Сталь получают из чего: Сталь из чугуна | Металлургический портал MetalSpace.ru

by Posted on

Содержание

Производство стали – технология, оборудование, этапы

Производство стали сегодня осуществляется в основном из отработанных стальных изделий и передельного чугуна. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, последнего в котором содержится от 0,1 до 2,14%. Превышение содержания углерода в сплаве приведет к тому, что он станет слишком хрупким. Суть процесса производства стали, в составе которой содержится гораздо меньшее количество углерода и примесей, по сравнению с чугуном, состоит в том, чтобы в процессе плавки перевести эти примеси в шлак и газы, подвергнуть их принудительному окислению.

Процесс производства стали

Особенности процесса

Производство стали, осуществляемое в сталеплавильных печах, предполагает взаимодействие железа с кислородом, в процессе которого металл окисляется. Окислению также подвергаются углерод, фосфор, кремний и марганец, содержащиеся в передельном чугуне. Окисление данных примесей происходит за счет того, что оксид железа, образующийся в расплавленной ванне металла, отдает кислород более активным примесям, тем самым окисляя их.

Производство стали предполагает прохождение трех стадий, каждая из которых имеет свое значение. Рассмотрим их подробнее.

Расплавление породы

На данном этапе расплавляется шихта и формируется ванна из расплавленного металла, в которой железо, окисляясь, окисляет примеси, содержащиеся в чугуне (фосфор, кремний, марганец). В процессе этого этапа производства из сплава необходимо удалить фосфор, что достигается за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция. При соблюдении таких условий производства фосфорный ангидрид (Р2О5) создает с оксидом железа (FeO) неустойчивое соединение, которое при взаимодействии с более сильным основанием — оксидом кальция (CaO) — распадается, и фосфорный ангидрид превращается в шлак.

Чтобы производство стали сопровождалось удалением из ванны расплавленного металла фосфора, необходима не слишком высокая температура и содержание в шлаке оксида железа. Чтобы удовлетворить эти требования, в расплав добавляют окалину и железную руду, которые и формируют в ванне расплавленного металла железистый шлак. Содержащий высокое количество фосфора шлак, формирующийся на поверхности ванны расплавленного металла, удаляется, а вместо него в расплав добавляются новые порции оксида кальция.

Кипение ванны расплавленного металла

Дальнейший процесс производства стали сопровождается кипением ванны расплавленного металла. Такой процесс активизируется с повышением температуры. Он сопровождается интенсивным окислением углерода, происходящим при поглощении тепла.

Процесс производства стали в электропечах

Производство стали невозможно без окисления излишков углерода, такой процесс запускают при помощи добавления в ванну расплавленного металла окалины или вдувания в нее чистого кислорода. Углерод, взаимодействуя с оксидом железа, выделяет пузырьки оксида углерода, что создает эффект кипения ванны, в процессе которого в ней снижается количество углерода, а температура стабилизируется. Кроме того, к всплывающим пузырькам оксида углерода прилипают неметаллические примеси, что способствует уменьшению их количества в расплавленном металле и приводит к значительному улучшению его качества.

На данной стадии производства из сплава также удаляется сера, присутствующая в нем в форме сульфида железа (FeS). При повышении температуры шлака сульфид железа растворяется в нем и вступает в реакцию с оксидом кальция (CaO). В результате такого взаимодействия образовывается соединение CaS, которое растворяется в шлаке, но раствориться в железе не может.

Раскисление металла

Добавление в расплавленный металл кислорода способствует не только удалению из него вредных примесей, но и увеличению содержания данного элемента в стали, что приводит к ухудшению ее качественных характеристик.

Чтобы уменьшить количество кислорода в сплаве, выплавка стали предполагает осуществление процесса раскисления, который может выполняться диффузионным и осаждающим методом.

Диффузионное раскисление предполагает введение в шлак расплавленного металла ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Такие добавки, восстанавливая оксид железа, снижают его количество в шлаке. В результате растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак, распадается в нем, высвобождая железо, которое возвращается в расплав, а высвобожденные оксиды остаются в шлаке.

Производство стали с осаждающим раскислением осуществляется путем введения в расплав ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Благодаря наличию в своем составе веществ, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, такие элементы образуют соединения с кислородом, который, отличаясь невысокой плотностью, выводится в шлак.

Производство стали в мартеновских печах

Регулируя уровень раскисления, можно получать кипящую сталь, которая не полностью раскислена в процессе плавки. Окончательное раскисление такой стали происходит при затвердевании слитка в изложнице, где в кристаллизующемся металле продолжается взаимодействие углерода и оксида железа. Оксид углерода, который образуется в результате такого взаимодействия, выводится из стали в виде пузырьков, также содержащих азот и водород. Полученная таким образом кипящая сталь, содержит незначительное количество металлических включений, что придает ей высокую пластичность.

Производство сталей может быть направлено на получение материалов следующего типа:

  • спокойных, которые получаются, если в ковше и печи процесс раскисления полностью завершен;
  • полуспокойных, которые по степени раскисления находятся между спокойными и кипящими сталями; именно такие стали раскисляются и в ковше, и в изложнице, где в них продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Если производство стали предполагает введение в расплав чистых металлов или ферросплавов, то в результате получаются легированные сплавы железа с углеродом. Если в стали данной категории необходимо добавить элементы, которые имеют меньшее сродство к кислороду, чем железо (кобальт, никель, медь, молибден), то их вводят в процессе плавки, не опасаясь за то, что они окислятся. Если же легирующие элементы, которые необходимо добавить в сталь, имеют большее сродство к кислороду, чем железо (марганец, кремний, хром, алюминий, титан, ванадий), то их вводят в металл уже после его полного раскисления (на окончательном этапе плавки или в ковш).

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

  • системы обеспечения аргоном;
  • сосуды конверторов и их несущие кольца;
  • оборудование для фильтрации пыли;
  • система для удаления конверторного газа.

Участок электропечей:

  • печи индукционного типа;
  • дуговые печи;
  • емкости, с помощью которых выполняется загрузка;
  • участок складирования металлического лома;
  • преобразователи, предназначенные для обеспечения индукционного нагревания.

Участок вторичной металлургии, на котором осуществляется:

  • очищение стали от серы;
  • гомогенизация стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • создание вакуумной среды.

Кипящая сталь

Участок для реализации ковшовой технологии:

  • LF-оборудование;
  • SL-оборудование.

Ковшовое хозяйство, обеспечивающее производство стали, также включает в себя:

  • крышки ковшей;
  • ковши литейного и разливочного типа;
  • шиберные затворы.

Производство стали также предполагает наличие оборудования для непрерывной разливки стали. К такому оборудованию относится:

  • поворотная станина для манипуляций с разливочными ковшами;
  • оборудование для осуществления непрерывной разливки;
  • вагонетки, на которых транспортируются промежуточные ковши;
  • лотки и сосуды, предназначенные для аварийных ситуаций;
  • промежуточные ковши и площадки для складирования;
  • пробочный механизм;
  • мобильные мешалки для чугуна;
  • оборудование для обеспечения охлаждения;
  • участки, на которых выполняется непрерывная разливка;
  • внутренние транспортные средства рельсового типа.
Производство стали и изготовление из нее изделий представляет собой сложный процесс, сочетающий в себе химические и технологические принципы, целый перечень специализированных операций, которые используются для получения качественного металла и различных изделий из него.

Производство стали: способы, технология и сырье

Сталь – это прочный материал и основной конструкционный материал для машиностроения. Он представляет сплав железа с углеродом, содержание которого в структуре составляет 0,01–2,14%. В состав также входят в незначительных количествах кремний, марганец и сера. Этот материал обладает исключительными механическими свойствами: твердостью и ковкостью, благодаря им он считается основным конструкционным материалом в машиностроении. Трудно представить, что могло бы заменить материал. Но активное развитие производство стали и других металлов. Из стали изготавливаются самые разнообразные изделия – от канцелярских скрепок до станин многотонных прессов и обшивки корпусов морских судов.

Процесс производства

Производится сталь плавкой. Исходным сырьем служат чугун, лом самой стали или чугуна, окатыши, флюсы и ферросплавы.

Сам чугун по природе – недостаточно твердый и хрупкий материал, поэтому имеет ограниченное применение.

Однако, он незаменим в качестве сырья для получения стали. Суть плавки состоит, в случае применения передельного чугуна, в снижении процентного содержания углерода в нем до требуемого уровня.

Выводятся не предусмотренные в конечной рецептуре примеси. Традиционный состав шихты представляет 55% чугуна и 45% стального лома (скрапа). Существует также рудный процесс, когда к компонентам добавляется рудный материал или скрап-процесс для переработки отходов машиностроительного производства.

