Рис.1 Схема кисневого конвертера Рис.2 Схема зміни металу по ходу плавки
Процес займає чільну роль серед існуючих способів масового виробництва сталі. Такий успіх киснево-конвертерного способу полягає в можливості переробки чавуну практично будь-якого складу, використанням металобрухту від 10 до 30%, можливість виплавки широкого сортаменту сталей, включаючи леговані, високою продуктивністю, малими витратами на будівництво, великий гнучкістю і якістю продукції за невеликий проміжок часу.
При конверторному способі виробництва, завдяки тому, що окислення фосфору і сірки йде одночасно є можливість зупинити процес на заданому змісті вуглецю і отримати досить широку гаму вуглецевих сталей при низькому вмісті сірки та фосфору.
Киснево-конвертерний процес з верхньої продувкою.
Конвертер має грушоподібної форми з концентричною горловиною. Це забезпечує найкращі умови для введення в порожнину конвертера кисневою фурми, відведення газів, заливання чавуну і завалки брухту і шлакоутворюючих матеріалів. Кожух конвертера виконують зварним з сталевих листів товщиною від 20 до 100 мм. У центральній частині конвертера зміцнюють цапфи, що з'єднуються з пристроєм для нахилу. Механізм повороту конвертера складається з системи передач, що пов'язують цапфи з приводом. Конвертер може повертатися навколо горизонтальної осі на 360 ^о зі швидкістю від 0,01 до 2 об / хв. Для великовантажних конвертерів ємністю від 200 т застосовують двосторонній привід, наприклад, чотири двигуни по два на кожну цапфу

Рис. 3. Конвертер ємністю 300 т з двостороннім приводом механізму повороту
У шлемной частини конвертера є льотка для випуску сталі. Випуск сталі через річку виключає можливість попадання шлаку в метал. Льотка закривається вогнетривкої глиною, замішаної на воді.
 
Хід процесу. Процес виробництва сталі в кисневому конвертері складається з наступних основних періодів: завантаження металобрухту, заливання чавуну, продувки киснем, завантаження шлакообразующих, зливу сталі та шлаку.
Завантаження конвертера починається з завалки сталевого брухту. Лом завантажують в нахилений конвертер через горловину за допомогою завалочних машин лоткового типу. Потім за допомогою заливальних кранів заливають рідкий чавун, конвертер встановлюють в вертикальне положення, вводять фурму і включають подачу кисню з чистотою не менше 99,5% О _2. Одночасно з початком продувки завантажують першу порцію шлакообразующих і залізної руди (40 - 60% від загальної кількості). Іншу частину сипучих матеріалів подають у конвертер в процесі продувки однією або декількома порціями, найчастіше 5 - 7 хвилин після початку продувки.
На процес рафінування значний вплив надають положення фурми (відстань від кінця фурми до поверхні ванни) і тиск подаваного кисню. Зазвичай висота фурми підтримується в межах 1,0 - 3,0 м, тиск кисню 0,9 - 1,4 МПа. Правильно організований режим продувки забезпечує хорошу циркуляцію металу та її перемішування зі шлаком. Остання, у свою чергу, сприяє підвищенню швидкості окислення які у чавуні C, Si, Mn, P.
Важливим в технології киснево-конвертерного процесу є шлакоутворення. Шлакоутворення значною мірою визначає перебіг видалення фосфору, сірки та інших домішок, впливає на якість виплавленої сталі, вихід придатного і якість футерівки. Основна мета цієї стадії плавки полягає у швидкому формуванні шлаку з необхідними властивостями (основністю, жидкоподвижность і т. д.). Складність виконання цього завдання пов'язана з високою швидкістю процесу (тривалість продувки 14 - 24 хвилини). Формування шлаку необхідної основності і заданими властивостями залежить від швидкості розчинення вапна в шлаку. На швидкість розчинення вапна в шлаку впливають такі чинники, як склад шлаку, його окисненість, умови змочування шлаком поверхні вапна, перемішування ванни, температурний режим, склад чавуну і т. д. Ранньому формуванню основного шлаку сприяє наявність первинної реакційної зони (поверхню дотику струменя кисню з металом) з температурою до 2500 ^о. У цій зоні вапно піддається одночасному впливу високої температури і шлаку з підвищеним вмістом оксидів заліза. Кількість введеної на плавку вапна визначається розрахунком і залежить від складу чавуну і змісту SiO ₂ руді, бокситі, вапна та ін Загальний витрата винищити становить 5 - 8% від маси плавки, витрата бокситу 0,5 - 2,0%, плавикового штампа 0 , 15 - 1,0%. Основність кінцевого шлаку мусить бути не менше 2,5.
Окислення всіх домішок чавуну починається з самого початку продувки. При цьому найбільш інтенсивно на початку продувки окислюється кремній і марганець. Це пояснюється високою спорідненістю цих елементів до кисню при порівняно низьких температурах (1450 - 1500 ^о С і менше).
Окислювання вуглецю в киснево-конвертерному процесі має важливе значення, оскільки впливає на температурний режим плавки, процес шлакоутворення і рафінування металу від фосфору, сірки, газів і неметалевих включень.
Характерною особливістю киснево-конвертерного виробництва є нерівномірність окислення вуглецю як за обсягом ванни, так і протягом продувки.
З перших хвилин продувки одночасно з окисленням вуглецю починається процес дефосфорации - видалення фосфору. Найбільш інтенсивне видалення фосфору йде в першій половині продувки при порівняно низької температури металу, високому вмісті в шлаку (FeO); основність шлаку і його кількість швидко збільшується. Киснево-конвертерний процес дозволяє отримати <0,02% Р в готової стали.
Умови для видалення сірки при киснево-конвертерному процесі не можна вважати таким же сприятливим, як для видалення фосфору. Причина полягає в тому, що шлак містить значну кількість (FeO) і висока основність шлаку (> 2,5) досягається лише в другій половині продувки. Ступінь десульфурації при киснево-конвертерному процесі перебуває в межах 30 - 50% і змістом сірки в готової стали становить 0,02 - 0,04%.
Після досягнення заданого змісту вуглецю дуті відключають, фурму піднімають, конвертер нахиляють і метал через річку (для зменшення перемішування металу і шлаку) виливають у ківш.
Отриманий метал містить підвищений вміст кисню, тому заключною операцією плавки є розкислення металу, яке проводять у сталерозливних ковшів. Для цієї мети одночасно зі зливом стали за спеціальним поворотному жолобу в ківш потрапляють раскислители і легуючі добавки.
Шлаки з конвертера зливають через горловину в шлаковий ківш, встановлений на шлаковозе під конвертером.
Перебіг киснево-конвертерного процесу обумовлюється температурним режимом і регулюється зміною кількості дуття і введенням у конвертер охолоджувачів - металобрухту, залізної руди, вапняку. Температура металу під час випуску з конвертера близько 1600 ^о С.
Під час продувки чавуну в конвертері утворюється значна кількість газів, що відходять. Для використання тепла відхідних газів і отчистки їх від пилу за кожним конвертером обладнані котел-утилізатор і установка для очищення газів.
Управління конвертерним процесом здійснюється за допомогою сучасних потужних комп'ютерів, у яких вводиться інформації про вихідні матеріали (склад і кількість чавуну, брухту, вапна), а також про показники процесу (кількість і склад кисню, газів, що відходять, температура і т. п.).
Киснево-конвертерний процес з донної продувкою.
У середині 60-х років дослідами із вдування струменя кисню, оточеній шаром вуглеводнів, була показана можливість через днище без руйнування вогнетривів. В даний час у світі працюють кілька десятків конвертерів з донної продувкою садкой до 250 т. Кожна десята тонна конвертерної сталі, виплавленої у світі, припадає на цей процес.
Основна відмінність конвертерів з донної продувкою від конвертерів з верхнім дуттям полягає в тому, що вони мають менший питомий об'єм, тобто обсяг припадає на тонну продувається чавуну. У днище встановлюють від 7 до 21 фурм залежно від ємності конвертера. Розміщення фурм в днище може бути різним. Зазвичай їх розташовують в одній половині днища так, щоб при нахилі конвертера вони були вище рівня рідкого металу. Перед установкою конвертера у вертикальне положення через фурми пускається дуття.
В умовах донної продувки поліпшуються умови перемішування ванни, збільшується поверхня метал-зародження і виділення пухирців ЗІ. Таким чином, швидкість зневуглецювання при донної продувці вище в порівнянні з верхньою. Одержання металу із вмістом вуглецю менш 0,05% не становить труднощів.
Умови видалення сірки при донної продувці більш сприятливі, ніж при верхній. Це також пов'язано з меншою окисленністю шлаку і збільшенням поверхні контакту газ - метал. Остання обставина сприяє видалення частини сірки в газову фазу у вигляді SO _2.
Переваги процесу з донної продувкою полягають у підвищенні виходу придатного металу на 1 - 2%, скорочення тривалості продувки, прискоренні плавлення брухту, меншою висоті будівлі цеху і т. д. Це становить певний інтерес, перш за все, для можливої ​​заміни мартенівських печей без корінний реконструкції будівель мартенівських цехів.
Конвертерний процес з комбінованої продувкою.
Ретельний аналіз переваг та недоліків способів виплавки сталі в конвертерах з верхньої та нижньої продувкою привів до створення процесу, у якому метал продувається згори киснем і знизу - киснем в захисної сорочці чи аргоном (азотом). Використання конвертера з комбінованої продувкою в порівнянні з продувкою тільки зверху дозволяє підвищити вихід металу, збільшити частку брухту, знизити витрата феросплавів, зменшити витрату кисню, підвищити якість сталі за рахунок зниження вмісту газів при продувці інертним газом в кінці операції.

