Переделка чугуна в сталь

Обновлено: 15.05.2024

Переделка чугуна на сталь производится в сталелитейных цехах. Процесс варки стали заключается в выжигании из жидкого чугуна углерода и ряда других примесей ( серы, фосфора и др.), в результате чего металл теряет прежнюю хрупкость и приобретает упругость. [1]

При переделке чугуна в сталь в мартеновской печи или в кислородном конверторе образуется пыль с высоким содержанием окислов железа. Однако ее удаление тоже связано с определенными проблемами, поскольку большинство частиц имеют размеры менее 1 мкм, а количество пыли составляет - 1 5 т на каждые 100 т стали. [2]

В чем заключается сущность процесса переделки чугуна в сталь. [3]

Агрегаты последовательного окисления, в которых процесс переделки чугуна в сталь разделен на последовательные операции, осуществляемые в системе отдельных аппаратов. [5]

Чтобы видеть, хотя в общих чертах, какая мера усилий требуется от России для тего, чтобы начать производить в год каждый новый лишний миллион тонн чугуна и переделывать его на железа и сталь, следует указать на то, что для годового производства миллиона тонн чугуна требуется получить новых руд около 2 млн т ( с подвозкою они обойдутся не менее 7 млн руб.), около 1 млн т кокса или древесного угля ( не менее, как на 10 млн руб.), употребить платы и работы не менее, как на 8 млн руб. да затратить капитала ( на устройство домн и добычи руд и топлива) не менее, как 25 млн руб., для погашения и интереса которого в год надо считать не менее 2 млн руб. Тогда все годовые расходы будут около 27 млн руб. при 25 миллионах основной затраты. На переделку чугуна в стальные рельсы, балки или вообще простейшие сорты железа и стали, как показывает опыт всех стран, идет расход почти такой же, как на чугун равного веса. [6]

Сущность получения стали состоит в том, что путем избирательного окисления из доменного чугуна удаляют часть углерода и другие нежелательные элементы. Важным процессом в производстве стали поэтому является так называемая переделка чугуна . [7]

Область применения кислорода в народном хозяйстве непрерывно расширяется. Растет изо дня в день использование кислорода для кислородного дутья в домнах, в конверторах при переделке чугуна , для интенсификации некоторых химических промышленных окислительных процессов ( окисления аммиака, газификации топлива и пр. На очереди перед исследовательскими и проектными организациями, работающими в области поршневых двигателей внутреннего сгорания, должен стать вопрос о серьезном изучении применения кислорода в двигателе внутреннего сгорания - основного энергетического агрегата нашего времени. [8]

При мартеновском способе металлическая шихта ( чугун и металлический лом) в твердом или жидком виде находится в лоткообразном очаге, вдоль которого бьет длинный нагретый до 1900 С факел. Мартеновские печи работают многие месяцы без перерывов. Их вместимость составляет от 10 до 600 т стали, которую в зависимости от размеров печи и особенностей технологии выпускают из печи в виде готового расплава через 5 - 20 часов. Необходимый для переделки чугуна в сталь кислород присутствует в печи в химически связанном состоянии в виде оксида углерода или оксидов металлов, содержащихся в руде. [9]

К беспошлинным же удобрениям можно отнести и всякие другие неизмельченные туки, если они встречаются в России и вывозятся из нее, уже потому, что их к нам не повезут и технического труда к ним не приложено. Таковы сырая кость и томасовы шлаки. Кость собирают по России давно, особенно же с середины 70 - х годов, а она содержит азотистое ( клеевое) вещество, проникнутое известковым фосфатом. Томасовы шлаки, образующиеся при переделке чугуна в сталь и железо на щелочных набойках бессемеровских конверторов или мартеновских печей, содержат в различной пропорции фосфаты, годные для получения, после измельчения, фосфористых удобрений. Они также получаются в России в таком количестве, что скупаются за границу. Отпуск сырой кости записывается в таможенных отчетах отдельно, но томасовы шлаки включаются в общую рубрику шлаков, так что можно только дать общую цифру шлаков. В 1888 г. шлаков всяких по европейской границе отпущено 1393 тыс. пудов ( на 70 тыс. руб.), а в 1889 г. 867 тыс. пудов на 44 тыс. руб. Только часть этого отпуска состоит из томасовых шлаков. Отпуск кости даем лишь по европейской границе, потому что по азиатской его почти нет, а отпуск по финляндской границе не представляет существенного интереса и невелик. Отпуск этот даем по всем отдельным рубрикам, существующим в таможенных отчетах, и начинаем с 1883 г., когда введена вывозная пошлина на кость, которую далее будем рассматривать [ табл. на стр. [10]

