Способы получения стали

Качество стали зависит от содержания в ней постоянных примесей и газов.

Существуют различные способы получения стали, обеспечивающие разное содержание примесей, а следовательно, и качество стали.

Основными сталеплавильными агрегатами являются: кислородный конвертер, мартеновские и электрические печи.

Материалом для получения стали в кислородном конвертере служит жидкий передельный чугун и стальной лом. Для наводки шлака добавляют железную руду и известь, а для его разжижения - боксит и плавиковый шпат. Продувку конвертера ведут кислородом. В кислородных конвертерах выплавляют конструкционные стали с разным содержанием углерода, кипящие и спокойные, низколегированные стали. Способ является высокопроизводительным (400…500 т/ч в кислородном конвертере емкостью 300 т), имеет малую металлоемкость, поэтому становится основным способом производства стали.

В связи с тем, что мартеновский процесс получения стали малопроизводителен, в настоящее время он применяется редко.

Производство стали в электропечах имеет ряд преимуществ: способность быстрого нагрева и поддержания заданной температуры в пределах до 2000 °С, возможность создания окислительной, восстановительной или нейтральной атмосферы, а также вакуума. Это позволяет выплавлять стали и другие сплавы с минимальным количеством вредных примесей, с оптимальным содержанием компонентов, отличающихся высоким качеством и обладающих специальными свойствами.

Металлургические печи подразделяют на дуговые и индукционные.

Источником тепла в дуговых электропечах служит электрическая дуга, возникающая между электродами и шихтой при пропускании тока через электроды.

Электродуговые печи имеют емкость 0,5…400 т. Сталь выплавляют, главным образом, в основных электропечах с окислением и без окисления примесей.

Плавку с окислением обычно применяют для получения углеродистых сталей. Шихтой служит стальной лом, передельный чугун, кокс для науглероживания и добавка 2…3 % извести.

Плавка без окисления применяется для получения легированной стали из скрапа и отходов соответствующего состава. Производство стали сводится к переплаву шихты, хотя в процессе плавки не исключено и окисление некоторых примесей, а также введение при необходимости некоторых компонентов.

В индукционных печах плавку обычно проводят методом переплава отходов легированных сталей или чистого по сере и фосфору углеродистого скрапа и ферросплавов, помещенных в тигель. Тигель расположен в водоохлаждаемом индукторе, через который проходит переменный ток. Ток создает магнитный поток, который наводит в металлической шихте мощные вихревые токи, нагревающие ее до расплавления.

После расплавления шихты на поверхность металла подают шлак: в основных печах - известь и плавиковый шпат, в кислых - бой стекла и другие материалы, богатые кремнеземом SiO₂. Шлак защищает металл от окисления и насыщения газами атмосферы, уменьшает потери тепла и угар легирующих элементов.

Плавка в вакууме позволяет получать сплавы с минимальным содержанием газов и неметаллических включений, легировать сплавы любыми элементами.

Индукционные печи имеют емкость от десятков килограммов до 5 т, в отдельных случаях емкость их достигает 25…30 т.

Индукционные печи по сравнению с дуговыми обладают рядом преимуществ:

а) отсутствие дуги позволяет выплавлять металлы с малым содержанием углерода и газов;

б) возникающие электродинамические силы перемешивают жидкий металл, способствуя выравниванию химического состава и всплыванию неметаллических включений;

в) индукционные печи отличаются небольшими размерами, что позволяет помещать их в специальные камеры и создавать любую атмосферу
или вакуум.