Выплавка стали: Производство стали – технология, оборудование, этапы

alexxlab | 12.07.1994 | 0 | Разное

Производство стали – технология, оборудование, этапы

1. Особенности процесса
2. Необходимое оборудование

Производство стали сегодня осуществляется в основном из отработанных стальных изделий и передельного чугуна. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, последнего в котором содержится от 0,1 до 2,14%. Превышение содержания углерода в сплаве приведет к тому, что он станет слишком хрупким. Суть процесса производства стали, в составе которой содержится гораздо меньшее количество углерода и примесей, по сравнению с чугуном, состоит в том, чтобы в процессе плавки перевести эти примеси в шлак и газы, подвергнуть их принудительному окислению.

Процесс производства стали

Особенности процесса

Производство стали, осуществляемое в сталеплавильных печах, предполагает взаимодействие железа с кислородом, в процессе которого металл окисляется. Окислению также подвергаются углерод, фосфор, кремний и марганец, содержащиеся в передельном чугуне. Окисление данных примесей происходит за счет того, что оксид железа, образующийся в расплавленной ванне металла, отдает кислород более активным примесям, тем самым окисляя их.

Производство стали предполагает прохождение трех стадий, каждая из которых имеет свое значение. Рассмотрим их подробнее.

Расплавление породы

На данном этапе расплавляется шихта и формируется ванна из расплавленного металла, в которой железо, окисляясь, окисляет примеси, содержащиеся в чугуне (фосфор, кремний, марганец). В процессе этого этапа производства из сплава необходимо удалить фосфор, что достигается за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция. При соблюдении таких условий производства фосфорный ангидрид (Р2О5) создает с оксидом железа (FeO) неустойчивое соединение, которое при взаимодействии с более сильным основанием — оксидом кальция (CaO) — распадается, и фосфорный ангидрид превращается в шлак.

Чтобы производство стали сопровождалось удалением из ванны расплавленного металла фосфора, необходима не слишком высокая температура и содержание в шлаке оксида железа.

Чтобы удовлетворить эти требования, в расплав добавляют окалину и железную руду, которые и формируют в ванне расплавленного металла железистый шлак. Содержащий высокое количество фосфора шлак, формирующийся на поверхности ванны расплавленного металла, удаляется, а вместо него в расплав добавляются новые порции оксида кальция.

Кипение ванны расплавленного металла

Дальнейший процесс производства стали сопровождается кипением ванны расплавленного металла. Такой процесс активизируется с повышением температуры. Он сопровождается интенсивным окислением углерода, происходящим при поглощении тепла.

Процесс производства стали в электропечах

Производство стали невозможно без окисления излишков углерода, такой процесс запускают при помощи добавления в ванну расплавленного металла окалины или вдувания в нее чистого кислорода. Углерод, взаимодействуя с оксидом железа, выделяет пузырьки оксида углерода, что создает эффект кипения ванны, в процессе которого в ней снижается количество углерода, а температура стабилизируется.

Кроме того, к всплывающим пузырькам оксида углерода прилипают неметаллические примеси, что способствует уменьшению их количества в расплавленном металле и приводит к значительному улучшению его качества.

На данной стадии производства из сплава также удаляется сера, присутствующая в нем в форме сульфида железа (FeS). При повышении температуры шлака сульфид железа растворяется в нем и вступает в реакцию с оксидом кальция (CaO). В результате такого взаимодействия образовывается соединение CaS, которое растворяется в шлаке, но раствориться в железе не может.

Раскисление металла

Добавление в расплавленный металл кислорода способствует не только удалению из него вредных примесей, но и увеличению содержания данного элемента в стали, что приводит к ухудшению ее качественных характеристик.

Чтобы уменьшить количество кислорода в сплаве, выплавка стали предполагает осуществление процесса раскисления, который может выполняться диффузионным и осаждающим методом.

Диффузионное раскисление предполагает введение в шлак расплавленного металла ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Такие добавки, восстанавливая оксид железа, снижают его количество в шлаке. В результате растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак, распадается в нем, высвобождая железо, которое возвращается в расплав, а высвобожденные оксиды остаются в шлаке.

Производство стали с осаждающим раскислением осуществляется путем введения в расплав ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Благодаря наличию в своем составе веществ, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, такие элементы образуют соединения с кислородом, который, отличаясь невысокой плотностью, выводится в шлак.

