В основном Чугун выплавляется в домнах. Это сложное инженерное сооружение, работающее непрерывно в течение долгого времени. Печь работает по принципу противотока. Сверху загружается руда, флюсы и кокс, а снизу подается воздух.. Кокс служит для нагревания и расплавления руды, а также участвует в восстановлении железа из окислов руды. В коксе должно быть минимум серы и фосфора. Флюсы (известняки, кремнеземы,..) необходимы для получения шлаков. При сгорании топлива образуется окись углерода, которая и является главным восстановителем железа. Восстановление железа происходит от высших окислов к низшим и, в конечном итоге, к металлу: окисью углерода СО и твердым углеродом С. Восстановление марганца, кремния и других элементов выполняется также коксом.
Продуктами доменного производства являются: чугун передельный, содержащий 4…4,5 % С, 0,6…0,8 % Si, 0,25…1,0 % Mn, до 0,3 % S и до 0,05 % Р; чугун литейный, содержащий Si около 3 %; ферросплавы: ферросилиций (9 …13 % Si) и ферромарганец (70 …75 % Mn), предназначенные для раскисления и легирования сталей; шлаки, используемые для производства шлаковаты, шлакоблоков, цемента.
Чтобы получить сталь из чугуна надо уменьшить в нем количество углерода, марганца, серы и фосфора. Для этого используются такие способы: конверторный, изготовления в мартеновских печах и получение стали в электрических печах. Из этих трех основных способов производства стали конверторный появился ранее других. Кислородно-конверторный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива, путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом.
Конвертор- это сосуд грушевидной формы, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и подвешенный на двух кронштейнах. Полученный в домне жидкий чугун из ковша заливают в конвертор. Для получения шлака добавляют в конвертор железную руду и известь, боксит и плавиковый шпат. В конвертор снизу подается воздух, или сверху - кислород. Процесс получения стали проходит быстро, при этом отчетливо видны три периода. В первые 4 …5 минут процесса окисляется железо. Далее, образовавшаяся окись железа окисляет кремний и марганец. Кремний и марганец окисляются также и кислородом. При окислении углерода, кремния, марганца и др. примесей выделяется большое количество тепла, температура расплава увеличивается, а окислы образуют шлак. После того, как выгорят почти полностью Si и Mn наступает второй период бурного выгорания углерода, характерный тем, что пока окись углерода. горит над горловиной. будет яркое пламя. Третий период наступает, когда над горловиной появляется бурый дым - признак того, что начало окисляться железо и процесс получения стали завершен. Кислород вдувается в конвертор сверху (давление до 1,2 МПа) на зеркало жидкого металла.. Температура при продувке кислородом выше, чем при продувке воздухом, поэтому кроме расплавленного чугуна можно использовать до 30 % железного скрапа и железной руды. При продувке кислородом в сплаве уменьшается содержание азота, время продувки сокращается по сравнению с продувкой воздухом в 2 раза и увеличивается производительность конвертора. Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное, но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом. Мартен это регенеративная пламенная печь. Газ сгорает над плавильным. Газ и воздух°пространством, где создается температура 1750… 1800 С в регенераторах. За счет тепла°предварительно подогреваются (до 1200…1250 сгоревших газов, выходящих в трубу. Два регенератора: один работает, а другой накапливает тепловую энергию. Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом. Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванне, а окончательное – алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.
Сталь высокого качества выплавляют в дуговых и индукционных электропечах. Процесс примерно такой же как и в мартеновской печи, но температура выше, поэтому можно получать в электропечах тугоплавкую сталь, содержащую хром, вольфрам и др. Два периода при выплавке электростали: окислительный (выгорают Si, Mn, C, Fe) за счет кислорода, воздуха и оксидов шихты.; восстановительный - раскисление стали, удаление серы. Для этого вводят флюс, состоящий из извести и плавикового шпата.
Также есть способ индукционной плавки. Индукционная плавка применяется обычно для переплавки сталей и получения высоколегированных и специальных сталей в условиях вакуума или специальной регулируемой атмосферы.
Список используемой литературы
1. «Справочник по конструкционным материалам» Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов, 2005 г.
2. «Коррозия и химически стойкие материалы» Поляков К.А., 2001 г.
3. « Конструкционные материалы. Карманный справочник» Болтон У., 2004 г.