Хімізм процесу сталеваріння. Окиснювальний період

І стадія: одержання окисних агентів:

Залізо окиснюється диоксигеном повітря або окалиною, рудою. Спрацьовує закон діючих масс (W (Fe) ≈ 100%)

2Fe + O₂ = 2FeO + Q

Fe + Fe₂O₃ = 3FeO + Q

ІІ стадія: окиснення марганцю і кремнію:

Починається з моменту подачі диоксигену в апарат; відбувається за рахунок диоксигену розчиненого в металі, а не в шлаці.

Mn + O₂ = MnO + Q

Si + O₂ = SiO₂ + Q

Через 3-5 хв. Процес продовжується за рахунок диоксигену розчиненого у шлаці:

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

Si + 2FeO = SiO₂ + 2Fe + Q

ІІІ стадія: дефосфоризація

Фосфор підвищує холодноломність сталі; розчиняючись у залізі в значних кількостях, переходить у нього із чавуну і залізного лому. При продувці конвертора фосфор окиснюється і уже на початку процесу переходить у шлак:

2P + 5FeO + 3CaO = Ca₃(PO₄)₂ + 5 Fe

IV стадія: десульфуризація

Сульфур необмежено розчиняється у рідкому і обмежено у твердому залізі, обумовлюючи при цьому червоноломкість виплавленої сталі. Десульфуризація металу відбувається впродовж всієї продувки сталі за рахунок переходу сульфуру із металу в шлак у відповідності до реакції:

FeS + CaO = CaS + FeO

V стадія: окиснення карбону

Ця стадія є основною реакцією при плавці сталі, так як знижує вміст карбону до межі, за якою чавун перетворюється у сталь. Окиснення починається з моменту подачі диоксигену до конвертора і відбувається за рахунок диоксигену розчиненого в металі і в шлаці:

C + O₂ = CO

C + FeO = Fe + CO

Інтенсивний барботаж газу СО крізь розплав металу називають «закипанням» сталі.

VI стадія: утворення шлаків

Шлак в процесі плавки утворюється в результаті взаємодії основних, кислотних і амфотерних оксидів у складі металічної шихти:

MeO + EO_n = MeO·EO

Відновлювальний період

В киснево-конверторному методі відновлювальний період відокремлений просторово від окиснювального і відбувається в ковші:

Mn + FeO = MnO + Fe

Si + 2FeO = SiO₂ + 2Fe

2Al + 3FeO = Al₂O₃ + 3 Fe

Оксиди, які є продуктами реакції, переходять у шлак.

За звичай процес розкислення сталі поєднується з введенням в неї легуючих добавок в вигляді феросплавів, що містять W, Mo, Cr, Ni, Co.

Апаратурне оформлення процесів сталеваріння

Киснево-конверторний метод

Кисневий конвертор – реактор періодичної дії. Це пристрій, що повертається на цапфах у вертикальній площині. Має грушевидну форму з горловиною для заливки чавуну, завалки твердих компонентів шихти і відводу газу. Через горловину до конвертора вводиться фурма для подачі диоксигену і відбувається виливання сталі і шлаків. Зсередини конвертор футерований вогнетривким матеріалом (рис. 13.7)

Рис. 13. 7. Кисневий конвертор для виплавки сталі:

1 – фурма, 2 – механізм підйому фурми, 3 – механізм для поворотуконвертора, 4 – шлак, 5 – метал, 6 – пристрій для охолодження фурми.

Переваги методу: висока продуктивність апарата, низькі капітальні затрати, низька собівартість, бо відсутні затрати на паливо, простота автоматизації, отримання сталі без розчиненого в ній динітрогену, можливість завантаження твердої сировини.