Билет 31. Производство стали, ее классификация, применение

Производство стали в мире составляет 90-95 % производства всех ме­таллов. Сталь является основой промышленного производства и строитель­ства, важнейшим продуктом черной металлургии. Содержание углерода в стали меньше 2,14 %.

1. Высокоуглеродистые стали содержат более 0,6 % С, 2. среднеуглеродистые 0,25-0,6 % 3. низкоуглеродистые менее 0,25 % С.

Примеси в стали присутствуют в следующих количествах: марганец (до 0,8 %), кремний (до 0,4 %), фосфор (до 0,07 %), сера (до 0,06 %).

Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие механические свойства. Задача переплавки чугуна в сталь заключается в удалении из чу­гуна избытка углерода, кремния, марганца и вредных примесей фосфора и серы, которые придают стали хрупкость. Углерод из чугуна, окисляясь ки­слородом, превращается в газообразные оксиды (СО и СО₂). Кремний, мар­ганец, сера, фосфор и др. в результате ряда реакций, протекающих при пе­реплавке, переходят в различные малорастворимые или нерастворимые в расплавленном железе со­единения, которые с флюсами образуют на поверхности металла шлак.

Процесс выплавки стали завершается конечной операцией - раскис­лением, которая заключается в восстановлении железа из FeO, наличие которого в стали вызывает красноломкость и ухудшает механические свойства. Для легированных сталей процесс раскисления обычно совме­щают с легированием.

Раскисление производится ферромарганцем и ферросилицием, при этом железо восстанавливается: FeO + Mn = Fe+ MnO 2FeO + Si = 2Fe = SiО₂.

Для полного удаления кислорода в конце процесса добавляется немно­го алюминия: 2FeO + Al = 2Fe + A1₂О₃.

Образующиеся оксиды кремния, марганца и алюминия скапливаются на поверхности расплавленной массы и переходят в шлак. Внешним при­знаком раскисления стали является прекращение выделения пузырьков ок­сида углерода СО на поверхности шлака. Шлак становится спокойным.

По степени раскисления сталь делят на 1. спокойную, 2. полу­спокойную, 3. кипящую.

При полном раскислении получается спокойная сталь. Засты­вание нераскисленной и неполностью раскисленной стали сопровождается выделением газообразного оксида углерода СО, и расплавленный металл как бы кипит. Такая сталь называется кипящей. Полуспокойная сталь зани­мает промежуточное положение между спокойной и кипящей. Ки­пящие стали дешевле и также находят применение.

В настоящее время основными способами производства стали являют­ся: 1. кислородно-конвертерный,

2. мартеновский, 3. бессемеровский (конвертер­ный) 4. электросталеплавильный.

Кислородно-конвертерный способ позволяет выплавлять сталь широ­кого ассортимента. В качестве шихты используется: жидкий чугун, желез­ный лом, рудный концентрат, флюсы.

При мартеновской плавке шихтовыми материалами являются: передельный чу­гун (в твердом и жидком состоянии), рудный концентрат, стальной лом (скрап), флюсы.

Мартеновский способ менее экономичен, чем конвертный и электросталеплавильный.

В последнее время широкое применение в черной металлургии полу­чила выплавка стали в особых электрических печах (электросталеплавиль­ный метод: дуговые и индукционные электропечи), позволяющих осущест­влять плавку в вакууме, или под высоким давлением, при высоких температу­рах расплава (свыше 3000 °С).

Данный метод применяется для выплавки наиболее качественных сталей, высоколегированных и сплавов особого назначения, например тугоплавких, содержащих молибден, вольфрам, коррозионностойких, жароупорных и др.

Шихта для плавки стали в электропечах обычно содержит: чугун, стальной лом, металлизованные окатыши, ферросплавы, флюсы.

Существенное значение для качества выплавленной стали имеют про­цессы ее разливки, формирования слитка и последующего ее проката. Про­грессивным является непрерывная разливака стали с последующей ее про­каткой. Свойства сталей, как и чугуна, зависят от многих факторов: состава, структуры сплава, термической обработки и др.