Используя изложенные законы, про­цессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов

Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. На этом этапе температура металла невысока; ин­тенсивно происходят окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей Si, P, Мп по реакциям

Fe + 1/2О ₂ = Fe O + Q

2FeO + Si = SiO₂ + 2Fe + Qi кДж

5FeO + 2P = P₂0₅ + 5Fe + Q₂

FeO + Mn = MnO + Fe + Q₃ кДж

Наиболее важная задача этого процесса - удаление фосфора (одной из вредных примесей в стали). Для этого необходимо проведение плавки в основной печи, в ко­торой можно использовать основной шлак, содержащий СаО. Такой шлак дол­жен обладать способностью поглощать из металла и удерживать фосфор и серу.

2[Р] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4СаО • P₂O₅)+5[Fe].

Для удаления фосфора из металла необходимы невысокие температуры ван­ны металла и шлака. И для удаления фосфора из металла необходимо достаточное со-, держание в шлаке FeO, т. е. шлак должен обладать высокой окислительной способ­ностью - передавать кислород металлу, находящемуся с ним в контакте. Для повышения содержания FeO в шлаке в сталеплавиль­ную ванну в этот период плавки добавля­ют окалину, железную руду, наводя желе­зистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак содержание фосфора в шлаке возрастает. В соответствии с зако­ном распределения удаление фосфора из металла замедляется. Поэтому для более полного удаления фосфора из металла с его зеркала убирают шлак, содержащий фосфор, и наводят новый со свежими до­бавками СаО.

Второй этап - "кипение" металличе­ской ванны - начинается по мере ее про­грева до более высоких, чем на первом этапе, температур. При повышении темпе­ратуры металла в соответствии с принци­пом Ле Шателье более интенсивно проте­кает реакция

FeO + С = CO + Fe - Q₄ кДж.

окисления углерода, про­исходящая с поглощением теплоты

Образующийся в металле оксид железа реагирует с углеродом а пузырьки оксида углерода СО выделяются из жидкого металла, вызывая "кипение"

ванны. При "кипении" уменьшается со­держание углерода в металле до требуемо­го, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметалличе­ские включения, прилипающие к всплы­вающим пузырькам СО, а также газы, проникающие в пузырьки СО. Все это способствует повышению качества метал­ла. Поэтому этап "кипения" ванны являет­ся основным в процессе выплавки стали.

В этот же период создаются условия для удаления серы из металла. Сера в ста­ли находится в виде сульфида [FeS], кото­рый растворяется также в основном шлаке (FeS). Чем выше температура, тем боль­шее количество FeS растворяется в шлаке, т.е. больше серы переходит из металла в шлак. Сульфид железа, растворенный в шлаке, взаимодействует с оксидом каль­ция, также растворенным в шлаке:

(FeS) + (СаО) = (CaS) + (FeO). (7)

Эта же реакция протекает на границе металл - шлак между сульфидом железа в стали [FeS] и (СаО) в шлаке:

[FeS] + (СаО) = (CaS) + (FeO). (8)

Образующееся соединение (CaS) растворимо в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап (завершающий) - раскисление стали - заключается в восстановле­нии оксида железа, растворенного в жид­ком металле. При плавке повышение со­держания кислорода в металле необходи­мо для окисления примесей, но в готовой стали кислород - вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Сталь раскисляют двумя способами:

· оса­ждающим

· диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществ­ляют введением в жидкую сталь раство­римых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы Mn, Si, A1 и др. В результате раскиления восстанавливается железо и образуются оксиды MnO, SiO₂, A1₂O₃ и которые имеют меньшую плотность чем сталь, и удаляются в шлак. Од­нако часть их может остаться в стали, что понижает ее свойства.

Диффузионное раскисление осуществ­ляют раскислением шлака. Ферромарга­нец, ферросилиций и другие раскислители в мелкоразмельченном виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восста­навливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. В соответствии с законом распределения оксид железа, рас­творенный в стали, начнет переходить в шлак. Образующиеся при таком способе раскисления оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, что уменьшает содержание в ней неметаллических включений и повышает ее качество.