Чтобы в процессе плавки примеси и углерод легче выводился из состава компонентов, они переводятся в газы и шлак. В первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом железо окисляется, образуя закись железа FeO.

Одновременно окисляются C, Si, Mn и P, при этом происходит отдача кислорода оксидом железа химически активным примесям. К массе шихты добавляют флюс для лучшего растворения металла: известняк или известь, боксит. В качестве топлива используют каменноугольную пыль, жидкий мазут, природный или коксовый газ.

Особенности процесса

Процесс производства стали происходит последовательно в три этапа.

Первый этап – расплавление породы. На этапе его проведения формируется расплав в ванне и окисляется металл, отдавая одновременно кислород кремнию, фосфору и марганцу.

Одна и главных задач этого этапа – удаление фосфора. Для ее осуществления требуется сравнительно невысокая температура и присутствие в достаточном количестве FeO. При взаимодействии ингредиентов фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 + P2O5.

Присутствие в шлаке более стойкого основания СаО вызывает замещение FeO. В результате оно связывает фосфорный ангидрит в другое соединение (CaO)4 х P2O5 + 4 Fe, чего и требовалось добиться.

Чистый Fe высвободился в расплаве, а фосфор образовал шлак, который удаляется с зеркала металла и утилизируется за ненадобностью. Поскольку фосфорный ангидрид преобразует состав шлака, процесс должен идти непрерывно.

Поэтому FeO должен непрерывно пополняться за счет загрузки новых партий железной руды и окалины, наводящих в расплаве железистый шлак.

Особенности второго этапа

Технология производства стали на втором этапе называется кипением стали. Основное назначение заключается в процентном снижении содержания углерода за счет окисления. FeO + C = CO + Fe.

Реакция окисления происходит более интенсивно при кипении и сопровождается поглощением тепла. Поэтому необходимо создавать постоянный приток тепла в ванну, а также для выравнивания температуры в расплаве.

При такой реакции окисления интенсивно выделяется газ оксида углерода CO, что вызывает бурное кипение в жидком агрегатном состоянии, по этой причине процесс называют кипением. Чтобы излишки углерода интенсивнее преобразовывались в окись, производство качественной стали предусматривает вдувание чистого кислорода и добавление в расплавленную структуру окалины. Поэтому таким важным является качество сырья для производства стали. Все исходные материалы проходят щепетильную проверку.

Немаловажным на этом этапе является вывод серы, благодаря чему повышается качество конечной стали. Используемая в компонентах сера, присутствует не в прямом виде, а в форме сульфида железа FeS.

При высоких температурах компонент также взаимодействует с оксидом СаО, образуя сульфид кальция CaS, который растворяется в шлаке, не соединяясь с железом. Это позволяет беспрепятственно выводить сульфид за пределы ванны.

Конвертерное производство стали

Раскисление

Третий этап – раскисление металла. После добавления кислорода (на предыдущем этапе) требуется снизить его содержание в чистой стали. Использованием О2 удалось добиться окисления примесей, но его остаточное присутствие в конечном продукте снижает качественные характеристики металла. Требуется удалить или преобразовать окислы FeO, связав кислород с другими металлами.

Для этого существуют два метода раскисления:

  • диффузионное;
  • осаждающее.

При диффузионном методе в расплавленный состав вводят добавки: алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Они восстанавливают оксид железа и переводит в шлак. В шлаке оксид распадается и высвобождает чистое железо, которое поступает в расплав. Второй высвободившийся элемент – кислород улетучивается в окружающую среду.

Осаждающий метод предусматривает введение добавок, имеющих большее сродство с кислородом, чем Fe. Происходит замещение этими веществами железа в окисле. Они, как менее плотные, всплывают и выводятся вместе со шлаком.

Процесс раскисления продолжается при затвердевании слитка, в кристаллической структуре которого оксид железа и углерод взаимодействуют. В результате чего вместе с пузырьками азота, водорода он выводится.

Чем больше при раскислении выводится включений различных металлов, тем выше ковкость получаемой стали. Для проверки раскаленный кусок металла подвергают ковке, на нем не должны образовываться трещины. Такая проверка пробы говорит о правильном проведении процесса раскисления.

В зависимости от степени раскисления специалисты могут получить:

  • спокойную сталь полного раскисления;
  • кипящую раскисленную не полностью сталь, когда процесс выведения пузырьков угарного газа СО продолжается в ковше и изложнице.

Для получения легированных сталей с добавками некоторых металлов в расплавленный металл добавляются ферросплавы или чистые металлы. Если они не окисляются (Ni, Co, Mo), то такие добавки могут вводиться на любом этапе плавки. Более чувствительные к окислению металлы Si, Mn, Cr, Ti добавляют в ковш или, что обычно и происходит, в форму для отливки металла.

Существуют основные способы получения стали в сталеплавлении.

Мартеновский способ

Этот способ применяется для производства сталей высокого качества, применяемых в особо ответственных деталях машинах и точных механизмах.

В свое время он заменил трудоемкие и малопроизводительные тигельную и пулдинговую плавки, применявшиеся ранее.

Емкость загрузки одной отражательной печи, используемой при этом методе, достигает 500 тонн. Особенностью мартеновского способа является возможность переплавки не только передельного чугуна, но и металлургических отходов, металлического лома.

Температура нагрева жидкой стали достигает 2 тыс. градусов. Этот результат достигается специальной конструкцией мартеновской печи:

  • применением дополнительного тепла регенераторов, получаемого сжиганием коксовального или доменного газа в струе горячего воздуха;
  • отражения от свода закачиваемого газа в результате сгорание топлива в нем происходит над ванной с металлом, что способствует быстрому нагреву содержимого;
  • применением реверсирования нагревающего потока.

Мартеновская печь состоит из следующих элементов:

  • рабочего пространства с огнеупорной футеровкой стенок и завалочными окнами;
  • подины (основания) из магнезитового кирпича;
  • свода печи;
  • головки печи;
  • шлаковика для выведения пыли;
  • регенератора с перекидными клапанами.

Процесс плавки занимает от 4 до 12 часов. С целью ускорения процесса плавки объем закачиваемого кислорода превышает потребности, что повышает производительность плавки на 20–30%.

Конвертерный метод

В конверторах выплавляют сорта стали для производства автомобильного листа, инструментальной стали сварных конструкций и других стальных заготовок. По качеству они уступают мартеновскими применяются для изготовления менее ответственных изделий.

В них содержится больше примесей, чем при мартеновском изготовлении. Благодаря высокому объему загрузки одной печи до 900 тонн, способ считается самым производительным, поэтому получил широкое распространение.

Производство стали и другого вида металла этим методом основано на продувке жидкого чугуна воздухом или кислородом под давлением 0,3–0,35 МПа, при этом металл разогревается до 1600 градусов. Плавка скоротечна и длится до 20 минут. За это время происходит окисление углерода, кремния и марганца, содержащихся в сырье, которые извлекаются из ванны с расплавом шлака.

Конвертер представляет сосуд ретортообразной (грушевидной) формы, состоящий из стальных листов с футеровкой изнутри. Для заливки чугуна и выпуска готовой стали используется одно отверстие, в него также загружается чугун и скрап.

Рождение стали

Особенности процесса

Вместе с ними загружаются шлакообразующие вещества: известь и бокситы. Корпус охвачен опорным кольцом, прикрепленным к поворотным цапфам. С их помощью сосуд наклоняется и через это отверстие – летку выливается готовая сталь. Нижняя продувка осуществляется через сквозные отверстия (фурмы), сделанные в днище печи.

Исторически повелось, что используемый везде способ называется томасовским, бессемеровским. В прошлом веке преобладающим стал мартеновский процесс. Нагрев регенератора осуществляется продувкой печных газов, после чего он нагревается холодный воздух, поступающий на расплав.

В современных конструкциях чаще применяют верхний способ, при котором продувка на огромной скорости осуществляется через опускаемые к поверхности металла сопла. В России преимущественно используется именно верхняя продувка печей.

Находясь под струей воздуха, чугун интенсивно окисляется в зоне контакта. Поскольку его концентрация значительно больше других примесей, преимущественно образуется оксид железа. Но он растворяется в шлаке. Поэтому металл обогащается выделяемым кислородом.

Окисляются C, Cr и Mn, снижая процентное содержание в структуре металла. Окисление сопровождается выделением тепла. Благодаря присутствию шлаков СаО и FeO до разогрева происходит выведение фосфора в самом начале продувки.

Шлак с ним сливается и наводится новый. Производство стали сопровождается экспресс-анализами и контролем текущих изменений приборами контроля, вмонтированных в печь. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,075%.

Кислородно-конвертерный способ получения стали

Производство стали сегодня осуществляется в основном этим способом. На долю кислородно-конверторного производства совсем недавно приходилось до 60% мирового производства стали.

