Металлургия

Металлургия
Получение стали. Типы сталей

Содержание:

Получение стали
Кислородно-конверторный способ
Бессемеровский (томасовский) метод
Мартеновский метод
Электродуговой процесс

Получение стали

Получение стали в промышленности производится из передельного чугуна. Сталь получается в результате освобождения некоторой части углерода методом окисления. К сталям относится сплав железа с углеродом, где содержание углерода не должно превышать 2,14%.
По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению - на конструкционные, инструментальные и с особыми химическими свойствами, например, нержавеющая сталь.
Сталь, как и чугун, относится к продуктам чёрной металлургии.

Кислородно-конверторный способ

Наиболее распространены следующие методы получения стали:
Кислородно-конверторный способ - продувка расплавленного чугуна сжатым кислородом. Кислородно-конвертерный процесс осуществляется в конвертере, футерованном доломитом, смешанным со смолой.

Кислород под давлением подаётся через горловину конвертера. С целью образования шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале плавки добавляют известь. Примеси чугуна (кремний, марганец, фосфор, углерод и другие), взаимодействуя с кислородом, окисляются, выделяя значительное количество тепла, поэтому одновременно со снижением содержания примесей повышается температура металла, и он остаётся в жидком состоянии в течение всей плавки.
Требуемое содержание углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода. Продувка обычно длится 15 - 22 мин. По завершению продувки, конвертор наклоняется на определённый угол (при помощи поворотного механизма) и сталь, через отверстие для розлива стали, вытекает в формы.
Кислородный конвертер обеспечивает экономичный способ получения стали повышенной прочности, отличающейся низким содержанием азота, серы и фосфора, высокой чистотой и однородностью.

Бессемеровский (томасовский) метод

Бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива. Процесс обработка литого чугуна в чушках, происходит путём продувки воздухом через него в овальном сосуде, конвертере, 15 - 25 тонной вместимости. Окисление примесей доводит шихту к подходящей температуре, которая зависит от состава сырья для высокой температуры: 2% кремния в кислотном и фосфора 1,5-2 % в основном процессе, необходимы для увеличения температуры. Выдувание шихты, которое вызывает интенсивное пламя в горловине конвертера, занимает приблизительно 25 минут, и такой короткий промежуток времени делает контроль процесса немного трудным.
От кислотного бессемеровского процесса отказались в пользу мартеновского процесса, в основном из-за экономических факторов.

Мартеновский метод получения стали

Сталь получается путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов - чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой печи. Шихта мартеновских печей подразделяется на металлическую часть (чугун, стальной лом, раскислители и легирующие добавки) и неметаллическую (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит, плавиковый шпат). Чугун, применяемый либо в жидком состоянии, либо в виде чушек, служит основным источником углерода, обеспечивающим нормальное протекание мартеновского процесса. Количество чугуна и стального лома в шихте может колебаться в любых соотношениях в зависимости от разновидности процесса, экономических условий, выплавляемых марок сталей. В качестве раскислителей и легирующих добавок, в мартеновском производстве используют ферросплавы и некоторые чистые металлы (алюминий, никель). Железная руда и мартеновский агломерат применяются в мартеновском производстве в качестве окислителей, а также в качестве флюса, способствующего ускоренному формированию активного шлака. В роли окислителя может использоваться также окалина. Известняк, известь, боксит, плавиковый шпат в мартеновском процессе служат для формирования шлака необходимого состава и консистенции, обеспечивающего протекание окислительных реакций, удаление вредных примесей и нагрев металла.
Мартеновский способ получения стали был наиболее распространён в конце 19 и до середины 20 веков. С конца 20 века мартеновский способ активно вытесняется кислородно-конверторным способом получения стали.

Электродуговой процесс

Тепло, требуемое в этом процессе, создается электрической дугой, находящейся между угольными электродами и металлической ванной.

Обычно, шихта из градуированного стального лома плавится под окисленным шлаком для удаления фосфора. Нечистый шлак удаляется путём наклона печи. Второй шлак используется для удаления серы и диоксидов металла в печи. Это приводит к высокой степени очистки, и высококачественная сталь может быть сделана при чрезвычайно высоких температурах.
Этот процесс широко используется для изготовления высоколегированных сталей, таких как нержавеющая, жаростойкая и быстрорежущая стали.
Продувка кислородом часто используется для того, чтобы удалить углерод в присутствии хрома и позволяет использовать лом из нержавеющей стали. Содержание азота в сталях, сделанных бессемеровским и электродуговым процессами, составляет приблизительно 0,01-0,25 % по сравнению с приблизительно 0,002 - 0,008 % в мартеновских сталях.