Мартенівський спосіб

Рис.5 Схема мартенівської печі
1,2,10,11-регенератори, 3,9-канал для газу, 4,8-канал для повітря,
5-вікна, 6-під, 7-простір, 12,14-клапани, 13-труба
Мартенівська піч (рис. 5) представляє собою регенеративну полум'яну піч, висока температура в якій (1750 ... 1800 ° С) досягається за рахунок згоряння газу в плавильному просторі. Газ і повітря підігріваються в регенераторах. Зліва від плавильного простору 7 знаходяться канали для газу 3 та повітря 4, з'єднані з регенераторами 1 і 2. Такі ж канали для газу 9 і повітря 8 є праворуч від плавильного простору 7; вони відповідно з'єднані з регенераторами 10 і 11. Кожен з регенераторв має насадку з викладеного в клітку вогнетривкої цегли. Шихта завантажується через вікна 5.
Подаються в піч газ і повітря проходять через попередньо нагріті до температури 1200 ... 1250 ° С регенератори 10 і 11, нагріваються в них і надходять в плавильний простір печі. Тут газ і повітря змішуються і згоряють, утворюючи полум'я високої температури. Продукти згоряння по каналах 3 та 4 надходять в регенератори 1 і 2, нагрівають їх, охолоджуючись до 500 ... 600 ° С, і йдуть у димову трубу 13. По мірі охолодження регенераторів 10 і 11 напрямок газу і повітря в печі змінюють на зворотне перемиканням клапанів 12 і 14. Тоді газ і повітря надходять в плавильний простір по каналах 3 і 4, пройшовши нагріті регенератори 1 і 2, а продукти згоряння виходять по каналах 8 і 9, нагрівають насадку регенераторів 10 і 11 і йдуть у трубу 13. Таким чином, газ і повітря при роботі печі проходять через поперемінно нагріваються то ліві, то праві регенератори.
Мартенівські печі, що працюють на мазуті, мають з кожної сторони по одному регенератор для нагріву тільки повітря.
У нашій країні експлуатуються мартенівські печі ємністю від 20 до 900 т рідкої сталі. Важливою характеристикою цих печей є також площа поду 6. Для печі ємністю 900 т вона становить близько 120 м ^2.
Показники роботи мартенівських печей: з'їм сталі з 1 м ² поду печі на добу і витрата палива на тонну виплавленої сталі. На вітчизняних заводах з'їм сталі складає близько 10 т / м ² на добу, а витрата палива при скрап-рудному процесі-120 ... 180 і при скрап-процесі - 170 ... 250 кг / т.
Інтенсифікація мартенівського виробництва досягається використанням печей більшої ємності, гарної підготовки шихтових матеріалів, автоматизації процесу плавки. Підвищенню продуктивності печей і економії палива сприяє застосування кисневого дуття.
Сутність мартенівського процесу полягає у переробці чавуну й металевого брухту на поду відбивної печі. У мартенівському процесі на відміну від конвертерного недостатньо тепла хімічних реакцій і фізичного тепла шихтових матеріалів. Для плавлення твердих шихтових матеріалів, для покриття значних теплових втрат і нагріву стали до необхідних температур в піч підбиватимуться додаткове тепло, одержуване шляхом спалювання у робочому просторі палива в струмені повітря, нагрітого до високих температур.
Для забезпечення максимального використання подаваного в піч палива (мазут чи попередньо підігріті гази) необхідно, щоб процес горіння палива закінчувався повністю в робочому просторі. У зв'язку з цим в піч повітря подається у кількості, що перевищує теоретично необхідне. Це створює в атмосфері печі надлишок кисню. Тут також присутній кисень, що утворюється в результаті розкладання при високих температурах вуглекислого газу і води.
Таким чином, газова атмосфера печі має окисний характер, тобто в ній міститься надмірна кількість кисню. Завдяки цьому метал в мартенівської печі протягом всієї плавки піддається прямому чи непрямому впливу окисної атмосфери.
Для інтенсифікації горіння палива в робочому просторі частина повітря йде на горіння, може замінюватися киснем. Газоподібний кисень може також подаватися у ванну (аналогічно продувці металу в конвертері).
У результаті цього під час плавки відбувається окислювання заліза і інших елементів, що містяться в шихті. Утворені при цьому оксиди металів FeO, Fe ₂ O _3, MnO, CaO, P ₂ O _5, SiO ₂ і ін Разом з частинками поступово руйнується футеровки, домішками, що вносяться шихтою, утворюють шлак. Шлаки легше металу, тому він покриває метал у всі періоди плавки.
Шихтові матеріали основного мартенівського процесу складаються, як і при інших сталеплавильних процесах, з металевої частини (чавун, металевий брухт, раскислители, легуючі) і неметалевої частини (залізна руда, мартенівський агломерат, вапняк, вапно, боксит).
Чавун може застосовується в рідкому вигляді або в чушках. Співвідношення кількості чавуну і сталевого брухту в шихті може бути різним у залежності від процесу, виплавлюваних марок сталі та економічних умов.