Однако, этот процент снижается в связи с появлением электродуговых печей (ЭДП). Продувка печей осуществляется чистым кислородом (99,5%) под высоким давлением.

Продукт кислородно-конвертерной печи представляет сталь с заданными химическими свойствами. Она поступает в машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где материал застывает в форме блюма или плиты. Для получения определенных жестких параметров металл подвергается вторичной переработке.

Электросталеплавильный способ

Производство стали электрической плавкой обладает рядом неоспоримых преимуществ. Этот способ считается основным при выплавке высококачественных легированных сталей.

Достигаемая при этом высокая температура позволяет выплавлять стали, содержащие тугоплавкие металлы:

  • молибден;
  • вольфрам;
  • ванадий.

Высокое качество достигается практическим отсутствием в сталях фосфора, серы и кислорода. Этот способ также применяется для производства широкой номенклатуры строительных сталей.

Выделение тепла не связано с потреблением окислителя, а происходит в результате преобразования электрической энергии в тепловую. Она выделяется при прохождении электрической дуги или наведения вихревых токов. В зависимости от принципа работы печи подразделяются на электродуговые и индукционные.

Электродуговая печь способна принять одновременно от 3,5 до 270 тонн сырья:

  • жидкой стали из конвертеров;
  • скрапа;
  • железной руды.

Она имеет несколько электродов из графитосодержащего материала, к которым подводится электрическое напряжение. Время плавки составляет до 1,5 часа, при этом температура дуги достигает 6 тыс. градусов.

Особенности электроиндукционных печей

В электроиндукционных печах сталь выплавляют в небольших по объему (4,5–60 тонн) емкостях, именуемых огнеупорными тиглями. Вокруг тигля располагается индуктор, состоящий из большого количества витков провода.

При прохождении переменного тока внутри индуцируются вихревые токи большой силы, вызывающее плавление содержимого тигля. Электромагнитные силы одновременно перемешивают расплав стали. Продолжительность плавки в таких печах не превышает 45 мин.

Электросталеплавильный способ производит мало дыма, пыли и меньше излучает световой энергии. Однако, высокая стоимость электрооборудования при малой вместительности ограничивает применение этого способа.

Схема электросталеплавильной печи

Помимо рассмотренных вариантов, существуют не только основные способы производства стали. В современном сталеплавлении используется плавка в вакуумных индукционных печах и обогащение процентного содержания железа в окатышах плазменно-дуговым переплавом.

Виды получаемых сталей по химическому составу

Производимая этими методами сталь делится, в зависимости от химического состава, на две большие группы:

  • углеродистую;
  • легированную.

Процентное содержание элементов в углеродистой стали:

НаименованиеFeСSiMnSP
Содержание в процентахдо 99,00,05–2,00,15–0,350,3–0,8до 0,06до 0,07

В углеродистых сталях прочность недостаточно сочетается с пластичностью. Недостаток устраняется введением добавок других металлов, такая сталь называется легированной.

Согласно ГОСТ 5200 выделяют три группы легированных сталей с допустимым содержанием примесей:

  • низколегированная не более 2,5%;
  • среднелегированная в диапазоне 2,5–10%;
  • высоколегированная свыше 10%.

С каждым годом способы плавки усовершенствуются благодаря вводу в строй нового высокотехнологичного оборудования. Это позволяет получать в сталелитейной промышленности высококачественные стали с оптимальным содержанием добавок и металлов.

Видео по теме: Производство чугуна и стали

Сущность процесса производства стали

Сталь — это железоуглеродистый сплав, в котором содержится практически до 1,5% углерода, при большом его содержании увеличивается хрупкость и твёрдость стали, но они не широко применяются.

Предельный чугун и стальной лом являются основными исходными материалами для производства стали.

В стали малое содержание углерода, чем в чугуне.

При взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах железо окисляется:

2Fe+O2=2 FeO+Q

 

Вместе с железом также окисляются кремний, марганец, углерод и фосфор. Оксид железа при высокой температуре отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, а так же окисляет их.

В три этапа осуществляются процессы выплавки стали.

Первый этап. Нагрев ванны жидкого металла и расплавление шихты.

Температура металла не высокая, происходит процесс окисления железа примесей, образование оксида железа, а именно марганца, кремния и фосфора.

Самая важная задача этапа — это удаление фосфора. Для этого желательно провести плавку в основной печи. Должна быть не высокая температура ванны  и шлака.

Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты:

 

FeO+C=CO+Fe-Q

 

Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.

Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция:

 

FeS+CaO=CaS+Fe

 

Третий этап. Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.

Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.

Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов — раскислителей.

Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.

Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:

а) спокойные,

б) полуспокойные,

в) кипящие.

При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.

Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.

В различных по принципу действиях металлургических агрегатах, таких как мартеновских печах, электрических печах и кислородных конвертерах, чугун переделывается в сталь.

Мартеновский процесс в период 70-х годов 20 века являлся главным способом производства стали. Способ характеризуется не особо большой производительностью. Благодаря такому способу можно получить качественную сталь. Вместительность печи составляет приблизительно от 200 до 900 тонн.

По устройству и своему принципу мартеновская печь является пламенной отражательной регенативной печью. В ней находится плавительное пространство, которое сжигает разнообразное топливо или мазут. Для получения стали в расплавленном состоянии нужна высокая температура, благодаря ней обеспечивается регенерацией тепла печных газов. Время плавки составляет от 3 до 6 часов, для крупных печей больше — до 12 часов.

Существуют разновидности мартовского процесса, которые используют при расплавке в зависимость от самого состава шихты.

1. Скрап — процесс. Шихта состоит из стального лома и 25-45% чушкового предельного чугуна. Его применяют только на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

2. Скрап-рудный процесс. Шихта состоит из железной руды и 55-75% жидкого чугуна. Такой процесс применяют на металлургических заводах, которые имеют доменные печи.

Скрап — рудным процессом стали изготовлять большое количество в мартеновских печах с основной футеровкой. В таких печах выплавляют такие виды сталей как низко- и марганцовистые, конструктивные, углеродистые, но кроме высоколегированных.

В нашей стране в мартеновских печах выплавляют около 20% всей стали. В последние годы доля мартеновского способа производства стали сократилась из-за развития электросталеплавильного и кислородно-конвертного производств.

Получение стали в электрических печах, машиностроительных и металлургических заводов называется электросталеплавильное производство.

Получение стали в сталеплавильных агрегатах — конвертерах путём продувки жидкого чугуна кислородом или воздухом называется кислородно-конверторное производство.

Кислородный конвертер выглядит в виде сосуда грушевидной формы из стального листа, который футерованный основным кирпичом.

Тоннаж конвертера от 130 до 350 тонн жидкого чугуна. Во время процесса работы конвертера может поворачиваться на 360 градусов для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива шлака и стали.

Основные шихтовые материалы кислородно-конвертного процесса: стальной лом, известь для наведения шлака, жидкий предельный чугун, плавиковый шпат для разжижения шлака, железная руда и боксит.

Низколегированные стали, кипящие и спокойные, стали с разным содержанием углерода выплавляют в кислородных конвертерах. Конвертер для плавки ёмкостью от 130 до 300 тонн заканчивается примерно через 25-30 минут.

Более высокопроизводительным способом выплавки стали является именно кислородно-конвертерный процесс. Отсутствие топлива, меньшие затраты на строительство цехов и простота устройства конвертера — другие достоинства этого процесса.

Производство стали в электропечах. Такие печи, прежде всего, используют для выплавки высоколегированных, инструментальных, конструкционных, специальных сталей и сплавов.

Электропечи различают дуговые и индукционные.

Дуговая является более распространенным типом печей. В них проходит разряд между электродами через скрап. Поступление электрического тока происходит через трансформатор, который регулирует параметры и напряжение тока.

Выплавка в таких печах производятся высококачественные конструкционные сплавы и стали. Качество, сравнивая с конверторной и мартеновской, более высокое. Это проявляется её высокой чистотой по фосфору и сере, хорошей раскисляемостью.

Стоит учесть, что эта электросталь стоит дороже, чем конверторная или мартеновская.

Применяя кислород, повышается производительность на 15-25% и снижается расход электроэнергии более  10-15%.

Индукционная служит для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В частности используют индукционный тигельные печи, состоящие из представляющего собой медную водоохлаждаемую трубку, тигля и индуктора. В таких печах чаще всего выплавляют чугун, сталь, металлы, медь, алюминий, магний, сталь.