А все1 же урок вновь был получен, и дело затем пошло иначе. В конце 60 - х годов на северо-восточной окраине Донецкого бассейна Пастухов, а на юго-западной - англичанин Юз взялись установить и установили-таки добычу чугуна и железа на донецких углях: Пастухов - на антраците, Юз - на отличном коксовом угле Кальмиусо-Богодуховской местности. Первый все дело вел и ведет от себя, на свои личные средства. Второй основал компанию Новороссийское общество каменноугольного и железного производства и заключил с казною обязательство вырабатывать уголь и добывать чугун, железо и сталь и делать рельсы, которые по сих пор составляют главную специальность этого образцового у нас завода. Сперва заказывались рельсы железные, ныне давно уже стальные. Юз, сам знаток дела, был мастером в Англии, привез оттуда мастеров; Ни крупных ошибок, ни долгих остановок, конечно, помимо мелких, неизбежных, случайных неудач, завод г. Юза не терпел, выгоды давал, дает и - будем думать - станет я впредь давать; пустыню, степь превратил в кусочек Англии, хоть рядом с английскими рабочими пользуется и массою русских сил. Сел он на голой степи, на землях, арендованных от князя Ливена, устроил целый город для жилья рабочих, для контор, мастерских. У него три домны для чугуна, одна малая для ферромангана ( марганцовистого чугуна, необходимого для производства стали в регенеративных печах, по способу Мартена) и все необходимое для переделки чугуна в сталь и в рельсы. С другой стороны, на земле князя Ливена, устроился целый городок Новый свет х с собором, с рынком, с еврейским контингентом, со школами с больницею, со своей полициею, оплачиваемой заводом. Своя ветвь железной дороги идет от завода к общей дороге. [11]

Как получить сталь из чугуна на современном производстве

Сталь остается основным конструкционным материалом для строительной, машиностроительной и множества других отраслей промышленности. Разделение железоуглеродистых сплавов зависит от содержания углерода. Условно можно считать, что при содержании до 2% углерода это сталь, более 2% — чугун. В литературе в трудах великого материаловеда Гуляева уточняется, что граница раздела 2,14% справедливо только при ничтожно малом содержании любых других элементов, кроме железа и углерода. Не удивительно, что он используется при производстве на крупных комбинатах и небольших литейных цехах.

Использование высокоуглеродистых сплавов в сталеплавильном переделе может быть реализовано в холодном виде. Он имеет форму пирамидки, выплавленной предварительно на металлургических комбинатах из руды и флюсующих материалов и разлитых на специальных разливочных машинах. Преимуществом использования такого типа сырья является неограниченная логистика и гарантированный химический анализ такого материала. Это позволяет в сталеплавильных цехах произвести предварительные подготовительные работы по борьбе с серой, фосфором и другими элементами которые негативно влияют на физические свойства готовой продукции.

На крупных металлургических комбинатах с полным циклом для выплавки стали используют чугун в жидком виде. Перед тем как получит сталь из чугуна, его производят в доменном цехе. Во время выпуска из доменной печи, чугун сливается в ковши, защищенные футерованным слоем от высокой температуры. В этих ковшах его привозят в сталеплавильный цех, где его сливают в большую емкость, в которой смешивается до 1800 тонн чугуна из разных доменных печей. Эта емкость называется миксер. В ней происходит усреднение по химическому анализу и температурному показателю. На многих заводах применяют ковши – миксера. По команде сталевара печи, конвертера или начальника смены из миксера выдается взвешенная порция в ковшах на следующий передел.

К этому времени в сталеплавильном агрегате уже находится разогретый до определенной температуры стальной лом. Чугун заливается на этот лом. Дальше наводя и убирая шлак, меняя его основность и температуру, сталевар доводит расплав до необходимой температуры и химического состава. Такой процесс производства экономит большое количество энергоносителей и снижает себестоимость в производственных масштабах.

