Производство стали: основные методы, технологические схемы и блок-схемы

Обзор основных методов получения стали: бессемеровский, LD (линц-довацит), мартеновский (открытая ванна), тигельный, электрический, дуплексные процессы. Описание принципов, типов выделок (кислотные/основные), блок-схемы процессов и ответы на частые вопросы.

Суть стали

Сталь — сплав железа с углеродом (до 1,5%). Углерод в химической связи с железом (карбид). При >1,5% C излишки идут в свободное состояние (графит) — переход к чугуну. Углерод — главное легирующее элемент, определяющее качество. Железо — количественная база.

Коммерческие процессы получения стали

1. Бессемеровский процесс — надув воздуха через расплавленный чугун в конвертере (форма бетономешалки). Обмуровка: кислотная (динасовая кирпич — не удаляет P, S) или основная (доломит — удаляет P и частично S).
2. LD-процесс (Линц-Донавиц) — развитие бессемеровского. Австрийская руда бедна фосфором для основного бессемеровского. Воздух (N₂+O₂) вносит азот -> хрупкость, уносит тепло. Решение: надув чистым кислородом или газ. смесью без азота. Современный базовый процесс.
3. Мартеновский процесс (Open Hearth / Siemens-Martin) — плавка чугуна, лома, железоруды/калибра в ванновой печи (мелкий бассейн на дне). Нагрев излучением от горения газа над ванной (1600–1650 °C). Важна высокая температура, не количество тепла. Длительность несколько часов.
4. Тигельный процесс — плавка в герметичных тиглях (кратный железа, лом, ферромарганец, угля). Углерод из угля. После плавки/легирования тигли извлекают из регенеративной печи, литье в формы. ~4 часа. Процесс сплавления/легирования, без очистки металла.
5. Электрический процесс — быстрый рост благодаря дешевой энергии. Электричество только для тепла, особых свойств не придает. Преимущества:
   • Температура ~2000 °C без внесения O₂, N₂, примесей топлива -> удаление вредных примесей (O, S, P) и неметаллических включений.
   • Точный контроль температуры.
   • Введение дорогих легирующих элементов (Cr, Ni, W) без окислительных потерь.
   • Широкий спектр сталей по углероду и легирующим добавкам.
6. Дуплексные процессы — комбинация двух агрегатов:
   • Основная + кислотная ванна.
   • Основная ванна + основная электропечь.
   • Бессемеровский конвертер + основная ванна.

Блок-схемы процессов

Приведены графические схемы (GIF/изображения) для визуализации потоков материалов и энергии в основных процессах.

Частые вопросы (FAQ)

• Что такое сталелитейный процесс? Двухстадийный: (1) основная сталеварка — конвертер (BOF) или электродуговая печь (EAF) для сплава/плавки лома/DRI; (2) внепечная обработка (secondary steelmaking) — легирование, очистка от примесей.
• Какие газы используют в сталеварении? Кислород, азот, аргон, водород.
• Что делает бессемеровский процесс? Надув воздухом расплавленного чугуна в конвертере.
• Изобретатель бессемеровского процесса? Сэр Генри Бессемер.
• Как углерод попадает в сталь? Железорудка, кокс (из угля), известь в доменной печи (3000 °F). При плавлении руды углерод выделяется из горящего кокса в расплав.