Преимущества индукционных печей заключается в том, что очень малый угар легкоокисляющихся элементов, таким образом можно выплавить сталь с очень низким содержанием углерода. В такой стали пониженное содержание азота и высокой чистоты по неметаллическим включениям. Индукционные печи высокопроизводительные и имеют высокий электрический КПД. Их недочёты заключают в том, что имеют маленькую вместительность, высокую стоимость электрооборудования и низкую стойкость основных тиглей.

Автор:

студентка Торезского колледжа ДонГУУ
Малеева Виолетта

 

Производство стали в России — технология, процесс и виды

Задача производства стали из чугуна – убрать излишний углерод и ввести в ряде случаев с целью получения конкретных видов сталей определенные легирующие элементы. Наиболее старым является предложенный Бессемером способ рафинирования стали в специальных грушевидных железных сосудах, так называемых конвертерах, выложенных изнутри кирпичом из кремнезема и вмещающих до 40-50 тонн чугуна. Конвертер может вращаться на горизонтальных цапфах при помощи зубчатых колес. Ко дну конвертера, в котором находится много мелких отверстий, приделана воздушная камера   для нагнетания воздуха. Конвертер переводят в горизонтальное состояние и заполняют расплавленным чугуном, после чего ставят в вертикальное положение, начинают дутье воздуха, что способствует эффективному выгоранию углерода. Весь процесс обезуглероживания длится 10-20 минут, после чего конвертер можно опорожнять, повернув его отверстием вниз.

Вместе с углеродом, причем перед ним, выгорают, превращаясь в шлаки, кремний и марганец.

Бессемеровским способом получают малоуглеродистые стали, содержащие менее 0,35 углерода. Если желают получить сталь с более высоким содержанием углерода, то либо заканчивают продувку воздухом раньше, пока еще не весь углерод выгорел, либо прибавляют в конвертер некоторое количество богатого углеродом чугуна и еще некоторое время продувают воздух для перемешивания.

Однако если чугун в заметных количествах содержит фосфор, то удалить его при стандартной обкладке конвертера не удается. В таких случаях обкладка конвертера делается из смеси оксидов магния и кальция, получаемых прокаливанием доломита MgCO3 * CaCO3 кроме того, к самому чугуну прибавляют 10 — 15% извести. Это так называемый томасовский способ получения стали. Образующаяся при сгорании фосфора пятиокись соединяется с известью, образуя шлаки.

Но бессемеровский и томасовский способы производства стали обладают рядом недостатков. Ввиду интенсивности окислительного процесса происходит значительный угар металла (выход годного 90%, а для малоуглеродистых сталей и того меньше). Получаемый металл сильно загрязнен шлаками.

Более современным является способ, предложенный инженером Мартеном (мартеновский способ), при котором переработку чугуна производят в регенеративных печах путем сжигания горючих газов над поверхностью расплава. В печи сплавляют чугун вместе с железным ломом и некоторым количеством руды. Выгорание происходит отчасти за счет кислорода воздуха, поступающего в печь вместе с горючими газами, отчасти за счет кислорода прибавленной руды.

Как и в двух предыдущих способах, можно применять как кислую обкладку из кремнезема, так и основную из извести. Добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции, можно получить сталь с любым содержанием углерода, обладающую более высокими качествами, чем по бессемеровскому и томасовскому способам.

Для получения стали с более воспроизводимым химическим составом используются также электрические печи. Источником тепла в этих печах служит электрическая энергия, вследствие чего процесс выплавки значительно упрощается и создаются благоприятные условия для регулирования режима печи. Наиболее распространены печи, в которых нагревание осуществляется при помощи электрической дуги, причем легко достигается температура 2000°С и выше. Сам процесс выплавки стали  в  электрической  печи  почти  не  отличается  от мартеновского, но благодаря возможности точно регулировать температуру печи и, следовательно, течение процесса, сталь получается более высокого качества.

Наконец, существуют варианты тигельной плавки, но они относятся к получению дорогих сортов специальных сталей, поэтому они только упоминаются.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: comments powered by HyperComments

Как получают чугун, сталь и железо. Кратко — Наука и Техника — Каталог статей

Сначала из железной руды получают чугун. Чугун выплавляют в особой печи, которая называется доменной печью, или попросту домной.

Дома — это громадная печь в виде башни, высотой обыкновенно 20-30 метров. Домну «задувают» (разжигают) только раз, а затем она работает беспрерывно в течение многих лет. В домну сверху загружают уголь и руду, а также известь и песок для удаления из руд вредных примесей. Снизу же в неё непрерывно вдувается чистый горячий воздух. Он нужен для горения угля.

При горении угля из руды выделяется железо, оно смешивается с остатками несгоревшего угля, и образуется чугун.

 

Расплавленный чугун стекает на дно домны. Когда его наберется много, то внизу домны пробивают отверстие, замазанное глиной. Из него расплавленный чугун струей, растекается по желобам и потом затвердевает.

 

На каждые 100 частей чугуна приходится 3—6 частей угля. Чугун очень тверд, но хрупок; при ударе он ломается. Из него отливают различные предметы.

 

В специальных печах из чугуна получают сталь и железо. Через расплавленный чугун продувают сильную струю воздуха. Часть угля при этом выгорает. Если на 100 частей осталось —2 части угля, то получается сталь.

 

Сталь очень тверда и ковка. Из стали делают машины, инструменты и рельсы.

 

Если в расплавленном чугуне выгорит почти весь уголь, то получается железо. Железо употребляется там, где нужен мягкий металл, например из него делают листы для покрытия крыш, для поделки ведер, тазов и других вещей.

 

Железо на воздухе ржавеет. Для предохранения от ржавчины железные изделия покрывают краской

 

или нержавеющими металлами — цинком, никелем и другими.

 

Сталь тоже ржавеет, и машины от этого скорее изнашиваются. Много усилий пришлось приложить, чтобы получить нержавеющую сталь. И ее получили. Открытие способа приготовления нержавеющей стали — большая победа советской науки и техники.

 

В царской России производство чугуна, стали и железа было очень незначительно. Теперь же в СССР строятся и задуваются новые домны. Советский Союз увеличил производство чугуна почти в четыре раза, а стали — больше, чем в четыре раза, и занимает теперь по производству чугуна второе, а по производству стали—третье место в мире.

История изобретения стали | Великие открытия человечества

Сталь — важнейший продукт металлургии железа, представляющий собой сплав железа с углеродом. Уже в VII веке до нашей эры кельты научились получать железо из железной руды. Руду нагревали в открытой печи, используя пламя древесного угля. В результате получался твердый чугун. Однако из-за высокого содержания углерода чугун был хрупкий и непригодный для ковки. Если уменьшить процентное содержание углерода до 2,14%, то получится твердый и крепкий сплав, которому можно придавать различные формы путем ковки и штамповки. Это и была сталь, из которой стали производить инструменты, все виды оружия и различные детали машин. Для снижения содержания углерода и прочих ненужных примесей чугун вновь нагревается до жидкого состояния и подвергается фришеванию. Качества стали улучшаются с добавлением легирующих элементов. Сплав железа (не менее 45%), углерода и легирующих элементов называют легированной сталью.

Но прежде, чем получить стальные изделия, следовало совершить множество трудоемких операций. Вначале из железной руды выплавляли чугун, который превращали в мягкое железо. Полученную железную крицу подвергали длительной проковке, в результате получали нужную стальную деталь, либо только заготовку, которую окончательно обрабатывали на металлорежущих станках. Изначально избыточное количество углерода удаляли из чугуна путем кричного передела. Процесс происходил в открытой печи (кричном горне). На горящий древесный уголь помещали чушки чугуна. Путем вдувания горячего воздуха очищали расплавленный чугун от излишнего углерода. Расплавленный металл собирался на поду горна. Происходило дополнительное удаление углерода путем окисления железистого шлака. Образовавшуюся кашицу (крицу) подвергали ковке для удаления шлака.

Кричный передел существовал с XIV века, в 1784 году английским металлургом Г. Кортом была предложена новая технология получения стали — пудлингование. Согласно этой технологии, чугун плавился в специальной пудлинговой печи без контакта с топливом. Пудлинговая печь позволила заменить дорогостоящий древесный уголь на менее дорогой — каменный. Расплавленный чугун доводили до тестообразного состояния. С целью увеличения доступа кислорода расплавленную массу перемешивали металлическими штангами. Дальше тестообразную крицу проковывали. Правда, процесс получения стали таким методом был трудоемким, медленным и дорогим.