Рис. 4. Схема Двохванний сталеплавильної печі:
1 - паливно-кисневі фурми, 2 - фурми для вдування твердих матеріалів;
3 - склепіння печі; 4 - вертикальні канали, 5 - шлаковика; 6 - подини печей
Мартенівський процес. Матеріалами для виплавки сталі в мартенівської печі можуть бути: сталевий брухт (скрап), рідкий я твердий чавуни, залізна руда. За характером шихтових матеріалів основний мартенівський процес ділитися на кілька різновидів, найбільшого поширення з яких:
1) скрап-рудний процес на шихті з рідкого чавуну з добавкою 25 ... 39% сталевого скрапу і залізної руди;
2) скрап-процес на шихті з сталевого брухту і 25 ... 45% чушкового передільного чавуну.
Флюсом в обох процесах зазвичай служить вапняк СаСО3 (8 ... 12% від маси металу).
Більш широке застосування в металургії отримав скрап-рудний процес виплавки сталі в основний мартенівської печі. Спочатку в піч завантажують і прогрівають залізну руду і вапняк, потім додають сталевий скрап та заливають рідкий чавун. У процесі плавки домішки в чавуні окислюються за рахунок оксиду заліза руди і скрапу:
3Si + 2Fе2Оз == 3 SiO 2 + 4Fe; ЗМП + Fe20з == ЗМпО + 2Fe;
6Р + 5Fе2Оз = ЗРзО5 + lOFe; ЗС + Ре20з = ЗСО + 2Fe.
Сірка віддаляється в результаті взаємодії сірчистого заліза з вапном:
FeS + СаО == FeO + CaS.
Оксиди SiO2, MnO, P2O5, CaO, а також сульфід CaS утворюють шлак, періодично випускається з печі в шлакові чаші.
Для інтенсифікації процесу плавлення та окислення домішок ванну продувають киснем, що подається через водоохолоджувальні фурми. Продувка киснем дозволяє в 2 ... 3 рази скоротити тривалість процесу, зменшити витрату палива і залізної руди.
Після плавлення шихти починається період кипіння ванни. У цей час інтенсивно окислюється вуглець в металі. У момент, коли зміст його досягає заданого, а кількість сірки та фосфору зменшується до мінімуму, кипіння припиняють і починають розкислення сталі в ванні печі ферромарганцем, ферросилицием і алюмінієм. Остаточно сталь раскисляют алюмінієм і ферросилицием в сталеразливочном ковші при випуску сталі з печі.
Цей процес широко застосовується на заводах з повним металургійним циклом.
Скрап-процес застосовують на машинобудівних заводах, що не надто рідким чавуном. Від скрап-рудного процесу він дещо відрізняється завалки і плавленням шихти.
Основний скрап-процес застосовується для виплавки вуглецевих і легованих сталей.
Показники роботи мартенівських печей: з'їм сталі з 1 м ² поду печі на добу і витрата палива на тонну виплавленої сталі. На вітчизняних заводах з'їм сталі складає близько 10 т / м ² на добу, а витрата палива при скрап-рудному процесі-120 ... 180 і при скрап-процесі - 170 ... 250 кг / т.
Інтенсифікація мартенівського виробництва досягається використанням печей більшої ємності, гарної підготовки шихтових матеріалів, автоматизації процесу плавки. Підвищенню продуктивності печей і економії палива сприяє застосування кисневого дуття. я твердий чавуни, залізна руда. Залежно від їхнього співвідношення в шихті розрізняють:
1) скрап-рудний процес на шихті з рідкого чавуну з добавкою 25 ... 39% сталевого скрапу і залізної руди;
2) скрап-процес на шихті з сталевого брухту і 25 ... 45% чушкового передільного чавуну.
Флюсом в обох процесах зазвичай служить вапняк СаСО3 (8 ... 12% від маси металу).
Більш широке застосування в металургії отримав скрап-рудний процес виплавки сталі в основний мартенівської печі. Спочатку в піч завантажують і прогрівають залізну руду і вапняк, потім додають сталевий скрап та заливають рідкий чавун. У процесі плавки домішки в чавуні окислюються за рахунок оксиду заліза руди і скрапу:
3Si + 2Fе2Оз == 3SiO 2 + 4Fe; ЗМП + Fе20з == ЗМпО + 2Fe;
6Р + 5Fе2Оз = ЗРзО5 + lOFe; ЗС + Fе20з = ЗСО + 2Fe.
Сірка віддаляється в результаті взаємодії сірчистого заліза з вапном:
FeS + СаО == FeO + CaS. Оксиди SiO2, MnO, P2O5, CaO, а також сульфід CaS утворюють шлак, періодично випускається з печі в шлакові чаші.
Для інтенсифікації процесу плавлення та окислення домішок ванну продувають киснем, що подається через водоохолоджувальні фурми. Продувка киснем дозволяє в 2 ... 3 рази скоротити тривалість процесу, зменшити витрату палива і залізної руди.
Після плавлення шихти починається період кипіння ванни. У цей час інтенсивно окислюється вуглець в металі. У момент, коли зміст його досягає заданого, а кількість сірки та фосфору зменшується до мінімуму, кипіння припиняють і починають розкислення сталі в ванні печі ферромарганцем, ферросилицием і алюмінієм. Остаточно сталь раскисляют алюмінієм і ферросилицием в сталеразливочном ковші при випуску сталі з печі.
Скрап-процес застосовують на машинобудівних заводах, що не надто рідким чавуном. Від скрап-рудного процесу він дещо відрізняється завалки і плавленням шихти. Таким процесом працюють заводи, на яких немає доменного виробництва.
Основний скрап-процес застосовується для виплавки вуглецевих і легованих сталей.
При мартенівському способі виплавки, сталь отримують більш якісну, ніж у конвертерах, але й часу з виробництва її витрачається значно більше.

Електросталеплавильний спосіб

Електросталеплавильне виробництво - це отримання якісних і високоякісних сталей в електричних печах, що мають суттєві переваги в порівнянні з іншими сталеплавильними агрегатами.
Виплавка сталі в електропечах заснована на використанні електроенергії для нагріву металу. Тепло в електропечах виділяється в результаті перетворення електроенергії у теплову при горінні електричної дуги або в спеціальних нагрівальних елементах, або з допомогою порушення вихрових струмів.
На відміну від конвертерного і мартенівського процесів виділення тепла в електропечах не пов'язане зі споживанням окислювача. Тому електроплавку можна вести в будь-якому середовищі - окисної, відновної, нейтральною і в широкому діапазоні тисків - в умовах вакууму, атмосферного або надлишкового тиску. Електросталь, призначену для подальшого переділу, виплавляють, головним чином в дугових печах з основною футеровкой і в індукційних печах.

Рис. 6. Схема робочого простору дугової електропечі:
1 - куполоподібний звід; 2 - стінки; 3 - жолоб; 4 - сталевипускного отвір;
5 - електрична дуга; 6 - сферичний під; 7 - робоче вікно, 8 - заслінка; 9 - електроди
Дугові печі бувають різної ємності (до 250 т) і з трансформаторами потужністю до 125 тисяч кіловат.
Джерелом тепла в дугового печі є електрична дуга, що виникає між електродами і рідким металом або шихтою при додатку до електродах електричного струму необхідної сили. Дуга є потік електронів, іонізованих газів і парів металу і шлаку. Температура електричної дуги перевищує 3000 ^о С. Дуга, як відомо, може виникати при постійному і постійному струмі. Дугові печі працюють на змінному струмі. При горінні дуги між електродом і металевої шихтою в перший період плавки, коли катодом є електрод, дуга горить, тому що простір між електродом і шихтою іонізується за рахунок випускання електронів з нагрітого кінця електрода. При зміні полярності, коли катодом стає шихта - метал, дуга гасне, т. к. на початку плавки метал ще не нагрітий і його температура недостатня для емісії електронів. При подальшій зміні полярності дуга знову виникає, тому в початковий період плавки дуга горить переривчасто, неспокійно.
Після розплавлення шихти, коли ванна покриває рівним шаром шлаку, дуга стабілізується і горить рівно.
Виплавка сталі у кислих електродугових печах
Дугові печі з кислою футеровкой зазвичай використовуються при виплавці сталі для фасонного лиття. Ємність їх становить від 0,5 до 6,0-10 т. Кисла футеровка більш термостійка і дозволяє експлуатувати піч з урахуванням умов переривчастої роботи багатьох ливарних цехів машинобудівних заводів. Основним недоліком печей із кислою футеровкой є те, що під час плавки з металу не видаляються сірка і фосфор. Звідси, дуже високі вимоги до якості застосовуваної шихти за змістом цих домішок.
Плавлення у кислому печі триває приблизно так само, як в основній печі (50-70 хв). У окисний період втечуть меншу кількість вуглецю (0,1 - 0,2%) та з-за підвищеного вмісту FeO в шлаку метал кипить без присадок залізної руди. Зміст SiO ₂ в шлаку до кінця окисного періоду підвищується до 55 - 65%. Коли метал нагріте, починається відновлення кремнію по реакции:
(SiO ₂₎ + 2 [C] = [Si] + 2CO _газ
Наприкінці окисного процесу зміст Si в металі збільшується до 0,4%.
Плавка з рафінуванням в ковші пічним шлаком.
Застосовується на печах ємністю 100 - 200 т. Після закінчення окисного періоду і розкислення металу наводять новий шлак з високим вмістом СаО. Протягом 40 - 60 хв шлак раскисляют меленим коксом і ферросилицием. Перед випуском в шлак дають CaF _2. Висока (10 - 20%) вміст CaF ₂ забезпечує високу рафінуючі здатність шлаку. При випуску з печі спочатку випускають у ківш рідкий шлак і потім потужним струменем метал. Перемішування металу зі шлаком забезпечує високий ступінь рафінування від домішок (від сірки) і неметалічних включень. Однією з форм рафінування сталі в ковші можна вважати технологію синтетичних шлаків на основі СаО - Al ₂ O _3. У цьому випадку потрібні додаткові витрати для плавлення шлаку.
Плавка сталі в індукційній печі.
В індукційних печах для виплавки металу використовується тепло, що виділяється в металі з допомогою порушення у ньому електричного струму змінним магнітним полем. Джерелом магнітного поля в індукційної печі служить індуктор. Провідна електричний струм шихта, вміщена в тигель печі, піддається впливу змінного магнітного поля, що виникає від індуктора, нагрівається в наслідок теплового впливу вихрових струмів.
У порівнянні з дуговими електропечами індукційні печі мають ряд переваг: відсутність електродів і електричних дуг дозволяє отримувати сталі і сплави з низьким вмістом вуглецю і газів; плавка характеризується низьким чадом легуючих елементів, високим технічним ККД і можливістю точного регулювання температури металу.

