8.3. Основы получения чугуна и стали

Основной способ производства черных металлов  получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное производство стали из железных руд.

Сырьём для получения черных металлов служат руды железа, представленные такими минералами, как магнетит, гематит, хромит и др.

Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов, содержащихся в железных рудах, коксом при высокой температуре. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верхней части печи по обобщенной схеме: Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в соприкосновении с коксом и, частично расплавляя его, превращается в чугун. В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей Si, Mn, P, S и некоторых других элементов.

Производство стали. Исходными материалами для производства стали служат передельный чугун и стальной лом. Сталь получают из чугуна путем удаления из него части углерода и примесей. В результате получается менее хрупкий, более пластичный и прочный материал. Существует три основных способа производства стали: конвертерный, мартеновский и электроплавильный.

К онвертерный способ основан на продуве сжатым воздухом расплавленного чугуна в больших грушевидных сосудах – конвертерах (см. рис. 8.1). Кислород воздуха окисляет примеси, переводя их в шлак; углерод выгорает. При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, при повышенном – основными. Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающие качество стали. Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали.

Мартеновский способ осуществляется в специальных печах, в которых углерод сплавляется с железной рудой и металлоломом. Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступающего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов. Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций.

Электроплавление является наиболее совершенным способом получения высококачественных сталей с заданными свойствами, но требует повышенных затрат электроэнергии. По способу ее подведения электропечи делятся на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей – средне- и высоколегированные, инструментальные, жаропрочные, магнитные и др.

В конце процесса окисления в стали остается большое количество закиси железа FeO, которая вредна, т.к. вызывает хрупкость стали. Чтобы избавиться от нее, а также, чтобы довести содержание углерода до заданного количества, вслед за окислительным процессом немедленно проводят процесс раскисления. В зависимости от полноты проведения этого процесса различают спокойную, полуспокойную и кипящую сталь.

Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.