Бессемеровский способ производства стали

Бессемер усовершенствовал этот процесс и в 1856 году продемонстрировал конвертер, предназначенный для получения жидкой стали. Выходящий из доменной печи чугун поступал в конвертер — резервуар, на дне которого имелись отверстия для подачи воздуха. Благодаря подвижным опорам конвертер можно было свободно перемещать из горизонтального положения в вертикальное, когда он будет наполнен. Кислород воздуха, вдуваемый через нижние отверстия, соединяется с углеродом, выделяемым при нагревании из чугуна. Когда процесс закончен, конвертер занимает горизонтальное положение и в нем образуется железо, в которое добавляют примеси. Получается сталь, содержащая низкий процент кислорода. Весь процесс занимал мало времени, за 20 минут получалось столько же стали, сколько бы пудлинговая печь выдала за целый день.

Мартеновский способ производства стали

В 1864 году был изобретен мартеновский способ выплавки стали, основанный на сходном принципе. Оба способа получили широкое распространение и позволили получать сталь в неограниченных количествах. Однако они не позволяли получить руду высокого качества из руды, которая содержала фосфор и серу. В 1878 году С. Томас решил эту проблему, добавив в конвертер 10-15% извести. Образовывающиеся шлаки удерживали фосфор и он выгорал с другими ненужными примесями. Полученная сталь была очень высокого качества. Уже в первые несколько лет после применения бессемеровского и мартеновского способов получения высококачественной стали ее выпуск вырос во всем мире на 60%.

получение стали, процесс и способы. Технология получения стали

Стальные изделия даже на фоне активного распространения высокопрочных пластиков сохраняют свои позиции на рынке. Углеродистые сплавы с разными характеристиками используются в приборо- и автомобилестроении, строительстве и на производствах. Уникальное сочетание упругости и прочности делает материал выгодным с точки зрения длительной эксплуатации. Соответственно, изделия служат дольше и дешевле обходятся в обслуживании. Но и это не все достоинства, которыми обладает сталь. Получение стали с применением современных технологий позволяет наделять структуру металла и дополнительными свойствами.

Общие сведения о технологиях производства

Главная задача технолога заключается в обеспечении процесса, при котором в заготовке уменьшается содержание углерода и всевозможных примесей, например серы и фосфора. Основой для заготовки выступает чугун. Стоит отметить, что печи для изготовления чугуна появились еще в средних веках, в то время как первое получение стали было реализовано только в 1885 г., и по сей день методы производства сплава развиваются и улучшаются. Различия в подходах к процессу преимущественно обусловлены способом окисления углерода.

В качестве исходного материала используется литейный чугун. Он может быть применен в твердом или расплавленном виде. Также могут применяться железосодержащие изделия, получение которых осуществлялось путем прямого восстановления. Практически все способы получения стали в том или ином виде также предусматривают процесс рафинирования от примесей. Например, конвертерная технология обеспечивает их выдувание кислородом.

Сфера применения

Низкоуглеродистые сплавы широко используются различными направлениями промышленности и производства.

По виду профиля классифицируют следующие группы выпускаемой продукции:

  • Плоский листовой прокат. Рифлёная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосовая, полосовая продукция.
  • Равнополочные, неравнополочные угловые профили.
  • Швеллеры.
  • Трубы, круглого, квадратного, прямоугольного сечения.
  • Тавры, двутавры. Балки двутавровые широкополочные, обыкновенные.
  • Профилированный металлический лист различной толщины.

Самый большой сегмент продукции составляет плоский листовой прокат, полосы. Холодной штамповкой получают высокопрочную проволоку, пружины, рессоры для машиностроения. Детали и заготовки легко свариваются, получили большое распространение в строительной отрасли производства, автомобилестроении. Из низкоуглеродистых сплавов изготавливают кузовные детали, оси, топливные баки, рамы сельскохозяйственных машин и многие другие детали, постоянно встречающиеся в повседневной жизни.

Конвертерный метод

При таком способе в качестве основы может применяться расплавленный чугун, а также примеси и отходы в виде руды, металлического лома и флюса. Сжатый воздух подается через технологические отверстия на подготовленную основу, способствуя выполнению химических реакций. Также в процессе участвует тепловое воздействие, при котором происходит окисление кислорода и примесей. Особое значение имеют и характеристики печного сооружения, в котором обрабатывается сталь. Получение стали может происходить в агрегатах с разной футеровкой – наиболее распространены способы защиты конструкций огнеупорным кирпичом и доломитовой массой. По типу футеровки конвертерный метод подразделяется также на два других способа: томасовский и бессемеровский.

Виды чугуна

Как видите, вопрос о том, как получить чугун в домне, относительно несложен. В конечном итоге, однако, из печи может выходить материал, немного отличающийся по химическому составу и физическим свойствам. Все чугуны в основном подразделяются на две разновидности: передельные (белые) и литейные (серые). Первый тип используется как сырье при производстве сталей. Литейный применяют для получения разного рода чугунных изделий, пользующихся на рынке неплохим спросом.

Томасовский способ

Особенностью данного метода является тщательная переработка чугуна, содержащего до 2 % фосфорных примесей. Что касается техники футеровки, то ее реализуют с применением оксидов кальция и магния. Благодаря этому решению шлакообразующие элементы наделяются избыточным количеством оксидов. Процесс фосфорного горения выступает одним из ключевых источников тепловой энергии в данном случае. К слову, сгорание 1 % фосфорного наполнения повышает температуру печи на 150 °C. Томасовские сплавы отличаются малым содержанием углерода и чаще всего применяются в качестве технического железа. В дальнейшем из него изготавливают проволоку, кровельное железо и т. п. Кроме того, получение стали (чугунов) может применяться для выработки фосфористого шлака с целью дальнейшего использования в качестве удобрения на почвах с повышенной кислотностью.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%).

Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Бессемеровский способ

Этот способ предполагает переработку основ, в которых содержится небольшое количество серы и фосфора. Но при этом отмечается и высокое содержание кремния – порядка 2 %. В процессе продувания в первую очередь происходит окисление кремния, что способствует интенсивному выделению тепла. В итоге температура в печи повышается до 1600 °C. Окисление железа происходит также интенсивно по мере сгорания углерода и кремния. При бессемеровском способе процесс получения стали предусматривает полный переход фосфора в сталь. Все реакции в печи идут быстро – в среднем 15 мин. Связано это с тем, что кислород, выдуваемый через чугунную основу, вступает в реакции с соответствующими веществами по всему объему. Готовая же сталь может содержать высокую концентрацию монооксида железа в растворенном виде. Данная особенность относится к минусам процесса, так как общее качество металла понижается. По этой причине технологи рекомендуют перед разливкой раскисливать сплавы при помощи специальных компонентов в виде ферромарганца, ферросилиция или алюминия.

Процесс агломерации

Собственно, как получают чугун, рассмотрим чуть ниже. Сейчас же поговорим о том, как подготавливается руда для его выплавки непосредственно на металлургических производствах.

Если для переплавки будет использован обычный дробленый материал, производительность доменной печи резко упадет. Дело в том, что такая шихта имеет низкую степень газопроницаемости. Поэтому перед загрузкой в домну руда в обязательном порядке проходит процесс агломерации.

Выполняется эта процедура в специализированных цехах металлургических комбинатов и представляет собой процесс спекания породы в куски определенного, наиболее подходящего для выплавки чугуна размера. Происходит слипание при высокой температуре, достаточной для легкого расплавления поверхности частиц шихты. В результате последние просто-напросто склеиваются друг с другом, образуя куски. При этом предварительно руда смешивается с углем. В результате горения последнего и достигается необходимая для получения кусков температура. Стимулируется процесс агломерации путем пропускания через слой руды с углем потоков воздуха (сверху вниз).

Для получения агломерата может использоваться не только руда. Иногда его делают также из небольших кусков железа. Его сплав с каким веществом позволяет получить чугун, будет рассмотрено ниже. Конечно же, для производства этого металла используется не железо в чушках. Переплавляют на чугун обычный металлолом.

Получение в мартеновских печах

Если в случае с конвертерным способом изготовления металла предусматривается обеспечение выжига воздушным кислородом, то мартеновский способ требует включения в технологический процесс железных руд и ржавого лома. Из этих материалов образуется кислород оксида железа, который также способствует выгоранию углерода. Сама же печь включает в основу конструкции плавильную ванну, которая закрывается жаропрочной кирпичной стенкой. Также предусматривается несколько камер регенераторов, обеспечивающих предварительный прогрев воздушной массы и газа. Регенерирующие блоки оснащаются специальными насадками, выполненными из огнестойкого кирпича.

Как и конвертеры, мартеновские плавильники функционируют периодически. По мере закладки новых партий шихты, то есть чугунной основы, поэтапно производится и сталь. Получение стали происходит медленно, так как переработка чугуна занимает около 7 ч. Но зато мартены позволяют регулировать химические свойства сплава путем внесения железных добавок в разных пропорциях – для этого используются руда и лом. На завершающей стадии формирования металла работа печи останавливается, шлак сливают, после чего добавляется раскислитель. Кстати, в такой печи можно получать и легированные стали.

