Виплавка сталі

Переплавляючи чавун у мартенівських печах, бесемерівських і томасівських конверторах, тигельних та електричних дугових або високочастотних печах, дістають сталь.

Коли чавун переплавляють, частина вуглецю та інших домішок вигоряє. Утворюється новий сплав заліза з вуглецем та іншими домішками. Цей дуже міцний і в’язкий сплав називається сталлю.

Вміст вуглецю у сталі коливається від 0,1 до 1,7% , кремнію— до 0,5%, сірки — до 0,04%, марганцю — до 0,8%, фосфору — до 0,04%.

За хімічним складом сталі поділяються на вуглецеві і леговані.

Вуглецева інструментальна сталь іде на виготовлення інстру­ментів для різання металів на невеликих швидкостях.

Якщо до сталі додають одну або кілька домішок різних хіміч­них елементів — хрому, вольфраму, ванадію та ін.,- що поліп­шують її властивості, вона називається легованою і має назву до­мішки, наприклад, хромиста сталь, хромомолібденова та ін.

Кожна з домішок надає сталі особливих властивостей: підвищує її міцність, в’язкість, жаротривкість, кислототривкість, опірність до корозії і т. д. Наприклад, домішка хрому підвищує твердість сталі, а домішка марганцю — в’язкість. Основну призначення легування — рідрищешія міцності стаді.

Видатним досягненням вітчизняної металургії є виплавка дріб­нозернистої сталі з глибоким прогартовуванням при додаванні до сталі феросплавів, що містять бор, ванадій, цирконій та інші еле­менти. Наприклад, при додаванні до сталі 0,002% бору прогартовування збільшується в 5 раз.

За призначенням сталі поділяються на конструкційні та інстру­ментальні. Інструментальна сталь має більший вміст вуглецю, ніж конструкційна, вміст вуглецю у якій не перевищує 0,7%.

З легованої інструментальної сталі виробляють різальний, штам­пувальний, вимірювальний та спеціальний інструменти.

З конструкційної машинобудівної сталі виготовляють машини, верстати, металоконструкції для будівництва, кріпильні та інші металовироби.

Кожна сталь має свою марку.

Марки вуглецевої конструк­ційної високоякісної сталі позначають двознач­ним числом, що показує середній вміст вуглецю у сотих частках процента; наприклад, марка сталі 25 означає, що в ній середній вміст вуглецю дорівнює 0,25%.

Сталь інструментальна вуглецева позначається, наприклад, так; У7А. Тут перша буква означає «вуглецева», число після неї показує середній вміст вуглецю у десятих частках процента (0,7%), а остання буква означає «високоякісна».

Сталь легована позначається так: перше двозначне число по­казує вміст вуглецю у сотих частках процента; букви після нього означають легуючу домішку. Цифра за буквами показує вміст ле­гуючої домішки в процентах. Якщо наприкінці стоїть буква А—це означає, що сталь високоякісна. Наприклад, 12ХН2—це сталь, що має вміст вуглецю 0,12%, хрому — до 1 % та нікелю —2%; 45ХА— хромиста сталь конструкційна, що має вміст вуглецю 0,45% , хро­му близько 1 %.

Примітка. Якщо вміст легуючої домішки менше 1%, то цифри після букв не ставлять, наприклад, 45ХН—це сталь, що має вміст вуглецю 0,45% і хрому та нікелю менше 1%.

Якщо вміст вуглецю становить 1%, цифри попереду не став­лять.

 

Виплавка сталі у бесемерівському та томасівському конверто­рах.

Бесемерівський конвертор (рис. 2) — це поворотна піч грушо­подібної форми, в яку заливають розплавлений чавун. Гаряче повітря під впливом великого тиску проходить через розплавлений чавун, внаслідок чого в ньому вигоряє частина вуглецю та інших домішок.

Для виплавки сталі в бесемерівському Конверторі використо­вують кременистий чавун з малим вмістом фосфору. У бесемершських конверторах роблять понад 50 плавок на добу. Місткість конвертора 15—30 т. За добу у бесемерівському конверторі виплавляють 750—1500 т сталі.

Чавун із значним вмістом фосфору переплавляють у томасів­ських конверторах.

Томасівський конвертор вміщує до 30 т чавуну і виплавляє за добу до 1200 т сталі.

