Производство стали

Процесс производства

Производится сталь плавкой. Исходным сырьем служат чугун, лом самой стали или чугуна, окатыши, флюсы и ферросплавы.

Сам чугун по природе – недостаточно твердый и хрупкий материал, поэтому имеет ограниченное применение.

Однако, он незаменим в качестве сырья для получения стали. Суть плавки состоит, в случае применения передельного чугуна, в снижении процентного содержания углерода в нем до требуемого уровня.

Выводятся не предусмотренные в конечной рецептуре примеси. Традиционный состав шихты представляет 55% чугуна и 45% стального лома (скрапа). Существует также рудный процесс, когда к компонентам добавляется рудный материал или скрап-процесс для переработки отходов машиностроительного производства.

Чтобы в процессе плавки примеси и углерод легче выводился из состава компонентов, они переводятся в газы и шлак. В первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом железо окисляется, образуя закись железа FeO.

Одновременно окисляются C, Si, Mn и P, при этом происходит отдача кислорода оксидом железа химически активным примесям. К массе шихты добавляют флюс для лучшего растворения металла: известняк или известь, боксит. В качестве топлива используют каменноугольную пыль, жидкий мазут, природный или коксовый газ.

Сталеплавильный процесс

Сталеплавильный процесс представляет собой сложную систему, в ходе которого выделяется или поглощается теплота, достигается или нарушается равновесие протекающих реакций, происходят другие энергетические процессы.

Для характеристики состояния системы используют величины, называемые параметрами состояния. Параметрами состояния являются давление, объем, концентрация, температура. Величины, характеризующие процесс или изменение системы, связанное с изменением параметров состояния, называют параметрами процесса. Ими являются:

• тепловой эффект реакции, Q;
• изменения свободной энергии, ΔG или изменение изобарного потенциала;
• изменение энтропии, ΔS;
• изменение энтальпии, ΔH;
• изменение давления, ΔP.

В сталеплавильной практике обычно приходится иметь дело с процессами, протекающими при постоянном давлении. Поэтому при буквенных символах параметров ставят индекс Р (давление). Например, Qр – тепловой эффект при постоянном давлении, Кр – константа равновесия процесса и так далее.

Характеристикой возможности протекания процесса служит величина изменения свободной энергии системы ΔG=ΔH – TΔS

Если величина ΔG меньше нуля, то при данной реакции выделяется энергия, идет самопроизвольный процесс. Если величина ΔG равна нулю, то это означает, что реакция достигла состояния равновесия. Если же величина ΔG больше нуля, то это значит, что самопроизвольный процесс протекать не может, и реакция протекает в обратном направлении.

Величина константы равновесия Кр характеризует в какой степени реакция протекает в ту или иную сторону. Величина ΔG и Кр связаны между собой соотношением:

ΔG=ΔH-TΔS

Можно записать

-RT*lnK_p=ΔH−TΔS

R*lnK_p=ΔS−ΔH/T

Следовательно, чем больше ΔS и чем меньше ΔН, тем полнее протекает реакция и чем выше температура, тем большее значение величины ΔS (выше энтропийный фактор) и меньшее величины ΔН (энтальпийный фактор).В сталеплавильных агрегатах в большинстве случаев реакции протекают в растворах или с образованием растворов. Металл и шлак представляют собой растворы. Свойства же веществ в растворах отличаются от их свойств в чистом виде. Обычно для реакций в растворах значения концентраций компонентов заменяют значениями активностей этих компонентов в данном растворе. Активность компонента x обозначается ах и связана с концентрацией компонента соотношением:

a_x=γ_x*N_x

где N_х – молярная концентрация компонента,γ_x – коэффициент активности.При рассмотрении реакций, в которых компонент растворен в металле, принято обозначать его в квадратных скобках. Например, углерод , раство-ренный в металле, марганец, растворенный в металле , и так далее. В тех случаях, когда речь идет о концентрации компонента в шлаке, используют кру-глые скобки. Например, (MnO), (FeO). И реакция, происходящая между раство-ренным марганцем в металле и растворенным оксидом железа в шлаке запи-шется в виде:

+(FeO)=(MnO)+ Fe_ж

Основными материалами для производства стали являются:

• передельный чугун;
• стальной лом (скрап).