Производство стали в мартеновских печах

Регулируя уровень раскисления, можно получать кипящую сталь, которая не полностью раскислена в процессе плавки. Окончательное раскисление такой стали происходит при затвердевании слитка в изложнице, где в кристаллизующемся металле продолжается взаимодействие углерода и оксида железа. Оксид углерода, который образуется в результате такого взаимодействия, выводится из стали в виде пузырьков, также содержащих азот и водород. Полученная таким образом кипящая сталь, содержит незначительное количество металлических включений, что придает ей высокую пластичность.

Производство сталей может быть направлено на получение материалов следующего типа:

• спокойных, которые получаются, если в ковше и печи процесс раскисления полностью завершен;
• полуспокойных, которые по степени раскисления находятся между спокойными и кипящими сталями; именно такие стали раскисляются и в ковше, и в изложнице, где в них продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Если производство стали предполагает введение в расплав чистых металлов или ферросплавов, то в результате получаются легированные сплавы железа с углеродом. Если в стали данной категории необходимо добавить элементы, которые имеют меньшее сродство к кислороду, чем железо (кобальт, никель, медь, молибден), то их вводят в процессе плавки, не опасаясь за то, что они окислятся.

Если же легирующие элементы, которые необходимо добавить в сталь, имеют большее сродство к кислороду, чем железо (марганец, кремний, хром, алюминий, титан, ванадий), то их вводят в металл уже после его полного раскисления (на окончательном этапе плавки или в ковш).

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

• 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.

Производство стали и изготовление из нее изделий представляет собой сложный процесс, сочетающий в себе химические и технологические принципы, целый перечень специализированных операций, которые используются для получения качественного металла и различных изделий из него.

Сталь легко отлилась – Газета Коммерсантъ № 16 (6978) от 01.02.2021

В 2020 году крупнейшие компании металлургической отрасли РФ сократили производство стали лишь на 2,4%, до 60,8 млн тонн, несмотря на падение спроса из-за пандемии. Во втором полугодии поддержать производство помогло наращивание экспорта, а к концу года общий спрос на металл в мире вырос, что разогнало цены до многолетних максимумов.

Фото: Артем Краснов, Коммерсантъ  /  купить фото

Фото: Артем Краснов, Коммерсантъ  /  купить фото

Крупнейшие металлургические компании России сократили по итогам 2020 года выплавку стали на 2,4%, или 1,5 млн тонн, следует из отчетности компании и расчетов “Ъ”.

В общей сложности НЛМК, ММК, «Северсталь», Evraz, «Металлоинвест» и «Мечел» выплавили 60,8 млн тонн стали против 62,3 млн тонн в 2019 году. Официально свои производственные результаты на данный момент раскрыли Evraz Александра Абрамова, Романа Абрамовича и Александра Фролова, НЛМК Владимира Лисина, ММК Виктора Рашникова и «Северсталь» Алексея Мордашова.

Evraz снизил производство на 1,3%, до 13,6 млн тонн. Выплавка стали на американских активах холдинга сократилась на 15,1%, что вызвано падением спроса на трубы нефтегазового сортамента из-за снижения цен на нефть и газ в период пандемии. НЛМК увеличил производство на 1%, до 15,8 млн тонн. Выплавка ММК составила 11,6 млн, что на 7,1% меньше, чем в 2019 году. Компания объяснила это плановой реконструкцией стана 2500 и замедлением деловой активности из-за пандемии. «Северсталь» снизила производство на 4%, до 11,3 млн тонн. На ее показателях сказывается сокращение выплавки электростали из-за продажи сортового завода в Балаково.

Пока не отчитались о результатах «Металлоинвест» и «Мечел». В «Металлоинвесте» сообщили “Ъ”, что производство стали на предприятиях по итогам 2020 года увеличилось на 2%, почти до 5 млн тонн, что стало возможным в результате завершения в 2019 году реконструкции электропечей на «Уральской стали». «Мечел» по итогам девяти месяцев 2020 года снизил выплавку на 3%. Если компания сохранит динамику, то по итогам года будет произведено 3,5 млн тонн стали.

Согласно отчетам, в 2020 году металлургические компании увеличили поставки на экспорт.

НЛМК сократил продажи на домашних рынках, под которыми имеются в виду Россия, ЕС и США, на 6%, до 10,7 млн, из-за снижения объемов поставок на рынке США и продаж сортового проката в России. Продажи на экспорт выросли на 17%, до 6,8 млн тонн, на фоне увеличения экспорта чугуна и сортовой заготовки.

