Теоретические основы выплавки стали в конвертерах

сабақтың № _______                               __________тобы                                     күні _________

№   урока__________                               группа ________                                   дата _________

Сабақтың тақырыбы

Тема  урока                                  Теоретические основы выплавки стали в конверторах

Сабақтың мақсаттары

Цели  урока

1) Образовательная: познакомить учащихся с теоретическими основами выплавки стали в конверторах, систематизировать знания учащихся.

2) Воспитательная: формирование  самостоятельности и  ответственности   при изучении нового материала; активизировать у учащихся формирование познавательной потребности, интереса к предмету; воспитать чувство уважения к выбранной профессии; чувство ответственности.                                                                               

3) Развивающая: развивать познавательный интерес, речь, внимание, аналитическое мышление, развивать навыки индивидуальной и  групповой практической работы, наблюдательность, умение правильно обобщить данные и сделать вывод.

Сабақтың түрі

Тип урока                 Комбинированный

Көрнекілік құралдар

Наглядные средства слайды, карточки,  слово учителя, компьютер

Сабақтың мазмұны

Содержание  урока

I.                   Ұйымдастыру кезеңі

Организационный этап. 

Приветствие

Приветствие

Проверка присутствующих (сдача рапорта)

Проверка внешнего вида

Проверка готовности к уроку

II Проверка домашнего задания

Проверить конспект в тетради

III. Білімдерінің жан жақты тексерісі

      Всесторонняя проверка знаний

Опрос:

1. Что такое сталь?

2. Как классифицируют сталь?

3. Классификация по методу формообразования

4. Для чего служат инструментальные стали?

5. Какие функции выполняет шлак?

6. Назовите физические свойства шлака

7. Что такое система?

8.Что называют фазой?

9. Назовите свойства шлака

10. Параметры состояния это

11. Что такое раскисление стали?

12. Назовите способы раскисления стали

13. Как влияет кислород на свойства стали?

14. Что такое диффузионное раскисление?

15. Что такое осаждающее раскисление?

16. Расскажите о раскислении под вакуумом

IV.             Оқушылардың жаңа материалды белсенді және саналы түрде игеруіне дайындығы

Подготовка  учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.

Сегодня мы с вами изучим новую тему Теоретические основы выплавки стали в конверторах (Презентация, затем видео)

 IV. Жаңа білімдерді игеру

       Усвоение  новых знаний

Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессеме­ровского и томасовского) заключается в том, что залитый в пла­вильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспе­чивает нагрев стали до температуры выпуска (~1600°С).

Бессемеровский процесс (в конвертере с кислой футеровкой) был предложен и разработан англичанином Г. Бессемером в 1856г., томасовский (в конвертере с основной футеровкой) С. То­масом в 1878 г.

Устройство конвертера: бессемеровский и томасовский, конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского конвертера кис­лая (динасовый кирпич), томасовского — основная (смолодоломит).

Плавка в бессемеровском конвертере.

В конвертер заливают бессемеровский чугун (0,7-1,25 % Si-0,5-0,8 % Mn; 3,8-4,4 % С; <0,06 % Р; <0,06 % S) при температуре 1250—1300 "С и продувают его воздухом в течение 10— 15 мин. За время продувки окисляются углерод, кремний и марганец чугуна и из образующихся окислов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного содержания, про­дувку заканчивают, металл через горловину конвертера сливают в ковш, одновременно раскисляя его.

Общая длительность плавки составляет 20-30 мин; поскольку шлак кислый (55-65 % SiO₂; 15-25 % FeO; 15-20 % MnO), при плавке не удаляются сера и фосфор.

Плавка в томасовском конвертере.