Ковкий

Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур.

Предлагаем ознакомиться: Почему дымит печь в доме или бане и что делать в этой ситуации » Сделай камин

В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.

Электротермический способ

На сегодняшний день электротермическое получение сталей считается наиболее эффективным. Так, по сравнению с мартеновскими печами и конвертером данная методика обеспечивает возможность более точного контроля качества стали – в том числе за счет регуляции химического состава. Отдельного внимания заслуживает и взаимодействие печных камер с воздушной средой. Электротермическая технология получения стали предусматривает минимальный доступ к воздуху, обуславливая уже другие преимущества. Например, это позволяет минимизировать скопления монооксида железа и посторонних частиц в сплаве, а также обеспечивать более эффективное выгорание фосфора и серы.

Высокий температурный режим на уровне 1650 °C дает возможность выполнять плавку проблемных шлаков, которые требуют термического воздействия на повышенных мощностях. Также в электропечах можно осуществлять легирование стали за счет тугоплавких металлов, среди которых вольфрам и молибден. Однако есть и серьезный недостаток у данного метода получения сталей. Используемые печи требуют больших объемов энергии, что делает этот процесс самым дорогим.

Разновидности

Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.

Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.

Зависимость свойств металла от элементной базы

Эксплуатационные качества стали определяются набором химических элементов, которыми был наделен сплав в ходе изготовления. Одним из ключевых компонентов, благодаря которым данный металл обретает свои основные свойства в виде твердости и прочности, является углерод. Чем он выше, тем надежнее сталь. Марганец с кремнием особого влияния на качества материала не оказывают, но их использование необходимо в изготовлении некоторых марок стали для выполнения процесса раскисления. Негативное же воздействие на формирование изделия оказывают сера и фосфор. В зависимости от того, по какой технике выполнялось получение, состав стали может иметь разные концентрации данных элементов. В любом случае сера повышает ломкость металла, а также уменьшает свойства прочности и пластичности. Фосфор, в свою очередь, наделяет сталь хладноломкостью, которая в процессе эксплуатации может быть выражена хрупкостью.

Достоинства и недостатки

Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.

К достоинствам чугуна относятся такие факторы:

  • Иногда его даже сравнивают по характеристикам со сталью, ведь определенные его виды отличаются повышенной прочностью.
  • Длительное время сохраняет температуру: при нагревании тепло по нему распределяется равномерно и долгое время остается неизменным.
  • Является экологически чистым материалом, благодаря чему нередко используется при изготовлении посуды, в которой непосредственно будет готовиться пища.
  • Не реагирует на кислотно-щелочную среду.
  • Является долговечным материалом.
  • Чем дольше используется изделие из этого материала, тем лучше становится его качество.
  • Этот материал является абсолютно безвредным для организма человека.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

  • Может покрываться ржавчиной даже при непродолжительном нахождении в нем воды.
  • Является весьма дорогостоящим материалом, но несмотря на это, целиком оправдывает себя. Качество, практичность и надежность — вот основные признаки изделий, изготовленных из этого сплава.
  • Серый чугун характеризуется маленькой пластичностью.
  • Белый — весьма хрупок и идет чаще всего на переплавку.

Техники обработки сталей

Далеко не всегда процесс окончательного формирования структуры металла завершается после основного получения. В дальнейшем, с целью совершенствования характеристик изделия, могут применяться средства дополнительной обработки. К таким можно отнести деформационные методы в виде ковки, штамповки и вальцевания. Это помогает уже на этапе производства сформировать комплекс необходимых технических свойств, которыми будет обладать готовая сталь. Получение стали на выходе дает пластичную структуру, поэтому и технологии первичной переработки достаточно разнообразны. Так, помимо деформирования, могут применяться методы закалки, отжига и нормализации.

Серый

Это наиболее распространенная разновидность чугуна. Она нашла применение в разных областях народного хозяйства. В сером чугуне углерод представлен в виде перлита, графита или же феррито-перлита. В таком сплаве содержание углерода составляет порядка 2,5%. Как для чугуна, этот материал обладает высокой прочностью, поэтому его используют в производстве деталей, которые получают циклическую нагрузку. Из серого чугуна делают втулки, кронштейны, зубчатые шестеренки и корпуса промышленного оборудования.

Как производится сталь? — Официальный отдел новостей POSCO

Узнайте о процессе производства стали на заводах POSCO в Кванъян и Пхохан

На фото: сцена с одного из сталелитейных заводов POSCO

Сталь — один из самых распространенных и полезных металлов. Но знаете ли вы, как это делается на самом деле? Давайте заглянем за кулисы одного из ведущих мировых производителей стали, POSCO, чтобы узнать, как производится сталь.

На фото: Gwangyang Works — ведущий в мире завод с оптимальной компоновкой, специализирующийся на производстве автомобильной стали

Трехступенчатые процессы производства стали

Для облегчения понимания, сталь производится на 3 различных стадиях: производство чугуна , выплавка стали и прокатка (процессы непрерывной разливки).

1) Производство чугуна: процесс плавки железной руды в чугун.

Железная руда и уголь собираются со всего мира и выгружаются на док для сырья.

На фото: док, где собирают железную руду и уголь

Для надлежащего отвода тепла в доменной печи железо и уголь должны быть отверждены из порошкообразной формы. Процесс затвердевания чугуна и угля называется спеканием и коксованием соответственно.Предварительно обработанное железо и уголь укладываются слоями в доменной печи высотой 100 метров. Затем в печь вдувается горячий воздух с температурой 1200 градусов Цельсия, в результате чего уголь сгорает, превращая железную руду в расплавленное железо.

На фото: доменная печь высотой 100 м, где железная руда плавится в расплавленный чугун

2) Производство стали: процесс удаления примесей из чугуна для производства необработанной стали.

Расплавленный чугун, полученный в доменной печи, содержит различные примеси, снижающие его прочность и долговечность после того, как он затвердеет в сталь.Расплавленный чугун из доменной печи вывозится в торпедный вагон и заливается в конвертерную печь.

На фото: расплавленный чугун из доменной печи транспортируется в торпедную тележку для транспортировки в конвертерную печь

В конвертерную печь добавляют чистый кислород для сжигания таких веществ, как углерод, фосфор и сера, с образованием очищенной жидкой стали. На этом этапе температура и состав вещества точно регулируются в соответствии с различными требованиями заказчика.

На фото: жидкий чугун заливается в конвертерную печь для очистки

Заливка расплавленной стали в формы и охлаждение до твердого состояния создает полуфабрикат, называемый слябами , , которые используются для изготовления готовых стальных изделий.

На фото: жидкая сталь превращается в слябы

Цельнолитая сталь классифицируется по форме. Плиты бывают широкими и плоскими. Блюмы — прямоугольные стержни, а — заготовки — более тонкие квадратные стержни.

3) Прокатка: процесс формования под давлением сырой стали в различные готовые изделия.

Заключительный этап процесса выплавки стали включает в себя непрерывную разливку, при которой сталь выковывается в различные стальные изделия. В процессе прокатки сталь можно обрабатывать по-разному, чтобы использовать ее в различных целях.

На фото: слябы пропускаются между валками для превращения сырой стали в готовую продукцию

Для чего используется сталь?

Стальные изделия POSCO используются во всех сферах нашей повседневной жизни, от зданий до смартфонов и спутников в космосе.

Различные типы продуктов, которые могут быть созданы, включают:

1) Горячекатаный прокат

2) Холоднокатаный прокат

3) Сталь с покрытием

4) Пластины из электротехнической стали

5) Стальные пластины

6) Проволочные товары

7) Нержавеющая сталь

Читайте дальше, чтобы узнать больше о продукции из стали, которая нас окружает.

Горячекатаный прокат изготавливается из слябов, пропущенных через валки при температуре выше 1100 градусов Цельсия.Они используются для изготовления строительных материалов и труб в различных отраслях промышленности.

Холоднокатаный прокат , полученный путем утонения горячекатаного проката при комнатной температуре, используется в бытовых приборах, барабанах и рамах автомобилей.

Сталь с покрытием , полученная путем покрытия холоднокатаных изделий цинком, используется в бытовой технике, офисном оборудовании и экстерьере автомобилей.

Пластины из электротехнической стали , созданные путем добавления электрических свойств, используются в трансформаторах и двигателях.

Стальные листы , толстые и прямоугольные по форме, используются в больших конструкциях, таких как здания, суда и нефтепроводы.

Изделия из проволоки образуются при пропускании заготовок через рулон с круглым отверстием и используются для изготовления кордов автомобильных шин, проводов для мостов, струн для фортепиано, подводных кабелей и т. Д.

