«Metallurgiya»kafedrasi «Po’lat ishlab chiqarish texnologiyasi»

1.2 Elektr pechlarda po’lat ishlab chiqarish jarayonining nazariyasi

Ma’lumki, elektr yoy va induksion pechlarda olingan po’latlarda oz bo’lsa – da N₂, O₂, H₂ gazlar hamda metallmas qo’shimchalar bo’ladi. Ular metallning mexanik xossalarini pasaytiradi. Shu sababli yuqori sifatli po’latlar olishda metallni ana shu qo’shimchalardan tozalash muhim ahamiytga ega. Amalda po’latlarga qo’yilgan talablarga ko’ra ularni vacuum kamerada inert gazlar va sintetik shlak yordamida tozalanadi.
Po’latlarni vakum kamerada tozalash. Bu usul bosim kamayishi bilan metallda erigan gazlarning keskin kamayishiga asoslangan. Bunda avval kameradagi havo 0,267 – 0,667 kPa bosimgacha so’rib olinadi, so’ngra kameraga kovshli metall kiritilib, 10 – 15 minut u yerda saqlanadi. Bunda metalldan pufakchalar tarzida ajralayotgan gazlar bilan birga metallmas qo’shimchalar ham ergashib chiqadi. Natijada gazlar miqdori 3 – 5 marta, metallmas qo’shimchalar
2 – 3 marta kamayib, po’latning puxtaligi va plastikligi ortadi. Po’latlarni inert gazlar yordamida tozalash. Qolipdagi suyuq metalldan birorta inert gaz, masalan argon gazi u qadar katta bo’lmagan bosim ostida o’tkaziladi. Natijada metall yaxshi aralashib gaz va metallmas qo’shimchalardan tozalanadi. Po’latlarni sintetik shlak bilan tozalash. Metallni kovshga chiqargunga qadar unga metall massasining 3 – 5 % miqdorida 700 ºC li shlak (55 % CaO, 40 % Al₂O₃, va oz miqdorda SiO₂, MnO, FeO) quyiladi. So’ngra uning ustiga pechdan po’lat quyiladi. Bunda po’lat shlak bilan tez aralashib kontakt yuzalar ortib shiddat bilan boruvchi reaksiyalar hisobiga gaz va metallmas qo’shimchalardan deyarli (50 – 70 %) tozalanadi.³
Po’lat asosiy konstruksion material bo’lib, u cho’yanga nisbatan puhta, plastik, yuqori oquvchanlikka ega va qoliplarini ravon to’ldiradi. Shuningdek yahshi payvandlanadi va kesib ishlanadi. Mashinasozlikda yuqorida qayd etilgan va etilmagan qator xossalarga ko’ra unga talab borgan sari ortib bormoqda. Hozirgi kunda po’latlar asosan konvertorlarga kislorod haydash yo’li bilan marten va elektr pechlarda ishlab chiqarilmoqda. Bunda cho’yan tarkibidagi S, Si, Mn, P elementlari oksidlanadi, oksidlar esa birikib shlak hosil qiladi. Bunda kimyoviy reaksiya tezligi qayta ishlanuvchi cho’yanlarning tarkibiga, boyitmasiyasiga va temperaturasiga bog’lik bo’ladi. Jadvalda misol sifatida qayta ishlanadigan cho’yanlardan kam uglerodli po’latlar olishda kimyoviy tarkibning o’zgarishi % hisobida keltirilgan.
Qayta ishlanadigan cho’yan va kam uglerodli po’lat, % 1-jadval.

Material	C	Si	Mn	P	S
Qayta ishlanadigan cho’yan Kam uglerodli po‘lat	4 – 4,4 0,14– 0,22	0,76– 1,26 0,12 – 0,3	1,75 gacha 0,4 – 0,65	0,15– 0,3 0,05	0,03–0,07 0,055

Ma’lumki, qayta ishlanadigan cho’yanlarda Fe miqdori 90% dan ortiq bo’ladi.Shuning uchun ularni eritishda pech muhitidagi kislorod bilan avvalo Fe reaksiyaga kirishadi.