Основными агрегатами для использования чугуна при производстве стали являются конвертера, мартеновские, дуговые электрические, индукционные печи.

Конвертер это агрегат, в котором скрап и передельный чугун в жидком виде продувается кислородом или воздухом. Окисление углерода происходит с дополнительным выделением тепла. Таким образом, решается одновременно две задачи – уменьшение углеродного эквивалента и достижение температурных показателей достаточных для борьбы с серой и рядом других элементов. Больше половины стали в мире производят в конвертерах.

Электродуговая печь является неотъемлемым элементом производства нержавеющих, легированных, специализированных сталей. Тепло в этой печи наводится электрической дугой, которая возникает между электродами и металлической ванной. Чугун ложится в завалку или заливается после предварительного нагрева металла. Дальше добавляются флюсующие материалы и вспениватели шлака. Это позволяет вывести серу и фосфор из металла.

В индукционной печи чугун преимущественно используется в виде холодного шихтовального материала при выплавке сталей. Невозможность влиять на содержание серы и фосфора при плавке в такой печи к чугуну предъявляют особо высокие требования по содержанию этих элементов.

Производство стали из чугуна оправданно в крупных масштабных производствах и небольших литейных цехах и участках.

Методы передела чугуна в сталь

3.Утилизация тепла. Вдуваемые в доменную печь газовые потоки нагреваются в специальных печах – кауперах, за счет тепла и теплотворной способности доменных газов, которые сжигаются в печах - кауперах.

1.Агломерация железной руды. Частичное восстановление железа происходит за счет дешевого коксика – отхода коксового производства. Кроме того, уменьшается потребность во флюсах, что повышает съем чугуна с единицы объема печи.

2.Вдувание природного газа – сгорая, газ образует СО₂ – источник основного восстановителя – СО.

Сталь –сплав железа с углеродом, с содержанием углерода от 0,2 до 1,4%, содержащий мало вредных примесей (P, S, Si) c возможным наличием легирующих добавок. В качестве легирующих добавок используются различные элементы, изменяющие свойства стали. В отличие от чугуна, сталь обладает пластичностью и может обрабатываться давлением. Сталь является самым распространенным конструкционным материалом современности.

Суть передела чугуна в сталь является в удалении лишнего углерода, удалении вредных примесей и раскислении полученной стали (удалении оксида железа).

Кислородно-конверторный метод передела чугуна в сталь.Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной

формы, изготовленный из листовой стали и выложенный внутри (футерованный) огнеупорным кирпичом. Конвертор способен наклоняться с помощью поворотного механизма. Конвертор имеет летку для выпуска стали и шлака и горловину, через которую загружают шихту и опускают медную водоохлаждаемую фурму для вдувания кислорода. Исходным сырьем служит передельный чугун, стальной скрап (металлолом), флюсы.

Перед началом процесса конвертор наклоняют, заливают расплавленный чугун, засыпают скрап и флюсы. Затем его переводят в вертикальное положение, опускают фурму и начинают вдувать кислород. Железо чугуна при температуре плавления реагирует с кислородом (горит), образуя оксид железа с выделением большого количества тепла, которого достаточно для поддержания шихты в расплавленном состоянии. Оксид железа растворяется в шихте и реагирует с избытком углеродом чугуна, окисляя его до СО. Вредные примеси (S, P) окисляются до оксидов, которые реагируют с флюсами и превращаются в шлак, нерастворимый в стали. Через 30 – 50 минут дутье кислорода прекращают, фурму поднимают и проводят раскисление, т.е. удаляют образовавшийся избыток FeO, который существенно ухудшает качество стали. Раскисление проводят, добавляя ферромарганец, ферросилициум, а потом – алюминий. В зависимости от технологии раскисления различают сталь «спокойную» и «кипящую». При изготовлении «кипящей» стали, дутье кислорода прекращают раньше, и удаление углерода происходит за счет накопившегося FeO. Выделяющиеся при этом пузырьки СО создают впечатление, что сталь кипит. Раскисление проводят в изложнице, куда добавляют ферросилициум. “Кипящая” сталь дешевле, более пластична и легко поддается механической обработке, однако легко корродирует и не обладает хорошей прочностью. Производительность конвертора достигает 250-350 тонн стали за 30-50 минут.

