Виробництво сталі.

Переробка чавуну в сталь здійснюється у мартенівських печах, конвертерах, електропечах. Суть процесу полягає в окисленні домішок, що містяться у чавуні.

Мартенівська піч – промислова піч, у якій чавун та металевий брухт переплавляють на мартенівську сталь. Тверду вихідну суміш (чавун, сталевий брухт, флюси тощо) завантажують у робочий простір печі через вікна у передній стінці; через них звичайно заливають і рідкий чавун. Рідке, або нагріте газоподібне паливо і повітря (атмосферне або збагачене на кисень) надходять у робочий простір по головках.

Об’єм мартенівських печей коливається від 20 до 900 т.

Мартенівську сталь використовують для виробництва шестерень, валів, пружин тощо.

Сьогодні мартенівські печі уже не будують, але поодинокі ще діють.

Киснево-конверторний спосіб отримання сталі базується на випалюванні в розплавленому чавуні домішок шляхом продування кисню. Процес проходить в конверторах. Конвертор є сталевою спорудою грушевидної форми об’ємом від 20 до 350 т. Всередині він викладений вогнетривким матеріалом, зверху є отвір – горловина, через яку заливається рідкий чавун і закидається скрап (металобрухт). В горловинній частині конвертера є льотка (отвір для виливання сталі). Конвертор може повертатися навколо горизонтальної осі. По водоохолоджувальній фурмі, що вводиться підйомником у горловину конвертора, подається кисень під тиском 9 – 14 атмосфер.

Процес починається із закидання металолому у горловину нахиленого конвертора. Потім заливається рідкий чавун. Встановивши конвертор вертикально, встановлюють фурму (через горловину) і починають продувати кисень. Спочатку окисляється залізо:

2Fe + O₂ = 2FeO.

Потім залізо відновлюється за рахунок окислення вуглецю:

a) FeО + С = СО + Fe

Кисень також окисляє решту домішок у чавуні.

Процес не потребує палива, оскільки тепло виділяється за рахунок спалювання вуглецю, фосфору тощо. Накопичений шлак виводять із конвертора через горловину. Сталь – через бокову льотку. Тривалість процесу від 25 до 60 хвилин.

Конвертор є дешевшим за мартенівську піч, більша швидкість і продуктивність процесу, економія палива, менші експлуатаційні видатки. Проте 7 – 10% металу втрачається через вигорання. У великому конвертері не менше 4 фурм і за 1хв використовується 4м³ кисню. Він може мати місткість до 300 тонн і давати за годину 400-500т сталі, тоді як мартенівська піч не більше 80т. Крім того в мартенівських печах шкідливі домішки утворюються і при згорянні палива.

Виробництво сталі в електропечах. З початку ХХ століття використовують плавильні дугові та індукційні електропечі.

В дугових електропечах виплавка металу проходить за рахунок тепла, що йде від електричної дуги. Остання виникає між графітовим (чи вугільним) електродом і металевою шихтою. Віддаль між шихтою та електродом можна міняти, що дозволяє регулювати довжину та температуру електричної дуги. Температура у електропечах досягає 3500°.

Об’єм промислових електропечей коливається від 0,5 до 400 т.

Шихта на 90% складається із скрапу (лом, метало відходи) і на 10% із чавуну, який добавляється для збагачення сталі вуглецем. Для окислення надлишку вуглецю і домішок добавляється залізна руда (10 кг на 1 т розплавленого металу). Для нейтралізації хімічної реакції вводиться флюс (вапно чи кварц).

Для виплавки 1 т сталі потребується від 600 до 1000 кВт.год. електроенергії та 5 – 10 кг електродів. Тривалість плавки – 2 – 3 години. Сталь виходить із незначними небажаними домішками фосфору і сірки.

Індукційна піч є вогнетривким тиглем, на поверхні якого розташована обмотка пустих мідних трубок. Ця обмотка є індуктором і через неї пропускається струм високої частоти. В пустій частині трубок циркулює вода для охолодження. Під час пропускання електричного струму через обмотку виникають індукційні струми, які розігрівають і плавлять шихту що знаходиться всередині тигля.

Таким способом електроплавлення отримують високолегійовані, нержавіючі і інші види сталі. Окислювальні процеси в тиглі усуваються шляхом застосування вакууму чи газового середовища. За рахунок цього підвищується якість сталі. Об’єм печей – до 25 т.

Дуплекс-процес є одним із способів отримання високоякісної сталі. Він базується на використанні в електропечах рідкої сталі отриманої в конверторах чи мартенівській печі. Конверторна чи мартенівська сталь звільняється від домішок.

Економічною основою дуплекс-процесу є невелика витрата електроенергії для отримання високоякісної сталі при великій потребі промисловості у якісній сталі.

Розлив сталі. Рідка сталь потрапляє у ковші і за допомогою крана потрапляє в місце розливання у ливарні форми. Відливки є частиною готового виробу, або просто болванкою, яка проходить подальшу обробку на машинобудівному заводію. У випадку, коли із сталі потрібно отримати прокат, відливають злитки у спеціальних формах (ізложницях).

Прокат металу – це спосіб його обробки за рахунок пресування і обтискання. Ці операції здійснюються над розігрітими болванками обертовими валиками прокатних станів. Прокатні вироби у залежності від виду прокату поділяються на чотири групи: сортовий прокат, листовий, спеціальний прокат, труби.

Сортовий прокат у залежності від профілю поділяється на дві групи – профілі простої геометричної форми (круглої, квадратної, шестигранної, прямокутної тощо) і фасонні профілі прокату (овальний, напівкруглий, ромбовидний, трикутний, сегментний).

Листовий прокат за стандартом випускається двох видів: листова сталь тонка (0,2 – 0,4 мм) і листова сталь товста (4 – 60 мм). Спеціальний вид прокату – колеса, зубчасті колеса, кулі, труби.

В металургійній промисловості отримало великий розвиток комбінування, яке може бути внутрігалузевим (чавун – сталь – прокат), міжгалузевим – при наявності хімічних цехів, підприємств будівельних матеріалів (на шлаку, цементних, шлаковатних тощо). Таке комбінування дає певний економічний ефект.

Виходячи із витрат сировини і інших техніко-економічних факторів, металургійні підприємства повного циклу тяжіють в розміщенні до паливних та рудних баз, а неповного циклу – до районів машинобудування, де є багато метало відходів.