Лекция 2. Производство стали

Сталями называются сплавы железа (Fe) с углеродом (С ≤ 2,14 %). Кроме того, в состав стали входят полезные и вредные примеси (сера и фосфор). Полезные примеси вводятся в сталь специально для улучшения физико-химических и, соответственно, механических свойств и называются легирующими элементами (W, Ti, Mo, V и т.д.).

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и других примесей

ЧУГУН	4 - 4,5	2,0	1,5	0,3	0,3
СТАЛЬ	0,25	0,8	0,2	0,025	0,002

Для получения стали из передельного чугуна необходимо:

1) Снизить содержание С и других элементов в результате их окисления.

2) Раскислить сталь т.к. в процессе окисления С происходит окисление железа. Раскисление необходимо в следствие того, что окислы железа, располагаясь по границам зерен, нарушают связи между ними, что приводит к охрупчиванию стали (при обработке давлением возможно возникновение трещин).

3) Снизить содержание серы и фосфора для повышения качества стали.

4) Ввести в сталь легирующие элементы для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств.

Сталь выплавляют в специальных сталеплавильных агрегатах:

А) Электродуговых печах

Б) Кислородных конверторах

В) Мартеновских печах

Электродуговая печь

Процесс идет в стальном сварном корпусе 1 (рисунок 2.2), выложенным изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Загрузка печи металлическим ломом (скрапом), твердым чугуном, железной рудой, коксом и известняком (СаСО3) осуществляется при снятом своде 4. После загрузки свод устанавливается на место, опускаются электроды 6 диаметром 150 – 160 мм и зажигается электрическая дуга 5. Для зажигания и поддержания дуги применяется источник переменного тока 7. Под действием теплоты дуги расплавляются чугун, железная руда, кокс и известняк. В результате образуется расплавленный металл 3 и жидкий шлак 2. Слив жидкого шлака и расплавленного металла осуществляется при наклоне электропечи через летку 8.

1 – стальной сварной корпус, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом; 2 - жидкий шлак; 3 - ванна расплавленного металла; 4 - свод;	5 - электрическая дуга; 6 - электроды; 7 - источник переменного тока; 8 - летка для слива жидкого шлака и расплавленного металла
Рисунок 2.2 – Устройство электродуговой печи

Выплавка стали происходит в 3 этапа:

Загрузка печи, плавление компонентов и наведение шлака

На этом этапе за счет окислов руды происходит окисление примесей чугуна (С, Si, Mn, P) и снижение содержания серы и фосфора в результате воздействия СаСО3.

5Fe2O3+ 6P → 3P2O5↑ + 10Fe;

CaCO3 → CaO + CO2↑;

FeS + CaO → FeO + CaS↑;

2P+5FeO+4CaO → (CaO)4P2O5 ↑ + 5Fe.

Стрелка вверх – переход в шлак.

Раскисление стали

Шлак сливают и в печь загружают ферросплавы, содержащие активные раскислители: FeMn, FeAl, FeSi.

2Fe2O3 + 3Si → 3SiO2↑ + 4Fe;

Fe2O3 + 3Mn → 3MnO↑ + 2Fe;

Fe2O3 + 3C → 3CO↑ + 2Fe.

Стрелка вверх – переход в шлак.

Легирование стали