Состав стали отличается от чугуна пониженным содержанием углерода и примесей (таблица 2).

Таблица 2- Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали.

Материал	Состав, %
С	Si	Mn	P	S
Передельный чугун	4-4,4	0,75-1,25	До 1,75	0,15-0,3	0,03-0,07
Сталь низкоуглеродистая	0,15-0,2	0,12-0,30	0,40-0,65	0,05	0,055

Поэтому сущностью передела чугуна в сталь является снижение содержа-ния углерода и примесей путем окисления их и удаления в шлак. В сталеплавильной практике особое значение имеют реакции окисления. Кислород для протекания этих реакций поступает из атмосферы, из железной руды или при продувки ванны кислородом.

Окисление углерода

Углерод, растворенный в металле, окисляется с образованием газа (СО) по реакциям:

+1/2 О2г=СОг

кислородом, содержащимся в газовой фазе,

+(FeO)=Feж+ СОг

кислородом, содержащимся в оксиде железа шлака,

+=COг

кислородом, растворенным в металле.

Повышение температуры во всех случаях благоприятствует протеканию реакции окисления углерода. Реакция окисления углерода занимает особое место в сталеплавильном производстве. Дело в том, что образующаяся при окислении углерода газовая фаза в виде пузырьков СО перемешивает ванну, выравнивает состав и темпе-ратуру металла, способствует процессу удаления газов и неметаллических включений.

Технологии и безопасность производства

Темпы технологического перевооружения российской черной металлургии превышают другие промышленные отрасли.

Проведенная в последние годы модернизация базовых переделов позволила снизить издержки производства, что и является основным конкурентным преимуществом.

А также повысилась энергоэффективность, потребность в ресурсах, что привело к снижению энергозатрат на экологически вредной мартеновской выплавке стали, которая теперь производится на конверторных, а также электросталеплавильных мощностях.

Одна из насущных проблем на этой стадии развития металлургии – это рациональное природопользование и обеспечение безопасности окружающей среды. При работе оборудования, применяемого при производстве черных металлов, осуществляются вредные выбросы в атмосферу, что негативно влияет как на окружающую природу, так и на здоровье людей.

По объему выбросов в воздух эта отрасль стоит на третьем месте, перед ней только энергетическая область и цветная металлургия.

В городах, где функционируют крупные комбинаты, которые занимаются переработкой, выплавкой и выпуском товаров этой отрасли, в воздухе наблюдается уровень загрязнения различными примесями с высоким классом опасности.

Особо высокую концентрацию примесей фиксируют в Магнитогорске, где этилбензол, диоксид азота имеют угрожающие показатели, а также аналогичная ситуация в Новокузнецке с диоксидом азота.

Рост производства провоцирует увеличение сбросов отходов, то есть происходит загрязнение вод. По результатам исследований, каждый девятый кубометр сточных вод, получающийся при работе российских промышленных предприятий, это отходы черной металлургии.

Хотя эта проблема стоит достаточно остро, в нынешней ситуации всевозрастающей конкуренции с производителями из СНГ маловероятны широкомасштабные работы, требующие серьезных финансовых вливаний, направленных на решение экологических проблем

Значение черной металлургии часто превышает важность экологии в стране. Предприятия, специализирующиеся на производстве стали, редко задумываются о чистоте окружающей среды

Поэтому и возникает фирма, которая специализируется на проверке работы предприятий черной.

Видео по теме: Черная металлургия

09.11.2020

Наталья Либерта / автор статьи

Образование – Омский государственный университет им. Достоевского, журналист. Опыт работы -8 лет.