Когда к стали добавляют никель и хром, получается нержавеющая сталь , которая используется в кухонных приборах, медицинском оборудовании, наружных стенах и крышах зданий.

POSCO открывает эру новых, экологически чистых технологий

На фотографии: завод Pohang, основа и сердце корейской сталелитейной промышленности.

POSCO первой в мире применила более экономичный и экологичный метод выплавки стали по сравнению с доменной печью. Метод FINEX использует железную руду и уголь в их первоначальном виде, минуя процессы коксования и спекания.

Pohang Works внедряет инновации в технологии производства стали и является лидером в производстве высококачественной продукции. Он управляет современным научно-исследовательским центром и центром мониторинга производства, который контролирует производство 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Кроме того, существует Экологический центр, который отслеживает выбросы загрязняющих веществ в режиме реального времени.

Нажмите на видео ниже, чтобы увидеть полный процесс производства стали на заводах POSCO Gwangyang Works и Pohang Works, которые являются корнем и сердцем корейской сталелитейной промышленности.

Различные методы производства стали

Сталеплавильное производство процессов — это производство стали из железной руды или лома. Чугун хорошо известен как основной блок всех черных металлов, получаемый из очищенной железной руды в доменной печи с добавлением древесного угля, известняка и воздуха. Сталь можно получить, если дополнительно рафинировать чугун и добавить некоторое количество углерода. Если это сделать, кристаллическая структура металла изменится, тогда получится сталь.Это самый распространенный из когда-либо известных процессов выплавки стали.

Подробнее: Сырье, используемое при производстве чугуна и стали

Сегодня вы узнаете о различных методах производства стали и о том, как они выполняются.

Различные способы сталеплавильного производства

Существуют различные методы производства стали, в этой статье описаны три процесса.

Как объяснялось в предыдущей статье, сталь получают из железа, которое теряет некоторые примеси, такие как кремнезем, фосфор и сера.Эти примеси удаляются намеренно, поскольку они вызывают серьезную непрочность стали. Типы:

Мартеновский процесс

В процессе выплавки стали железная руда, чугун и известняк разливаются через верх мартеновской печи, которая затем нагревается примерно до 1600 ° F (871 ° C). После процесса нагрева руда и известняк образуют шлак, который легче железа, поэтому он плавает на верхней поверхности. Примеси, такие как окисленный углерод, всплывают из железа в шлак.После всего этого производится углеродистая сталь.

Подробнее: Кованое железо

посмотрите видео ниже, чтобы узнать о мартеновской печи для сталеплавильного процесса:

Бессемеровский процесс выплавки стали:

Второй процесс производства стали из чугуна — это бессемеровский процесс. Этот процесс выплавки стали также включает окисление примесей в передельном чугуне, которое достигается продувкой воздухом расплавленного чугуна в конвертере Бессемера, в этот момент теплота окисления повышает температуру и сохраняет чугун в расплавленном состоянии.

Подробнее: Понимание процесса плавки железной руды

Воздух играет важную роль, поскольку он вступает в реакцию с расплавленным чушковым чугуном и заставляет примеси из оксидов, угарный газ и другие примеси выгорать из шлака.

Основной процесс кислородной печи

кислородная печь — это еще один процесс выплавки стали. Его производственный процесс примерно в 10 раз быстрее, чем в мартеновской печи. Этот процесс выплавки стали достигается, когда кислород высокой чистоты продувается через расплавленный чугун, снижая уровни углерода, кремния, марганца и фосфора.Уровень серы и фосфора снижается за счет добавления химического чистящего средства, называемого «флюсы».

Подробнее: Что такое чугун? Его виды и применение

Добавление сплава в сталь помогает в создании различных свойств. Например, при производстве нержавеющей стали в сталь будет добавляться от 10 до 30% хрома. Это помогает стали сильно сопротивляться ржавчине. А для производства хромомолибденовой стали в сталь будут добавляться хром и молибден.Он известен как очень прочная и легкая сталь.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать об основном процессе выплавки стали в кислородной печи:

Подробнее: Металлы разные и их классификации

Вот и все для данной статьи, в которой рассматриваются три процесса выплавки стали. Я надеюсь, что вы многое почерпнули из этого поста, если да, любезно поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!

процессов — Jernkontoret

Двумя наиболее важными видами сырья для производства стали являются железная руда и металлолом .

Чугун

В доменной печи металлургического завода с футеровкой из керамической плитки восстановление железной руды до железа происходит путем удаления кислорода из минералов оксида железа путем восстановления углеродом и коксом. Так называемый передельный чугун доменной печи, помимо чугуна, также состоит на 4–5 процентов из углерода, а также из меньшего количества других веществ. Чугун в жидкой форме затем обычно поступает на сталелитейный завод для дальнейшей обработки.

В Швеции есть доменные печи на заводах SSAB в Лулео и Окселесунде.

Нерафинированная сталь

В Швеции есть два разных способа производства стали. Процессы различаются в зависимости от используемого сырья — чушковый чугун (из железной руды) или стальной лом .

Производство стали на основе руды

При рудном производстве сталь в основном производится из чугуна. Содержание углерода снижается за счет обезуглероживания кислородом в конвертере кислородного конвертера. Необходимая энергия для повышения температуры получается за счет реакций окисления, C в CO 2 и Si в SiO 2 , которые выделяют много тепла.Для охлаждения процесса в конвертер добавляют стальной скрап, составляющий около 20% от содержания в конвертере. Во время процесса образуется шлак из негазообразных продуктов реакции и добавленных шлакообразователей, например известь, образуется.

Металлургические заводы (также называемые интегрированными сталелитейными заводами) в Лулео и Окселесунде вместе обеспечивают около двух третей производства нерафинированной стали в Швеции.

Производство стали на основе лома

При производстве лома дуговые электропечи в основном используются для плавки стального лома — процесса, требующего электроэнергии.Удельное использование энергии (рассчитанное как кВтч на тонну произведенной стали) при использовании металлолома в качестве сырья составляет лишь одну пятую по сравнению с производством стали из руды.

В Швеции производство стали на основе лома осуществляется на десяти предприятиях, что составляет около одной трети производства нерафинированной стали в Швеции.
Подробнее о компаниях и заводах

Губка

Во многих частях света губчатое железо дополняет металлический лом в качестве основного материала при производстве стали.Губчатое железо получают путем удаления при более низких температурах кислорода из железной руды с помощью монооксида углерода и газообразного водорода, получаемого из природного газа.

В Швеции губчатое железо производится Höganäs AB в соответствии с технологией производства губчатого железа Höganäs. Производство обслуживает исключительно высококлассный железный порошок собственного производства компании.

Шлак

Шлак выполняет несколько важных функций в производственном процессе. Шлак — один из активных компонентов металлургических процессов.Это десульфаризирующий агент, который придает желаемые свойства стали. Состав, функция и количество шлака зависят от используемого сырья, процесса, в котором он используется, и от того, какой тип чугуна или стали производится.

В сталелитейной промышленности шлак также действует как изолирующий слой на расплаве стали в печи; это защищает расплав от контакта с воздухом и предотвращает потери энергии.

Шлак также используется для защиты футеровки (жаропрочной керамической плитки) конвертеров кислородно-конвертерных печей и электродуговых печей.

Содержание углерода

Строго говоря,

Сталь — это сплав, подходящий для формования металлов в твердом состоянии, с железом в качестве основного металла и углеродом в качестве наиболее распространенного легирующего элемента.

Содержание углерода имеет фундаментальное значение для свойств стали. С повышением содержания углерода прочность стали увеличивается, а ее вязкость (способность деформироваться без разрушения) и свариваемость снижаются. Однако для правильной формовки стали содержание углерода не должно превышать 2%.

Легированные стали

В процессе производства добавляются легирующие элементы, чтобы придать стали желаемые свойства.
Подробнее о легирующих элементах читайте в разделе «Сырье».

Легированная сталь относится к стали с фиксированными минимальными пределами для различных легирующих элементов. Легированные стали подразделяются на высоколегированную сталь и низколегированную сталь . Граница между этими двумя типами более или менее проходит там, где общее содержание сплава превышает примерно 5 процентов.

Примерами марок легированных сталей являются нержавеющая сталь, быстрорежущая сталь, инструментальные стали и подшипниковые стали. Около 60% производства стали в Швеции составляют легированные стали. Это существенно выше, чем в остальном мире. В остальной части ЕС, например, в США и Японии, легированные стали составляют лишь 10–15% от общего объема производства. В других частях мира эта доля еще ниже.

Нелегированная Сталь обычно относится к стали с более низким содержанием легирующих элементов, чем это требуется для легированной стали.