В конвертер для образования основного шлака загружают из­весть (12—18 % от массы металла), заливают томасовский чугун (1,6-2,0 % Р; 0,2-0,6 % Si; 0,8-1,3 % Mn; <0,08 % S; 2,8-3,3 % С), имеющий температуру 1180—1250 °С, и ведут продувку воздухом в течение 16—22 мин. За это время окисляются углерод, марганец и кремний; в формирующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05—0,07 %, после чего металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Общая длительность плавки составляет 25-40 мин. Состав конечного шлака: 16-24 % P₂О₅, 42-45 % CaO, 5-10 % SiO₂, 8-15 % FeO, 7-10 % MnO; благодаря высокому содержанию P₂О₅ этот шлак используют в качестве удобрения.

Видоизменения бессемеровского и томасовского процессов

Достоинства бессемеровского и томасовского процессов — высокая произво­дительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, малый расход огнеупоров и связанные с этим более низкие, чем при марте­новском и электросталеплавильном процессах капитальные затраты и расходы по переделу.

Однако обоим процессам присущ большой недостаток — повышенное содержа­ние азота в стали (0,010—0,025 %), вызываемое тем, что азот воздушного дутья растворяется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская сталь обла­дают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота в 1950—65 применялись способы продувки снизу парокислородной смесью и смесью кислорода и углекислого газа, а также метод продувки дутьем, обогащен­ным кислородом.

Дутье обогащенное кислородом содержит от 30 до 40 % кислорода. При более высоком содержании кислорода, как показал опыт, резко снижается стойкость днищ конвертера, что является следствием возникновения у фурм зон высоких температур из-за протекания экзотермических реакций окисления составляющих чугуна. При воздушном дутье температура у днища была ниже, так как азот, содержащийся в дутье в большом количестве, играл роль охладителя.

Применение обогащенного дутья позволяет сократить длительность продувки (примерно на 30 %), поскольку в этом случае по сравнению с воздушным дутьем возрастает количество кислорода, вводимого в конвертер в единицу времени. Из-за уменьшения количества азота в дутье сокращаются потери тепла с отходящими газами, что позволяет перерабатывать до 10—15 % лома. Выплавляемая сталь содержала 0,006—0,009 % N, т. е. больше чем мартеновская.

Продувка парокислородной смесью позволяет полностью исключить азот из дутья, получать сталь с очень низким содержанием азота (0,001-0,0035 %) и сокра­тить длительность продувки. Пары воды, попадая в конвертер, разлагаются на во­дород и кислород с поглощением тепла. Обычно применялись смеси, содержавшие около 50 % кислорода и пара, которые в тепловом отношении эквивалентны воз­душному дутью. В связи с возможностью насыщения металла водородом метод при­менялся при выплавке низкоуглеродистых сталей для глубокой вытяжки, в которых водород не опасен, но важно иметь очень низкое содержание азота.

Продувка смесью кислорода и углекислого газа в соотношении 1 : 1 позволяла получать сталь с низким содержанием азота, но из-за высокой стоимости дутья применялась реже, чем другие способы комбинированной продувки снизу.

В период с 1955 по 1975 гг. бессемеровский и томасовский про­цессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертер­ными процессами с верхней и нижней подачей дутья.

Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конвертерный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна с добавкой лома в конвертере с основной футе­ровкой и продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму.

Кислородно-конвертерный процесс, обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электростале­плавильным процессами:

1) более высокая производительность одного работающего ста­леплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400-500 т/ч);

2) более низкие капитальные затраты, т. е. затраты на сооруже­ние цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и воз­можностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;

3) меньше расходы по переделу, в число которых входит стои­мость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудова­ния, зарплаты и др;

4) процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки

Благодаря использованию для продувки чистого кислорода, кислородно-конвертерная сталь содержит азота не более, чем марте­новская и по качеству не уступает мартеновской. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих чугуна с избытком хва­тает для нагрева стали до температуры выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конвертере значительное количество лома (до 28 % от массы шихты).

