title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Получение стали из чугуна

Получение стали из чугуна

Отличие стали от чугуна. Сталь выплавляют из чугуна в особых печах. Чугун вследствие своей хрупкости не может быть применен для некоторых деталей машин, поэтому их изготовляют из стали. Около 75% выплавляемого чугуна перерабатывается в сталь.
Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и других примесей. Поэтому процесс получения стали из чугуна сводится к понижению количества входящих в чугун примесей. Это достигается посредством окислительных процессов, то есть переплавки чугуна в различных печах: бессемеровском и томасовском конверторах, мартеновских, тигельных и электрических печах.
Во время переплавки из чугуна выгорает часть углерода, марганца, кремния, в результате чего получается материал с небольшим содержанием углерода (до 1,7%), очень прочный и вязкий, который и называется сталью.
Сравним химические составы одного из чугунов и полученной из него стали (табл. 2).

Из таблицы 2 видно, что сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и других примесей. Обычно углерода в стали содержится от 0,1 до 1,7%; кремния до 0,5%; марганца до 0,8%; фосфора до 0,04%; серы до 0,04%.
Переработка чугуна в сталь заключается главным образом в удалении из него значительного количества углерода и осуществляется различными способами: бессемеровским, томасовским, мартеновским и плавлением в электрических печах.

Бессемеровский в томасовский способы получения стали состоят в том, что через расплавленный чугун, залитый в конвертор (сосуд грушевидной формы), под давлением продувается воздух (рис. 3). Под действием кислорода воздуха из расплавленного чугуна выгорает часть углерода, кремния и марганца, в результате чего получается мягкая сталь. Из этой стали путем прокатки изготовляют швеллеры, угольники, балки, квадратную, круглую сталь и другие профили, широко применяемые для изготовления сельскохозяйственных машин.
Для бессемеровского процесса годится только сильнокремнистый чугун с минимальным содержанием фосфора. Томасовский способ отличается от бессемеровского тем, что позволяет перерабатывать чугун с высоким содержанием фосфора. При томасовском способе наряду со сталью получается большое количество ценного побочного продукта — шлака, составляющее 20—25% от веса залитого чугуна. Продукт этот называется томасшлаком и содержит от 12 до 25% фосфорной кислоты. В размолотом виде он применяется для удобрения полей.
Вместимость конвертора 15—30 т чугуна, производительность его составляет 600—1500 т стали в сутки. Сталь, получаемая бессемеровским и томасовским способом, называется конверторной. Качество этой стали сравнительно низкое.
Мартеновский способ получения стали. При этом способе плавка стали происходит в плавильном пространстве, куда загружается сырье в виде железного и стального лома, а также в виде чугуна.
В мартеновской печи (рис. 4) имеются специальные устройства — так называемые регенераторы (служащие для подогрева воздуха), благодаря которым температура в рабочем пространстве печи при сжигании топлива достигает 2000°. При этой температуре расплавляется загружаемый в печь в составе шихты различный металлический лом.

Плавка в мартеновской печи продолжается 4—6 часов, что дает возможность брать пробы для определения качества металла и следить за его обезуглероживанием. Своевременно регулируя процесс плавки, можно получить требуемый состав стали. В большинстве случаев при плавке обезуглероживание металла ведется до максимальных пределов, а затем в конце процесса вводится необходимое количество углерода путем присадки зеркального чугуна или ферромарганца. Этим одновременно производится раскисление металла.
Для получения специальных сортов стали вводят специальные примеси; чтобы они не выгорали, их добавляют в конце процесса.
По окончании процесса плавки сталь через выпускное отверстие в печи выливают в ковш, из которого и производится разливка ее по изложницам или отливка готовых изделий в формах (фасонное литье).
Благодаря длительности всего процесса и высокой температуре в печи мартеновская сталь обладает высокими качествами.
Мартеновский способ получения стали обладает рядом важных преимуществ. При этом способе выплавки стали можно перерабатывать как смесь стального лома с чугуном, так и один чугун в твердом или в жидком состоянии; можно получать сталь с более точным химическим составом — качественную сталь, а также сталь с присадками хрома, никеля, ванадия и других примесей, улучшающих механические свойства стали, то есть легированную, или специальную сталь.
В настоящее время основная масса стали плавится в мартеновских печах.
Мартеновские печи делают стационарными, вместимостью от 25 до 150 т, и качающимися, вместимостью до 300 т.
Основным показателем работы мартеновской печи является съем стали с 1 м2 пода; норма съема составляет 8,76 т с 1 м2 пода печи.
Новаторы-сталевары Запорожстали и Чусовского завода тт. Якименко, Мартынов, Небылицкий и Тещин, соревнуясь в выплавке стали скоростными методами, добились съема стали в 11,6 т с 1 м2 пода печи.
Скоростное сталеварение имеет огромное народнохозяйственное значение: сокращение продолжительности каждой плавки всего на одну минуту дает только по одному Чусовскому заводу дополнительно 700 т стали в год.
В практику сталеплавильного производства за последнее время внедряется новый способ, разработанный советскими учеными под руководством акад. И.П. Бардина. Сущность этого способа состоит в том, что для сжигания топлива подают дутье, обогащенное кислородом. Это позволяет повысить температуру в печи и ускорить процесс плавки.
Мартеновская сталь в виде проката широко применяется для изготовления ответственных деталей тракторов, например коленчатых и распределительных валов, шатунов, шестерен и других деталей.
Получение стали в электрических печах. Этот широко распространенный способ выплавки стали дает возможность получать высококачественную сталь в больших количествах.
Электрические печи бывают двух видов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Широко распространенные электрические дуговые печи получили свое название от электрической дуги, которая была открыта акад. В. В. Петровым в 1802 г.
Устройство дуговой электрической печи схематически показано на рисунке 5.

Дуговая печь состоит из железного кожуха, выложенного внутри огнеупорным кирпичом. Через свод проходит треугольный или графитовый электрод, длина которого достигает 3 м, а диаметр равен 200—600 мм. Электрод укреплен в специальном держателе и может передвигаться в вертикальном направлении. Расстояние между электродом и металлом в печи поддерживается автоматически. При проходе электрического тока через электрод и металл, находящийся в печи, образуется электрическая дуга. Теплом от этой дуги нагреваются и плавятся загруженные в печь материалы.
Печь может наклоняться в сторону выпускного отверстия при загрузке шихты и выпуске металла.
Емкость дуговых печей — от 0,5 до 70 т. Количество плавок в сутки колеблется от 4 до 8.
Индукционная печь высокой частоты состоит из тигля, окруженного змеевиком, сделанным из медной трубы. При прохождении по змеевику переменного тока высокой частоты в металле, загруженном в тигель, образуются вихревые токи, от действия которых металл нагревается и расплавляется.
Основное преимущество индукционных печей состоит в хорошем перемешивании металла, вследствие перемещения его частиц электродинамическим действием наведенных в металле токов, и в высокой температуре нагрева металла (до 2000°).
Емкость индукционных печей — от 10 кг до 7 т. Из-за сложности их устройства, малой стойкости тиглей и высокого расхода электроэнергии индукционные печи имеют ограниченное распространение.
По производству электростали Россия занимает первое место в Европе. Следует отметить, что электропечи отличаются от других металлургических печей общей чистотой и удобством обслуживания.
На заводах тракторной промышленности отливкой в электропечах изготовляют различные стальные детали тракторов, например ведущие колеса (звездочки) гусеничных тракторов, опорные катки, направляющие колеса, звенья гусениц и ряд других деталей.

title-icon Подобные новости