Подробнее об определениях легируемости стали (tullverket.se)

Ковшовая металлургия

Ковшовая металлургия — это обозначение тех процессов, которые происходят в сталеплавильной печи при рафинировании жидкой стали. В ковше или печи-ковше размещается:

  • Раскисление (герметизация)
  • Дальнейшая очистка стали, например вакуумная обработка.
  • Корректировка состава сплава
  • Установка температур, подходящих для литья.

Непрерывное литье или разливка слитков

Литье обычно происходит в виде непрерывно продвигающейся нити, которую после затвердевания разрезают на отрезки заданной длины, так называемой непрерывной разливки. Продукты непрерывной разливки представляют собой слябы, блюмы или заготовки в зависимости от размеров их поперечного сечения.

В Швеции относительно высокая доля отливок слитков, около 10 процентов. Если некоторые легированные стали по причинам качества не могут подвергаться непрерывной разливке или когда требуются большие размеры, все еще используется старый метод литья.Это происходит в изложнице. Продукт называется слитком, который затем необходимо прокатать или выковать в слябы, блюмы или заготовки.

Обработка

Наибольшую долю в производстве сталеплавильного завода составляет продукция, которая требует дальнейшей обработки и отделки. Обработка слитков и слябов осуществляется до достижения желаемой формы и свойств. Обычно это происходит посредством термообработки, то есть прокатки или ковки и, возможно, холодной обработки. Также изделия могут подвергаться различной отделке. E.грамм. различные термические обработки, правка и шлифование.

Прокатный

Горячая прокатка слитков чаще всего проходит в два этапа. Сначала слитки раскатываются в слябы, которые проходят контроль и поверхностную обработку (устранение дефектов поверхности). Соответствующая обработка поверхности происходит также и с плитами непрерывного литья. Слябы нагреваются и прокатываются в различные типы / формы продукции, такие как листы, полосы, пруток, профили, проволока или труба.

Иногда требуется дополнительная холодная прокатка (при комнатной температуре), например, при производстве тонкого листа.При прокатке проволоки, прутка или прутка используются прокатные станы с рифлеными роликами.

Прутковый прокатный стан.

Ковка

Процесс ковки часто используется для формирования крупных деталей, а также деталей неправильной толщины и формы, например коленчатых валов автомобилей и судов.

Чертеж

Тонкая проволока производится методом холодного волочения горячекатаной катанки. Волочение также используется в производстве прутков и труб.

Процесс литья готовых деталей

Этот метод используется, в первую очередь, для формирования больших деталей неправильной формы, таких как блоки двигателя, а также мелких деталей (литье по выплавляемым моделям).

Отделочные процессы

Различные термические обработки также могут изменить свойства стали. Закалка проводится, например, для увеличения твердости стали; это происходит через то, что сталь под строгим контролем сначала нагревается, а затем закаливается (быстро охлаждается). Закалка, отжиг, закалка и охлаждение — примеры других видов обработки.
Подробнее о термообработках (energihandbok.se)

Правка, шлифовка, полировка и цинкование являются примерами процессов механической отделки.

Сырье — Jernkontoret

Железная руда

Железо в чистом виде в земной коре встречается очень редко. С другой стороны, существует много железа, которое химически связано с другими элементами, такими как кислород и сера. Наиболее распространенные элементы в земной коре в указанном порядке: кислород, кремний, алюминий и железо.

При извлечении металлического железа соединения, образующиеся между железом и кислородом, так называемые оксиды, играют полностью доминирующую роль.Минерал железной руды называется магнетитом (черная руда) или гематитом (руда кровавого камня), в зависимости от типа оксида, из которого он состоит.

Магнетит получил свое название благодаря своим магнитным свойствам. При царапании неокрашенной поверхности образуется черная полоса. Его химическая формула часто записывается как Fe 3 O 4 , но, поскольку это смешанный оксид, правильнее написать FeO • Fe 2 O 3 . Гематитовая или кровавая руда, Fe 2 O 3 , получила свое название из-за кроваво-красной полосы, которая образуется при царапинах.

В Швеции железная руда добывается в Кируне и Мальмбергет компанией LKAB, которая является крупнейшим производителем железной руды в Европе.

После добычи материал дробится, а затем руда отделяется от пустой породы в процессе, известном как обогащение руды. В случае магнетитовой руды это происходит посредством магнитной сепарации. Переработанный продукт называется обогащенной рудой или концентратом. Затем обогащенная руда может быть сформирована и агломерирована в окатыши, маленькие шарики, похожие на мрамор, с определенным составом, размером и прочностью.В качестве альтернативы обогащенную руду можно использовать для производства агломерата, обогащенного железом, то есть полурасплавленных и затвердевших кусков оксида железа.

Раньше рудные сталелитейные заводы в Швеции имели собственные аглофабрики, но в настоящее время окатыши в основном используются в качестве сырья при производстве рудной стали. Последняя в Швеции аглофабрика была остановлена ​​в 1995 году.

Окатыши являются основным сырьем при производстве рудной стали в Швеции. Фото: Фредрик Альм для LKAB.

Шведская железная руда в основном состоит из магнетита, преимущество которого заключается в том, что при производстве окатышей она может использовать химическую энергию, содержащуюся в магнетитовой руде.Когда гранулы сжигаются, магнетит окисляется до гематита, который выделяет энергию. До 70 процентов энергии, необходимой для этого процесса, фактически поступает из железной руды. Готовые окатыши содержат около 65 процентов железа.

Металлолом

Лом чугуна и стали используется в качестве вторичного сырья для производства стали как из лома, так и из руды. Лом сортируется по разным классам, и сталелитейные заводы используют смесь видов лома, которые лучше всего подходят для той стали, которую он предназначен для производства.
Подробнее о классах лома читайте в разделе «Переработка»

Металлолом — ценное вторичное сырье.

Лом можно разделить на три категории в зависимости от происхождения:

  • Внутренний лом — это лом, который падает на пол на заводах во время производства стали и который непосредственно восстанавливается для производственного процесса. Преимущество этого лома в том, что его точное содержание известно.
  • Лом машиностроительного цеха — это лом, который возникает при обработке стали в цехах, в строительной отрасли, при строительстве мостов и т. Д.
  • Сбор металлолома — это лом, собранный от продуктов с истекшим сроком службы, например по сносу строений и сооружений и из домовладений. В лом может быть все, от мостовых балок до домашней утвари.

Уголь

Древесный уголь изначально использовался для производства железа. Древесный уголь производился путем сжигания древесины в печах (дровяных штабелях). Сегодня в основном используется минеральный уголь, но его нельзя утилизировать непосредственно в доменных печах.По этой причине уголь обугливается, что подразумевает удаление воды и летучих веществ. Таким образом кокс (обугленный уголь) приобретает прочность, необходимую в доменной печи.

Основная функция углерода в производстве железа — действовать как восстановитель, превращая оксид железа в железо. Но кокс имеет и другие функции: действовать как физический поддерживающий материал для шихты доменной печи, повышать содержание углерода в чугуне и обеспечивать энергию.

Известняк

Известняк используется в качестве шлакообразователя в производстве чугуна и стали.Шлак выполняет несколько функций, но в основном он является активным компонентом металлургических процессов. Шлак служит для связывания нежелательных веществ в производимой стали. Это позволяет контролировать состав и тем самым придавать стали улучшенные свойства.
Подробнее про шлак читайте в разделе «Процессы».

Известняк используется в качестве шлакообразователя при производстве чугуна и стали.

Легирующие элементы

Сталь — это сплав с железом в качестве основного материала.Вся сталь включает небольшие количества, например, углерод, кремний и марганец.

В процессе производства добавляются легирующие элементы. хром, никель, молибден и ванадий, часто в виде сплавов железа (ферросилиций, ферромарганец, феррохром и феррованадий и т. д.). Таким образом создаются предпосылки для придания стали желаемых свойств: например, коррозионной стойкости, твердости, стойкости к истиранию (износу) и ударной вязкости. Поиск оптимального сплава для каждой специализированной области применения стали — это наука, которая постоянно развивается благодаря исследованиям, проводимым в Швеции и за рубежом.

Добавление легирующих элементов больше для высоколегированных сталей, например нержавеющая сталь. Обычная нержавеющая сталь содержит 18-20 процентов хрома и 8-10 процентов никеля. Столовые приборы, кастрюли и кухонные мойки / сливные доски часто производятся из этой марки стали, которую обычно называют «сталь 18/8».

Когда металлический лом используется при производстве сырой стали, по возможности используется лом, содержащий легирующие элементы, из которых должна состоять новая сталь.В процессе производства выплавленная сталь анализируется; Чтобы гарантировать, что он имеет правильный состав, также добавляются легирующие элементы.

Легирующие элементы, то есть различные металлы и сплавы черных металлов, используются для придания стали желаемых свойств.

СОПРОДУКТОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ | мировая сталь