Сталь: атрыманне сталі, працэс і спосабы. Тэхналогія атрымання сталі

Сталёвыя вырабы нават на фоне актыўнага распаўсюджвання высокатрывалых пластыкаў захоўваюць свае пазіцыі на рынку. Вугляродзістыя сплавы з рознымі характарыстыкамі выкарыстоўваюцца ў прыбора- і аўтамабілебудаванні, будаўніцтве і на вытворчасцях. Унікальнае спалучэнне пругкасці і трываласці робіць матэрыял выгадным з пункту гледжання працяглай эксплуатацыі. Адпаведна, вырабы служаць даўжэй і танней абыходзяцца ў абслугоўванні. Але і гэта не ўсе вартасці, якімі валодае сталь. Атрыманне сталі з ужываннем сучасных тэхналогій дазваляе надзяляць структуру металу і дадатковымі ўласцівасцямі.

Агульныя звесткі аб тэхналогіях вытворчасці

Галоўная задача тэхнолага заключаецца ў забеспячэнні працэсу, пры якім у нарыхтоўцы памяншаецца ўтрыманне вугляроду і разнастайных прымешак, напрыклад серы і фосфару. Асновай для нарыхтоўкі выступае чыгун. Варта адзначыць, што печы для вырабу чыгуну з'явіліся яшчэ ў сярэдніх стагоддзях, у той час як першае атрыманне сталі было рэалізавана толькі ў 1885 г., і па гэты дзень метады вытворчасці сплаву развіваюцца і паляпшаюцца. Адрозненні ў падыходах да працэсу пераважна абумоўлены спосабам акіслення вугляроду.

У якасці зыходнага матэрыялу выкарыстоўваецца ліцейны чыгун. Ён можа быць ужыты ў цвёрдым або расплаўленым выглядзе. Таксама могуць прымяняцца железосодержащие вырабы, атрыманне якіх ажыццяўлялася шляхам прамога аднаўлення. Практычна ўсе спосабы атрымання сталі ў тым ці іншым выглядзе таксама прадугледжваюць працэс рафінавання ад прымешак. Напрыклад, конвертерного тэхналогія забяспечвае іх выдзіманне кіслародам.

конвертерного метад

Пры такім спосабе ў якасці асновы можа прымяняцца расплаўлены чыгун, а таксама прымешкі і адходы ў выглядзе руды, металічнага лому і флюсу. Сціснутае паветра падаецца праз тэхналагічныя адтуліны на падрыхтаваную аснову, спрыяючы выкананню хімічных рэакцый. Таксама ў працэсе ўдзельнічае цеплавое ўздзеянне, пры якім адбываецца акісленне кіслароду і прымешак. Асаблівае значэнне маюць і характарыстыкі пячнога збудаванні, у якім апрацоўваецца сталь. Атрыманне сталі можа адбывацца ў агрэгатах з рознай футроўкай - найбольш распаўсюджаныя спосабы абароны канструкцый вогнетрывалым цэглай і даламітавай масай. Па тыпу футроўкі конвертерного метад падзяляецца таксама на два іншых спосабу: томасовский і бессемеровский.

Томасовский спосаб

Асаблівасцю дадзенага метаду з'яўляецца старанная перапрацоўка чыгуну, які змяшчае да 2% фосфарных прымешак. Што тычыцца тэхнікі футроўкі, то яе рэалізуюць з ужываннем аксідаў кальцыя і магнію. Дзякуючы гэтаму рашэнню шлакообразующие элементы надзяляюцца залішняй колькасцю аксідаў. Працэс фосфарнага гарэння выступае адным з ключавых крыніц цеплавой энергіі ў дадзеным выпадку. Дарэчы, згаранне 1% фосфарнага напаўнення павышае тэмпературу печы на 150 ° C. Томасовские сплавы адрозніваюцца малым утрыманнем вугляроду і часцей за ўсё ўжываюцца ў якасці тэхнічнага жалеза. У далейшым з яго вырабляюць дрот, дахавае жалеза і т. П. Акрамя таго, атрыманне сталі (чыгуну) можа прымяняцца для выпрацоўкі фосфористого дзындры з мэтай далейшага выкарыстання ў якасці ўгнаенні на глебах з падвышанай кіслотнасцю.

Бессемеровский спосаб

Гэты спосаб мяркуе перапрацоўку асноў, у якіх змяшчаецца невялікая колькасць серы і фосфару. Але пры гэтым адзначаецца і высокае ўтрыманне крэмнія - каля 2%. У працэсе прадзьмухванні ў першую чаргу адбываецца акісленне крэмнія, што спрыяе інтэнсіўнаму вылучэнню цяпла. У выніку тэмпература ў печы павышаецца да 1600 ° C. Акісленне жалеза адбываецца таксама інтэнсіўна па меры згарання вугляроду і крэмнію. Пры бессемеровском спосабе працэс атрымання сталі прадугледжвае поўны пераход фосфару ў сталь. Усе рэакцыі ў печы ідуць хутка - у сярэднім 15 мін. Звязана гэта з тым, што кісларод, выдзімаць праз чыгунную аснову, уступае ў рэакцыі з адпаведнымі рэчывамі па ўсім аб'ёме. Гатовая жа сталь можа ўтрымліваць высокую канцэнтрацыю монааксіду жалеза ў раствораным выглядзе. Дадзеная асаблівасць ставіцца да мінусаў працэсу, так як агульнае якасць металу зніжаецца. Па гэтай прычыне тэхнолагі рэкамендуюць перад разліўкі раскисливать сплавы пры дапамозе адмысловых кампанентаў у выглядзе ферромарганца, ферасіліцыя ці алюмінія.