Вода

Малюнок 7. Схема індукційної печі:
1 - каркас; 2 - подовий плита; 3 - водоохолоджуваний індуктор; 4 - ізоляційний шар, 5 - тигель;
6 - абсоцементная плита; 7 - зливний носок; 8 - комір; 9 - гнучкий токоподвод; 10 - опорні бруси
Індукційна піч складається з вогнетривкої тигля, вміщеного в індуктор. Індуктор являє собою соленоїд, виконаний з мідної водоохлаждаемой трубки. Струм до індуктора подається гнучкими кабелями. Воду для охолодження підводять гумовими шлангами. Вся піч криється у металевий кожух. Зверху тигель закривається склепінням. Для зливу металу піч може нахилятися в бік зливного носка.
Тигель печі виготовляється набиванням або викладається цеглою. Для набивання використовують мелені вогнетривкі матеріали - основні (магнезит) або кислі (кварцит).
Оскільки плавка в індукційної печі відбувається дуже швидко, шихта для неї використовується, як правило, з високоякісного металобрухту відомого складу. Перед плавкою відбувається точний розрахунок шихти по змісту вуглецю, сірки та фосфору, а також легуючих елементів. Шихту завантажують у тигель таким чином, щоб вона щільно заповнювала весь обсяг тигля. Після завантаження шихти включають струм на повну потужність. У міру проплавлення шихти завантажують решту. Потім на поверхню металу завантажують шлакообразующую суміш, що складається з вапна, магнезитового порошку і плавикового шпату. У процесі плавки шлак раскисляют добавками порошку коксу і меленого розкислювача. По ходу плавки додають легуючі матеріали. Метал раскисляют кусковим феросплавами і в кінці плавки алюмінієм.
В індукційних печах виплавляють, як правило, сталі і сплави складного хімічного складу.

Розливання сталі

З сталеплавильного агрегату сталь випускається в сталерозливний ківш, призначений для короткочасного зберігання і розливання сталі. Сталерозливний ківш (мал. 8) має форму усіченого конуса з великим підставою вгорі. Ківш має зварної кожух, зсередини футерують вогнетривким шамотним цеглою. Переміщають ківш з допомогою мостового крана або на спеціальній залізничної візку.
Сталь з ковша розливають через один або два стакани, розташованих в днищі ковша. Отвір закривають або відкривають зсередини вогнетривкої корком за допомогою стопора.
Ємність сталерозливних ковшів сягає 480 т.
У сталеплавильних цехах сталь з ковша розливають або в виливниці, або на машинах безперервного розливання.

Рис.9. Схема сталеразливочного ковша
Рис 8. Схема розливання сталі за изложницам
A - розливання зверху: 1 - сталерозливний ківш; 2 - виливниці; 3 - піддон;
Б - розливання сифоном: 1 - сталерозливний ківш; 2 - центрова трубка, 3 - прибуткова надставка;
4 - виливниці; 5 - піддон; 6 - сифонні трубки
Сталь розливають у виливниці або кристалізатори установок для безперервного розливання.
Виливниці представляють собою чавунні форми для отримання зливків різного перетину. Маса зливків для прокатки зазвичай становить 10 ... 12 т (рідше-до 25 т), а для поковок досягає 250 ... 300 т. Леговані стали іноді розливають у злитки масою в кілька сотень кілограмів.
Застосовують два способи розливання сталі у виливниці: зверху і сифоном.
При розливанні зверху (рис.10, а) сталь заливають з ковша 2 в кожну виливницю 1 окремо. При такій розливанні поверхню
злитків внаслідок попадання бризок рідкого металу на стінки виливниці може бути забрудненою плівками оксидів.
При сифонної розливанні (рис. 10, б) сталлю заповнюють одночасно від 2 до 60 встановлених на піддоні 5 виливниць через центровий літник 3 та канали в піддоні. У цьому випадку сталь надходить у виливниці знизу, що забезпечує плавне, без розбризкування їх заповнення, поверхня злитку виходить чистою, скорочується час розливання. Сталь в надставці 4 зберігається в рідкому стані, завдяки чому зменшуються раковина і відходи злитка при обрізку.
Розливку зверху зазвичай застосовують для вуглецевих, а розливку сифоном - для легованих сталей.

Рис. 10 Схема виливниць: Рис.11 Схема УНРС
а-з верхньою розливанням
б-з сифонної розливанням
 
Безперервне розливання сталі здійснюється на спеціальних установках - УНРС (рис. 11). Рідку сталь з ковша 6 через проміжне пристрій 5 безперервно заливають зверху в водоохолоджувальну виливницю без дна - кристалізатор 4, а з нижньої його частини витягають зі швидкістю 1 ... 2,5 м / хв за допомогою валків 3 затвердевающий злиток. На виході з кристалізатора злиток охолоджується водою, остаточно твердне і потрапляє в зону різання, де його розрізають газовим різаком 2 на злитки певної довжини. Отримані злитки за допомогою кантувача / опускаються на роликовий конвеєр і подаються на прокатні стани.
На УНРС одержують злитки прямокутного перерізу розмірами від 150 Х 500 до 300 Х 200 мм, квадратного зі стороною від 150 до 400 мм, а також круглі у вигляді товстостінних труб.
Завдяки безперервному харчуванню та надісланим затвердеванию в злитках., Отриманих на УНРС, відсутні усадочні раковини. Тому вихід придатних заготовок може досягати 96 ... 98% маси разливаемой сталі, поверхня одержуваних злитків відрізняється гарною якістю, а метал злитка - щільним і однорідною будовою
 
Затвердіння і будова сталевих злитків
Процес затвердіння сталевого злитка і освіта кристалічної структури в ньому було розглянуто вище. Необхідно додати, що будова зливка визначається не тільки умовами охолодження, але і ступенем розкислення. За цією ознакою стали діляться на киплячі, спокійні і напівспокійних.
Киплячій називають сталь, не повністю розкислення в печі. Її розкислення триває у виливниці за рахунок взаємодії оксиду заліза FeO з вуглецем. Утворений при цьому оксид вуглецю СО виділяється зі ста тримає неметалевих домішок, володіє високою пластичністю.

Рис.12 Схематичне ізображеніесталей
а - киплячій, б - спокійною, в - напівспокійної
 
Спокійну сталь отримують при повному раскислении металу в печі і ковші (мал. 12, б). Така сталь твердне без виділення газів, у злитку утворюється щільна структура, а усадочна раковина концентрується у верхній частині, що значно зменшує вихід придатного металу.
Полуспокойная сталь виходить при раскислении ферромарганцем та недостатньою кількістю феросиліцію або алюмінію. У цьому випадку злиток не має концентрованої усадочної раковини, в нижній частині він зазвичай має будову спокійною, а у верхній - киплячої сталі (рис. 12, в). Така сталь по якості та вартості є проміжною між киплячій і спокійною.

Шляхи підвищення якості сталі

Виплавлені в кисневих конвертерах, мартенівських і електричних печах стали не завжди задовольняють за своїми властивостями вимогам сучасної техніки.
Безперервний розвиток техніки представляє все більш високі вимоги до якості сталі. Для підвищення їх якості розроблені спеціальні технологічні процеси позапічного рафінування та рафінуючих переплавів.
Численні засоби одержання металів високої якості можуть бути умовно розділені на три групи:
· Обробка рідкого металу поза сталеплавильного агрегату
· Виплавка сталі у вакуумі
· Спеціальні способи електроплавки металів

Обробка рідкого металу поза сталеплавильного агрегату.