O₂ Fe + O₂ FeO + Q FeO + C Fe + CO

Как получают стальной прокат из чугуна

Суммарный объем чугунов и сталей составляет 90% от общего производства. «Черные» металлы применяют во всех сферах деятельности.

Характеристики железоуглеродистых сплавов в конструкциях зависят от формы сечения, пропорций основных химических элементов, цикла изготовления и сборки.

В рецептуру легированных сталей входят добавки, которые улучшают механические свойства базового состава.

Как получают стальной прокат из чугуна?

Металлургические предприятия выпускают полуфабрикаты, которые отличаются составом, формой, размерами. Сначала минеральное сырье плавят в печах. Выбор технологии зависит от дальнейшего использования:

Железорудные окатыши применяют в доменных печах для двухэтапной выплавки. После первой стадии получают литейный и передельный чугун.
Из ферросплавов производят легированные металлы.
Стальные слитки применяют в двух направлениях. Первая категория — для изготовления сортового проката: труб, листов, кругов. Из продукции второй группы производят изделия специального назначения: крупные роторы, турбины, диски, валы.

Передельный чугун

В состав белого чугуна входит карбид железа (цементит). Название категории произошло от слова «переделывать»: слитки переделывают на стальные заготовки.

Чугун получают из «богатой» руды, которая содержит более 55-60% железа. В природном образовании элемент «Fe» соединен с другими кристаллами. Чтобы получить сталь с требуемой пропорцией веществ, шихтовый материал плавят в домнах.

Состав передельного чугуна включает элементы:

углерода: 4,0-4,4%;
серы: 0,03…0,07%;
фосфора: 0,15…0,3%;
марганца: 0,25…1,5%;
кремния: 0,6-0,8%.

При плавлении чугуна в печах количества углерода и примесей уменьшается. Вредные вещества окисляются, изменяют физическое состояние, испаряются. Часть примесей образуют твердые соединения: золу и шлак.

Чтобы ускорить выплавку и снизить расходы, к массе добавляют скрап. По сравнению с чугуном, в стальном ломе углерода меньше. Добавка улучшает состав слитка.

Этапы производства стали из чугуна

Нагрев шихты, переход в жидкое состояние. Результат операции — удаление «P», снижение количества элементов: «Mn», «Si» и «P».
Кипения массы в ванне. При дальнейшем повышении температуры образуется соединение «FeS». Во время нагрева выделяется сера. Вещество «FeS» переходит в шлак. Чем выше температура, тем активнее реакция.
Раскисление стали. Цель процесса — восстановить оксид железа из расплавленной массы.

Для ускорения первого и второго этапа, в рабочую зону нагнетают кислород. В третьей стадии «O₂» не нужен. Присутствие молекул кислорода в сталях ухудшает механические свойства.

Чтобы уменьшить количество «O₂» в массе, «черные» сплавы раскисляют диффузионным или осаждающим способом. В зависимости от длительности цикла, получают сплавы «кп», «сп», «пс».

Для производства сталей применяют оборудование:

мартеновские печи;
электроплавильные установки;
кислородные конвертеры.

Когда слиток готов, полуфабрикат обрабатывают на прокатном стане. Направление деформирования — вдоль, поперек, комбинированным (продольно-винтовым) способом. Цель прокатывания — придать сплаву нужную форму. Заготовку пропускают между расположенными на одной оси валками.

В зависимости от требований к точности, выполняют деформирование по стандартному циклу или назначают дополнительную операцию Соответственно, используют валки с гладкой поверхностью или инструмент для калибровки.

После стандартной обработки получают продукцию массового спроса — сортовой или фасонный прокат. Изделия применяют для обычных конструкций и ответственных сооружений. Калиброванный прокат стоит дороже и выдерживает повышенные нагрузки.

Методы взятия образцов - определение основных химических элементов

Для проверки вхождения элементов применяют «мокрые» и инструментальные способы. От слитка или готовой конструкции отрезают часть.

В первом случае стружку заливают реактивом. Чтобы определить вхождение химического элемента, выбирают осаждение, электрохимический или другой метод извлечения вещества. Недостаток «мокрых» способов — увеличенный срок (до нескольких дней), требования к высокой оснащенности лаборатории, зависимость от квалификации персонала.

Чаще для определения химического состава сплава применяют инструментальные методы.