Написано статей

4

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

• Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
• Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
• Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

• Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
• Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Это интересно: Быстрорежущие инструментальные стали: марки, характеристики, маркировка

Ковкий

Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур. В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.

Томасовский конвертер

Томасовский процесс (основная футеровка конвертера) был предложен С.Томасом в 1878 г. для переработки чугуна с высоким содержанием фосфора. Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы (рисунок 20), выполненный из стального листа с внутренней футеровкой. Футеровка бессемеровского конвертера кислая (динасовый кирпич), томасовского – основная (смолодоломитовая). Сверху в горловине конвертера имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепиться отъемное днище с воздушной коробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сопла), имеющиеся в футеровке днища. В цилиндри-ческой части конвертера имеются цапфы, на которых он поворачивается вокруг горизонтальной оси. Отъемное днище конвертера позволяет заменять его после выработки срока службы.

Плавка в томасовском конвертере проводится следующим образом. В конвертер загружают известь для образования основного шлака. Затем заливают томасовский чугун (1,6 — 2,0%P; <0,08%S; 0,2 — 0,6%Si), имеющий температуру 1200 – 1250 °C, и ведут продувку воздухом. Во время продувки окисляются углерод, марганец и кремний. В образующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05 — 0,07%. После этого металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Рассмотренным процессам присущ большой недостаток – повышенное содержание азота в стали, вызванное тем, что азот воздушного дутья раство-ряется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская сталь обладают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота были разработаны способы продувки снизу парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа, а также продувка дутьём, обогащенным кислородом.

Однако бессемеровский и томасовский процессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья.

Из чего делают сталь?

Сталь — одна из самых востребованных в промышленности. Железо и углерод — основные компоненты для изготовления стали. Железо отвечает за пластичность и вязкость, а углерод — за твердость и прочность.

Получают деформируемый сплав железа, который поддается механической, термической, токарной и фрезерной обработке. Литьем, прессованием, резкой, шлифовкой и сверловкой добиваются нужной формы. Стальные изделия получают с точно выверенными размерами.

Железо и углерод занимают львиную долю от общей массы, но кроме них сталь всегда содержит другие примеси. Чистота по неметаллическим включениям определяет качества стали. Оксиды, сульфиды и вредные примеси делают ее хрупкой и непластичной. Их содержание снижают очисткой или вводят дополнительные компоненты, чтобы добиться нужных физико-химических свойств.

Примеси бывают полезными и вредными. Разделение условное и означает то, что элементы улучшают химический состав стали или ухудшают его свойства. К полезным элементам относятся марганец и кремний. Сера, фосфор, кислород, азот, водород — вредные примеси в составе стали.

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

• системы обеспечения аргоном;
• сосуды конверторов и их несущие кольца;
• оборудование для фильтрации пыли;
• система для удаления конверторного газа.

Участок электропечей:

• печи индукционного типа;
• дуговые печи;
• емкости, с помощью которых выполняется загрузка;
• участок складирования металлического лома;
• преобразователи, предназначенные для обеспечения индукционного нагревания.

Участок вторичной металлургии, на котором осуществляется:

• очищение стали от серы;
• гомогенизация стали;
• электрошлаковый переплав;
• создание вакуумной среды.

Кипящая сталь

Участок для реализации ковшовой технологии:

• LF-оборудование;
• SL-оборудование.

Ковшовое хозяйство, обеспечивающее производство стали, также включает в себя:

• крышки ковшей;
• ковши литейного и разливочного типа;
• шиберные затворы.

