.

Третья революция – институциональная. Заключается она в способе организации рынка станкоинструментальной продукции. Современные станкозаводы превратились в сборочные производства, то есть конечные предприятия.

Все стандартизированные модули для будущих станков собираются в узкоспециализированных центрах, откуда затем и поступают на сборочный завод. Организация такого кластера позволила создать высокоэффективную и экономичную цепочку.

Важно

В качестве примера специалисты называют Тайвань, где между связанными друг с другом станкопредприятиями не более 100 км.

Однако для организации такой цепочки требуется посредник – системный интегратор. Его задача – сформировать воедино все звенья для производства необходимого оборудования. Более того, обеспечить затем его запуск, последующее обслуживание – полный инжиниринг и сервис.

Тенденции и события

Резкое сокращение станкостроительной отрасли вынудило машиностроительные предприятия России создавать собственное производство станков.

Вкупе с закупом необходимого оборудования за рубежом это позволило отечественному машиностроению более менее удовлетворять свои потребности в современной технике.

Так, например, поступили московский авиационный завод «Салют» и Кировский завод в Санкт-Петербурге.

Однако предприятия столкнулись с ещё одной проблемой – неподъемными кредитами. Государство, конечно, попыталось помочь станкостроителям в снижении процентных ставок, но даже нынешние 16-18% оказались для многих непосильной ношей.

В 2012 году, таким образом, обанкротился Савеловский машиностроительный завод, перешедший затем под контроль корпорации «Оборонпром». В предбанкротном состоянии пребывает Стерлитамакский станкостроительный завод, являющийся лидером в стране по производству металлорежущих станков.

А иностранные предприятия в это время получают кредиты всего под 1-2% годовых, японские вообще под 0,1%. В Японии, кстати, господдержка ещё шире. Уже известный нам завод Fanuc не платит земельный налог и налог на недвижимость.

Прибыль компании, идущая не техперевооружение, создание новых рабочих мест, также не облагается налогом. Более того, государство возмещает транспортные расходы при экспорте продукции в Европу.

Совет

В итоге российским производителям выгоднее продавать свои станки за рубеж, российским покупателям – приобретать их за рубежом. Как итог, между отечественным станкостроением и машиностроением возникла стена финансового непонимания.

Преодолеть её, по мнению экспертов, возможно только внеся точечные изменения в финансовую систему страны. Это позволит заинтересовать уже действующих в России системных интеграторов более рентабельными условиями сотрудничества с отечественными предприятиями.

Пока им интереснее работать с импортной продукцией.

Вернуть России утраченные позиции поможет также производство сложной наукоемкой продукции, к коим относятся современные высокоточные станки пятого поколения: пятикоординатные обрабатывающие центры, прецизионные станки, системы ЧПУ и т. д.

Для этого государство запустило ряд масштабных программ. К уже ранее озвученной «Национальной технологической базе» добавилась Программа развития вооружений до 2020 года с объемом инвестиций 23 трлн рублей. И это понятно.

«Оборонка» для нашей страны всегда была, есть и будет самой приоритетной отраслью, за счет которой «кормятся» многие смежные направления. Кстати, программа уже начала приносить плоды.

Российские оборонные машиностроительные предприятия живо заинтересовались новейшей отечественной продукцией.

Позаботилось государство и о защите отечественных станков от массового экспорта за рубеж.

Россия принимает участие в Вассенаарском соглашении по контролю за экспортом обычных вооружений и высоких технологий (товаров и технологий двойного применения).

А под такие технологии подпадает практически все современное высокоточное оборудование, включая станки с ЧПУ. Таким образом, российских станкостроителей склоняют поставлять свою продукцию на отечественный станкоинструментальный рынок.

С другой стороны, закупать импортные станки становится также невыгодно и даже некомфортно.

Дело в том, что иностранные компании при отправке высокотехнологичного оборудования на экспорт прописывают в контракте возможность контроля за использованием и перемещением своих станков. В этом им помогает установка дополнительного программного обеспечения на оборудование.

Обратите внимание

В некоторых случаях производитель может даже заблокировать непредусмотренные перемещения или ограничить доступ к станкам. Согласитесь, мало кому это понравится.

