headbanner

Grundläggande kunskaper i ståltillverkning

Ståltillverkning börjar med järntillverkning. Stål kommer från råjärn. Grisjärn som smälts från järnmalm har hög kolhalt och många föroreningar (såsom kisel, mangan, fosfor, svavel, etc.). Därför saknar råjärn plasticitet och seghet och har dåliga mekaniska egenskaper. Det kan inte utsättas för tryckbehandling förutom smältning och gjutning, vilket begränsar dess användning.
För att övervinna dessa brister i råjärn och få det att spela en större roll i industrin är det också nödvändigt att använda syre från olika källor vid höga temperaturer för att i viss utsträckning avlägsna föroreningar i råjärn för att erhålla en viss sammansättning och viss Järn-kollegeringsstålets beskaffenhet. Denna metod för att avlägsna föroreningar i råjärn genom oxidation vid höga temperaturer kallas ståltillverkning.

De grundläggande principerna för ståltillverkning
Olika föroreningar i råjärn har större affinitet med syre i varierande grad under högtemperaturmiljöer. Därför kan de göras till flytande, fasta eller gasformiga oxider genom oxidation. De flytande och fasta oxiderna reagerar med ugnsfodret och flödet tillsätts till ugnen vid höga temperaturer, kombineras för att bilda slagg och avlägsnas från ugnen under slaggning. Gasen tas också ut ur ugnen med CO när det smälta stålet kokar.
I ståltillverkningsugnen uppnås oxidationen av föroreningar huvudsakligen genom närvaron av FeO.
2Fe + O2 → 2FeO
1. Oxidation av kisel
Si har en större affinitet med syre, så oxidationen av kisel är mycket snabb. Det har oxiderats fullständigt för att bilda SiO2 i det tidiga stadiet av smältning:
Si+2FeO → SiO2+2Fe
Samtidigt reagerar SiO2 med FeO för att bilda silikat:
2FeO+SiO2 → 2FeO · SiO2
Denna typ av salt är en mycket viktig del av slaggen. Den interagerar med CaO för att generera stabila föreningar 2CaO · SiO2 och FeO. Den förra är fast i slaggen, och den senare blir en fri komponent i slaggen, vilket ökar innehållet av FeO i slaggen. Det är mer fördelaktigt att främja oxidationen av föroreningar. Svaret är följande:
2FeO · SiO2+2CaO → 2CaO · SiO2+2FeO
2. Oxidation av mangan
Mangan är också ett element som är lätt att oxidera. MnO som produceras av den har en högre smältpunkt. MnO löser sig inte i den smälta metallen, men det bildar en förening med SiO2 som flyter på ytan av den flytande metallen och blir en del av slaggen.
Mn+FeO → MnO+Fe
2MnO+SiO2 → 2MnO · SiO2
Oxidationsreaktionen av kisel och mangan frigör mycket värme, vilket snabbt kan öka ugnstemperaturen (detta är särskilt viktigt för omvandlare av ståltillverkning) och kraftigt påskynda koloxidationsprocessen.
3. Oxidation av kolelement
Koloxidationen behöver absorbera en stor mängd värmeenergi, så den måste utföras vid en högre temperatur. Oxidationen av kol är en mycket viktig reaktion i ståltillverkningsprocessen:
C+FeO → CO+Fe
Eftersom CO -gas genereras när kol oxideras, fungerar den som en stark omrörning när den släpper ut från den flytande metallen. Denna effekt kallas "kokande". Resultatet av kokning kan främja enhetligheten i sammansättningen och temperaturen i den smälta poolen, påskynda reaktionen mellan metallen och slagggränssnittet och också hjälpa till att avlägsna gasen och inneslutningar i stålet.
4. Oxidation av fosforelement
Oxideringen av fosfor kan ske vid en temperatur som inte är för hög. Avfosforiseringsprocessen består av en kombination av flera reaktioner. Reaktionerna är följande:
2P+5FeO → P2O5+5Fe
P2O5+3FeO → 3FeO · P2O5
När det finns tillräckligt med CaO i det alkaliska slagget kommer följande reaktioner att inträffa:
3FeO · P2O5+4CaO → 4CaO · P2O5+3FeO
4CaO · P2O5 som produceras av är en stabil förening som hålls fast i slaggen och därmed uppnår syftet med avfosforisering.
Det måste noteras att under avoxideringsprocessen för smält stål måste deoxideringsmedel som ferrosilikon och ferromangan tillsättas. Därför, efter deoxidation, är slaggen ofta sur och 3FeO · P2O5 förstörs och P2O5 reduceras från den och P2O5 är instabil. Oxid, det reduceras lätt med kol vid hög temperatur, vilket resulterar i fosforåtervinning. Detta visar också att det är mycket svårt att ta bort fosfor i en sur ugn. För att förhindra detta fenomen är det nödvändigt att på ett lämpligt sätt öka slaggbasisiteten och slaggmängden och förbättra slaggoxidationen.
5. Oxidation av svavel
Svavel finns i form av FeS. När det finns tillräckligt med CaO i slaggen kan svavlet också avlägsnas. Reaktionen är följande:
FeS+CaO → CaS+FeO
Det genererade CaS är inte lösligt i smält stål, men bildar slagg som flyter på ytan av smält stål.
Ovanstående reaktion är en reversibel reaktion, och den utförs i slaggen innehållande FeO. När FeO interagerar med CaS kommer svavlet att återgå till det smälta stålet, så avsvavlingseffektiviteten ökar när FeO -halten i slaggen minskar.
När slaggen innehåller tillräckligt med kol är reaktionen annorlunda:
CaO+FeS+C → CaS+Fe+CO
Eftersom kol berövar FeO syre förlorar det möjligheten att CaS interagerar med FeO, så att reaktionen inte kan fortsätta i omvänd riktning. Det är därför avsvavlingen av elektrisk ugnsståltillverkning är mer fullständig än de två andra metoderna.
I processen med avsvavling spelar mangan också en roll för att främja avsvavling. Processen är följande:
FeS+MnO → MnS+FeO
Det genererade MnS är nästan olösligt i smält stål och kommer in i slaggen. Därför ökar effekten av avsvavling med oxidationen av mangan.
6. Deoxygenering av FeO
Efter ovannämnda serie oxidationsreaktioner, även om föroreningarna oxideras för att uppnå syftet med avlägsnande, men också på grund av oxidationsresultaten, innehåller det smälta stålet mer FeO, det vill säga att det finns en stor mängd syre i det smälta stål, vilket ger stålbandet Detta är en stor fara. Å ena sidan har stålet många bubblor; å andra sidan får det också stålet att se varmt och kallt sprött ut, och faran ökar med ökningen av kolhalten.
Därför måste vi i slutet av ståltillverkningsprocessen också försöka ta bort en stor mängd syre som finns i det smälta stålet. Den vanliga metoden är att tillsätta några deoxideringsmedel, såsom ferromangan, ferrosilikon, aluminium, etc., till det smälta stålet. De extraherar starkt syre från FeO för att uppnå syftet med deoxidering. Reaktionen är följande:
FeO+Mn → MnO+Fe
2FeO+Si → SiO2+2Fe
3FeO+2Al → Al2O3+3Fe
7. Slaggens roll
Hela ståltillverkningsprocessen består av två processer: oxidation och reduktion. Oxidationen av kol, kisel, mangan och fosfor kallas vanligtvis reaktionen under oxidationsperioden, och avsvavling och avoxidering kallas reaktionen under reduktionsperioden. Det framgår av reaktionsformlerna ovan att för att avlägsna föroreningar i metallen måste många faktorer beaktas, men den viktigaste faktorn är slaggning och slaggborttagning.
Slagg har följande viktiga roller i ståltillverkningsprocessen:
SlagSlaggen bör se till att ståltillverkningsprocessen fortsätter i en viss reaktionsriktning (oxidation eller reduktion).
SlagSlaggen bör säkerställa maximal avlägsnande av skadliga föroreningar (fosfor och svavel) i metallen och förhindra att gasen i ugnsgasen (kväve och väte) kommer in i metallen.
Slag Slaggen bör säkerställa minimal förlust av järn och andra värdefulla element under drift.