Производство стали также предполагает наличие оборудования для непрерывной разливки стали. К такому оборудованию относится:

• поворотная станина для манипуляций с разливочными ковшами;
• оборудование для осуществления непрерывной разливки;
• вагонетки, на которых транспортируются промежуточные ковши;
• лотки и сосуды, предназначенные для аварийных ситуаций;
• промежуточные ковши и площадки для складирования;
• пробочный механизм;
• мобильные мешалки для чугуна;
• оборудование для обеспечения охлаждения;
• участки, на которых выполняется непрерывная разливка;
• внутренние транспортные средства рельсового типа.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

Оценка статьи:

Сырье для черной металлургии

Из какого сырья выплавляют сталь либо чугун, знает, наверное, каждый еще со школы. Новый рынок черной металлургии формируется уже совсем по другим принципам. Как правило, ранее, металлургическая промышленность и объекты по добыче сырья находились недалеко друг от друга. Сейчас же все устроено по-другому. Между производителями и потребителями сырья идет некое противостояние. Поскольку большинство металлургических комбинатов в данное время наращивают темпы своего производства, основная часть их уже наладила основной цикл.

В черной металлургии применяется сырье, которое извлекают из открытых карьеров, при этом из шахт добывают всего лишь пятую часть материала.

Открытый карьер

Железная руда

Материал, с которым работает черная металлургия, есть практически в каждом уголке планеты. Стоит отметить, что ЖРС обладает различными характерными особенностями, неодинаковым процентным содержанием всевозможных элементов. Из-за этого определенным элементам необходимо обогащение, либо специальная обработка. Сталь, чугун, ферросплавы изготавливают из железной, хромовой, марганцевой руды.

Виды сырья:

— Товарная железная руда; — крупнокусковая руда; — аглоруда; — концентрат мокрой, магнитной и сухой сепарации; — окатыши; — агломерат.

В нынешнее время сотрудничество между поставщиком и крупным производителем серьезно изменились. Одной из причин этому явлению стала смена владельцев богатых месторождений.

Так сложилось, что в основном металлы производят развитые страны, а большой поток экспорта железных руд идет из развивающихся стран. Некоторые рыночные аналитики утверждают, что в скором будущем около 70 процентов всего мирового экспорта руды пойдет из Австралии и Бразилии.

К тому же Бразилия будет в выигрышном положении благодаря незначительным ценам. Что касается РФ, то даже, несмотря на ее 17 процентные мировые запасы железной руды, особой роли на этом рынке она играть не будет. Дело в том, что основной задачей России в первую очередь является удовлетворение собственных потребностей. Китай в этом плане считается достаточно серьезным игроком, проводящий в странах Африки и Азии свою инвестиционную политику. Что касается новых участников этого большого сырьевого рынка, то им довольно сложно проложить себе дорогу, так как производитель стал думать на несколько шагов вперед, при этом никакого сбоя в поставках тут быть не должно.

Факторы, влияющие на сырьевой рынок черной металлургии:

— Разработка месторождений; — утверждение договоров на длительный период; — увеличение производительных мощностей; — влияние политической обстановки на объемы импортируемой продукции.

Металлорудное сырьё

В зависимости от географии залежей железных руд зависит покупка/ продажа данных материалов. Государства, в которых есть большие запасы железной руды, приходятся, как правило, экспортерами. К ним относятся: Китай, Бразилия, Австралия, добывающие в общей сложности больше половины мировой руды. Огромные накопления руды есть у Америки, Индии, Венесуэлы, Швеции, Италии, Франции, Казахстана, Украины и у РФ. Некоторые страны с большими собственными запасами руды закупают ее еще и у других государств. Это Англия, Америка, Корея, Япония, Германия.

Коксующиеся угли

Большие добывающие комбинаты строились обычно там, где находились залежи коксующихся углей. Крупными металлургическими центрами являются: Донбасс на Украине, Рур, Кузбасс. Чтобы выплавить 1 тонну чугуна, необходим коксующийся уголь и железная руда почти в одинаковых пропорциях — 1,5:1,2. Наилучшим вариантом при этом считается, когда уголь, марганцевую, а также железную руду добывают рядом. Такие места есть на Украине, в Казахстане, Индии, Китае, Австралии. Но такое бывает редко, обычно на месторождении добывается что-то одно. Это одна из главных причин из-за чего металлургические заводы строились вблизи от объектов добычи железной руды, или на плодородных угольных площадях.

