Основные исторические этапы процесса получения стали

Процесс получения пудлингового железа

В конце XVIII–XIX вв. возник более экономичный пудлинговый процесс. Кричные горны на многих заводах стали заменять пудлинговыми печами – пламенными отражательными печами с отдельно расположенной топкой

(рис. 2.2). В пудлинговые печи загружались чугунные чушки и расплавлялись. Под воздействием кислорода, содержащегося в печных газах, шлаке и материале футеровки печи, углерод чугуна окислялся. По мере уменьшения содержания углерода в металле возрастала температура его плавления, т.е. металл становится все более и более тугоплавким, а поскольку температура в печи не выше 1400–1450 ^оС, то обезуглероживаемый металл становился все более и более вязким. Сгущающийся сплав перемешивали, добиваясь однородности его состава, и затем «накатывали» из него куски – крицы массой 30–50 кг, которые вытаскивали из печи и проковывали. Производительность пудлинговой печи была существенно выше, чем кричного горна. Если при кричном способе для переработки пяти тонн чугуна в ковкое железо требовалось три недели, то при пудлинговании на это уходило полтора дня.

Рис. 2.2. Внешний вид пудлинговой печи

Пудлинговые печи были гениальным изобретением конца XVIII в., действительно открывшим широкие горизонты в то время, когда железо требовалось тоннами. Пудлинговое железо и изготавливаемая из него сталь были основными материалами, используемыми в машиностроении на протяжении почти всего XIX столетия, из него строили мосты и бурно разраставшуюся железнодорожную сеть. Но пудлинговая печь стала тормозом дальнейшего развития, когда железо стало потребляться сотнями и тысячами тонн.

Кроме того одним из существенных недостатков и кричного, и пудлингового процессов являлась невозможность получения плотной литой отливки из стали, так как и в кричных горнах и в пудлинговых печах температура оказывалась недостаточной для расплавления металла.

Наиболее древним из всех существующих способов получения жидкой стали является тигельный процесс, в котором металл получается путем расплавления металлической шихты в небольших сосудах – тиглях из огнеупорной массы (емкость 25–30 кг). Впервые этот процесс был применен в Азии в ранний период средневековья. В Европе тигельный процесс начали применять в XIII в.

Но и тигельный процесс имеет ряд существенных недостатков: низкая производительность труда, высокие требования к чистоте исходных материалов, малая стойкость тиглей, высокий расход топлива и др.

Простой и дешевый способ получения литой стали в больших количествах был предложен в 1855 г. английским механиком Генри Бессемером. Сущность процесса заключается в продувке жидкого чугуна воздухом в огнеупорном сосуде. Продувку чугуна вели в агрегате, получившим название конвертера, а способ – конверторный (бессемеровский).

В 1865 г. во Франции Эмиль и Пьер Мартены успешно осуществили выплавку чугуна и железного лома стали в регенеративных пламенных «мартеновских» печах. Получение в этих печах высокой температуры, достаточной для расплавления стали, стало возможным благодаря подаче в печь подогретых газа и воздуха. Принцип использования тепла отходящих газов для подогрева топлива и воздуха в так называемых «регенераторах» был разработан Сименсом. Поэтому в ряде стран процесс называется «Сименс Мартеновским».

В 1878–1879 гг. англичанином Томасом был разработан вариант конвертерного процесса с донным дутьем, при котором футеровка конвертера изготовляется из доломита – материала, обладающего основными свойствами.

Томасовский процесс – это процесс переработки высокофосфористых чугунов и возник в связи с тем, что в бессемеровских конвертерах было невозможно перерабатывать чугуны с повышенным содержанием фосфора, в то время как в ряде западноевропейских стран имелись большие запасы высокофосфористых железных руд.

Оба конвертерных процесса имеют серьезные недостатки, главными из которых являются пониженное качество стали вследствие высокого содержания в ней азота и необходимость использования чугунов строго определенного состава. Вследствие повышенного содержания азота бессемеровская и томасовская сталь обладает повышенной хрупкостью, особенно при низких температурах, склонностью к старению, хуже поддается сварке (в результате старения сталь становится менее пластичной, более прочной и хрупкой), поэтому такую сталь обычно используют для изготовления изделий сравнительно неответственного назначения (сортовой прокат, рельсы, проволока и др.).

Эффективным решением проблемы оказалась переработка чугунов в кислородных конвертерах. Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму. Первые опыты по продувке чугуна кислородом сверху были проведены в СССР в 1933г. инженером Н.И.Мозговым. В промышленном масштабе кислородно-конвертерный процесс был впервые осуществлен в 1952–1953 г. в Австрии. Этот процесс обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильными процессами. Эти основные преимущества заключаются в следующем:

– более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата;

– значительно более низкие капитальные затраты, т.е. затраты на сооружение цеха;

– значительно меньшие расходы по переделу, в число которых входят стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплата и др.;

– процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки.

Благодаря использованию для продувки чистого кислорода содержание азота в кислородно-конвертерной стали не превышает содержания азота в мартеновской стали. Сталь, выплавленная в кислородном конвертере, не уступает по качеству мартеновской. Кроме того в кислородном конвертере можно перерабатывать чугуны любого состава и существенным достоинством данного процесса считается возможность переработки скрапа.

Помимо рассмотренных способов производства стали существует ряд способов выплавки стали и сплавов более дорогих и менее производительных, но обеспечивающих получение металла очень высокого качества, с особыми свойствами. Такими способами являются: вакуумный дуговой переплав, вакуумный индукционный переплав, электрошлаковый переплав, переплав в электронно-лучевых и плазменных печах.

Дата добавления: 2017-02-01