Grundmetoden för ståltillverkning
①Converter ståltillverkning
Konverterare ståltillverkningsmetod är en ståltillverkningsmetod som använder luft eller syre för att oxidera elementen i det smälta järnet till den angivna gränsen genom att anta bottenblåsning, sidblåsning och toppblåsning för att få stål med kvalificerad sammansättning.

w1

② Elektrisk ugn ståltillverkning
Elugnen använder elektrisk energi för att omvandlas till värmeenergi för att tillverka stål. Det finns två vanliga elektriska ugnar: ljusbågsugn och induktionselugn. Elbågsugnar är de mest använda och är lämpliga för smältning av högkvalitativt stål och legerat stål; induktionsugnar används för smältning av högkvalitativt legerat stål och icke-järnlegeringar.

w2

③ Öppen härd ståltillverkning
Med industrins utveckling har en stor mängd stålskrot ackumulerats inom metallbearbetningsindustrin. Vid den tiden var det inte möjligt att blåsa om det till stål med en omvandlare, så ståltillverkare letade efter en ståltillverkningsmetod med stålskrot som råmaterial. 1864 uppfann fransmannen Martin metoden för ståltillverkning med öppen eld.

w3

Den snabba utvecklingen av metoden för syltoppblåst omvandlare, ståltillverkning, har successivt ersatt metoden för ståltillverkning med öppen härd. Med vetenskapens och teknikens framsteg fortsätter några nya ståltillverkningsmetoder att dyka upp, såsom vakuumbehandling av smält stål, smältning av elektroslagsugnar och vakuuminduktion av elektrisk ugnssmältning, som har använts mer och mer.


Posttid: 02-02-2021