Если сравнить химический состав наиболее распространенной
строительной стали Ст. 3 с химическим составом передельного чугуна (табл. 5)
то видно, что для того чтобы из него получить сталь, необходимо уменьшить в
нем содержание углерода, фосфора и серы и откорректировать содержание
марганца и кремния.
Т а б л и ц а 5
Тип сплава Химический состав, %
С Mn Si S P
Чугун передельный 3,7–4,4 0,4–2,5 0,3–1,7 0,03–0,08 0,03–0,3
Сталь Ст. 3 0,14–0,22 0,4–0,6 ≤0,3 0,05 0,04
Процесс передела чугуна в сталь сводится к проведению окислительной
плавки для удаления избытков элементов, а при получении легированной стали
еще и добавлению легирующих элементов.
В настоящее время основным способом получения стали является
кислородно-конвертерный. Он осуществляется в глуходонных конвертерах с
продувкой чугуна кислородом сверху. Устройство конвертера показано на
рис. 17.
Кислородно-конвертерный способ характеризуется большой вместимостью
конвертера (до 400т), высокой производительностью (до 3 млн. т стали в год с
одного конвертера), хорошо регулируемым и пониженным содержанием серы,
фосфора и азота в стали.
Плавка стали при этом способе длится около 45 минут и делится на следующие этапы:
- загрузка конвертера металлическим ломом и флюсом;
- заливка чугуна;
- продувка кислородом;
- корректировка химсостава стали по углероду;
- выпуск стали через боковую летку;
- слив шлака через горловину конвертера.
Ввиду того, что при продувке жидкого металла кислородом происходит
разогрев металла, то имеется возможность вводить в конвертер не только
жидкий чугун, но и до 30% стального лома. Для удаления серы и фосфора в
конвертер добавляют в качестве флюса известь. Загрузка ломом и флюсом
производится в наклонном положении конвертера.
После заливки чугуна конвертер ставится в вертикальное положение,
вставляется водоохлаждаемая фурма, через которую под давлением до 1,2МПа
подается технически чистый кислород. Начинается процесс окисления железа,
кремния и марганца, в результате чего металл в конвертере разогревается до
1700°С.
2Fe + O2 = 2FeO; 2Mn + O2 = 2MnO; Si + O2 = SiO2
Образующаяся закись железа FeO растворяется в металле и ускоряет
процесс окисления марганца и кремния:
Si + 2FeO = SiO2 + Fe; Mn + FeO = MnO + Fe.
Образующиеся окислы марганца и кремния всплывают на поверхность и
переходят в шлак. Этот период занимает около 5 минут.
При повышении температуры начинается выгорание углерода:
С + FeO = Fe + CO
Получающаяся окись углерода всплывает на поверхность металла, сгорает,
образуя над горловиной конвертера яркое пламя. Этот процесс занимает
порядка 10 минут.
После выгорания углерода над горловиной конвертера появляется бурый
дым, что указывает на то, что все примеси выгорели и начинает выгорать
железо. Конвертер наклоняют и в металл вводят определенное количество
раскислителей (ферромарганец, ферросилиций и алюминий) для связывания
оставшегося в стали кислорода и доведения ее до заданного химического
состава.
Готовую сталь выливают в сталеразливочный ковш и отправляют на
разливку. Угар металла при продувке в конвертере обычно равен 10%. Расход
кислорода составляет 50–55м3 на 1т стали.
