Этапы развития технологии производства стали

Вся история металлургии характеризуется непрерывным совершенствованием технологии. Процесс непрерывного совершенствования методов и технологии производства стали можно разделить на ряд этапов.

Первый этап. Прямое получение железа из руды. Получение железа непосредственно из руды — наиболее древний способ производства железа. В глубокой древности железо получали восстановлением его из руды в примитивных горнах. Поскольку в этом процессе использовался неподогретый воздух (сырое дутье), способ получил название сыродутный процесс - получение тестообразного железа непосредственно из руды в сыродутных горнах или небольших печах шахтного типа.

Сыродутный процесс - древнейший способ производства железа, возникший во 2-м тысячелетии до н. э. и просуществовавший до начала 20 в. Первоначально Сыродутный процесс осуществлялся в так называемых сыродутных горнах (яма, футерованная огнеупорной глиной, или каменный очаг), работавших на естественной тяге, для чего в нижней части устраивалась открытая фурма. Сущность сыродутного способа получения железа заключается в следующем:

- в горн загружают древесный уголь и железную руду. Общее количество загружаемой руды достигало 20 кг;

- уголь разжигают и начинают подавать дутье. Температура в рабочем пространстве горна (1100-1350 °С) была недостаточной для расплавления малоуглеродистого железа.;

- по мере сгорания и оседания угля руда опускается, подвергаясь непрерывному контакту с восстановительными газами и раскаленным углем и постепенно при этом восстанавливаясь. В результате процесса получали раскаленный ком (крицу [1]) восстановленного железа (с прожилками шлака), который вытаскивали из горна и обрабатывали под молотами, уплотняя крицу и выдавливая из нее шлак.

Сильно железистый шлак выпускали из горна по жёлобу в жидком виде. При таких температурах шлак образовывался в жидком виде. Поскольку шлак в основном состоял из оксидов железа, то значительная часть железа руды переходила в шлак и терялась и только 2/3 восстанавливалось до железа. Состав металла зависел от состава пустой породы руды, а также от температуры процесса и продолжительности пребывания крицы в горне.

В некоторых установках получали за одну операцию, длившуюся 6—7 ч, до 200 кг железа.

Недостатки сыродутного способа производства (малая производительность, большой расход топлива, значительные потери железа со шлаком, высокая трудоемкость процесса и низкое качество металла) определили повсеместное исчезновение этого способа к концу XIX в. (в XX в. сыродутные горны еще можно было встретить в Африке).

Второй этап. Получение кричного (сварочного) железа из чугуна.

По мере усовершенствования конструкции сыродутного горна для футеровки стен начали применять кирпич и естественный огнеупорный камень, увеличились поперечные размеры и высота горна, который постепенно превратился в низкошахтную домницу. Начали применять искусственное дутьё с помощью мехов, что приводило к повышению температуры в горне и к более продолжительному пребыванию шихтовых материалов в зоне высоких температур. В происходило науглероживание железа. В этом случае продуктом процесса оказывалось не низкоуглеродистое губчатое железо, а высокоуглеродистое, т.е. чугун. Поскольку чугун не обладает пластическими свойствами, то его считали нежелательным продуктом и выбрасывали. Позже было замечено, что при загрузке в горн чугуна вместо железной руды (или при оставлении в горне высокоуглеродистой крицы и продолжении операции) также получается низкоуглеродистая железная крица. Такой двустадийный процесс (вначале получение чугуна, а потом получение из чугуна низкоуглеродистого металла) оказался более производительным. Так возник более совершенный способ получения железа - так называемый кричный процесс. Дата появления кричного процесса, так же как сыродутного, неизвестна, но уже в XII—XIII вв. кричный способ был распространен.

Дата добавления: 2014-01-03