Высококачественные стали
Сталь – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, в котором содержится минимум 45 % железа, а содержание углерода составляет от 0,2 до 2,14 %.
Если содержание углерода превышает 2,14 %, то сплав называется чугуном. В современных порошковых сталях, например, ZDP - 189, доля углерода может составлять от 2,9 до 3%, но при этом она не считается чугуном. Углерод способствует увеличению твердости и прочности сплава, но снижает вязкость и пластичность. В зависимости от способа получения и содержание неметаллических примесей различают следующие виды стали:
- С тали обыкновенного качества.
- Качественные стали.
- Стали высокого качества.
- Стали особо высокого качества.
Способы получения сталей высокого качества. Мартеновский способ
К основным способам получения сталей высокого качества относятся:
- Мартеновский способ.
- Кислородно-конверторный способ.
- Электросталеплавильный способ.
Мартеновский способ заключается в получении стали посредством окислительной плавки стального лома, чугуна, железной руды и флюса в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между шлаком, металлом и газовой средой мартеновской печи. Емкость загрузки одной отражательной печи, составляет около 500 тонн. Температура нагрева жидкой стали составляет около 2000 градусов по Цельсию, что достигается благодаря конструкции мартеновской печи: использование реверсирования нагревающего потока; применение дополнительного тепла регенераторов, которое получается в результате сжигания доменного или коксовального газа в струе горячего воздуха; отражения от свода закачиваемого газа, которое получается в результате горения топлива в нем, что способствует быстрому нагреву содержимого. Схема мартеновской печи изображена на рисунке ниже:
Рисунок 1. Схема мартеновской печи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - рабочее пространство с завалочными окнами и огнеупорной футеровкой стенок; 2 - свод печи; 3 - основания из магнезитного кирпича; 4 - сталевыпускные отверстия; 5 - отверстия для спуска шлака; 6 - завалочные окна.
Процесс получения мартеновской стали можно разделить на три этапа. На первом этапе начинается плавление сырья, практически сразу после его загрузки. После завершения процесса загрузки процесс расплавления протекает более интенсивно, потому что снижаются потери тепла. Во время плавления необходимо вводить в печь максимальное количество тепла с целью предохранения металла от растворения в нем газов и излишнего окисления. Данный тап характеризуется окислительными реакциями - окисляются железо, фосфор, кремний и марганец. Одновременно с этим образуется большое количество закиси железа, являющейся основным окислителем для примесей - марганца, кремния и фосфора. Второй этап характеризуется энергичным окислением углерода благодаря закиси железа. Данный процесс протекает по следующей реакции:
$С+FeO = CO+Fe+Q$
Газы, которые образуются в данном процессе, стремятся вырваться, приходят в состояние кипения. Выгорание углерода продолжается 2-3 часа.
На третьем этапе происходит раскисление. В качестве раскислителей используются алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Легкие раскислители загружаются в ковш или желоб, а более тяжелые в печь. В некоторых случаях, чтобы проверить раскисленность делается проба. 3астывший раскаленный кусок стали подвергается ковке - в случае плохой раскисленности образуются трещины. Когда в мартеновской печи выплавляется легированная сталь, после ее раскисления вводятся легирующие элементы: феррохром, ферротитан. Чистый никель вводится, если необходимо получить никелевую сталь.
Электросталеплавильный способ получения стали высокого качества
Производство стали посредством электрической плавки обладает многими преимуществами. Данный способ является основным при производстве высококачественных легированных сталей. В процессе электрической плавки достигается высокая температура, что в свою очередь позволяет выплавлять стали, которые содержат тугоплавкие металлы: ванадий, молибден, вольфрам. Высокое качество получаемой стали достигается благодаря практически полному отсутствию кислорода, серы и фосфора. Процесс выделения тепла не связан с потреблением окислителя. Он происходит в результате преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Энергия тепла выделяется при прохождении электрической дуги или наведении вихревых токов. В зависимости от принципа работы печи делятся на индукционные и дуговые. Электродуговая печь способна одновременно принимать от 3,5 до 270 тонн сырья, в качестве которого используются железная руда, жидкая сталь из конвертеров и скрапа. В ней содержится несколько электродов из графитсодержащих материалов, к которым подводится электрическое напряжение. Продолжительность плавления в таких печах составляет максимум 1,5 час, температура плавления достигает 6000 градусов по Цельсию.
