Производство стали

В настоящее время сталь выплавляют в промышленных масштабах в мартеновских печах, конвертерах и электрических печах. Обычная мартеновская печь представляет собой металлургический агрегат, в котором используется регенерация тепла отходящих газов.Для регенерации тепла печь имеет четы­ре камеры с насадкой из огнеупорного кир­пича. В то время как через одну пару на­гретых насадок в печь поступает газ и воз­дух, через вторую пару отводятся продук­ты горения, которые нагревают насадки. Затем через определенные промежутки вре­мени направление потоков газа и воздуха и продуктов горения изменяется.Исходными материалами для мартенов­ского процесса являются передельный чу­гун (жидкий или твердый) и металличе­ский лом (скрап). Для ускорения окисле­ния примесей в мартеновскую печь загру­жают железную руду, а для образования шлака — флюсы (известняк, известь). Отапливаются мартеновские печи чаще всего газообразным топливом и значительно ре­же—   ждким (мазутом). B электрических печах можно выплавлять стали практически любого состава с добавкой легирующих элементов и с низким содержанием серы. Процесс выплавки  стали в электрических печах ведут в окислительной, восстановительной или нейтральной атмосфере, а также в вакууме.В задачу процесса мартеновской плавки входит доведение до нужных количеств углерода, кремния и марганца путем их окисления и возможно полное удаление вредных примесей (серы, фосфора, кислорода, водорода, азота). Для получения легированной стали в ванну или в ковш при выпуске расплавленного металла вво­дятся легирующие элементы. В период плавки в мартеновской печи поддержива­ется окислительная атмосфера.Окисление примесей металлической ван­ны протекает при высокой температуре пу­тем взаимодействия с кислородом, вводи­мым в рабочее пространство печи при ак­тивном участии в этом процессе шлака, за счет кислорода железной руды или кисло­рода, вводимого в расплавленную ванну.После доведения химического состава ванны до заданного химического состава и нагревания металла до необходимой темпе­ратуры, производится раскисление стали, а затем выпуск и разливка.В настоящее время во многих странах развивается бурными темпами конвертерное производство стали на базе внедрения кис­лорода. Наибольшее распространение по­лучает кислородно-конвертерное производ­ство стали в глуходонных конвертерах с введением технически чистого кислорода вертикально сверху.Водоохлаждаемая фурма, через которую подается кислород в конвертер на некотором расстоянии от paсплавленного   чугуна. При таком способе подачи кислорода он не пронизывает весь металл. Несмотря на это в конвертере обеспечивается достаточно полное взаимодействие кислорода с ванной. Электроплавку проводят различной конст­рукции и различными методами: в дуговых и в индукционных печах, в индукционных печах в вакууме, вакуумной плавкой с рас­ходуемым электродом и другими методами.Выплавка стали в вакуумных электриче­ских печах. Выплавка стали в вакуумных печах обеспечивает получение стали с низ­ким содержанием растворенного кислорода и меньшей загрязненности неметаллически­ми включениями, значительное удаление серы в виде газообразных соединений или элементарной серы, а также снижение со­держания азота и водорода. Такие стали и сплавы обладают более высокой чистотой, лучшими механическими свойствами и луч­шей пластичностью в горячем и холодном состоянии. Нержавеющие стали, выплав­ленные в вакууме, обладают повышенной коррозионной стойкостью, а подшипнико­вые и низколегированные стали — более высоким сопротивлением усталости.Внепечная вакуумная обработка стали. Выплавка стали в вакуумных электрических печах требует больших капитальных затрат и применяется обычно при выплавке высококачественных сталей. Более широкие возможности для улучшения качества стали имеются при обработке стали вакуумом вне печи. В этом случае вакуумную обра­ботку можно применять практически для любой стали и подвергать вакуумированию плавки самых крупных сталеплавиль­ных агрегатов. Применяют различные спо­собы обработки стали в вакууме.Электрошлаковый  переплав. Высокое качество стали обеспечивается ме­тодом электрошлакового переплава.Этот метод улучшения качества металла состоит в переплаве в электрической дуго­вой печи электрода, приготовленного из материала, подвергаемого рафинированию. Такой электрод помещают в электрическую печь в качестве катода и через него про­пускают электрический ток. Конец электро­да при этом плавится. Плавление электро­да происходит в толстом слое электропро­водного активного шлака. При прохождении капель металла через слой шлака проис­ходит активное взаимодействие шлака с металлом в результате чего получают ме­талл очень высокой степени чистоты. Пере­плав электрода в этом процессе произво­дится без применения вакуума.