Атрыманне ў мартэнаўскіх печах

Калі ў выпадку з конвертерного спосабам вырабу металу прадугледжваецца забеспячэнне выпальваючы паветраным кіслародам, то мартеновской спосаб патрабуе ўключэння ў тэхналагічны працэс жалезных руд і ржавага лому. З гэтых матэрыялаў утворыцца кісларод аксіду жалеза, які таксама спрыяе выгаранню вугляроду. Сама ж печ ўключае ў аснову канструкцыі плавільным ванну, якая зачыняецца гарачатрывалай цаглянай сценкай. Таксама прадугледжваецца некалькі камер рэгенератараў, якія забяспечваюць папярэдні прагрэў паветранай масы і газу. Рэгенеруюць блокі абсталёўваюцца адмысловымі асадкамі, выкананымі з вогнеўстойлівай цэглы.

Як і канвертары, мартеновской плавильники функцыянуюць перыядычна. Па меры закладкі новых партый шыхты, то ёсць чыгуннай асновы, паэтапна вырабляецца і сталь. Атрыманне сталі адбываецца павольна, так як перапрацоўка чыгуну займае каля 7 ч. Але затое Марты дазваляюць рэгуляваць хімічныя ўласцівасці сплаву шляхам унясення жалезных дабавак у розных прапорцыях - для гэтага выкарыстоўваюцца руда і лом. На завяршальнай стадыі фарміравання металу праца печы спыняецца, дзындра зліваюць, пасля чаго дадаецца раскислитель. Дарэчы, у такой печы можна атрымліваць і легаваныя сталі.

Электротермический спосаб

На сённяшні дзень электротермическое атрыманне сталей лічыцца найбольш эфектыўным. Так, у параўнанні з мартеновской печамі і канвертарам дадзеная методыка забяспечвае магчымасць больш дакладнага кантролю якасці сталі - у тым ліку за кошт рэгуляцыі хімічнага складу. Асобнай увагі заслугоўвае і ўзаемадзеянне печкавых камер з паветраным асяроддзем. Электротермическая тэхналогія атрымання сталі прадугледжвае мінімальны доступ да паветра, обуславливая ўжо іншыя перавагі. Напрыклад, гэта дазваляе мінімізаваць навалы монааксіду жалеза і старонніх часціц у сплаве, а таксама забяспечваць больш эфектыўнае выгаранне фосфару і серы.

Высокі тэмпературны рэжым на ўзроўні 1650 ° C дае магчымасць выконваць плаўленне праблемных дзындраў, якія патрабуюць тэрмічнага ўздзеяння на падвышаных магутнасцях. Таксама ў электрапечках можна ажыццяўляць легіраванне сталі за кошт тугаплаўкіх металаў, сярод якіх вальфрам і малібдэн. Аднак ёсць і сур'ёзны недахоп у дадзенага метаду атрымання сталей. Выкарыстоўваюцца печы патрабуюць вялікіх аб'ёмаў энергіі, што робіць гэты працэс самым дарагім.

Залежнасць уласцівасцяў металу ад элементнай базы

Эксплуатацыйныя якасці сталі вызначаюцца наборам хімічных элементаў, якімі быў надзелены сплаў падчас вырабу. Адным з ключавых кампанентаў, дзякуючы якім дадзены метал набывае свае асноўныя ўласцівасці ў выглядзе цвёрдасці і трываласці, з'яўляецца вуглярод. Чым ён вышэй, тым надзейней сталь. Марганец з крэмніем асаблівага ўплыву на якасці матэрыялу не аказваюць, але іх выкарыстанне неабходна ў вырабе некаторых марак сталі для выканання працэсу раскіслення. Негатыўнае ж ўздзеянне на фарміраванне вырабы аказваюць сера і фосфар. У залежнасці ад таго, па якой тэхніцы выконвалася атрыманне, склад сталі можа мець розныя канцэнтрацыі дадзеных элементаў. У любым выпадку сера павышае ломкасць металу, а таксама памяншае ўласцівасці трываласці і пластычнасці. Фосфар, у сваю чаргу, надзяляе сталь хладноломкостью, якая ў працэсе эксплуатацыі можа быць выказана далікатнасцю.

Тэхнікі апрацоўкі сталей

Далёка не заўсёды працэс канчатковага фарміравання структуры металу завяршаецца пасля асноўнага атрымання. У далейшым, з мэтай удасканалення характарыстык вырабы, могуць прымяняцца сродкі дадатковай апрацоўкі. Да такіх можна аднесці дэфармацыйныя метады ў выглядзе кавання, штампоўкі і вальцевания. Гэта дапамагае ўжо на этапе вытворчасці сфармаваць комплекс неабходных тэхнічных уласцівасцяў, якімі будзе валодаць гатовая сталь. Атрыманне сталі на выхадзе дае пластычную структуру, таму і тэхналогіі першаснай перапрацоўкі досыць разнастайныя. Так, акрамя дэфармавання, могуць прымяняцца метады загартоўкі, адпалу і нармалізацыі.

заключэнне

Сталь асацыюецца з надзейнасцю і даўгавечнасцю. У выпадку з якаснымі вырабамі гэтага віду такія характарыстыкі апраўданыя. Напрыклад, асобныя маркі забяспечваюць даволі высокія якасці трываласці і пругкасці. У залежнасці ад таго, па якой тэхналогіі выконвалася атрыманне, прымяненне сталі можа быць арыентавана на падтрыманне цвёрдасці, здольнасць вытрымліваць дынамічныя нагрузкі і т. Д. Найбольш выгодны з пункту гледжання тэхніка-эксплуатацыйных уласцівасцяў метал дазваляе атрымліваць электротермический спосаб. Але ў той жа час ён з'яўляецца і самым дарагім, таму да дадзенай методыцы звяртаюцца толькі ў асаблівых выпадках - для стварэння спецсталей.