Виплавка сталі

Сталь виплавляється в трьох видах печей – в мартенівських регенеративних печах, бессемерівських конвертерах і електропечах.
Мартенівська піч – найбільш сучасна піч, призначена для виплавки головною маси сталі (рис. 84). Мартенівська піч на відміну від доменної не є безперервно діючою піччю.

Головна частина її – це ванна, куди через вікна спеціальною машиною завантажують необхідні матеріали. Ванна спеціальними ходами з’єднана з регенераторами, які служать для нагріву горючих газів і повітря, що подаються в піч. Нагрівання ж відбувається за рахунок тепла продуктів горіння, які час від часу пропускають через регенератори. Оскільки їх декілька, то працюють вони по черзі і по черзі нагріваються. Мартенівська піч може видавати до 500 т сталі за одну плавку.

Шихта мартенівської печі вельми різноманітна: до складу шихти входять чавун, металобрухт, руда, флюси (плавні) такого ж характеру, як і в доменному процесі. Як і в доменному процесі, при виплавці сталі здійснюється підігрів повітря і горючих газів в регенераторах за рахунок тепла відхідних газів. Паливом в мартенівських печах є або мазут, розпорошується форсунками, або горючі гази, які в даний час застосовуються особливо широко. Паливо тут служить тільки для підтримки високої температури в печі.
Процес виплавки сталі принципово відрізняється від доменного процесу, так як доменний процес – процес відновлювальний, а виплавка сталі -процес окислювальний, мета якого понизити вміст вуглецю шляхом його окислення в масі металу. Процеси, що протікають при цьому, досить складні.

Кисень, що міститься в руді і надходить з повітрям в піч для спалювання газоподібного палива, окисляє вуглець, а також значну кількість заліза, перетворюючи його в основному в окис заліза (II): 2Fe + О2 = 2FeO
Вміщені в чавуні марганець, кремній або які-небудь домішки інших металів при високій температурі відновлюють отриману окис заліза (II) знову до металевого заліза згідно рівняння: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Мn + FeO = МnО + Fe
Аналогічно реагує з окисом заліза (II) і вуглець: С + FeO = Fe + СО
В кінці процесу для відновлення залишилася окису заліза (II) (або, як кажуть, для «розкислення» її) додають «раскислители» – феросплави. Наявні в них добавки марганцю, кремнію відновлюють залишилася окис заліза (II) за вказаними вище рівнянням. Після цього плавка закінчується. Плавка в мартенівських печах ведеться 8-10 годин.

Бесемерiвський конвертор (рис. 85) – піч більш старого зразка, але з дуже високою продуктивністю. Так як конвертор працює без витрат палива, то цей спосіб виробництва сталі займає значне місце в металургії. Конвертор – грушоподібний сталевої посудину ємністю 20-30 т, футерованих зсередини вогнетривкою цеглою. Кожна плавка в конверторі триває 12-15 хвилин. Конвертор має ряд недоліків: він може працювати тільки на рідкому чавуні. Це пов’язано з тим, що окислення вуглецю ведеться повітрям, що пропускається знизу через всю масу рідкого чавуну, що значно прискорює плавку і підсилює інтенсивність окислення. Природно, що «угар» заліза в цьому випадку особливо великий. У той же час короткий термін плавки не дозволяє регулювати її, додавати легуючі домішки, тому в конверторах виплавляють головним чином вуглецеві сталі. Наприкінці плавки подачу повітря припиняють і, як і в мартенівському процесі, додають «раскислители».

У електропечах (рис. 86) виплавляється легована сталь спеціальних сортів, головним чином з високий і температурою плавлення, що містить кобальт, хром, вольфрам та інші добавки. Готову сталь направляють в прокатку. Там на величезних прокатних станах – блюмінгах і слябінгах – обжимають розпечені сталеві болванки за допомогою валків, що дозволяють виготовляти із сталевого злитка різноманітні форми.
Залізо у вигляді сплавів знаходить широке застосування в народному господарстві. Без нього не обходиться жодна галузь народного господарства. З метою економії чорних металів в даний час у міру можливості намагаються замінювати їх синтетичними матеріалами.
З чорних металів виготовляють верстати і автомобілі, літаки та інструменти, арматуру для залізобетонних конструкцій, жерсть для консервних коробок і покрівельне листове залізо, кораблі і мости, сільськогосподарські машини та балки, труби і цілий ряд побутових виробів.

Посилання на основну публікацію