При позапічної обробки метал, виплавлений в звичайному сталеплавильному агрегаті (мартенівської печі, конвертері або електропечі), піддається зовнішньому впливу в сталеразливочном ковші. Основною метою позапічної обробки рідкої сталі в ковші є зниження вмісту розчинених у металі газів, неметалевих включень і сірки.
В даний час немає такого способу обробки рідкої сталі в ковші, який дозволив би одночасно значно знизити в металі вміст неметалевих включень, сірки і газів. Тому залежно від поставленого завдання застосовується той чи інший спосіб позапічної обробки металів.
Обробка металів в ковші синтетичним шлаком призводить до зниження в сталі кількості сірки, неметалевих включень і кисню. Суть методу полягає в тому, що метал випускають з печі в ківш, частково заповнений рідким шлаком (4 - 5% від маси металу), який попередньо виплавляють у спеціальному агрегаті. Рідкий шлак і метал інтенсивно перемішуються. Сірка, кисень і неметалеві включення переходять з металу в шлак. При обробці металу синтетичним шлаком важливу роль грає його склад і фізико-хімічні властивості. Шлаки повинен мати низькі температуру плавлення і в'язкість, а також володіти високою основністю і низькою окисленністю. Цим вимогам відповідають вапняно-глиноземисті шлаки, що містять 50 - 55% СаО, 38 - 42% Al ₂ O _3, 1,5 - 4% SiO _2, 0,15 - 0,5% FeO. Шлаки такого складу мають високу рафинирующей здатністю.
Підвищення якості сталі, обробленої синтетичним шлаком, компенсують витрати, пов'язані з виплавкою такого шлаку.
Продування металу у ковші порошкоподібними матеріалами є одним із сучасних способів підвищення якості сталі та продуктивності сталеплавильних агрегатів.

рис.13 Схема установки ЕШП
1-електрод, 2-розправлені шлак,
3-ванна, 4-виливниць, 5-отриманий злиток, 6 - піддон
Електрошлаковий переплав (ЕШП) полягає в наступному. Переплавляють сталі подається в установку у вигляді витрачається (переплавляється) електрода 1 (рис. 13). Розплавлений шлак 2 (суміш 60 ... 65% CaF2, 25 ... 30% Al2O3, CaO та інші добавки) володіє великим електроопору і при проходженні електричного струму в ньому генерується тепло, достатню для розплавлення електрода. Краплі металу проходять шар шлаку, збираються у ванні і тверднуть в водоохолодження изложнице, утворюючи злиток. При цьому кристалізація металу відбувається послідовно і спрямована знизу вгору, що сприяє видаленню неметалічних включень і бульбашок газу і тим самим утворення щільної та однорідної структури злитку. В кінці переплаву піддон опускають і затверділий злиток витягують з виливниці.
Сучасні установки ЕШП дозволяють отримувати зливки різного перерізу масою 40т.
Рідкий метал у потоці інертного газу (аргону) через фурму вводять подрібнені десульфуранти і раскислители. У результаті такої обробки можна одержати метал з вмістом сірки і кисню менше 0,005% кожного.
Обробка рідкої стали аргоном в ковші є найбільш простим способом підвищення якості металу. Аргон вдувають в рідку сталь через пористі і вогнетривкі пробки, які встановлюють в днищі ковша. Аргон не розчиняється в рідкій сталі, тому при продувці металу аргоном в обсязі рідкої сталі утворюється велика кількість бульбашок, які інтенсивно перемішують метал і виносять на його поверхню неметалеві включення. Крім того, водень і азот, розчинені в стали, переходить до бульки аргону і разом з ним покидають рідкий метал, тобто відбувається дегазація стали.
Найбільш простим способом є вакуумування сталі в ковші. У цьому випадку ківш з рідким металом вміщують у герметичну камеру, з якої відкачують повітря. При зниженні тиску в камері метал закипає внаслідок бурхливого виділення з металів газів. Після дегазації металу камеру розгерметизується, а ківш з вакуумированной відправляють на розливання.
Ковшового вакуумування неефективно при обробці повністю розкислення сталі і великих мас металу. У цьому випадку внаслідок слабкого розвитку реакції C + O = CO метал кипить мляво. Для поліпшення дегазації стали вакуумну обробку металів в ковші поєднують з продувкою його аргоном і електромагнітним перемішуванням. Зазвичай дегазацію металу у ковші проводять протягом 10 - 15 хв. Більш тривала обробка призводить до значного зниження температури металу.
Парціонное і циркуляційний вакуумування сталі застосовують при дегазації великих мас металу.
При парціонном вакуумуванні футурованная вакуумна камера не великого обсягу поміщається над ковшем з рідким металом. Патрубок камери, футерованих зсередини і зовні, занурений у рідкий метал. Під дією атмосферного тиску порція металу (10 - 15% від загальної маси) піднімається до камери і дегазується. При русі ковша униз чи камери вгору метал випливає, а при зворотному русі знову піднімається в камеру, для повної дегазації стали необхідно провести від 30 до 60 циклів вакуумної обробки.
При циркуляційному способі вакуумування сталі застосовують вакуумну камеру з двома патрубками. Рідкий метал з ковша піднімається в камеру по одному патрубку, дегазується і випливає знову на ківш по другому патрубку. Відбувається безперервна циркуляція металу через вакуумну камеру. Підйом рідкої сталі у камеру відбувається за рахунок дії аргону, який подають у вхідний патрубок.
Струминне вакуумування металу застосовується в основному при литві великих зливків. Цей спосіб є більш досконалим, тому що усувається вторинне окислювання при розливанні вакуумованого металу з ковша у виливниці.
При литві зливків в вакуумі струмінь металу, переливається з ковша а виливницю, встановлену у вакуумній камері, розривається виділяються газами на безліч дрібних крапель металу. Поверхня металу різко зростає, що приводить глибокої дегазації стали. Крім того, сталь також дегазується у виливниці.
Останнім часом для отримання сталі з дуже низьким вмістом вуглецю обробку металу у вакуумі поєднують з продувкою її кисню або сумішшю аргону і кисню.
Рафінована синтетичним шлаком сталь відрізняється низьким вмістом кисню, сірки і неметалевих включень, що забезпечує їй високу пластичність і ударну в'язкість.

Виробництво сталі в вакуумних печах.

Застосування вакууму при виплавки сталі дозволяє отримувати метал практично будь-якого хімічного складу з низьким вмістом газів, неметалевих включень, домішок кольорових металів.
Як вже зазначалося, реакції дегазації і розкислення металу вуглецем в вакуумі протікають повніше. Крім того при плавки металу у глибокому вакуумі (<10 ^-2 Па) з металу видаляються деякі неметалеві включення.

Виробництво сталі в вакуумних індукційних печах.

В даний час вакуумні індукційні печі діляться на періодичні і напівбезперервного. У печах періодичної дії після кожної плавки піч відкривають для вилучення злитка і завантаження шихти. У печах напівбезперервного дії завантаження шихти, зміна виливниць і витяг злитку проводяться без порушення вакууму в плавильній камері.
У промисловості застосовують печі напівбезперервного дії. Печі періодичної дії використовують в основному в лабораторіях і для фасонного лиття. Ємкість існуючих вакуумних індукційних печей досягає 60 т.