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933—1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952—1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. Конвертер крепится в литом стальном кольце, имеющем две цапфы, которыми оно опирается на подшипники двух стоек, поэтому в процессе работы конвертер может  поворачиваться на 360 ⁰ для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются  жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30 %),  известь для наведения шлака,  железная руда, а также боксит Al₂O₃ и плавиковый шпат CaF₂ для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 4.

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 4, а), заливают чугун  при температуре 1250…1400 ⁰C (рис. 4, б).

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородном конвертере

Рис. 4. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 4, в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через неё подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Фурма не доходит до уровня металла на 1200…1400 мм, поэтому кислород подается на поверхность залитого в конвертер металла, а не вдувается под зеркало металла (как воздух в ранее применяемых конвертерах). Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание  со  шлаком.   Под  фурмой развивается температура 2400 ⁰C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет  кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла  теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы   в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 4, г), где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рис. 4, д).

Недостатком кислородно-конвертерного способа получения стали является большое пылеобразование, обусловленное обильным окислением и испарением железа.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода,  кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

VI. Жаңа білімдерді бекіту

    Закрепление  новых знаний

1. Фронтальный опрос

1. Что такое конвертерное производство стали?

2. Какие бывают кислородно-конвертерные процессы?

3. Чем отличается конвертерное производство от мартеновского?

4. Назовите оборудование кислородно-конвертерного процесса

2. Выполнение  заданий

 Составить кластер

Ответить на вопросы

Выполнить задания в карточке заданий

VII.          Үй тапсырмасы

В.Г. Воскобойников с. 220-227

Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конвертерный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна с добавкой лома в конвертере с основной футе­ровкой и продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму.

Кислородно-конвертерный процесс, обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электростале­плавильным процессами:

1) более высокая производительность одного работающего ста­леплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400-500 т/ч);

2) более низкие капитальные затраты, т. е. затраты на сооруже­ние цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и воз­можностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;

3) меньше расходы по переделу, в число которых входит стои­мость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудова­ния, зарплаты и др;

4) процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки

Благодаря использованию для продувки чистого кислорода, кислородно-конвертерная сталь содержит азота не более, чем марте­новская и по качеству не уступает мартеновской. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих чугуна с избытком хва­тает для нагрева стали до температуры выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конвертере значительное количество лома (до 28 % от массы шихты).

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933—1934 – Мозговой.

В промышленных масштабах – в 1952—1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. Конвертер крепится в литом стальном кольце, имеющем две цапфы, которыми оно опирается на подшипники двух стоек, поэтому в процессе работы конвертер может  поворачиваться на 360 ⁰ для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются  жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30 %),  известь для наведения шлака,  железная руда, а также боксит Al₂O₃ и плавиковый шпат CaF₂ для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 4.

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 4, а), заливают чугун  при температуре 1250…1400 ⁰C (рис. 4, б).

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородном конвертере

Рис. 4. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 4, в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через неё подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Фурма не доходит до уровня металла на 1200…1400 мм, поэтому кислород подается на поверхность залитого в конвертер металла, а не вдувается под зеркало металла (как воздух в ранее применяемых конвертерах). Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание  со  шлаком.   Под  фурмой развивается температура 2400 ⁰C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет  кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла  теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы   в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 4, г), где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рис. 4, д).

Недостатком кислородно-конвертерного способа получения стали является большое пылеобразование, обусловленное обильным окислением и испарением железа.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода,  кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессеме­ровского и томасовского) заключается в том, что залитый в пла­вильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспе­чивает нагрев стали до температуры выпуска (~1600°С).

Бессемеровский процесс (в конвертере с кислой футеровкой) был предложен и разработан англичанином Г. Бессемером в 1856г., томасовский (в конвертере с основной футеровкой) С. То­масом в 1878 г.

Устройство конвертера: бессемеровский и томасовский, конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского конвертера кис­лая (динасовый кирпич), томасовского — основная (смолодоломит).

Плавка в бессемеровском конвертере.