Бесемерівський конвертор

Бесемерівський конвертор

Рис. 2. Бесемерівський конвертор:

1 — повітряний циліндр;

2 — поворотна цапфа;

3 — підшипники;

4 — вогнетривка футеровка;

5 — отвір для проходу повітря;

6 — повітряна коробка;

7 — повітро­провід;

8 — горловина для завантаження і вивантаження розплавленого металу;

9 — зубчасте колесо для повертання конвертора;

10 — металеві кільця;

11 — зуб­часта рейка;

12 — рейки для розливного ковша.

Виплавка сталі в мартенівських печах.

У мартенівську піч (рис. 3) завантажують разом з металоломом розплавлений чавун. Ця піч має спеціальне обладнання — регенератори, що підігрі­вають повітря до 1200 Плавка сталі у мартенівській печі поділяєть­ся на два періоди: 1) зниження вмісту вуглецю і 2) доведення вмісту вуглецю та інших домішок до кількості, потрібної для сталі певно­го сорту, для чого у піч додають феросплави, а також легуючі до­мішки, які надають сталі різноманітних властивостей (в’язкості, твердості, жаротривкості, кислототривкості) та підвищують її механічні властивості.

У мартенівських печах процес виплавки сталі триває 4—5 годин.

Щоб скоротити час виплавки сталі, останнім часом застосовують кисневе дуття.

У мартенівських печах виплавляють більш високоякісну сталь, ніж у бесемерівських та томасівських конверторах, Виплавлену сталь випускають у ківш, а з ковша розливають у спеціальні форми— виливниці. Мартенівські печі бувають стаціонарні (місткістю до 150 т) і хитні (місткістю до 500 т).

Досвідчені сталевари-швидкісники знімають з 1 м2 поду печі 15—18 т сталі, набагато перевищуючи норму виплавки. Підвищення продуктивності праці робітників сталеливарних цехів металургійних заводів сприяє зміцненню могутності нашої країни.

Схема мартенівської печі

Рис. 3. Схема мартенівської печі

Рис. 3. Схема мартенівської печі:

1 — робочий простір;

2 — під печі;

З — головне склепіння;

4 — регенератор;

5 — шлаковик.

Наприклад, підвищення продуктивності праці за рік на 1% лише в одному мартенівському цеху заводу «Азовсталь» дає можливість виплавити додатково стільки сталі, що з неї можна виготовити 80 гусеничних тракторів з плугами, 64 комбайни та 144 самохідні сінокосарки.

Виплавка сталі в електричних печах.

Електропечі бувають високочастотні (індукційні) та електродугові.

Високочастотна піч — це тигель, навколо якого змонтовано змійовик. Через змійовик пропускають змінний струм високої частоти. В металі, завантаженому в тигель, утворюються вихрові струми, що нагрівають метал до 2000С; при такій температурі метал плавиться, вигоряють всі зайві домішки і дістають сталь потріб­ного складу, Місткість високочастотних печей досягає до 7 т.

Електродугова піч (рис. 4).— це стальний кожух, викладений всередині вогнетривкою цеглою. Через верх кожуха проходить три графітових електроди, діаметр кожного з них дорівнює 600 мм, а довжина —3 м. Електроди пересуваються в вертикальному напря­мі. Електричний струм, що проходить через електроди і метал, ство­рює електричну дугу, за допо­могою якої і плавиться метал. Відстань між металом і елек­тродами регулюється за до­помогою автоматичного при­строю, внаслідок чого елек­трична дуга не зникає і в печі зберігається потрібна для плавлення металу темпера­тура. Місткість дугової печі досягає до 40 т.

В електродугових печах виплавляють сталь високої якості, яка майже не має шкід­ливих домішок.

Розливання сталі.

Рідку сталь розливають у спеціальні форми — виливниці, щоб ді­стати злитки, які надходять потім на прокатку або ку­вання.

Якість сталі залежить від температури, при якій її роз­ливають, та від швидкості цього процесу. Чим темпера­тура і швидкість розливання сталі вищі, тим більше вона насичена газами. Коли сталь охолоджується, гази не всти­гають виділитися, від чого в злитках утворюються по­рожнини. Іноді в стальних злитках залишаються частки шлаку, що потрапляють туди під час розливання сталі.