Рис. 14. Схема вакуумної індукційної печі напівбезперервного дії
Тут показана схема вакуумної індукційної печі напівбезперервного дії. Печі цього типу мають три камери: плавильну (2), завантажувальну (8) і камеру виливниць (1). У плавильної камері встановлено водоохолоджуваний індикатор з вогнетривким тиглем (3), в якому проводитися плавлення шихти. Каркас тигля, виконаний з куточків нержавіючої сталі, спирається на цапфи. При зливі металу та чищення тигля останній нахиляється за допомогою механічного або гідравлічного приводу. Камера виливниць і завантажувальна камера повідомляються з плавильною камерою та вакуумні затвори (6 і 10), які дозволяють завантажувати шихту в піч і вивантажувати злиток без порушення вакууму в плавильній камері. Присадка легуючих і розкислювачів здійснюється через дозатор (9), встановлений на кришці печі (7). Для контролю процесу плавки піч оснащена баньки (4) і термопарою (5).
Технологія виплавки металу у вакуумній індукційної печі напівбезперервного дії визначається маркою виплавленої сталі і якістю шихтових матеріалів. Для плавки застосовують шихтові матеріали, очищені від масла і вологи. Для легування використовують феросплави і чисті метали. Перед завантаженням шихту попередньо прожарюють. Після завантаження печі включають струм і розплавлення шихти ведуть на максимальній потужності. При появі перших порцій рідкого металу і за наявності в шихті вуглецю в піч напускають аргон до тиску 1,3 • 10 ⁴ Па для запобігання виплеском рідкого металу в наслідок бурхливого перебігу реакції [C] + [O] = CO _газ. Після повного розплавлення шихти метал рафінують при тиску 1,3 - 0,13 Па від водню, азоту, кисню і домішок кольорових металів. Розкислення сталі відбувається в основному за реакцією [C] + [O] = CO _газ, рівновага якої при низьких тисках зсувається вправо. У період рафініровкі здійснюють також легування металу. У першу чергу присаживают хром і ванадій, потім титан. Перед розливанням в метал уводять алюміній, рідкоземельні метали, кальцій і магній. Для отримання щільного злитку розливку проводять звичайно в атмосфері аргону.
Основним недоліком вакуумних індукційних печей є контакт рідкого металу з вогнетривкої футеровки тигля, що може призводити до забруднення металу матеріалом тигля.

Виробництво сталі в вакуумних дугових печах.

Вакуумні дугові печі (ВДП) поділяють на печі з невитратним і витрачаються електродом.
Невитратним електрод виготовляють з вольфраму або графіту. При плавці з невитратним електродом подрібнена шихта завантажується в водоохолоджуваний мідний тигель і під дією електричної дуги розплавляється, рафинируется від шкідливих домішок і потім кристалізується у вигляді злитка.
Ці печі промислового застосування не знайшли, тому що в них не можливо отримувати зливки великої маси. В даний час поширення набули вакуумні дугові печі з витрачаються електродом.

Рис.15 Схема вакуумної дугового печі
1-джерело живлення; 2-робоча камера; 3-електротримач; 4-механізм подачі дроту; 5-к вакуумним насосів; 6-електрод; 7-рідкий метал; 8-злиток; 9-кристалізатор; 10-шток для підйому піддона; 11-піддон.
Тут представлена ​​схема ВДП з витрачаються електродом. Піч складається з робочої камери, мідного водоохолоджуваному кристалізатора, електродотримача, механізму подачі електродів і системи вакуумних насосів. Споживаний електрод кріпиться до електротримач, який через вакуумне ущільнення проходить крізь верхній торець робочої камери.
Електротримач служить для проводу струму до електрода і фіксації його в камері печі. Електродежатель за допомогою гнучкої підвіски пов'язаний з механізмом подачі дроту. Споживаний електрод являє собою підлягає переплаву вихідний метал. Він може бути круглого або квадратного перетину. Як правило, витрачаються електроди містять всі необхідні легуючі елементи. Діаметр електрода вибирається таким, щоб зазор між електродом і стінкою кристалізатора був більше довжини дуги, що горить між електродом і ванною рідкого металу. В іншому випадку можливий перекидання електричної дуги на стінку кристалізатора.
Кристалізатор представляє собою мідну водоохолоджувальну трубку зі стінкою товщиною від 8 до 30 мм. Кристалізатори бувають двох типів: глухі і наскрізні. При плавки металу в наскрізному кристалізаторі можна витягати злиток вниз по ходу плавки. Наскрізні кристалізатори застосовують при плавці тугоплавких металів і сплавів. При плавці сталі використовують глуходонні кристалізатори. Зверху кристалізатор має фланець. Через кристалізатор до зливка підводиться струм.
Вакуумні дугові печі працюють як на постійному, так і на змінному струмі. При переплаві сталевих електродів застосовують постійний струм. «Плюс» подається на електрод, «мінус» - на злиток.
Після установки електрода в камері печі і відкачки її до необхідного тиску (близько 10 ^-2 Па) запалюють електричну дугу між електродом і металевої запалом, що лежить на дні кристалізатора. Під дією тепла електричної дуги нижній торець електрода оплавляється і краплі металу стікають у кристалізатор, утворюючи рідку металеву ванну. У міру оплавлення електрод за допомогою механізму подається вниз для підтримки відстані між електродом і металом.
Рафінування металу від шкідливих домішок відбувається під час проходження рідких крапель металу через електричну дугу і з поверхні розплаву в кристалізаторі.
Однією з переваг вакуумного дугового переплаву є відсутність контакту рідкого металу з керамічними матеріалами. Основний недолік - обмежений час перебування металу в рідкому стані, що істотно знижує рафінуючі можливості вакууму.

Плазмово-дугова плавка.

Плазмово-дугового переплав (ПДП) застосовується для одержання сталі і сплавів особливо високої чистоти. Джерелом тепла в установці служить плазмова дуга (рис. 16). Вихідним матеріалом для отримання зливків служить стружка або інші дроблені відходи металообробної промисловості. Метал плавиться і твердне у водоохолоджуваному кристалізаторі, а утворений злиток витягується вниз. Завдяки високій температурі з металу інтенсивно випаровуються сірка і фосфор, а також видаляються неметалеві включення.

