§ 3. Производство и характеристика сталей Сырьевые материалы для выплавки стали и способы ее производства

Сталью называется сплав железа с углеродом и дру­гими элементами, где содержание углерода колеблется от 0,03 до 2 % (обычно 0,1—1,4 %). Сырьем для ее про­изводства являются передельный чугун, ферросплавы, технически чистые металлы и вторичные черные металлы.

Из числа технически чистых металлов применяют марганец и хром металлические, кремний кристаллический. Вторичные черные металлы включают лом и отходы. Вторичные черные металлы подразделяются на виды (лом стальной, лом чугунный, доменный приезд), кате­гории (А — нелегированный металл; Б — легированный металл) и классы (I и II в зависимости от состояния по­ставки, степени чистоты, габаритов и массы).

По своему химическому составу сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и таких приме­сей, как кремний, марганец, сера и фосфор. Следователь­но, процесс передела чугуна на сталь сводится к удале­нию углерода и части этих примесей. Это осуществляется конвертерным, мартеновским или электроплавильным способами.

Конвертерный способ, используемый с 1854 г., в на­стоящее время является наиболее распространенным. На его долю приходится около половины мировой выплавки стали. Это обусловлено относительной простотой и деше­визной процесса, отсутствием расхода топлива, а также высокой производительностью труда. Однако ему прису­щи и некоторые недостатки: зависимость качества стали от химического состава перерабатываемого чугуна, необ­ходимость располагать сталеплавильное производство вблизи домны, невозможность переработки большого ко­личества металлического лома, большой угар железа (до б—9 %) и пылеобразование.

Сущность конвертерного способа производства стали заключается в продувке расплавленного чугуна воздухом или кислородом. При продувке конвертерная сталь име­ет повышенное содержание азота, что ухудшает ее меха­нические свойства. Поэтому в настоящее время приме­няется дутье кислородом. Такой кислородно-конвертер­ный способ выплавки стали впервые был применен в СССР в 1936 г.

Разновидностями конвертерного способа являются также бессемеровский и томассовский процессы.

Бессемеровский способ применяют для переработки в сталь чугуна, содержащего до 2 % кремния и до 0,1 % серы и фосфора. Из бессемеровской стали изготавливают трубы, крепежные изделия, жесткую проволоку, рельсы и т. п.

Томассовский способ используется для переработки в сталь чугуна, содержащего большое количество фосфо­ра, серы и до 0,6 % кремния, Томассовскую сталь применяют для производства кровельного и сортового желе­за, мягкой проволоки и др.

В последние годы томассовский и бессемеровский спо­собы все более вытесняются кислородно-конвертерным.

Мартеновский способ предполагает варку стали в специальных печах.

По содержанию используемой шихты различают чу­гунно-рудный, скрап-процесс и скрап-рудный способы мартеновской выплавки стали.

Для чугунно-рудного способа шихтой служит жидкий чугун с добавлением железной руды для окисления при­месей, скрап-процесса — стальной лом (60—70 %) и твердый чушковый чугун (30—40 %), скрап-рудного спо­соба— стальной лом (20—50%), богатая железная ру­да (15—30 %) и жидкий чугун.

Окисление примесей в мартеновской печи осущест­вляется кислородом воздуха и специально вводимыми добавками извести, бокситов и др., а их удаление произ­водится через шлак.

Мартеновский способ отличается рядом преимуществ и недостатков. Его преимуществами является возмож­ность выплавки широкого ассортимента углеродистых и легированных сталей, переработки в неограниченных ко­личествах металлического лома и твердого чушкового чу­гуна, а также использования чугуна любого химического состава. При этом качество мартеновской стали выше, чем конвертерной, за счет большей чистоты по вредным примесям, азоту и неметаллическим включениям. Недо­статками мартеновского процесса является большая про­должительность плавки (4—8 ч против 1 ч при конвер­терном способе) и соответственно более низкая произво­дительность труда, значительный расход топлива и более высокая стоимость. Поэтому в настоящее время строи­тельство мартеновских печей прекращено.

Мартеновская сталь (по сравнению с конвертерной) используется для изготовления более ответственных из­делий, в том числе заготовок для ковки и прокатки, рельс, сортового и листового проката и др.

Электроплавильный способ отличается тем, что обо­грев ванны осуществляется с помощью электрического тока. При этом шихта состоит из стального лома, передельного чушкового чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов.

Преимуществами электроплавки являются возможность получения более высоких температур (до 2000°C), простота и точность их регулирования, значительное сни­жение угара железа и легирующих элементов, Получае­мая сталь отличается высоким качеством, а слитки из нее — почти полным отсутствием газовых пузырей. По­этому электроплавка применяется для производства жа­ропрочных, нержавеющих, кислотоупорных, магнитных и других видов специальных сталей.

Недостатками электроплавки являются малая производительность процесса и высокая стоимость (из-за боль­шого расхода электроэнергии). Однако этот способ, на­ряду с кислородно-конвертерным, в нашей стране при­знан перспективным.