Сторонні неметалеві включення в злитках (шлак), а також порожнини та тріщини знижують якість сталі і міцність виготов­лених з неї виробів. Отже, крім уміння правильно виплавити сталь, треба ще й уміло її розлити.

Згодом стальні злитки нагрівають в печах і потім на прокатних станах виготовляють з них прокат різних профілів. Основною си­ровиною для виготовлення стальних виробів є прокат і поковки.

Схема дугової електричної печі

Схема дугової електричної печі

Рис. 4. Схема дугової електричної печі:

І—електроди;

2—плавильний простір;

З—жолоб для випуску металу;

4—завантажувальне вікно.

Внутрішня будова стальних злитків.

Поздовжній розріз злитка

Поздовжній розріз злитка

Стальні злитки мають різний поперечний переріз. Вага їх буває від 1 до 15т. На поверхні злит­ка утворюється щільний шар дрібних кристалів І. Ця дрібнозерни­ста будова виходить завдяки великій швидкості охолодження від холодних стінок виливниці. За шаром дрібнозернистої будови роз­ташований шар кристалів ІІ, які розміщені перпендикулярно до стінок злитка. Всередині злитка кристали III розташовані в різних напрямах. У нижній частині злитка IV кристали розміщені вер­тикально. У верхній частині злитка посередині розташована зона ліквації V, а над нею усадочна раковина VI.

Якщо під час затверджування металу про­пускати через нього ультразвук, то якість злитка значно поліпшується, метал стає на­багато твердішим, має більшу міцність на розрив.

У зв’язку з дальшим розвитком техніки, ширшого застосування жаротривких матеріа­лів винятково важливе значення має вивчен­ня механічних властивостей металів та їх сплавів в умовах високих температур. Уль­тразвукові методи дослідження дають можли­вість значно точніше і легше визначати ці властивості.

Залежність властивостей сталі від домі­шок. Різні домішки залежно від їх кількості змінюють властивості сталі. Наприклад, до­мішка марганцю від 0,3 до 0,9% зменшує шкідливий вплив сірки і підвищує міцність сталі.

Щоб мати дуже міцну сталь, з якої виго­товляють зносостійкі деталі, вміст марганцю доводять до 0,9%. Таку сталь називають марганцевистою. З неї виготовляють зубці ковшів екскаваторів, колінчасті вали та ін. Щоб мати більш однорідну та міцну сталь, до неї домішують кремній, але домішка кремнію знижує властивість сталі зварюва­тися. Вміст кремнію у сталі досягає до 0,35%, а іноді до 0,9% (таку сталь називають кременистою).

Фосфор—шкідлива для сталі домішка. Вміст фосфору повинен бу­ти не більшим 0,05 %. Фосфор робить сталь більш крихкою, особливо при низькій температурі. Це явище називається холодноламкістю.

Вміст сірки також повинен бути не більшим 0,05%. Коли вміст сірки більший, сталь при нагріванні стає крихкою. Це явище на­зивається червоноламкістю. Коли нагріти таку сталь до червоного розжарення або кувати її, в ній з’являються тріщини,

Запитання для повторення

  1. Що таке сталь і які її основні властивості?
  2. Які є способи виплавки сталі?
  3. Як виплавляють сталь у бесемерівських конверторах?
  4. В чому полягає спосіб виплавки сталі у мартенівських печах?
  5. Яка продуктивність виплавки сталі в сучасних мартенівських печах?
  6. Які передові методи застосовують для прискорення виплавки сталі в мартенівських печах?
  7. Які ви знаєте способи виплавки сталі в електричних печах?
  8. Як побудовані електричні печі та яка їх продуктивність?
  9. Як розливають сталь після виплавки її в печах?
  10. Яка будова стального злитка?
  11. Для чого додають домішки у сталь під час її виплавки?
  12. Що таке легована сталь?
  13. Як впливають на якість сталі домішки фосфору та сірки?
  14. Яких сортів буває сталь залежно від її хімічного складу?
  15. Яких властивостей набуває сталь, якщо до неї додають домішки різних хімічних елементів: молібдену, хрому, нікелю, ванадію, вольфраму, кобальту, кремнію, марганцю, алюмінію?
  16. Наведіть приклади умовного позначення складу сталі: а) конструкцій­ної вуглецевої сталі та б) інструментальної.
  17. Як умовно позначають леговані сталі?
Tagged:


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2 × пять =