В чем сила стали?
Нашу жизнь невозможно представить без стали: из нее делают рельсы, дороги и автомобили, стальные каркасы укрепляют здания, сталь используют в технологиях, которые генерируют и передают энергию. Даже консервные банки и монеты – это тоже сталь. При этом процесс производства постоянно совершенствуется, появляются новые поколения стали – более гибкие, более прочные, более экологичные. Ни один другой материал не обладает такой универсальностью, поэтому можно смело сказать, что союз стали с человечеством – это надолго.
Что такое сталь?
Химически сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий не менее 45% железа и не более 2,14% углерода. Если в сплаве больше 2,14% углерода – это уже чугун, гораздо менее пластичный и более твердый материал.
Как производят сталь?
Полный металлургический цикл, по итогам которого из природного сырья производится прокат (готовые металлургические изделия определенного профиля, изготовленные прокаткой), охватывает три передела (производства), где продукт каждого предыдущего передела является полуфабрикатом для последующего:
- Производство чугуна – первый передел;
- Производство стали – второй передел;
- Производство проката – третий передел.
Остановимся подробнее на двух основных способах производства стали (первый + второй переделы металлургического цикла): доменно-конвертерный и электросталеплавильный.
В рамках доменно-конвертерного способа производства металлурги сначала получают чугун в доменных печах – больших сооружениях в форме башен, облицованных жаропрочным кирпичом. Туда загружают железорудное сырье, металлургический кокс (продукт, который получают из коксующегося угля) и флюсовые добавки – эта смесь называется шихтой. Под воздействием нагретого до около 1200°C воздуха, который вдувают в доменную печь, шихта преобразуется в расплавленный чугун с содержанием 92-94% железа и 3-5% углерода. Из доменной печи чугун разливают в ковши и направляют на следующую стадию – в конвертер.
В нем расплавленный чугун продувают воздухом или кислородом, чтобы избавить сплав от лишних примесей (углерода, марганца, кремния) и добавляют легирующие элементы (хром, никель, титан, молибден и т.д.), получая в результате различные марки стали.
Доменно-конвертерный способ производства стали наиболее популярный. По данным World Steel Association, до 70% объемов стали в мире производится с использованием доменных печей.
Электросталеплавильный способ производства предполагает использование в основном переработанной стали (металлолома), но в качестве добавок могут использоваться другие виды сырья – чугун и/или железо прямого восстановления. Для выплавки стали в электропечах электрический ток проводят сквозь специальные графитовые электроды. В результате, образованная током дуга выделяет тепло, которое плавит металлолом.
Преимущество электродугового способа – возможность выплавить сталь практически любого состава с заданными физико-химическими свойствами. Поэтому его часто используют при производстве высококачественных легированных сталей, содержащих специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд их механических и физических свойств.
Вне зависимости от того, каким способом была выплавлена сталь, следующий шаг – доводка стали в ковше, когда металлурги добиваются необходимой балансировки химических элементов и доводят сталь до однородной структуры. После этого на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) сталь переходит из жидкого состояния в твердое – получается сляб (заготовка для последующего переката в прокатную продукцию) или квадратная заготовка.