Способы производства стали

Сталь по сравнению с чугуном содержит меньше углерода, кремния, серы и фосфора, следовательно, для получения стали из чугуна необходимо снизить содержание этих веществ. Производство стали основывается на окислении примесей, содержащихся в чугуне.

Сталь производят из чугуна и металлолома. Сначала кислород, который поступает с воздухом, окисляет железо и углерод:

2Fe +O₂ = 2FeO

2C + O₂= 2CO.

Затем образованный ферум(ІІ) оксид окисляет примеси - кремний, марганец, фосфор и углерод:

Si + 2FeO = SiO₂ + 2Fe

Mn + FeO =MnO + Fe

2P + 5FeO = P₂O₅ + 5Fe

C + FeO = CO + Fe.

За счет теплоты, выделяющейся во время реакции, поддерживается высокая температура. Полученные оксиды кремния(IV) и фосфора(V) реагируют с флюсами с образованием легкоплавких шлаков, которые удаляют из печи:

P₂O₅ + СаСО₃ = Ca₃(PO₄)₂ + CO₂

SiO₂ + СаСО₃ = CaSiO₃ + CO₂.

Избыток феррум(II) оксида удаляют с помощью розкисників (марганца, ванадия, титана), которые восстанавливают ферум с феррум(II) оксида:

Mn + FeO = MnO + Fe.

Дополнительно в процессе выплавки стали добавляют так называемые легирующие добавки (кобальт, никель, вольфрам, хром и т.д.), которые придают стали коррозионной устойчивости, прочности и других свойств, необходимых при ее применении.

Итак, процесс выплавки стали является окислительно-восстановительным процессом.

Существует несколько способов переработки чугуна в сталь: конвертерный, мартеновский и электротермический.

Конвертерный способ производства стали предложил английский инженер-изобретатель Генри Бесемер в 1856 году. В этом методе используют специальный конвертер, который имеет грушевидную форму и может вращаться. Он изготовлен из стальных листов, а изнутри он выложен огнеупорным кирпичом. Конвертер работает периодически. Конвертер наполняют в наклонном положении расплавленным чугуном и металлоломом, а производство проводят в вертикальном положении. В конвертер через специальную камеру и отверстия нагнетается воздух, который окисляет примеси. После окончания процесса подачу воздуха прекращают, переводят конвертер в горизонтальное положения, выпускают шлак и добавляют розкисники. Весь процесс длится 15-20 минут. Готовую сталь сливают в ковш и направляют в другие цеха.

По кислородно-конвертерным способом вместо воздуха в конвертер продувают кислород. Обогащение кислородом сокращает продолжительность продувки, а также увеличивает производительность конвертера.

При мартеновском методе, который предложил в 1864 году французский металлург Пьер Мартен, металлолом, чугун и флюсы загружают в печь через завалочные окна. В мартеновских печах сжигают мазут или предварительно подогретые газы. Кислород или воздух пропускают над расплавленным чугуном. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в нижней части подины. На время плавки выпускной отверстие забивают огнеупорной глиной. Для интенсификации мартеновского процесса воздух обогащают кислородом.

Переработку чугуна в сталь осуществляют также в электрических дуговых печах при температуре 2000 ° с и выше. Это способствует полному удалению фосфора и серы за счет связывания их в шлаки. В электропечах выплавляют высококачественные углеродистые и легированные стали и ферросплавы.