В конвертер заливают бессемеровский чугун (0,7-1,25 % Si-0,5-0,8 % Mn; 3,8-4,4 % С; <0,06 % Р; <0,06 % S) при температуре 1250—1300 "С и продувают его воздухом в течение 10— 15 мин. За время продувки окисляются углерод, кремний и марганец чугуна и из образующихся окислов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного содержания, про­дувку заканчивают, металл через горловину конвертера сливают в ковш, одновременно раскисляя его.

Общая длительность плавки составляет 20-30 мин; поскольку шлак кислый (55-65 % SiO₂; 15-25 % FeO; 15-20 % MnO), при плавке не удаляются сера и фосфор.

Плавка в томасовском конвертере.

В конвертер для образования основного шлака загружают из­весть (12—18 % от массы металла), заливают томасовский чугун (1,6-2,0 % Р; 0,2-0,6 % Si; 0,8-1,3 % Mn; <0,08 % S; 2,8-3,3 % С), имеющий температуру 1180—1250 °С, и ведут продувку воздухом в течение 16—22 мин. За это время окисляются углерод, марганец и кремний; в формирующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05—0,07 %, после чего металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Общая длительность плавки составляет 25-40 мин. Состав конечного шлака: 16-24 % P₂О₅, 42-45 % CaO, 5-10 % SiO₂, 8-15 % FeO, 7-10 % MnO; благодаря высокому содержанию P₂О₅ этот шлак используют в качестве удобрения.

Видоизменения бессемеровского и томасовского процессов

Достоинства бессемеровского и томасовского процессов — высокая произво­дительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, малый расход огнеупоров и связанные с этим более низкие, чем при марте­новском и электросталеплавильном процессах капитальные затраты и расходы по переделу.

Однако обоим процессам присущ большой недостаток — повышенное содержа­ние азота в стали (0,010—0,025 %), вызываемое тем, что азот воздушного дутья растворяется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская сталь обла­дают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота в 1950—65 применялись способы продувки снизу парокислородной смесью и смесью кислорода и углекислого газа, а также метод продувки дутьем, обогащен­ным кислородом.

Дутье обогащенное кислородом содержит от 30 до 40 % кислорода. При более высоком содержании кислорода, как показал опыт, резко снижается стойкость днищ конвертера, что является следствием возникновения у фурм зон высоких температур из-за протекания экзотермических реакций окисления составляющих чугуна. При воздушном дутье температура у днища была ниже, так как азот, содержащийся в дутье в большом количестве, играл роль охладителя.

Применение обогащенного дутья позволяет сократить длительность продувки (примерно на 30 %), поскольку в этом случае по сравнению с воздушным дутьем возрастает количество кислорода, вводимого в конвертер в единицу времени. Из-за уменьшения количества азота в дутье сокращаются потери тепла с отходящими газами, что позволяет перерабатывать до 10—15 % лома. Выплавляемая сталь содержала 0,006—0,009 % N, т. е. больше чем мартеновская.

Продувка парокислородной смесью позволяет полностью исключить азот из дутья, получать сталь с очень низким содержанием азота (0,001-0,0035 %) и сокра­тить длительность продувки. Пары воды, попадая в конвертер, разлагаются на во­дород и кислород с поглощением тепла. Обычно применялись смеси, содержавшие около 50 % кислорода и пара, которые в тепловом отношении эквивалентны воз­душному дутью. В связи с возможностью насыщения металла водородом метод при­менялся при выплавке низкоуглеродистых сталей для глубокой вытяжки, в которых водород не опасен, но важно иметь очень низкое содержание азота.

Продувка смесью кислорода и углекислого газа в соотношении 1 : 1 позволяла получать сталь с низким содержанием азота, но из-за высокой стоимости дутья применялась реже, чем другие способы комбинированной продувки снизу.

В период с 1955 по 1975 гг. бессемеровский и томасовский про­цессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертер­ными процессами с верхней и нижней подачей дутья.