Выплавка металла

Лом

В процессе человеческой деятельности появилось много вторичных материалов (металлолома), которые можно переработать. Большое количество сталелитейных заводов стали заниматься переработкой лома. Сталь, выполненная из отработанных материалов, стоит меньше, так как не требуется производство чугуна. На данный момент времени примерно половина всей мировой стали изготавливают из собственного, либо импортированного лома. Металлургические заводы стали возводить рядом с портами, так как перевозить лом выгоднее по воде.

Удаление серы

Сера является вредной примесью, придает металлу крас-ноломкость, связанную с выделением при кристаллизации стали в межзеренном пространстве сульфидов железа, которые с железом образуют эвтектику, плавя-щуюся при температурах ниже 1000 °С. Слиток стали, содержащий большое количество серы, разрушается при горячей пластической обработке (ковка, штамповка, прокатка). При этом про-слойки, разобщающие зерна стали, находятся в жидком состоянии и способст-вуют разрушению металла при его деформации. Поэтому в большинстве случаев одной из главных задач при выплавке стали является удаление из металла серы.В сталеплавильном агрегате удаление серы из расплавленного металла в шлак происходит в результате реакции:

Fe++CaO=(CaS)+(FeO)

Образующийся при реакции сульфид кальция CaS нерастворим в металле. Реакция протекает на поверхности раздела фаз (металл-шлак) и увеличение этой поверхности (перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл CaO в виде порошка и другие способы) ускоряет эту реакцию и способствует более полному удалению серы. Если шлак, кроме СаО, содержит много MnO, то возможно удаление серы по реакции:

Fe++(MnO)=(MnS)+(FeO)

Образующийся сульфид марганца MnS почти нерастворим в металле и пе-реходит шлак. Скачивание шлака и наведение нового (чистого по сере) шлака также спо-собствует переходу новых порций серы из металла в шлак. Таким образом, для удаления примесей в плавильном агрегате для каждой из них создают определенные условия, проводя выплавку стали в несколько этапов.

Раскисление

Третий этап – раскисление металла. После добавления кислорода (на предыдущем этапе) требуется снизить его содержание в чистой стали. Использованием О2 удалось добиться окисления примесей, но его остаточное присутствие в конечном продукте снижает качественные характеристики металла. Требуется удалить или преобразовать окислы FeO, связав кислород с другими металлами.

Для этого существуют два метода раскисления:

• диффузионное;
• осаждающее.

При диффузионном методе в расплавленный состав вводят добавки: алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Они восстанавливают оксид железа и переводит в шлак. В шлаке оксид распадается и высвобождает чистое железо, которое поступает в расплав. Второй высвободившийся элемент – кислород улетучивается в окружающую среду.

Осаждающий метод предусматривает введение добавок, имеющих большее сродство с кислородом, чем Fe. Происходит замещение этими веществами железа в окисле. Они, как менее плотные, всплывают и выводятся вместе со шлаком.

Чем больше при раскислении выводится включений различных металлов, тем выше ковкость получаемой стали. Для проверки раскаленный кусок металла подвергают ковке, на нем не должны образовываться трещины. Такая проверка пробы говорит о правильном проведении процесса раскисления.

В зависимости от степени раскисления специалисты могут получить:

• спокойную сталь полного раскисления;
• кипящую раскисленную не полностью сталь, когда процесс выведения пузырьков угарного газа СО продолжается в ковше и изложнице.

Для получения легированных сталей с добавками некоторых металлов в расплавленный металл добавляются ферросплавы или чистые металлы. Если они не окисляются (Ni, Co, Mo), то такие добавки могут вводиться на любом этапе плавки. Более чувствительные к окислению металлы Si, Mn, Cr, Ti добавляют в ковш или, что обычно и происходит, в форму для отливки металла.

