Современные способы выплавки стали включают доменный, конвертерный, электродуговой методы и технологию прямого восстановления (DRI). Эти методы направлены на повышение объёмов выпускаемой продукции, снижение энергопотребления и уменьшение выбросов парниковых газов
Изображения оборудования, используемого в современных технологиях выплавки стали: доменные печи, конвертеры, электродуговые печи:
Доменный
Основной способ производства стали, обеспечивает около 70% мирового выпуска металла. Особенности:
- Сырьё: железная руда (обычно в форме окатышей или агломерата с содержанием железа 50–65%), кокс (специально обработанный уголь) и флюсы (известняк или доломит).
- Сырьё подаётся слоями через верхнюю часть печи (колошник) в определённой последовательности: сначала слой кокса, затем слой руды с флюсами.
- В нижней части печи (горне) температура достигает 2000°C, создавая условия для протекания ключевых химических реакций.
Конвертерный
Получение стали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Особенности:
- Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава.
- Выделяющееся в процессе окисления тепло повышает температуру расплава до необходимой для расплавления стали, то есть конвертер не требует топлива для работы.
Электродуговой
Плавку стали производят в электросталеплавильных печах. Особенности:
- Электроды погружают в расплавленный металл, создавая электрическую дугу.
- При прохождении электрического тока через электроды и расплавленные материалы температура в печи повышается до уровня, достаточного для плавки металла.
- В дуговых электропечах производят, в основном, высоколегированные, инструментальные, нержавеющие, шарикоподшипниковые, жаропрочные и жаростойкие стали.Прямого восстановления (DRI)
Получение железа прямого восстановления (губчатого железа) без промежуточного использования жидкого чугуна. Особенности:
- Процесс включает предварительную обработку железной руды: руду перемалывают до состояния порошка и смешивают с различными добавками, полученную смесь обжигают в газовой печи при температуре примерно 950–1050°C.
- Восстановление руды до металлического железа. Продукт получается в виде жидкого железа или гранул, которые с помощью специального оборудования выгружают из печи.
- Губчатое железо содержит примерно 90% металлического железа, что делает его подходящим для использования в производстве стали.
Некоторые преимущества доменного метода выплавки стали:
- Универсальность. Доменный процесс подходит для разного качества проплавляемого железорудного сырья.
- Высокая степень использования ресурсов. Полезное использование теплоты составляет 80–90%, степень извлечения железа — 99,5–99,8%.
- Энерго- и ресурсосбережение. Расход энергоносителя составляет 16–17 ГДж/т чугуна, а с учётом использования вторичных энергоресурсов — 12–13 ГДж/т чугуна.
- Высокая устойчивость хода плавки. Процесс характеризуется высокой устойчивостью при долговременно-непрерывном режиме работы.
- Возможность получать металл заданной марки. Железо из шихты практически полностью (99%) переходит из шихты в чугун, а затем из чугуна в сталь.
Доменный метод выплавки стали может оказывать негативное влияние на окружающую среду. Некоторые аспекты этого влияния:
- Загрязнение атмосферы. При использовании доменных печей в атмосферу выбрасываются серные и сернистые газы, продукты неполного сгорания топлива. Это приводит к выпадению кислотных осадков. Также в процессе образуется угарный газ, который относится к классу опасных веществ.
- Загрязнение почвы и водных объектов. Смытая ливневыми водами шлаковая пыль загрязняет почву, а растворимые компоненты проникают в грунтовые воды и поверхностные водные объекты.
- Образование техногенных зон. Вокруг металлургических предприятий образуются зоны, в которых в почве, снеге, воде и растительности содержится широкий набор вредных веществ.
Однако есть способы снизить негативное влияние доменного производства на окружающую среду, например, использование комбинированного дутья. Оно позволяет уменьшить количество вредных выбросов. Также существует технология прямого восстановления железа, в которой исключён доменный процесс, что снижает негативное влияние металлургического производства.
Выбор метода выплавки стали влияет на качество металла, так как каждый способ имеет свои особенности и влияет на разные параметры качества.
Электросталеплавильный способ позволяет получать сталь высокого качества. Это связано с тем, что в процессе производства используются специальные электрические печи, в которых можно применять защитные атмосферы и вакуум. Это повышает качество выплавленной стали и получаемых из неё отливок.
Мартеновский способ позволяет получать специальные сорта стали. Для этого в сырьё вводят необходимые примеси. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, взяв пробу.
Кислородно-конвертерный способ предполагает окисление чугуна под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла.
Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Определённое соотношение шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор.
Таким образом, выбор метода выплавки зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и других факторов.
Некоторые недостатки мартеновского способа выплавки стали:
- Низкая производительность. При одинаковой вместимости мартеновские печи имеют годовую производительность примерно в 10 раз меньшую, чем другие виды печей.
- Длительная выплавка. Процесс может длиться до 12 часов.
- Потребность в топливе. Для работы мартеновских печей используют газ или мазут.
- Неэкологичный способ.
- Необходимость в специальных неметаллических материалах. В процессе используют флюсы, твёрдые окислители, разжижители.
- Разрушение футеровки. Это происходит из-за воздействия оксидов шлаковой фазы в условиях высоких температур.
- Выбросы шлака и металла из печи. Это может случиться, если залить чугун на недостаточно прогретую шихту или перегреть её.
- Большие затраты на ремонт. Ремонт мартеновских печей требует больших материальных и трудовых затрат.
Для футеровки мартеновских печей используют различные огнеупорные материалы, которые защищают оборудование от высоких температур и агрессивных воздействий. Некоторые из них:
- Огнеупорные плиты. Например, теплоизоляционные шамотно-волокнистые плиты ШВП-350 и ШВП-550 обеспечивают защиту печей и конструкций от воздействия температур до 1300 °С. Высокотемпературная магнезиальная плита МВП может использоваться при нагревании до 1430 °С.
- Каолиновая вата и огнеупорный войлок. Рулонные футеровочные материалы в виде войлока МКРВ-200 и ваты МКРР-130 обладают высокой прочностью, эластичностью и гибкостью, они просты в обработке и установке.
- Иглопробивные огнеупорные маты из керамического волокна. Они легко режутся, кроятся и приклеиваются к жёстким основаниям на огнеупорный клей.
- Термостойкий огнеупорный клей. Например, «АлюТерм-1600» и «Анкер-1600» подходят для фиксации футеровочных плит на основания из металла, пластика, бетона, кирпича.
- Огнеупор АПС-1500. Применяется для увеличения механической прочности волокнистых огнеупорных материалов и снижения выдувания волокна потоками газа.
- Керамические трубки. Применяются практически во всех сферах современной промышленности: от обычных бытовых холодильников до сложных промышленных агрегатов.
Наш сайт с услугами учебного Центра:
technar-school24.clients.site
WhatsApp +7(969)6106699
Telegram @technar_school24
Наш сайт с услугами по метрологии:
metrolog.turbo.site
Наш сайт с услугами по материаловедению:
metal-expert.turbo.site
Наш сайт с услугами по основам конструирования, ЕСКД, ЕСТД, САПР
sopromat-metals.turbo.site/...l24
#поверка #калибровка #механических #измерений #поверка_и_калибровка #обеспечение_единства_измерений #металлообработка #металловедение #термическаяобработка #обучениематериаловедению #металлография
#физика_материалов #химия_материалов #наноструктура #наноматериалы наноматериаловедение #нанопокрытия #металлообработка #металловедение #термическая_обработка