Разновидности технологий для определения основных химических элементов:

спектральный (спектрометрический);
эмиссионный химический;
рентгенофлуоресцентный;
металлографический;
рентгенографический (РФА).

Контроль образцов из чугуна и стали

Состав материала проверяют при выплавке, дальнейшей обработке, эксплуатации, капитальном ремонте. Чтобы определить массовую долю химических элементов, берут пробу. Требования к отбору образцов для спектрального анализа перечислены в ГОСТ 7565-81.

Стандарт определяет время взятия пробы стали. Критерий зависит от технологии производства, места и оборудования:

после разлива ¾, ½ или ¼ ковша;
из тигля, если металл плавят в индукционной печи;
до начала разлива, когда используют автоматические линии.

Для испытаний применяют оборудование: стилоскопы, лазерные, рентгенофлуоресцентные и оптико-эмиссионные спектрометры.

Согласно стандарту, масса стали для проведения химического анализа составляет 0,3-2,0 кг. Расплав охлаждают и маркируют: указывают номер ковша, плавки и пробы.

Образец готовят к испытаниям:

удаляют смазку;
получают стружку строганием, сверлением, фрезерованием;
охлаждают массу в дистиллированной воде, чтобы предотвратить появление цветов побежалости.

Если размеры стружки менее 0,4 мм, металл помещают в закрытую емкость.

Для некоторых видов испытаний используют бруски. Расплавленный сплав выливают в форму и дают застыть. Чтобы провести спектральный анализ, у бруска отрезают нижнюю часть толщиной 1,5-2,0 мм.

Для определения основных химических элементов в готовом прокате используют образец, отобранный при выплавке. Максимальное время хранения пробы — не менее трех месяцев. Если срок вышел, из партии проката берут образец. Способы подготовки пробы такие, как при производстве стали.

Что такое спектрографический анализ?

Требования к проверке перечислены в ГОСТ 27809-95. Спектрографический метод — комбинированный (количественный и качественный) способ получения результатов.

В исследовании используют принцип разложения энергии по линиям спектра. В состоянии активности каждый элемент таблицы Менделеева испускает лучи света. Длина волны (цвет, насыщенность) зависит от состава сплава. Энергию пропускают через призму, которая расщепляет световой поток. Массовую долю элемента определяют по интенсивности излучения.

Чтобы возбудить атомы стали, образец подвергают действию электрической дуги. Испытания проводят в нормальных условиях или при пониженном давлении атмосферы. Прибор фиксирует спектр на фотопластинке.

Для определения процентного соотношения веществ сравнивают информацию об исследуемом и эталонном образце. Чем больше почернение спектральных аналитических линий, тем выше плотность вхождения химического элемента.

Вместо эталонного образца используют градуированный чертеж. Прибор сравнивает результаты на фотопластинке и контрольном изображении. По разнице показаний определяют массовую долю железа, марганца, серы и других веществ.

Оборудование для проведения испытаний:

генераторы (высоковольтного тока и электрической дуги);
микрофотометры;
спектропроекторы;
образцы (СОП, ГСО, ОСО);
фотопластинки, химреактивы, другие устройства.

В стандарте о методе проведения анализа указана таблицы с перечислением названий основных химических элементов, длиной спектральных волн (отдельно — при действии искры и дуги), интервалами массовых долей веществ.

Рентгенографические методы проверки целостности трубы

Пустотелый прокат используют для транспортировки жидкостей и газов. От целостности стенок зависит расходование энергоресурсов, чистота окружающей среды, безопасность людей.

Рентгенографический анализ относят к неразрушающим методам проверки. Принцип действия основан на проникновении лучей через стенки трубы. О состоянии объекта судят по изображению на рентгенографической пленке. Если структура нарушена, лучи легко проходят через стенки. Чтобы определить место с дефектом, на снимке находят светлые участки.

Все требования к неразрушающим способам контроля сварных конструкций перечислены в ГОСТ 23055-78. Номер инструкции по проведению исследования рентгенографическим способом — РДИ 38.18.020-95.

Это основные способы проверки стальных изделий после выплавке и во время эксплуатации.

Сталь из чугуна

Прежде чем перейти к описанию собственно сталеплавильного производства, посмотрим, какие бывают типы стали, поскольку от этого, в определённой степени, зависит способ производства того или иного вида стали.