Существуют основные способы получения стали в сталеплавлении.

Плавка алюминия

Изготовить печь для плавки алюминия своими руками вещь реальная. В промышленном производстве, агрегаты с названием — печи карусельного типа — очень дорогостоящие.

Чтобы понять, как сделать печь для плавки алюминия, нужно понять их принцип действия. Существует несколько видов, где проводится плавление цветного металла.

Мини-печь

Берется автомобильный диск и закапывается в землю так, чтобы верхний срез не выступал наружу. Посередине изготавливается отверстие для патрубка. Один конец пропускается в отверстие, а другой выводится наружу. На него одевается кулер, для нагнетания воздуха. Плавильня заполняется углями и алюминиевым ломом. Подается воздух и температура поднимается.

Металлический бак

Изготовить печь для алюминия можно из металлического бака. Например, корпуса стиральной машины с вертикальной загрузкой. Внутренняя часть конструкции выкладывается огнеупорным кирпичом. Снизу монтируется труба для подачи воздуха. Таким образом, получается переносное оборудование.

Из бутылки

Один из необычных способов, каким расплавляют алюминий. Вокруг бутылки наматывается проволока нихром. Предварительно поверхность бутылки смазывается маслом. Сверху наносится смесь жидкого стекла и глины. Просушивание ведется в течение недели. Затем наматывается еще слой проволоки и наносится глина. После 7 дней, бутылка вынимается и остается только термостойкая оболочка. К концам проволоки подключается напряжение для накаливания нихрома, а в очаг загружается сырье.

В России

Предприятие чёрной металлургии — Нижнетагильский металлургический комбинат, Россия

Особенность промышленности России заключается в больших расстояниях между производствами различных циклов. Металлургические комбинаты, производящие чугун и сталь из руды, традиционно располагались около месторождений железных руд в районах, богатых лесом, так как для восстановления железа использовали древесный уголь. И в настоящее время металлургические комбинаты металлургической отрасли России расположены вблизи месторождений железной руды: Новолипецкий и Оскольский — около месторождений центральной России, Череповецкий («Северсталь») — около Карельского и Костомукшского, Магнитогорский — около горы Магнитная (уже выработанное месторождение) и в 300 км от Соколовско-Сарбайского в Казахстане, бывший Орско-Халиловский комбинат (в настоящее время «Уральская сталь») около месторождений природнолегированных руд, Нижнетагильский — вблизи Качканарского ГОКа, Новокузнецкий и Западно-Сибирский — около месторождений Кузбасса. Все комбинаты России расположены в местах, где ещё в XVIII веке и ранее существовало производство железа и изделий из него с использованием древесного угля. Месторождения коксующегося угля расположены чаще всего вдали от комбинатов именно по этой причине. Только Новокузнецкий и Западно-Сибирский металлургические комбинаты расположены непосредственно на месторождениях каменного угля Кузбасса. Череповецкий металлургический комбинат снабжается углём, добываемом в Печорском угольном бассейне.

В центральной части России большая часть железорудного сырья добывается в районе Курской аномалии. В промышленных масштабах железорудное сырьё производится также в Карелии и на Урале, а также в Сибири (добыча ведётся в Кузбассе, Красноярском крае, Хакасии и близких им районах). Большие запасы железной руды в Восточной Сибири практически не осваиваются из-за отсутствия инфраструктуры (железных дорог для вывоза сырья).

Два основных района производства коксующегося угля в России — Печорский и Кузнецкий угольные бассейны. Крупные угольные поля есть также в Восточной Сибири; они отчасти разрабатываются, однако промышленное их освоение упирается в отсутствие транспортной инфраструктуры.

Центральная часть России, в частности Орел, Белгород, Воронеж, Тула не богаты металлами, поэтому в основном для внутренних нужд все сырьё привозится из других регионов. Крупнейшими поставщиками металла в центральный регион являются общероссийские компании, такие как ЕВРАЗ Металл Инпром, и местные, такие как ПРОТЭК и Союзметаллкомплект.