Все эти меры означают, что государство фактически берет на баланс целую отрасль. И, хотя, по мнению специалистов, заложенных в бюджет программ средств недостаточно, тем не менее, это очень серьезная заявка со стороны властей.

Перспективы

Рассмотрим подробнее основные шаги государства по реализации идеи восстановления былого величия отечественного станкостроения.

Прежде всего, принятые программы призваны помочь в организации большого числа опытно-конструкторских работ по созданию новых образцов станков.

А именно, новейших видов многокоординатных высокопроизводительных металлорежущих станков с ЧПУ, сверхпрецизионных станков с ЧПУ для механической обработки деталей с точностью до 100 нм и наукоемких комплектующих изделий для узкоспециализированного станкостроения.

Ведущим разработчиком большинства ОКР назначен «Станкин», фактически заменивший головной НИИ отрасли. Таким образом, в России пытаются выстроить европейскую модель работы, когда научной деятельностью занимаются университеты, а проектной – специальные компании.

Правда, потенциала российских научных кадров для выполнения работ такого качества недостаточно. И часто бывает, что отечественное оборудование, являющееся новшеством для России, не превосходит лучшие зарубежные аналоги. Поэтому решено привлекать иностранные компании в качестве инвесторов.

Так, например, в Ульяновске немецкая фирма DMG строит завод, где будет осуществляться отверточная сборка самых современных станков из готовых модулей, поставляемых с польского и китайского заводов DMG. Не роботы роботов будут собирать, конечно, но для начала тоже неплохо.

По мнению генерального директора Савеловского машиностроительного завода Петра Сазонова, совместные производства позволят не столько получить ноу-хау, сколько создать рабочие места. А это в свою очередь даст «приток новой крови» отечественным станкостроительным заводам.

Важно

В перспективе – производство собственной оригинальной продукции по мере ее разработки. Для этого, правда, необходимо заинтересовывать иностранных станкостроителей развивать в России не просто отверточную сборку, а максимально локализовывать производство.

В автомобилестроении, к слову, это уже удается.

Несмотря на не самые хорошие по европейским меркам условия кредитования, участники рынка уверены, главное для российского станкостроения – устойчивый спрос. Ведь под заказы можно получать кредиты. Поэтому его формирование должно быть в приоритете на начальном этапе.

А такой спрос может обеспечить только государство. Значит, в роли системного интегратора тоже должно выступать именно оно. Задача – консолидировать предложения российских производителей и системно выстроить карту развития отрасли, понятную для инвесторов.

Роль такого интегратора решено отдать госкорпорации «Ростехнологии».

Однако у правительственной программы есть серьезный недостаток, который может свести на нет все усилия. Государство пытается совершить техническую революцию в отрасли без институциональных изменений. А одно без другого, как мы уже знаем, быть не может. В итоге, по мнению экспертов, опять вся надежда на «авось».

Разработка отдельных, даже самых совершенных станков без встраивания их в единый, сквозной план – малоэффективна. Этот серьезный недочет авторов госпрограмм уже просматривается.

С момента их запуска техперевооружение предприятий составляет всего 30 тысяч станков ежегодно. И то, речь идет о не самом дорогом и современном оборудовании.

Значит, такими темпами полное обновление предприятий новыми станками произойдет ещё очень и очень не скоро. По приблизительным подсчетам лет через 30.

По словам заместителя министра промышленности и торговли Российской Федерации Глеба Никитина, государство понимает несовершенство программ и пытается дорабатывать их, как говорится «по ходу действия». Он отмечает, что цели: перейти к полному самообеспечению российского машиностроения новейшими станками – нет.

Совет

Задача – ликвидировать критическую зависимость отечественных предприятий от зарубежных машиностроительных заводов. И торопиться следует уже сейчас. Пик спроса на российские станки, по оценкам экспертов, придется на 2016-17 гг.

Поэтому 2013 год в плане начала массового запуска производства новейших станков будет показательным.

Понимает Минпромторг и необходимость институциональных изменений. Прежде всего, это развитие межотраслевых институтов, что является основой конкурентоспособности всех отраслей. При этом станкостроение, конечно, остается базовым направлением, которому и дальше будет уделять значительное внимание.

Владислав Пермин, специально для Equipnet.ru

Источник: https://www.equipnet.ru/articles/power-industry/power-industry_1362.html

Ссылка на основную публикацию