Доля продаж «Северстали» на внутреннем рынке снизилась на 5%, до 60%. Это связано с ослаблением спроса на внутреннем рынке в 2020 году, а также с продажей сортового завода в Балаково, который был в основном ориентирован на продажи российским клиентам. Evraz сообщил об увеличении экспорта полуфабрикатов на 6,1%. Это вызвано увеличением доли экспортных продаж квадратной и круглой заготовок в продуктовом портфеле на фоне снижения спроса в России вследствие пандемии COVID-19.

При этом в четвертом квартале 2020 года спрос на сталь в мире резко вырос, и сейчас цены на металлопродукцию достигли многолетних максимумов. Как пишет ММК в своем отчете, из-за увеличения мировых котировок на металлопродукцию в четвертом квартале произошел резкий рост цен на складском рынке России.

Несмотря на снижение показателей у крупнейших компаний отрасли, World Steel Association считает, что производство стали в России по итогам года все-таки увеличилось на 2,6%, до 73,4 млн тонн, хотя мировое производство стали снизилось на 0,9%, до 1,8 млрд тонн.

Из десятки крупнейших производителей увеличить выпуск удалось Китаю, России, Турции и Ирану. У Китая рост составил 5,2%, до чуть более 1 млрд тонн, Турция увеличила выплавку на 6%, до 35,8 млн тонн, а Иран — на 13,4%, до 29 млн тонн. Россия по итогам 2020 года стала четвертой страной по объему производства после Китая, Индии и Японии.

По мнению исполнительного директора центра экономического прогнозирования Газпромбанка Айрата Халикова, главным фактором, который позволил российским металлургам пройти кризис с минимальными потерями, стало улучшение экспортных возможностей начиная со второго квартала. Эксперт отмечает, что в США, Китае и ЕС из-за карантинов снизился сбор лома. В результате выплавка стали снизилась сильнее, чем спрос на металлопродукцию. В этих условиях страны начали наращивать импорт, что позволило российским металлургам перенаправить излишние объемы на мировой рынок.

Евгений Зайнуллин

сталь

| Состав, свойства, типы, сорта и факты

производство

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Эндрю Карнеги Генри Бессемер Сэр Уильям Сименс Джон Огастес Роблинг Чарльз М. Шваб

Похожие темы:

Дамасская сталь углеродистая сталь литая сталь стальная промышленность мартенситная сталь

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

сталь , сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун). На сегодняшний день это наиболее широко используемый материал для строительства инфраструктуры и промышленности в мире, он используется для изготовления всего, от швейных иголок до нефтяных танкеров. Кроме того, инструменты, необходимые для изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали. Как показатель относительной важности этого материала, в 2013 году мировое производство необработанной стали составило около 1,6 миллиарда тонн, а производство следующего по важности технического металла, алюминия, составило около 47 миллионов тонн. (Для списка производства стали по странам, см. ниже Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкие затраты на ее производство, формовку и обработку, обилие двух сырьевых материалов (железной руды и металлолома) и беспрецедентный ассортимент механические свойства.

Свойства стали

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Посмотреть все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в его чистое состояние ненамного тверже меди. За исключением самых крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, поликристаллично, т. е. состоит из многих кристаллов, смыкающихся друг с другом на своих границах. Кристалл — это хорошо упорядоченное расположение атомов, которые лучше всего можно представить в виде сфер, соприкасающихся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые особым образом проникают друг в друга. Для железа расположение решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Важным для уникальности стали является аллотропность железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации в центре каждой из шести граней единичного куба находится один дополнительный атом железа. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК компоновке; это означает, что в ГЦК-структуре больше места, чем в ОЦК-структуре, для удержания инородных ( , т. е. сплавов) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912°C (1674°F) и от 1394°C (2541°F) до температуры плавления 1538°C (2800°F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в диапазоне более низких температур и дельта-железом в зоне более высоких температур. Между 912° и 1394°С железо находится в ГЦК-порядке, который называется аустенитным или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за немногими исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Викторина “Британника”

Строительные блоки предметов повседневного обихода

Из чего сделаны сигары? К какому материалу относится стекло? Посмотрите, на что вы действительно способны, ответив на вопросы этого теста.