При строительстве всех крупных металлургических комбинатов России (в советское время) одновременно велось и строительство ориентированного на каждый завод горно-обогатительного комбината. Однако, после распада СССР, некоторые комплексы оказались разбросанными по территории СНГ. Например, Соколовско-Сарбайское ГПО, поставщик руды на Магнитогорский меткомбинат, теперь находится в Казахстане. Железорудные предприятия Сибири ориентированы на Западно-Сибирский и Новокузнецкий меткомбинаты. Качканарский ГОК поставляет руду на Нижнетагильский меткомбинат. Костомукшский ГОК поставляет руду в основном на Череповецкий металлургический комбинат.При размещении предприятий учитывалось также обеспечение водой, электроэнергией, природным газом.

В России созданы три металлургические базы:

• Уральская металлургическая база
• Центральная металлургическая база
• Сибирская металлургическая база

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Схема мартеновской печи

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

1. Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
2. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
3. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

Кислородно-конвертерный способ получения стали

Производство стали сегодня осуществляется в основном этим способом. На долю кислородно-конверторного производства совсем недавно приходилось до 60% мирового производства стали.

Однако, этот процент снижается в связи с появлением электродуговых печей (ЭДП). Продувка печей осуществляется чистым кислородом (99,5%) под высоким давлением.

Продукт кислородно-конвертерной печи представляет сталь с заданными химическими свойствами. Она поступает в машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где материал застывает в форме блюма или плиты. Для получения определенных жестких параметров металл подвергается вторичной переработке.

Аргонодуговая сварка

В принципе, что говорилось выше, полностью касается и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа. Единственное, что добавляется в сварочную технологию, это присадка и газ. С газом все понятно, потому что он является одинаковым для всех видов сварки в независимости от типа и вида соединяемых заготовок, а точнее, их металлов.

А вот присадочный материал выбирается по свойствам основного свариваемого металла. А так как их два, то придется учитывать способности каждого из двух к свариванию. И так как чугун является, если так можно сказать, слабым, то и присадка должна выбираться по нему. Так вот в качестве присадочного материала можно использовать сварочную порошковую проволоку, от которой отбивают обмазку. Некоторые мастера используют полоски чугуна, нарезанные небольшими отрезками.

Правда, оба материала можно использовать лишь в том случае, если у сварщика достаточно опыта использования данной технологии. Все дело в том, что неправильно выставленный режим и неправильная скорость плавки присадки может привести к образованию в сварочной ванне так называемых интерметаллидных структур. Они обладают повышенной хрупкостью

Вот почему практический опыт считается важной составляющей качества конечного результата сварки стали и чугуна неплавящимся электродом из вольфрама

Поэтому несколько чисто практических советов.

Для сварки двух металлов лучше всего использовать присадки на никелевой основе, которые специально были изобретены для сварки чугунных изделий. Но если требования к прочности и надежности стыка достаточно большие, то даже такая присадка не сможет их выполнить.
Нельзя варить чугун со сталью широкой ванной и большими тепловложениями.
Рекомендуется перед началом сварочных работ провести наплавку никелевой присадки на чугунную кромку. То есть, образовать так называемый переходный слой.
Приваривать чугун к стали можно без предварительного нагрева или с таковым. Первый вариант выбирается лишь в том случае, если в процессе эксплуатации сваренной детали она не будет подвергаться большому нагреву, не больше +300С. Если такие требований нет, то придется производить нагрев. Мелкие заготовки нагреваются полностью, большие только в зоне сваривания.
Чугун – это металл с низкой пластичность и очень низким линейным расширением в сравнении со сталью

Поэтому очень важно добиться того, чтобы в сварочном шве понизить усадочные напряжения. Чугун усаживается мало, сталь, наоборот, много.