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. Основным элементом, определяющим свойства углеродистых сталей, является углерод. По его содержанию различают стали низкоуглеродистые с 0,25 % С и менее, среднеуглеродистые с 0,25-0,60 % С и высокоуглеродистые с 0,60-2,0 % С. Легированными сталями называют стали, в состав которых для получения требуемых свойств вводят один или несколько легирующих компонентов. К легирующим компонентам относят Cr, Ni, Mo, V, W, Со, Ti и др. Кроме того, к легирующим элементам относятся также Мn и Si, если они содержатся в большем количестве, чем в обыкновенных сталях. Стали различают в зависимости от суммарного содержания легирующих компонентов: низколегированные (менее 2,5 %); среднелегированные (от 2,5 до 10 %); высоколегированные (более 10%).

Марки сталей имеют условные обозначения, выраженные буквами и цифрами, отображающими химический состав стали: хром – X, никель – Н, кобальт – К, кремний – С, вольфрам – В, ванадий – Ф, молибден – М, марганец – Г, медь – Д, фосфор – П, титан – Т, алюминий – Ю, селен – Е, бор – Р, азот – А, ниобий – Б. Цифры, следующие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах, если за буквой отсутствует цифра, значит, содержание данного элемента около 1%.

По назначению прокатываемые стали разделяют на конструкционные, инструментальные и специальные. К наиболее распространенным сталям относятся конструкционные углеродистые и легированные стали.

Качественная конструкционная углеродистая сталь обозначается так: 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65. Двузначные цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента с нормальным содержанием марганца, а стали марок 15Г, 20Г, З0Г, 40Г, 50Г, 60Г, 70Г – с повышенным содержанием марганца.

К прокатываемым углеродистым инструментальным качественным сталям относят стали марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У обозначает: сталь углеродистая инструментальная, а цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

К конструкционным легированным сталям относят стали:

К прокатываемым легированным инструментальным сталям относят:

сталь для режущего и мерительного инструмента (7ХФ-11ХФ, 13Х, ХВ4, 9X1, X, 12X1, ХГС, ХВГ и др.);
сталь для штампового инструмента (Х6ВФ, Х12, Х12ВМ, ЗХ2ВФ, 7X3, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ и др.);
сталь для ударного инструмента (4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др.).

Для режущего инструмента, который работает со снятием стружки при высоких скоростях резания, широко используют быстрорежущую сталь. Её отличает высокая красностойкость, т.е. способность сохранять высокую твёрдость, прочность и износостойкость при температуре до 600 °С. Эти стали обозначают буквой Р, следующая цифра означает среднее содержание W в процентах. Буквы Ф и К и цифры после них обозначают среднее содержание V и Со соответственно. Основными легирующими компонентами быстрорежущей стали Р9 и Р18 являются Cr, W, V. Высокая красностойкость быстрорежущих сталей обеспечивается за счёт добавки W.

Также существуют легированные стали с особыми свойствами:

Легирующие элементы вносятся в жидку сталь в составе ферросплавов – сплавов на основе железа с высоким (десятки процентов) содержанием вносимого элемента. Ферросплавы, за редким исключением, производят в электропечах специальной конструкции на ферросплавных заводах.

Чугун может как транспортироваться непосредственно в печь для выплавки стали, так и накапливаться в промежуточной ёмкости – миксере, где происходит его усреднение по химсоставу. Кроме того, чугун предварительно может подвергаться обработке с целью удаления вредных примесей – серы и фосфора, а также части кремния, что положительно влияет на технологию выплавки стали.

В случае, если сталь выплавляется в конвертере, в него сначала загружается лом, затем заливается чугун. После этого конвертер приводят в вертикальное положение, опускают фурму и начинают продувку кислородом. Также в конвертер добавляют (присаживают) шлакообразующие материалы, чаще всего – известь. Шлак предохраняет поверхность металла от окисления, снижает вероятность выплёскивания металла, а также очищает (рафинирует) металл от некоторых примесей. Кроме того, в шлак переходят образующиеся при продувке оксиды окисляющихся при этом элементов – кремния, марганца и железа.

По ходу продувки регулярно проводятся анализы металла и газа с целью определения момента окончания продувки. После окончания из повёрнутого (поваленного) конвертера через горловину скачивают шлак, а затем через выпускное отверстие сливают металл.