В чистом виде железо мягкое и обычно непригодно для использования в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь – добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известным как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Воздействие углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железа и углерода. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т. е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, 0,77 процента углерода (показана вертикальной пунктирной линией на рисунке), начинает затвердевает при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этой точки и ниже все кристаллы железа находятся в аустенитной — , т. е. ГЦК — компоновка и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении резкое изменение происходит примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) примерно 200 кгс на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 кгс на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждающая сталь с более низким содержанием углерода ( , например, 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; это мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например, 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Производство стали – worldsteel.org

Перейти к содержимому

Загрузить PDF-версию

‘Нажмите на звездочки для получения дополнительной информации’

1

Входное сырье

Диапазон входных значений различается в зависимости от маршрута

Железная руда

Железная руда является основным сырьем для производства стали. Большую часть железной руды необходимо будет дополнительно переработать на аглофабрике/окатыше, но некоторые виды (например, кусковые руды) можно загружать непосредственно в доменную печь. ” data-custom-class=”raw-material-pop” >

Известняк

Известняк используется для удаления примесей из чугуна, выплавляемого в доменных печах. Известняк, содержащий магний, называемый доломитом, также иногда используется в процессе очистки.” data-custom-class=”raw-material-pop”>

Уголь

Уголь является основным сырьем при производстве стали как восстановитель и как топливо.” data-custom-class=”raw-material-pop”>

Лом

Вся сталь может быть переработана в новую сталь. Лом состоит из пригодной для повторного использования стали, оставшейся от производства стали, или стали из зданий, транспортных средств, бытовой техники, упаковки и т. д., срок службы которых подошёл к концу. Мы имеем в виду лом до и после потребления.” data-custom-class=”raw-material-pop”>

Альтернативные виды топлива

К альтернативным видам топлива относятся биомасса, древесный уголь, пластиковые отходы, шины и т. д.» data-custom-class=”raw-material-pop”>

Природный газ

Природный газ представляет собой природную смесь углеводородов, состоящую в основном из метана. В сталелитейной промышленности он используется для восстановления железной руды, а также в качестве топлива. Завод, на котором железная руда измельчается, гомогенизируется и смешивается с известняком, коксовой мелочью, шлакообразующими агентами, флюсами и т. д. при высокой температуре. Полученный агломерат используют в доменной печи. Окомкование — это еще один метод агломерации, при котором мелкозернистая руда сначала смешивается со связующим, из которого затем формируются небольшие гранулы или шарики. Затем гранулы сушат и затвердевают при высокой температуре для достижения желаемой прочности.” data-custom-class=”preparation-pop” >

3

Производство чугуна

Печь для выплавки железа из железной руды.” data-custom-class=”ironmaking-pop”>

Группа процессов получения железа из железной руды без превышения температуры плавления. ” Печь, которая производит сталь путем окисления путем подачи кислорода через фурму над расплавленной смесью чугуна и металлолома.” data-custom-class=”steelmaking-pop” >

Стадия в процессе производства сырой стали, во время которой сырая сталь подвергается дальнейшей очистке (т.е. удаляется большая часть остаточных примесей) и могут быть добавлены другие металлы перед ее отливкой.” data-custom-class=”steelmaking-pop” “>

Процесс затвердевания стали в виде непрерывной полосы, а не отдельных слитков. Расплавленную сталь разливают в изложницы с открытым дном, охлаждаемые водой. Когда расплавленная сталь проходит через форму, внешняя оболочка затвердевает.” data-custom-class=”steelmaking-pop”>

Печь, в которой плавится стальной лом с использованием тепла, выделяемого электрической дугой высокой мощности. В процессе плавки добавляются элементы для достижения правильного химического состава, а в печь вдувается кислород для очистки стали. ” из него отливают три полуфабриката

5

Полуфабрикаты

Заготовки

Блюмы

 

Эти три основных продукта затем подвергают горячей прокатке в широкий ассортимент плоского и сортового проката.

6

Hot-rolled products

Flat Products

Long Products

Wire rods

Welded/seamless tubes

Structural shapes

7

Finishing operations

Painting

Metal coating

Cold rolling

 

ПРОДУКТЫ ВЫХОДА

 

Существует также широкий спектр ценных побочных продуктов сталеплавильного производства, которые продаются другим отраслям.

8

Побочные продукты и их применение

Цемент для дорожного строительства

Удобрения и улучшение почвы

Брусчатка для гидротехнических сооружений

Химикаты

Использование в качестве сырья для химической промышленности

Эмульсии и отработанные масла

Внутреннее использование в качестве восстановителей

Технологические газы

Heat and Electrication

УГОТОВЫЙ УЛУПКИ И УПРАВЛЕНИЕ

Стальные приложения

Ветряные турбины

Упаковка

Автомобильные транспортные средства

Rail Tracks и Trains

Altrendes и Filection

.