[Fe] + 1/2 O₂ - [FeO] + Q (1)
Bunda kislorod hisobiga (pech temperaturasi pastligida Leshatelye prinsipiga ko’ra) oksidlanganda issiqlikni ko’proq ajratuvchi elementlar (Si, P, Mn) oksidlanadi.Pech temperaturasi ko’tarila borishi bilan oksidlanganda issiqlik yutuvchi elementlar oksidlanadi.
Jarayonning boshlang’ich davrida boruvchi reaksiyalarni shunday ifodalash mumkin:
[2FeO] + [Si] = [SiO₂) + 2[Fe] + Q (2)
5[FeO] + 2[P] = (P₂O₅) + 5[Fe] + Q (3)
(FeO) + [Mn] = (MnO) + [Fe] + Q (4)
Hosil bo’lgan oksidlar o’zaro birikib shlak hosil bo’la boshlaydi:
(MnO) + (SiO₂) → (MnO ×SiO₂)
[FeO] + (SiO₂) → (FeO ×SiO₂)
(P₂O₅) + [3FeO] → (FeO)₃ × P₂O₅.
Ko’pincha reaksiyalarni tezlatish maqsadida pechga ma'lum miqdorda temir rudasi kiritiladi yoki kislorod haydaladi.
Pech temperaturasi ko’tarilganda uglerod shiddatli oksidlana boshlaydi:
[FeO] + [C] = CO + [Fe] - Q kJ.
Pufak tarzida ajralayotgan uglerod (II) - oksid (CO) gazi metallni aralashtirib temperaturasini bir xil holga keltirish bilan birga uni zararli gazlardan (N₂, H₂, O₂) va metallmas materiallardan tozalaydi.
Shuni ta’kidlash kerakki, bir - biri bilan kontaktda bo’lib, o’zaro aralashmaydigan suyuqliklar (metall va shlak) da eriydigan komponent va birikmalar ayni temperaturada ikkala suyuqlikka ham ma'lum nisbatda taqsimlanadi. Demak, jarayon davomida shlak tarkibini o’zgartirsak metall tarkibi ham o’zgaradi.
Po’lat ishlab chiqarish jarayonini quyidagi davrlarga ajratish mumkin:
1) Shixtani suyultirish. Bu davrda avvalo Fe, so’ngra Si, P, Mn elementlari oksidlanadi va bu oksidlar birikib shlak hosil bo’ladi.
Shlakdagi (FeO)₃ · P₂O₅ birikmani bu sharoitda barqaror saqlash uchun ohaktosh qo’shiladi.
(FeO)₃· P₂O₅ + 4CaO = (CaO)₄· P₂O₅ + 3FeO + Q, (5)
Aks holda u parchalanib, fosfor uglerod bilan qaytarilib metallga o’tishi mumkin.
2) Uglerodning oksidlanishi. Metall vanna temperaturasining ko’tarilishi bilan uglerod shiddatli oksidlana boshlaydi:
[FeO] + [C] = CO + [Fe] - Q.
Bunda metallda erigan [FeS] shlakdagi (CaO) bilan reaksiyaga kirishib, CaS tarzida shlakka o’tadi:
[FeS] + (CaO) = ( CaS) + [FeO]. (6)
Demak, shlakda qancha kalsiy oksidi ko’p bo’lib, temir oksidi kam bo’lsa, metall oltingugurtdan yaxshiroq tozalanadi.
Temir oksididan temirning qaytarilishi. Po’lat ishlab chiqarishda kislorod cho’yandagi begona jinslarni oksidlash uchun zarur bo’lsa, po’latlarda esa kislorodning bo’lishi uning mexanik va texnologik xossalariga putur yetkazadi. Shuning uchun po’lat ishlab chiqarishda undagi temir oksidlardan Fe ni qaytarish muhim davr hisoblanadi. Buning uchun temirga nisbatan kislorodga yaqinrok bo’lgan birikmalar (ferromrganets, forrosilitsiy) va alyuminiy bo’laklari yoki ularning kukunlari vannaga ma'lum miqdorda kiritiladi:
[Mn] + [O] = (MnO) + Q;
[Si] + 2[O] = (SiO₂) + Q;
2[Al] + 3[O] = [Al₂O₃] + Q
Bunda hosil bo’layotgan oksidlar po’latda erimay, osongina n SiO₂ · mFeO · KMnO birikma hosil qilib shlakka o’tadi. Temir oksididan temirni qaytarilish darajasiga qarab quyidagi hillarga ajratish mumkin: to’la qaytarilgan, qaytarilmagan va chala qaytarilgan.
To’la qaytarilgan po’lat quymalarni olishda metall avvalo pechda ferromarganes bilan, keyin esa kovshda ferrosilitsiy va alyuminiy bilan qaytariladi.
Qaytarilmagan qaynaydigan po’lat quymalarni olish uchun esa po’lat avval pechda ferromarganes bilan chala qaytarilib, so’ngra qolipda uglerod hisobiga qaytariladi. Bunda metalldan ajralayotgan SO gazi aralashtirilayotganda u qaynaydi va ajralayotgan gaz pufakchalarining ko’pi quymada qoladi, kiritish bo’shligi bo’lmaydi. Bunday quymalarning sifati qaynamaydigan po’lat quymalardan pastrok bo’ladi. Chala qaytarilgan po’latlar ferromarganes va qisman ferrosilitsiy, ba'zan alyuminiy bilangina qaytariladi, shu sababli ular chala qaytarilgan po’latlar deyiladi. Ishlab chiqarilayotgan quymalarning 55 % to’la qaytarilgan, 40 % qaytarilmagan, qolgan 5 % igina chala qaytarilgan po’latlarga to’g’ri keladi.
Legirlangan po’latlar olish uchun, suyuq metall vannasiga ma'lum miqdorda toza legirlovchi metallar yoki ularning ferroqotishmalari (masalan, ferrohrom, ferrotitan) qo’shiladi. Bunda pechga Fe ga qaraganda kislorodga yaqin bo’lgan elementlar (masalan, Si, Mn, Al, Cr, V, Ti va boshqalar) esa metall tarkibidagi FeO dan Fe qaytarilgach yoki qaytaruvchilar bilan bir vaqtda kiritiladi.
Sanoatda ishlab chiqarilayotgan po’latlarning 16 – 18 % ini legirlangan po’latlar tashkil qiladi. Uglerodli va legirlangan po’latlarning 1500 dan ortiq markasi bor.