рис.16. Схема плазмової дуги
Плазмова плавка спеціальних сталей і сплавів є одним з важливих способів отримання металу високої якості. У плазмових печах джерелом енергії є низькотемпературна плазма (Т = 10 ⁵ К). Плазмою називається іонізований газ, в якому концентрації позитивних і негативних зарядів рівні. Ступінь іонізації низькотемпературної плазми близька до 1%. Низькотемпературна плазма виходить при введенні в дуговій електричний розряд газоподібного речовини. У цьому випадку газ іонізується і утворюється плазма. У металургії як плазмообразующего газу найчастіше застосовують аргон.
Для плавки сталі застосовують два типи агрегатів: печі з вогнетривкої футеровкой і мідним водоохолоджуваним кристалізатором.
Плазмові печі з вогнетривкої футеровкой багато в чому схожі на дугові сталеплавильні печі. На відміну від дугових сталеплавильних печей в плазмовій печі замість графітових електродів встановлюють один або три плазматрона, що залежить від розмірів печі. У печах постійного струму анодом служить ванна рідкого металу, струм до якої підводиться через подової електрод.
Металургійні можливості плазмових печей з нейтральною атмосферою дуже широкі і метал можна понижати, десульфуріровать, рафінувати від газів і неметалічних включень, легувати азотом.
Злитки отримані цим способом, мають високоякісну поверхню.
Електронно-променева плавка
(ЕЛП) здійснюється за рахунок тепла, що утворюється в результаті опромінення переплавляється металу потоком електронів. Переплав ведеться у вакуумних установках при залишковому тиску 0,001 Па, а затвердіння злитка-у водоохолоджуваному кристалізаторі (рис. 17). Глибокий вакуум і сприятливі умови затвердіння забезпечують отримання особливо чистого металу. Тому ЕЛП застосовують для отримання сталей особливо високої чистоти, сплавів із спеціальними властивостями, а також чистих тугоплавких металів (W, Mo, Nb і ін.)
Тривалість плавки на печах ємністю 5-100т становить 3,5-6,5 г. Тривалість заправки зростає з 15-20 до 35 хв при зростанні ємності печі, тривалість завалки дорівнює 5-10 хв. Тривалість періоду плавлення становить 1,2-3,0 год, зростаючи при збільшенні ємності печі. Тривалість окисного періоду змінюється в межах 0,5-1,5 г. Тривалість відновного періоду зазвичай зменшується при зростанні ємності печі для 80-т печах становить 30-40 хв.
Вихід придатних злитків по відношенню до маси шихти при виплавці сталі складає 88-90%; вихід придатних злитків по відношенню до маси рідкого металу дорівнює 98 - 98,5% для зливків масою 4-6,5 т і 97-97,5% для 1 -2т.
Простої становлять 4-9% календарного часу. Частка вихідних матеріалів у собівартості 90-94% для високолегованих сталей.
Важливим технічним показником процесу електроплавки є витрата електроенергії на 1т сталі.Расход електроенергії коливається в межах від 500 до 1000 кВт * год на 1т. Ці величини приблизно відповідають витраті теплоти 500-900 тис. кал, що на 25-35% менше витрати теплоти в мартенівському процесі.
Легування сталі
Легуванням називають процес присадки в сталь легуючих елементів, щоб отримати так звану леговану сталь, тобто таку сталь в складі якої знаходяться спеціальні (легуючі) домішки, введені в неї в певних кількостях для того, щоб повідомити стали які-небудь особливі фізико- хімічні або механічні властивості.
Легуючими можуть бути як елементи, що не зустрічаються в простій стали, так і елементи, які в невеликих кількостях містяться у всякій сталі (С, Мn, Si, Р, S). Дуже часто операцію легування суміщають з операцією розкислення (особливо якщо метал легують марганцем, кремнієм або алюмінієм).
З точки зору впливу на властивості сталі легуючі елементи ділять на дві великі групи:
1-а-легуючі елементи, що розширюють γ oбласть твердих розчинів. У цю групу входять і елементи, що володіють необмеженою розчинністю в залозі (нікель, марганець, кобальт), і елементи, що утворюють сплави, в яких гомогенна область безперервного ряду твердих розчинів обмежується гетерогенної внаслідок появи нових фаз (вуглецю, азоту, міді).
2-я - легуючі елементи, що звужують γ область. Сюди входять і елементи, що утворюють із залізом сплави з повністю замкнутої γ областю (берилій, алюміній, кремній, фосфор, титан, ванадій, хром, молібден, вольфрам), і елементи, що утворюють сплави з звуженою γ областю (ніобій, тантал, цирконій, церій).
. Головне - уникнути непотрібного взаємодії легуючих домішок з киснем, щоб зменшити «чад» легуючих і забезпечити отримання в сталі мінімуму продуктів окислення - неметалевих включень, що забруднюють сталі і знижують їх якість.
Залежно від ступеня спорідненості до кисню легуючі елементи також ділять на дві великі групи:
1-а - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких менше, ніж у заліза (нікель, кобальт, молібден, мідь). Вони в умовах плавки і розливання практично не окислюються, тому можуть бути введені в метал у будь-який момент плавки. Зазвичай ці елементи вводять в метал на початку плавки разом із шихтою. Відходи, які утворюються при виплавці та прокатки (куванню, штампуванню) сталей, що містять ці елементи, а також відходи виробів, виготовлених з цих сталей, слід зберігати і використовувати окремо (економічно вигідно завантажувати в піч не чисті нікель, мідь і т, п., а відходи шихти, що містять ці домішки; якщо такі відходи завантажувати в піч при виплавці сталі будь-якої марки, то сталь при випуску буде містити нікель, мідь і т. д., а це не завжди корисно)
2-я - легуючі елементи, спорідненість до кисню у яких більше, ніж у заліза (наприклад, кремній, марганець, алюміній, хром, ванадій, титан). Щоб уникнути великої чаду цих елементів при легуванні, їх вводять в метал після розкислення або одночасно з розкисленням в самому кінці плавки (часто навіть у ківш, а іноді й безпосередньо в виливницю або кристалізатор).
Крім легуючих цих двох основних груп застосовують легуючі, введення яких в метал пов'язане з можливою небезпекою для здоров'я, тому що пари цих металів або їх сполук шкідливі. До таких елементів відносяться сірка, свинець, селен, телур. Ці елементи вводять в метал безпосередньо в процесі розливання сталі і при цьому приймають спеціальні заходи безпеки. Легуючі домішки вводять у метал або в чистому вигляді, або у вигляді сплавів, або у вигляді сполук. У всіх випадках для здешевлення стали прагнуть використовувати максимальну кількість дешевих відходів (шлак, руду), містять потрібний елемент. Іноді для легування і розкислення сталі застосовують, так звані екзотермічні брикети, до складу яких можуть входити містять легуючий елемент окисли, порошкоподібні раскислители і відновники, і окислювачі. Крім того, до складу сумішей можуть входити різні шлакоутворювальні добавки, що забезпечують, отримання включень, швидко віддаляються з металу. При випуску металу в ківш, в який завантажені подібні брикети, вони «запалюються», при реакції між відновниками та окислювачами виділяється необхідна кількість тепла, легуючі домішки, що входять до складу оксидів, відновлюються. Метал при такому методі роботи не охолоджується. При правильному підборі складу сумішей отримують сталь, більш чистий, при одночасному скороченні витрати розкислювачів і легуючих.
Особливості розміщення підприємств з виробництва сталі
 
У наш час склалася цілком певна класифікація металургійних заводів. Розрізняють заводи з повним металургійним циклом, які включають виплавку чавуну, сталі, випуск прокату (інтегровані заводи), заводи, не мають доменного виробництва (неінтегрованих заводи) і міні-заводи.
Розглянемо кожне з перерахованих вище підприємств.
Інтегровані заводи відрізняються великою потужністю окремих агрегатів, чим більше агрегат, тим вище його продуктивність, тим дешевше обходиться виробництво металу. Щоб робота великих металургійних агрегатів була стійкою, ритмічної, максимально ефективною, їх потрібно «годувати» доброякісним сировиною, для доменного цеху це в першу чергу руда у вигляді агломерату або офлюсованих залізорудних окатишів, кокс, флюси, саме тому принцип розміщення таких підприємств «на сировину », тобто поблизу родовищ коксівного вугілля, залізної і марганцевої руд. Такі підприємства мають в своєму складі також сталеплавильні та прокатні цехи, а значить мають листопрокатного виробництва, випускають також сортовий прокат, рейки та ін Головний споживач широкоформатного аркуша - суднобудування. Суднобудівні заводи розташовуються в прибережний зонах; якщо і металургійний завод побудований на березі, то немає проблем з доставки товару споживачеві. Дуже зручно, якщо і родовища сировини розташовані в прибережних зонах. Але в будь-якому випадку, домінуючий фактор, що впливає на розміщення підприємств з повним металургійним циклом, - наявність сировини.
Неінтегрованих заводи не мають доменних цехів і не мають, отже, рідкого чавуну. Слід зазначити, що при сучасних засобах транспортування, дані підприємства можна розташовувати далеко від доменних цехів, що дуже зручно, тому що сучасні неінтеграціонние заводи - це електросталеплавильні підприємства, які споживають величезну кількість енергії, значить доцільно їх розміщення поблизу великих теплоелектростанцій. У розміщенні підприємств такого роду не останню роль грає споживач, значить, при виборі місця розташування електросталеплавильного підприємства, необхідно враховувати наявність споживача поблизу теплоелектроцентралей.
Третя група заводів, вузькоспеціалізовані підприємства, які працюють на привізних чавунних болванках і скрапу, головним постачальником яких є машинобудівні заводи. Такі підприємства спеціалізуються на виробництві прокату, головним споживачем якого є також машинобудівні заводи. Таким чином, чітко вимальовується принцип розміщення цих підприємств: «на споживача», в ролі якого виступають машинобудівні заводи.
Таким чином, не складно зробити висновок, що особливості розміщення визначаються спеціалізацією підприємств з виробництва сталі.
Техніко-економічні показники даних технологічних процесів, ринкові аспекти їх застосування і перспективи розвитку
 
Для порівняння технологічних процесів і визначення найбільш вигідних необхідно використовувати параметри, які мають місце у всіх порівнюваних процесах. Таким показником економічної ефективності технологічних процесів є собівартість продукції, виражена в грошовій формі.

Економічна ефективність роботи конвертера визначається за формулою:

де П - річна продуктивність конвертера, т. сталі на рік; Т - маса металу, шихти; 1440 - кількість хвилин в добі, а - вихід придатних злитків; п - число робочих діб на рік; t - тривалість плавки, хв.
Основний показник, що характеризує продуктивність мартенівських печей, є з'їм сталі з 1 м ² площі поду печі на добу з (т / м ^2):

де C - з'їм стали, Р-добова продуктивність, S - площа поду печі, м ^2.
Продуктивність електропечей визначається за формулою:
де П - річна продуктивність конвертера, т. сталі на рік; Т - тривалість плавки, ч.; а - вихід придатних злитків; п - число робочих діб на рік; в - маса металевої шихти на одну плавку.
Собівартість електросталі буде визначатися витратою металевої шихти на 1 тонну придатних злитків і вартості переділу. Вона включає також витрата енергії, електродів, вогнетривів, виливниць, зарплату персоналу.
Основні техніко-економічні показники способів виробництва став в.

Показник	Спосіб виробництва сталі
	конвертер-ний	мартенівський	елект-Вільний
Місткість плавильного агрегату, т.	250-400	400-600	200-300
Вихід придатного (сталі),%	89-92	91-95	92-98
Тривалість плавки, год	0.4-1	6-10	6-10
Готова продуктивність, тис. т. злитків	1200-1400	370-490	400-600
Витрата технологічного палива на 1 т сталі § Умовного палива, кг § Кисню, м 2 § Електроенергії, кВт * год	-	90-120	-
	60-70	40-50	8-17
	-	-	500-700
Питома вага металобрухту в шихті,%	20-25	30-60	До 100

В умовах ринку використовують науково-технічні досягнення: збільшується випуск конкурентно-0способних виробів на основі наукоємних, ресурсозберігаючих та екологічно безпечних технологій. Роль цих технологій є визначальним чинником у досягненні максимальних прибутків.
Так, більш високі техніко-економічні показники у киснево-конвертерного способу виплавки сталі. Це обумовлено низкою його переваг: велика продуктивність агрегату на одиницю ємності і одного робітника, нижче (на 54-10%) питомі капітальні витрати на будівництво цеху тієї ж продуктивності, менше в 2-3 рази витрати вогнетривів на одиницю потужності агрегату. Економічна ефективність забезпечується за рахунок зниження її собівартості шляхом зниження витрат по переділу, частка якого в собівартості становить до10% (13-14% при мартенівської плавці; 25% - при електроплавленні).
В даний час намітилася стійка тенденція до скорочення мартенівського способу виробництва і перехід на конверторний, як більш економічно вигідний.
У той же час намітилося два економічно доцільних шляхи вдосконалення мартенівського виробництва. Так, як основним недоліком є ​​велика кількість витрачається палива і тривалість процесу, то прискорення процесу сприяє застосування кисню. Відбувається інтенсифікація горіння, посилюється окислювальна здатність печей, а отже, умсеньшается час плавки, знижується витрата палива. Збільшується продуктивність.
Другий економічно вигідний шлях - це переобладнання мартенівських печей в двохванним.
Перераховані вище способи відносяться до еволюційних шляхів вдосконалення технологічних процесів. Оскільки еволюція - це постійна зміна, вдосконалення технічних засобів праці без докорінних змін як самих засобів, так і наукових основ. Сюди також відносяться механізація та автоматизація виробництва.
Крім того, існує також революційний шлях розвитку, коли перетворення виробництва відбувається в результаті зміну або заміни робочого ходу (зміна технологічного процесу). При цьому часто доводиться застосовувати дороге обладнання, але при добрій організації роботи можна досягти зниження собівартості продукції. До таких нових технологій відноситься процес прямого відновлення заліза з допомогою водню.
В основі цього процесу лежить відновлення заліза воднем або пріролдним газом. Дрібно раздробренний залізний концентрат змішують з водою і у вигляді пульпи подають по трубі з родовища на металевий комбінат. Вода надходить у спеціальні відстійники, де очищається і надходить у вир. А з руди за допомогою спеціальних добавок і обробці в обертових барабанах отримують окатиші сферичної форми. Які надходять в шахтну піч. Там за допомогою водородаоксіди заліза відновлюється до заліза. Це дозволяє отримувати високоякісну сталь, скоротити технологічний цикл (відсутній доменне і коксохімічне виробництво), уменьшаается потреба у воді, практично відсутні шкідливі викиди.
 
 
 
 
 
Показники якості продукції даних технологічних процесів і форма організації виробництва як сучасний рівень розвитку нашої цивілізації
 
При конверторному способі виробництва, завдяки тому, що окислення фосфору і сірки йде одночасно є можливість зупинити процес на заданому змісті вуглецю і отримати досить широку гаму вуглецевих сталей при низькому вмісті сірки та фосфору.
Електроплавлення дозволяє отримати високоякісні сталі. Відмінною особливістю її є активне розкислення шлаку, що приводить до безперервного переходу кисню, розчиненого в металі, в шлак. Тому немає необхідності понижати за допомогою алюмінію, а, отже, немає забруднень тугоплавкими солями алюмінію сталі. Проте спосіб вимагає великої кількості енергії. Тому зараз почали використовуватися нові методики рафінування, тобто підвищення якості сталі. До таких методик відносяться: плазмовий, електрошлаковий, вакуумно-дугового, вакуумно-індукційний і інші процеси. Загальною їх особливістю є створення умов для рафінування рідкої сталі. Сталь, отримана цими методами, відрізняється високою хімічною та структурної однорідністю, низьким вмістом шкідливих домішок. методи дозволяють скоротити тривалість електроплавки на 10-30 хвилин і отримати мартенівським і конверторним способами сталь електропічний асортименту.
Також в умовах НТП основним напрямком перетворення виробництва є електронізація - широке забезпечення засобами обчислювальної техніки, що дозволяє прискорити найрізноманітніші процеси, заощадити ресурси, енергію, підвищити якість продукції.
Приділяють також увагу комплексної автоматизації - створення повністю автоматизованих цехів і заводів, промислових роботів і маніпуляторів.
Так, поворот конвертера, його підйом і опускання водоохлаждаемой кисневої фурми, завантаження сипучих добавок та ін виробляються з пульта управління. Тривалість і режим дуття, час відбору проб визначає лічильно-обчислювальна техніка. Все це дозволяє знизити час виробництва сталі і знизити собівартість продукції при незмінному або підвищувати якість.

 

Висновок

Людина з самого раннього віку звикає до оточуючих його металевим предметів домашнього вжитку, не помічає і не замислюється, звідки вони беруться.
Дамаські і булатні стали відомі з II-III століть н.е. Майже всі світові культури їх використали. Технологією її виготовлення володіли кельтські і саксонські племена. Мечі вікінгів демонструють складну структуру візерунка. Одна з вищих форм такої сталі здійснювалася в Японії. Загальновідомі дамаські клинки з Середньої Азії. У Росії існувало масове виробництво. Це знамениті Златоустовське клинки. Однак не всі з цих клинків могли рубати залізо (цвяхи, прутки), деякі могли гнутися в дугу, а то й навколо поясу. Метал знаменитих дамаських клинків мав більш високий вміст вуглецю, ніж більшість сучасних сталей. Після майстерною кування дамаська сталь набувала виняткову міцність, в'язкість і характерний візерунчастий малюнок. Залишається загадкою, як виготовляли дамаська сталь. Сьогодні, використовуючи високі технології, металурги намагаються справити сталь, схожу за властивостями на дамаська, але поки їх зусилля марні, хоча з кожним роком якість одержуваної сталі і техніко-економічні показники її виробництва поліпшуються.
Майбутнє людства тісно пов'язане з використанням нових сплавів на металевій основі. Метал - фундамент сучасної цивілізації, основа основ технічного прогресу. І чим вище піднімається людство по східцях розвитку, тим більше його потреба в металах.
 
Список літератури:
1. Анчишкин А.І. Наука-техніка-економіка., М.: «Економіка», 1989р.
2. Васильєва І.М. Економічні основи технологічного розвитку: Навчальний посібник для студентів ВНЗ. - М.: Банки і біржі, вид. Об'єднання «ЮНИТИ», 1995.
3. Волков М.І., Борщ І.М., Грушко І.М., Корольов І.В. Дорожньо-будівельні матеріали, М.: «Транспорт», 5ізданіе, 1975р.
4. Воскобойніков В.Г., Кудрін В.А., Якушев А.М. Загальна металургія М.: «Металургія», 4ізданіе, 1985р.
5. Воскобойніков В.Г., Макаров Л.П. Технологія і економіка переробки залізних руд, М.: «Металургія», 1977р., 255с.
6. Глінка Н.Л. Загальна хімія, Видання двадцять третє.
7. Гуляєв А.П. Металургія, 1966 р.
8. Дворін М.Д., Дмитрієнко В.В., Крутікова Л.В. та ін Системи технологій

Цей текст може містити помилки.