Помимо наиболее распространённого конвертера с верхней продувкой также существуют конвертеры с продувкой через дно, снизу, а также комбинированные конструкции.

Большая часть легирующих элементов в ходе продувки окисляется, кроме того, в металле остаётся растворённый кислород, поэтому после окончания продувки в металл добавляют ферросплавы. Крмний- и марганецсодержащие ферросплавы взаимодействуют с растворённым кислородом, связывая его в оксиды, поэтому их применяют для операции «раскисления» металла. Для более полного раскисления используют алюминиевую проволоку.

Часть ферросплавов подают в ковш, в который выпускается металл из конвертера, однако окончательная обработка и легирование стали производят в так называемых установках доводки металла (УДМ). Они вошли в металлургическую практику не так давно – в конце XX века, в связи с более жёсткими требованиями, предъявляемыми потребителями к свойствам стали. Эти требования связаны, прежде всего, с содержанием в стали таких элементов как азот и водород, ухудшающих механические свойства стали и приводящих к образованию дефектов.

Для удаления из металла растворённых газов используются два способа: продувка аргоном и вакуумирование. В первом случае металл снизу через пористую пробку продувается аргоном, в пузырьки которого переходят растворённые в металле газы. При вакуумировании металл постепенно просасывается через камеру (не входит в состав УДМ), из которой откачан воздух. Поскольку давление в камере чрезвычайно низко, создаётся градиент давлений, увлекающий газы из металла в камеру.

Для того, чтобы металл не остыл в процессе обработки, в установке доводки металла его подогревают электрической дугой. Также в УДМ добавляют в необходимом количестве ферросплавы для получения стали заданного состава.

В случае использования вместо конвертера электропечи технология плавки зависит от исходного сырья. Если используется чугун, то для его окисления в жидкий металл добавляется оксидный материал – агломерат или окатыши. При этом оксид железа, взаимодействую с углеродом чугуна, восстанавливается до железа, а сам углерод окисляется и удаляется в виде газа. Для нагрева используют тепло электрической дуги. Иногда для окисления углерода используют кислород, который вводят сбоку печи через фурму.

Если же печь переплавляет лом, без использования чугуна, то он расплавляется с помощью электрической дуги, а затем его состав корректируют присадкой ферросплавов. В обоих случаях также используют шлакообразующие материалы для наводки шлака. После выпуска металл также подвергается доводке на УДМ.

Ковш с выплавленным в конвертере или электропечи и доведённым на УДМ металлом направляется на установку непрерывной разливки (УНРС или МНЛЗ). Главная её часть – медный водоохлаждаемый кристаллизатор. Жидкий металл, контактирующий со стенками кристаллизатора, быстро образует тонкую корочку, за которую он вытягивается из кристаллизатора. На выходе его захватывают тянущие ролики, которые медленно тянут слиток дальше.

Поскольку кристаллизатор соединён с промежуточным ковшом, в котором постоянно находится жидкий металл, при вытягивании слитка в кристаллизатор тут же поступает новая порция металла, то есть внутри кристаллизатора также всегда есть металл и процесс идёт непрерывно, то есть образуется как бы бесконечный слиток.

На выходе из кристаллизатора слиток имеет жидкую середину и постепенно охлаждается, застывая во всём объёме. Вместе с тем тянущие ролики изгибают его, меняя траекторию его движения от вертикальной к горизонтальной (менее распространены горизонтальные и вертикальные прямолинейные установки). При выходе на горизонтальную плоскость непрерывный слиток режется газовыми резаками на мерные длины – таким образом получаются слябы или квадратная заготовка, которая затем направляется на прокатку.

Схема производства от железорудного сырья до непрерывнолитой заготовки на металлургическом комбинате «Северсталь»

1 – производство агломерата, 2 – коксохимическое производство, 3 – доменное производство, 4 – конвертерный цех, 5 – электросталеплавильный цех

Непрерывная разливка также может осуществляться с помощью литейно-прокатных комплексов (ЛПК). Кристаллизатор ЛПК имеет подвижные стенки, образованные поверхностью вращающихся водоохлаждаемых роликов. Благодаря этому можно получить не сляб, а сразу лист, который, после обжатия в валках, является конечной продукцией. Такая схема исключает ряд операций нагрева и прокатки и существенно снижает затраты ресурсов на эти операции

Читайте также: