Сталь – это сплав железа с углеродом. В стали содержание углерода варьируется от 0,01 до 2%, могут содержаться примеси и других элементов (кремний, марганец, сера и др.) Сырьем для производства стали может служить чугун (жидкий и твердый), лом чугуна и стали, железная руда, ферросплавы и т.д.
Для переработки сырья в сталь используют различные металлургические агрегаты, основными способами получения стали являются:
- мартеновский,
- конверторный,
- в электропечах.
Самыми высокими технико-экономическими показателями обладает кислородно-конверторный способ.
Среди его преимуществ:
- капитальные затраты на строительство производственного цеха, аналогичного по производительности с другими методами, ниже почти в два раза,
- большая экономическая в производстве за счет меньшего расхода огнеупоров на единицу мощности агрегата,
- низкая (10%) доля в себестоимости расходов по переделу по сравнению с мартеновской плавкой (13-14%) и электроплавкой (25%).
После того, как в конвертер загружают жидкий чугун и металлический лом, в него загружают известняк и подают под давлением кислород через водоохлаждаемую фурму.
Сырье поддается окислению, это необходимо для удаления из сырья излишков углерода и вредных примесей. В результате окислительных реакций, углерод соединяется с кислородом. Образовавшийся СО удаляется в атмосферу печи. Другие элементы (кремний, фосфор, сера, марганец) образуют окислы или соединения, которые нерастворимы или малорастворимы в металле, они частично удаляются в процессе плавки в шлак. Известь переводит фосфор и серу в шлак в результате взаимодействия с ними. Однако полностью окислить примеси не удается. Хотя у них значительно большее, чем у железа, сродство к кислороду, по мере снижения в плавящемся металле содержания примесей начинает окисляться железо. Это обуславливается законом действующих масс. Железо насыщается кислородом вследствие растворения в металле получаемых окислов железа.
Содержание кислорода в стали делает ее непригодной для ковки и прокатки, в таком металле при обработке давлением в нагретом состоянии образуются трещины.
Следующий этап – удаление кислорода в виде оксида железа из стали.
Этот этап называется раскисление, это завершающий этап выплавки стали. Чтобы снизить содержание кислорода в процессе плавки в сталь вводят элементы, у которых сродство к кислороду значительно больше, чем у железа. Эти раскислители, взаимодействуя с кислородом стали, образуют нерастворимые окислы, которые всплывают в шлак.
Полностью раскисленную сталь, из которой при застывании почти не выделяются газы, называется "спокойной". При выплавке такой стали сначала в качестве раскислителей вводят сначала ферромарганец, затем ферросилиций, и в последнюю очередь вводится алюминий.
Если из стали не удален кислород, то при застывании он взаимодействует с углеродом, в результате чего поверхность металла бурлит от интенсивного выделения оксида углерода. Такую сталь называется "кипящей", в качестве раскислителя в нее вводят только ферромарганец. После раскисления сталь разливают по изложницам.
