Виробництво сталі. Поняття про сталь. Сутність переробки чавуну у сталь. Тенденції розвитку виробництва сталі у XX ст

Промислове освоєння технології прямого видобутку заліза, безперервні сталеплавильні процеси.

Мета заняття учбова: Поняття про сталь. Сутність переробки чавуну у сталь.   Будова  і робота  кисневих  конверторів,   мартенівських та   електропечей, основні процеси, що протікають в них.

Мета заняття виховна:  Розуміти призначення і вміти застосовувати сталі в народному хазяйстві

Література: (1, с.28 - 48; 3, с.23-45; 4, с.14-43)

Сталь — це сплав заліза з вуглецем, у якому масова частка вуглецю не перевищує 2,14 %. Крім заліза й вуглецю у сталі завжди є марганець Mn(до 0,8 %), кремній Si (до 0,4 %), фосфор P (до 0,07 %) та сірка S (до 0,06 %), що пояснюється особливостями технології її виробництва.

1  Суть процесу

Основною сировиною для масового виробництва сталі є переробний чавун і скрап (металобрухт й металеві відходи металургійних та машинобудівних заводів). Чавун порівняно зі сталлю містить більшу кількість вуглецю, марганцю, кремнію, фосфору й сірки. Позбутись надлишку вуглецю, марганцю, кремнію і фосфору можна шляхом їх оксидації. Під час оксидації вуглець у вигляді газоподібного оксиду вуглецю СО виходить в атмосферу» а марганець і кремній утворюють нерозчинні в розплавленому металі оксиди МпО і SiО2. Фосфор оксидується до Р2О5, який, сполучаючись з флюсом СаО, переходить у нерозчинний у металі фосфат кальцію (СаО)3 • Р2О5. Сірку з розчиненого в металі сульфіду заліза FeS переводять у нерозчинний сульфід кальцію CaS. Утворені сполуки (МпО, SiО2, (СаО)3 •Р2О5), які мають меншу від заліза густину, випливають на поверхню як шлак.

1.2Тенденції розвитку виробництва сталі у XX ст.

Попри все ширше використання в народному господарстві сплавів кольорових металів, пластмас, керамічних і композитних матеріалів, сталь залишається основним конструкційним матеріалом завдяки кращим механічним і технологічним властивостям та порівняно невисокій вартості. Жодна з промислово розвинених країн світу не обходиться без власного виробництва сталі. Обсяги виробництва сталі та його технології є важливою характеристикою промислового потенціалу кожної держави.

Виробництво сталі у світі протягом XX ст. розвивалось надзвичайно високими темпами (рисунок 1). Якщо сумарна кількість сталі, виплавленої у світі в 1900 p., становила 28,3 млн т, то в 2000 р. вона зросла до 829,6 млн т, тобто за 100 років виробництво сталі у світі збільшилось майже у 30 разів, в Україні — в 27 разів, а у США — до 10 разів. За результатами 2001 р. Україна посіла сьоме місце серед виробників сталі.

Зазначимо, що на початку XX ст. у металургійній промисловості світу панували два основні способи виробництва сталі — конвертерний (в бесемерівських і томасівських конвекторах) та мартенівський. Третій спосіб — виробництво сталі в електропечах — перебував на початковій стадії розвитку. В 1952 р. започатковано промислове виробництво сталі в кисневих конвертерах. Киснево-конвертерна сталь за якістю не поступалась мартенівській, але вартість киснево-конвертерної сталі була нижчою.

Очевидно, що попит на сталь, виплавлену тим чи іншим способом, визначався її ціною і властивостями. Попри високу продуктивність бессемерівських і томасівських конвертерів та порівняно низькі виробничі витрати,  металургам не вдалося забезпечити високу якість конвертерної сталі. Ось чому мартенівське  виробництво, частка якого в 1900 р. становила близько 40 %, стало поступово витісняти конвертерний спосіб. У I960 р. в мартенівських печах виробляли 82 % сталі, в електропечах — 10 %, в бессемерівських і в томасівських конвертерах разом — близько 4 %, у кисневих конвертерах — 3,5 %. Киснево-конвертерний спосіб, починаючи з 1954 р., став надзвичайно швидко поширюватись у світі. Як наслідок, частка сталі, вироблена в кисневих конвертерах у 1970 p., перевищила 40 %, у 1980 р. вона становила близько 52 %, у 1990 р. — 56,6 %, а у 2001 р. — 59,1 %.

Киснево-конвертерна сталь зовсім витіснила зі світової арени виробництво сталі в бессемерівських та в томасівських конвертерах і стала причиною занепаду мартенівського виробництва, яке в 2001 р. зменшилась до 4,3 %.

Виробництво сталі в електричних печах від початку століття розвивалось дуже повільно, досягнувши в 1925 р. близько 1 %, у 1950 р. — 6,5 %. Однак потреба у високоякісній сталі стимулювала розвиток електрометалургії. Ось чому вже в 1970 р. частка виплавленої електросталі в світі становила 14 %, у 1990