Тема 5: Загальні відомості про виробництво сталі, алюмінію

5.1 Виробництво сталі

Сталь є основним конструкційним матеріалом для машинобудування, будівництва, транспортних засобів тощо. Частка сталі в загальному споживанні чорних металів складає 90%, тобто сталь є основним видом металу, що використовується для створення сучасної техніки. Це пояснюється двома факторами: по-перше, сталь є чудовим конструктивним матеріалом (має високу міцність і стійкість до зносу, добре зберігає форму в різних виробах, відносно легко піддається обробці тиском, зварюванням тощо); по-друге, основний компонент сталі – залізо є досить розповсюдженим хімічним елементом в земній корі (залізо за розповсюдженістю в надрах посідає друге місце після алюмінію).

Сталь – це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами. В цьому сплаві залізо є основою (розчинником), а інші елементи – домішками, розчиненими в залізі. Домішки в сталі можуть бути корисними і шкідливими. Корисні домішки позитивно впливають на властивості кристалів, а шкідливі – погіршують міжкристалічні зв’язки. В більшості марок сталей корисною домішкою є вуглець. Такі сталі називають вуглецевими.

Вміст вуглецю в сталях найчастіше становить 0,05…0,5%, але іноді може досягати 1,2% (в чавуні 2…6%). Від вмісту вуглецю в сталі залежать її якісні механічні властивості. Високовуглецовані сталі мають добру міцність але погану антикорозійну стійкість.

У вуглецевих сталях корисними домішками можуть бути марганець (0,3…0,6%) і кремній (0,15..0,3%). Вміст шкідливих домішок таких як сірка, фосфор, азот і кисень, обмежуються сотими і тисячними долями відсотка. Введення в сталь у певній кількості елементів, які називаються легуючими (хром, нікель та інші), покращує її як механічні, так і хімічні (антикорозійні) властивості. Такі сталі називають легованими.

Історична довідка. Металургія сталі, як виробництва, виникла приблизно 3,5 тис. років тому в районі Суецької затоки (Сірія, Єгипет). Шлях розвитку чорної металургії можна поділити на декілька етапів. Спочатку сталь виготовлялась прямим способом, тобто безпосередньо з залізної руди. Подалі в XII…XIV століттях почали виготовлять сталь шляхом рафінування чавуну в агрегатах періодичної (дискретної) дії без використання кисневого дуття.

Третій сучасний етап – переробка чавуну в рідку сталь в агрегатах періодичної дії з використанням кисневого дуття і покращанням якості сталі способом ковшової обробки синтетичними шлаками, вакуумом, інертними газами з доданням мікролегуючих порошків або без них.

В даний час чорні метали виробляють в 67 країнах світу. В 1994 році світовий об’єм випуску сталі становить 726,5 млн.т., в тому числі: Японія (97,2 млн.т), США (70,1 млн.т), Україна (25,9 млн.т).

На сучасному етапі сталь виготовляють двома способами: мартенівським та конверторним.

5.1.1 Мартенівський спосіб

Мартенівський процес здійснюється в печах, які називаються мартенівськими. Вихідним матеріалом для виплавлення сталі в печі є шихта. Але склад її відрізняється від тієї, що виготовляють для доменного процесу. Є два варіанта виготовлення шихти: