Как получается чугун?
Наверное, любой человек еще со школьной скамьи помнит информацию о том, что любой металл получается из руды. Это полезное ископаемое представляет собой некую горную породу, которая содержит в себе высокий процент металла. Причем практически все металлы, кроме золота и редкоземельных металлов в природе находятся в руде. Там они представлены в виде соединений и чаще всего это оксиды. Железная руда например, состоит практически полностью из оксида железа. В ней также присутствуют примеси и пустая порода. Такую руду в чистом виде нельзя отправлять в доменную печь, поэтому чтобы она стала пригодной ее необходимо изначально обогатить. На этом этапе железная руда подвергается множественным процессам очистки. В результате очистки от примесей получаются окатыши, в которых содержится высокий процент оксида железа. Такая руда уже готова к загрузке в доменную печь. Также для плавки металла необходимо наличие кокса. Это чистое топливо пригодно для плавки металлов. Но для получения самого кокса подходят далеко не все марки угля. Только коксующиеся могут быть использованы в технологии. Сама же доменная печь, в которую в дальнейшем загружается железная руда была придумана несколько веков назад. В ней происходит восстановление железа из оксида под действием монооксида углерода и высокой температуры. В технологическом процессе, когда в горновой части печи начнет скапливаться достаточное количество жидкого металла, его начинают сливать. По специальным каналам металл отводится от печи и поступает в термостатированные емкости. Из самой доменной печи выходит чугун, свойства которого далеки от требуемых. В нем обычно содержится много углерода, фосфора и серы. Для получения из чугуна стали все лишнее необходимо выжечь и соответственно вывести легирующие присадки. Только таким образом можно получить хорошую сталь.
Где чугун превращается в сталь?
Известно, что до 19 века сталь вообще не умели получать. После плавки чугун было принято сразу разливать в изложницы и далее доводить его до требуемого состояния, путем многократного нагревания и охлаждения. И далее уже производилось уплотнение структуры методом ковки. По этой причине любое изделие, которое было переделано из чугуна стоило огромных денег. Сегодня для снижения содержания углерода в чугуне в шихту добавляется известняк. Нагреваясь, он становится негашеной известью, за счет чего происходит отшлаковывание примесей. И хотя после этого чугун становится более чистым, идеальным его по-прежнему нельзя назвать. В нем все равно будет оставаться примерно 8% углерода. Чтобы избавиться от всего этого спектра примесей чугун необходимо окислить, а примеси вывести из расплава. Для этих целей на производстве используют два метода — бессемеровский и мартеновский. В мартеноском способе жидкий чугун загружается в печь вместе со стальным ломом, известью и железной рудой. Далее все интенсивно нагревают, подавая при этом смесь топлива с обогащенным кислородом воздухом. В результате нагрева железо начинает окисляться и все примеси уже сразу отшлаковываются введенным в состав шихты известняком. Для увеличения скорости процесса в расплав добавляют марганец. После расплавления всей шихты уже начинается процесс доводки стали.
Расплавление породы и кипение ванны расплавленного металла
При расплавлении шихты формируется ванна из расплавленного металла. В ней присутствует железо, которое окисляясь вместе с тем окисляет и примеси чугуна. в этом процессе необходимо из сплава убрать фосфор. Достигается это за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция. Если все условия будут соблюдены, будет создано неустойчивое соединение между фосфорным ангидридом и оксидом железа. Оно будет распадаться при взаимодействии с более сильным основанием оксидом кальция. Тогда и сам фосфорный ангидрид будет превращаться в шлак. Для удаления из ванны фосфора необходимо поддерживать не слишком высокую температуру, а также низкое содержание оксида железа в шлаке. Для удовлетворения этого требования при производстве в расплав добавляют окалину и железную руду. Они формируют в ванне железистый шлак. Тогда шлак с высоким содержанием фосфора формируется на поверхности ванны и удаляется. Вместо него при этом в расплав добавляются опять же новые порции оксида кальция.
Что такое раскисление металла?
В расплавленный металл добавляется кислород не только для того, чтобы удалить из него вредные примеси. Помимо этого, это еще способствует увеличению его содержания в стали. Это не очень хорошо, поскольку отражается на качественных характеристиках металла. Поэтому для уменьшения количества кислорода при выплавке стали осуществляется раскисление. Выполняется оно либо диффузионным, либо осаждающим методом. При диффузионном в шлак водится ферросилиция, ферромарганец и алюминий. Эти добавки способствуют восстановлению оксида железа и снижают его количество в шлаке. Растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак и распадается в нем. Тогда железо высвобождается и возвращается в расплав. Сами же оксиды остаются после этого в шлаке. При осаждающем методе процесс происходит путем введения в расплав все тех же элементов. Эти элементы начинают образовывать с кислородом соединения. Из-за невысокой плотности которые выводятся в шлак.