4. Современные способы повышения качества металлов и сплавов

Развитие специальных отраслей машиностроения и приборо­строения предъявляет все более жесткие требования к качеству металла: показателям его прочности, пластичности, газосодер­жания, анизотропии механических свойств. Улучшить эти пока­затели можно уменьшением в металле неметаллических включе­ний, газов, вредных примесей. Плавка в обычных плавильных агрегатах (мартеновских и электрических, кислородных конвер­терах) не позволяет получить металл требуемого качества. Поэ­тому в последние годы разработаны новые технологические про­цессы, позволяющие повысить качество металла: обработка метал­ла синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумирование металла при разливке, плавка в вакуумных печах, вакуумно-дуговой переплав (ВДП), вакуумно-индукционный переплав (ВИП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах. Количество металла, выплавляемого этими способами, постоянно увеличивается.

Обработка металла синтетическим шлаком. Сущность про­цесса, заключается в ускорении взаимодействия между сталью и шлаком за счет интенсивного их перемешивания при запол­нении сталью ковша.

Процесс осуществляют так: синтетический шлак, состоящий из 55 % СаО, 40 % А1₂О₃, небольших количеств SiO₂, MgO и миниму­ма FeO, выплавляют в специаль­ной электропечи и заливают в ковш. В этот же ковш затем заливают с некоторой высоты (обычно из электропечи) сталь. В результате перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия резко возра­стает, и металлургические реак­ции между металлом и шлаком протекают в сотни раз быстрее, чем в обычной плавильной печи. Благодаря этому, а также низ­кому содержанию закиси железа в шлаке, сталь, обработанная таким способом, содержит меньше серы, кислорода и неметалли­ческих включений, улучшаются ее пластические и прочностные характеристики.

Вакуумная дегазация стали. Этот способ относится к внепечным способам обработки, осуществляемым в ковше или излож­нице. Ее проводят для уменьшения содержания растворенных в металле газов и неметаллических включений. Вакуумной дега­зации в ковше или изложнице подвергают сталь, выплавляемую в мартеновских и электропечах. Сущность процесса заключается в снижении растворимости в жидкой стали газов при понижении давления над зеркалом металла, благодаря чему газы выделяются из металла, что приводит к улучшению его качества.

Электрошлаковый пе­реплав. Способ разработан в Институте электросвар­ки им. Е. О. Патона для переплава стали с целью повышения качества ме­талла. Электрошлаковому переплаву подвергают вы­плавленный в электроду­говой печи и прокатан­ный на круглые прутки металл. Источником тепла при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая за счет прохождения через нее электрического тока.

В результате электрошлакового переплава содержание кис­лорода в металле снижается в 1,5…2 раза, понижается концен­трация серы и соответственно уменьшается в 2…3 раза загряз­ненность металла неметаллическими включениями, причем они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка.

Слиток отличается большой плотно­стью, однородностью, его поверхность — хороший качеством благодаря наличию шлаковой корочки. Все это обуслов­ливает высокие механические и эксплуа­тационные свойства сталей и сплавов электрошлакового переплава.

Слитки выплавляют круглого, квад­ратного, прямоугольного сечений мас­сой до 110 т.

Вакуумно-дуговой переплав. Такой переплав применяют для удаления из металла газов и неметаллических вклю­чений. Сущность процесса заключает­ся в снижении растворимости газов в стали при снижении давления и уст­ранении взаимодействия ее с огнеупор­ными материалами футеровки печи, так как процесс ВДП осуществляется в водоохлаждаемых медных изложницах. Для осуществления процесса исполь­зуют вакуумные дуговые печи с рас­ходуемым электродом.

5. Современные внедоменные способы производства железа (ста­ли)— одно из перспективных направлений в металлур­гии. Для передела в сталь используют около 80 % всего чугуна. Двухстадийная технология современного стале­плавильного производства: руда→чугун→сталь явля­ется технически несовершенной. С давних времен извест­на принципиально иная технология — получение стали из заранее восстановленного железа. Например, еще в VII—X вв. высококачественную булатную сталь для холодного оружия получали плавкой железа с углерод-содержащими добавками в небольших тиглях. Из много­численных разработанных и опробованных способов восстановления железа из руды некоторые нашли, хотя и ограниченное промышленное применение. Перспек­тивной является металлизация рудных окатышей для использования в производстве стали. Ведутся большие работы по разработке сталеплавильных агрегатов не­прерывного действия.

Заключение

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс целенаправленно организованных технологических процессов, обеспечивающих переработку исходного сырья в готовую метало продукцию заданного качества. Чугун, стальные слитки, прокат (рельсы, балки, швеллера, уголки, трубы, плиты, листовая и рулонная сталь различной отделки), стальные канаты, проволока – вот самый краткий перечень продукции металлургического производства.

В состав современного металлургического комбината входит ряд крупных подразделений:

1. шахты и карьеры по добыче железных руд и каменных углей;

2. горнообогатительные комбинаты, где осуществляется подготовка и обогащение руд, получение богатых концентратов;

3. коксохимические цехи или заводы, на которых осуществляется подготовка углей, их коксование, а также извлечение из них ценных химических продуктов;

4. доменные цехи для выплавки чугунов и ферросплавов;

5. сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;

6. прокатные цехи, в которых стальные слитки и заготовки перерабатываются на необходимые для народного хозяйства изделия – рельсы, балки, автомобильный лист, арматурное железо, трубы и т.д.;

7. энергетическое хозяйство, цехи железнодорожного транспорта, ремонтные, механические и т.д.

Даже краткое описание показывает, что современный металлургический комбинат – сложное разветвленное хозяйство с большой концентрацией производства.

Известный русский металлург Павел Петрович Аносов (1799 – 1851 гг.), заканчивая в 1817г. Петербургский кадетский корпус, в своей дипломной работе писал: «Природа как бы предвидела необходимость железа для человеческого рода, распространив металл сей в количестве, несравненно большем против всех прочих металлов: нет ни одной страны, в коей не было бы признаков железа, и нет ни одного состояния людей, которые не имели бы в нем надобности».

Список литературы

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /А. М. Дальский, Т. М. Барсукова и др.; Под редакцией А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

2. Борисоглебский Ю. В., Ветюков М. М. Металлургия цветных металлов: Учебное пособие. – Л., изд. ЛПИ, 1986. – 88 с.

3. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, Н. П. Дубинин, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др.; Под редакцией А. М. Дальского, Н. П. Дубинина. – М.: Машиностроение, 1977. – 664 с.

4. Технология металлов. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф. , Третьяков А. В. И др. – М.: Металлургия, 1979. – 904 с.

5. Основы металлургического производства / В. К. Бабич, Н. Д. Лукашкин, А.С. Морозов и др. – М.: Металлургия, 1988. 272 с.

15