Шпаргалка по "Металлургии"

БИЛЕТ 1

Сталь получают из чугуна и металлического лома методом окислительного рафинирования.O2 для окисления содержащихся в них примесей C,Si,Mn,P и др. поступает либо из атмосферы, либо из железной руды и других  окислителей, либо при продувке ванн, либо продувке ванны с газообразным кислородом. Перенос кислорода из газовой атмосферы через шлак в металл можно представить след.способами:а)непосредственный контакт окислительной фазы(О2,СО2,Н2О)с металлом при продувке ванны кислородом или воздухом, а также при выпуске и разливке металлов; б)окисление капелек металлов которые находятся в шлак и при перемешивании ванны переносит О2 в металл

В)переход О2 из газовой фазы через шлак в металл при котором происходит взаимодействие окислительной атмосферы о шлака с образованием высших оксидов.

Окисление углерода:

Особенность окисления углерода в том,что продуктом этой реакции является СО,который выделяясь из ванны с металлом создает впечатление кипящей жидкости.Поскольку окисление углерода происходит на всем протяжении плавки и оказывает существенное влияние на удаление ряда других примесей,его рассматривают как основную реакцию при про-ве стали [C]+[O]=CO [ ]-указываются вещ-ва,раствор. Вметалле,в ( ) в шлаке,без скобок в свободном виде.

Окисление С сопровожд.незначит тепловым эффектом,существ-ие молекул СО возможно лишь в газовой формеюСам процесс окисления С складывается из стадий подвода О2 к месту р-ий хим.взаимодействия,и отвода из зоны р-ий пузырьков СО.Условное течение процесса окислния С является наличие или образование газовой фазы в расплавленном металле.Это могут быть пузыри газа,газы в парах подины,или в парах материалов,применяемых в технологиях плавки.

Окисление растворенного в металле С до СО2 возможно лишь при низких концентрациях С.Даже при блакоприятнох условиях эта р-ия имеет ограниченное развитие

БИЛЕТ 2

Mn легко окисляется как при кислом так и при основном процессах по р-ии

[Mn]+[O]<->(MnO) ;Окислние расторенного в металле Мн и его восстановления из шлака обычно протекает на границе шлак металлов

[Mn]+(FeO)<->(MnO)+[Fe]

С повышением температуры и основности шлака концентрация Мн в металле увеличивается.

Поскольку все стали содержат в больших или меньших кол-вах Мн, то его восстановление в процессе плавки желательно

БИЛЕТ 3

Si обладает большим сродством к О2 и почти целиком окисляется уже в период плавления

[Si]+2[O]=(SiO2);

Окисления Si кислородом содержащимся в оксиде железа происходит по р-ии

[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]

Si отшлаковывается FeO b MnO образуя (FeO)n*SiO2; (MnO)n*SiO2,что играет существенную роль в формировании шлака в начальной их стадии процесса.При плавке основным шлаком CaO по мере растворения F у силиката с бразованием прочсного силиката ,как

(FeO)N*SiO2+2(CaO)=(CaO)n*SiO2+n(Feo)

Низкая активность кремнезема ( SiO2 находится в связном сост) обуславливает почти полное окисление Si совершающегося в шихте при кислом процессе повышения t металла и снижение FeO в шлаке создают благоприятное условия для восстановления Si

БИЛЕТ 4

Фосфор является вредной примесью в стали,отрицательно влияющей на его механические св-ва.Т.о. основными условиями получения качеств стали явл. Полное окисление фосфора и перевод его в шлак по ходу плавки,т.е. дефосфация металлов.Фосфор является поверхностно активным элементом поэтому р-ии окисления получает развитие преймущественно на пов-ти раздела металла-шлак

Окисление Р можно представить в след.схеме:

2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5[Fe]

(P2O5)+3(Feo)=(FeO)3*P2O5

(FeO)3*P2O5+4(CaO)=(CaO)4*P2PO5+3(FeO)

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(CaO)4*P2O5+5[Fe]

При отстутствии извести процесс окисления Р возможен при относительно низких t с образованием фосфата т.е.-(FeO)3 P2O5.Однако это соединение не прочно и происходит его разложение и переход Р в металл.Поэтому главная роль в переводе Р в шлак принадлежит СаО при условии присутствия FeO в шлаке в определенном соотношении с СаО.Наиболее благориятным значением основонсти является соотношение CaO/SiO2=2,5-2,8 при соотношении CaO/FeO=3-3,5.

Температурный фактор также влияет на процесс дефосфации с повышением t полнота дефосфации снижается

БИЛЕТ 5

S также как и Р явл.Вредной примесью.S обладает неограниенной раствор-ью в жидком Fe и ограниченнов твердом.При кристаллизации стали с повышенным содержанием S сульфиды Fe выделяются по границам зерен,из-за чего при нагреве такой стали для проката или ковки металл становится красонломким.Введение Mn в сталь приводит к получению в твердом металле сульфидов Mn-MnS,что предохраняет сталь от красноломкости при горячей обработке.

Поскольку S поверхностно активный элеиент,то процесс десульфации происходит на разделе шлак металл.

Механизм удаления S можно представить в виде

Fe+[S]+CaO=(CaS)+(FeO)

Положительную роль для ускорения процесса десульфации играет активное перемешивание стали

БИЛЕТ 6

Газы содержатся в любой стали,однако при содержании в 100 и даже 1000 долях оказывают существенное влияние на св-ва стали .Поведение О2 в металле по ходу плавки во многом определяют как удаление нежелательных примесей из стали так и окисление легирующих элементов. При содержании О2 в металле образуется также неметаллические включения.В готовом металле должно содер.мимним. кол-во О2 так как повышенное содержание оксидов отрицательно вдияет на св-ва стали.Для снижения содержания О2 в металле проводят раскисление стали.

Раскислением назыаают процесс удаления О2 путем связывания его в неметаллические включения которые способны покинуть металл или не являются вредными.

Раскисление металла можно представить в виде

X[R]+y[O]=(RxOy), где R –переменный раскислитель

RxOy-оксид элемента раскислителя.

БИЛЕТ 7

Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные (Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу; В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу;Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов. Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих -- известняка, извести

БИЛЕТ 8

Бессемеровский процесс был придуман Бессемером.Сущность метода заключается в продувке жидкого чугуна воздухом в конвекторе. Продувка осуществляется через установ. В днище фурмы.

Под действием О2 дутья примесь чугуна окисляется выделяе значительную часть тепла(Si,Mn,C).При этом происходит снижение примесей и повышение t металлов.Достточно для нагрева получаемой стали до t выпуска~1600º.

Корпус конвектора-стальной кожух.Футирован огнеупорным кирпичем(кислая футировка)Футированное днище снабжено соплом для подачи воздуха.Сопла выполняют в отдельных огнеупорных кирпичах,т.е. фурмах.Основным недостатком процесса является невысокое качество металла,присутствие в нем примесей P и S

Томас вместо кислой футировки применил основную а для связыванияР предложил использовать известь.Томассовский процесс позволил перераб.высокофосфористые чугуны,однако имеет серьезные недостатки,главным из которых является высокое содержание азота.Повыш хрупкость и склонность к старению Томасовской стали ограничивают область ее применения.

Однако процесс совершенствовался что в конечном итоге привело к созданию способов передела высокофосфористых чугунов с донным кислородным дутьем.

БИЛЕТ 9

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров. Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции за небольшой промежуток времени. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов: загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода с чистотой не менее 99,5 % О2. Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60 % от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут после начала продувки.

На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы (расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м, давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком. Последнее, в свою очередь, способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500о. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO2 руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1450 - 1500о С и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.

Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02 % Р в готовой стали.