Особенности производства стали

Содержание

Как получают и из чего делают железо (сталь)?

Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.

Производство железа: особенности выплавки и добычи сырья

Первое железо известное человечеству носило космическое происхождение, а, точнее говоря, метеоритное. Как инструментальный материал оно стало использоваться примерно 4 тыс. лет до нашей эры. Технология выплавки металла несколько раз появилась на свет и терялась в результате войн и смут, но, как считают историки, первыми освоили выплавку хетты.

Стоит отметить, что речь идет о сплавах железа с небольшим количеством примесей. Химически чистый металл стало возможным получить лишь с появлением современных технологий. Данная статья расскажет вам в подробностях об особенностях производства металла методом прямого восстановления, кричном, губчатого, сыродутного, горячебрикетированного железа, коснемся изготовления хлорного и чистого вещества.

Сталь: классификация, особенности и описание разновидностей сплава

Сталь – самый известный в мире сплав железа. По сути, говоря о железных конструкциях и предметах, мы говорим об изделиях (или их производстве) из той или иной стали. 99% сплава относится к категории конструкционных сталей, так что практически не существует инструментов или оборудования, где он бы ни использовался.

В этой статье мы постараемся затронуть такие темы как классификация марок, цена стали, ее свойства и применение в строительстве.

Этапы выплавки стали

Этапы выплавки стали

Для удаления примесей в плавильном агрегате для каждой из них создают определенные условия, проводя выплавку стали в несколько этапов.

Все, что нужно знать о стали

Стальной сплав – основной материал, без которого построить долговечные и многофункциональные, довольно лёгкие механизмы и машины, конструкции не удастся. Будучи в основном металлическим продуктом, стальные детали и комплектующие – основа современного производства.

Технология самостоятельного изготовления булатной и дамасской стали

Желание сделать дамасскую сталь своими руками должно иметь под собой определенную целесообразность. Появление подобного материала объясняется довольно просто. В течение нескольких тысячелетий прогресс зависел от уровня развития оружейных технологий. Чтобы иметь легкое и прочное оружие изыскивались подходящие материалы. Можно махать тяжелым мечом, устрашая противника. Имея удобный меч небольшого веса, проще поразить противника, закованного в латы.

Даже рыцари крупных размеров (богатыри), одетые в доспехи, часто ничего не могли противопоставить юрким противникам, вооруженным легкими мечами, шпагами и палашами. Прочная и острая сталь находила изъяны в защите, проникала в стыки лат, нанося смертельные раны. Особая прочность позволяла изготавливать удобное оружие с небольшой массой.

Популярное заблуждение

Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.

железо из чего делают

Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.

Железная руда

Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.

Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.

  • Прежде всего, это железняк – красный (гематит), магнитный (магнитит) и бурый (лимонит). Это сложные оксиды железа с содержанием элемента в 70–74%. Бурый железняк чаще встречается в корах выветривания, где формирует так называемые «железные шляпы» толщиной до нескольких сот метров. Остальные имеют в основном осадочное происхождение.
  • Очень распространен сульфид железа – пирит или серный колчедан, однако железной рудой он не считается и идет на производство серной кислоты.
  • Сидерит – карбонат железа, включает до 35%, это руда средняя по содержанию элемента.
  • Марказит – включает до 46,6%.
  • Миспикель – соединение с мышьяком и серой, содержит до 34,3% железа.
  • Леллингит – включает всего 27,2% элемента и считается рудой бедной.

Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:

  • богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
  • руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
  • бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.

Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:

Добыча

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

из чего делают железо

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Разработка месторождений

Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.

  • Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
  • Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
  • Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.

Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.

Как влияют полезные и вредные примеси на свойства стали?

Эффект от различных элементов в сталях:

  • Марганец повышает прокаливаемость металла и нейтрализует вредное воздействие серы.
  • Кремний улучшает прочность и способствует раскислению сплава, удаляя оксиды и сульфиды.
  • Сера ухудшает пластичность и вязкость. Ее большое содержание проявляется красноломкостью: во время горячей обработки металл трескается в области красного или желтого каления.
  • Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость сплава. Повышенное содержание фосфора приводит к хладноломкости: при механической обработке металл трескается или разламывается на куски.
  • Кислород и азот разрушают структуру стали, ухудшают вязкость и пластичность.
  • Водород приводит к хрупкости металла.

Чтобы удалить вредные примеси и неметаллические включения, жидкую сталь рафинируют. Используют комбинированное рафинирование в печи и вне печи. К примеру, раскисление, десульфурацию, дегазацию и другое. За счет очистки структура металла становится однородной, а качество возрастает.

сталь

Разливку в изложницы

Разливку в изложницы подразделяют на два вида:

  • разливка сверху;
  • сифонная разливка.

Разливка сверху

При разливке сверху (рисунок 35) сталь из ковша непосредственно поступает в изложницы. После заполнения каждой изложницы ковш транспортируют к следующей изложнице и после заполнения ее цикл повторяется.

Сифонная разливка

При сифонной разливке (рисунок 36), основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько изложниц (от двух до нескольких десятков). Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне центровую, а из нее по каналам в поддоне в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц ковш транспортируют к следующему поддону.

Оба способа разливки широко применяются на практике. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Однозначного ответа на вопрос, какой из них является лучшим, до сих пор нет. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Разливка сверху ” для рядовых марок стали является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высококачественные и легированные стали, когда для уменьшения потерь дорогостоящего металла при зачистке важно получить чистую поверхность слитка, разливают преимущественно сифоном.

Особенности процесса

Процесс производства стали происходит последовательно в три этапа.

Первый этап – расплавление породы. На этапе его проведения формируется расплав в ванне и окисляется металл, отдавая одновременно кислород кремнию, фосфору и марганцу.

Одна и главных задач этого этапа – удаление фосфора. Для ее осуществления требуется сравнительно невысокая температура и присутствие в достаточном количестве FeO. При взаимодействии ингредиентов фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 + P2O5.

Присутствие в шлаке более стойкого основания СаО вызывает замещение FeO. В результате оно связывает фосфорный ангидрит в другое соединение (CaO)4 х P2O5 + 4 Fe, чего и требовалось добиться.

Чистый Fe высвободился в расплаве, а фосфор образовал шлак, который удаляется с зеркала металла и утилизируется за ненадобностью. Поскольку фосфорный ангидрид преобразует состав шлака, процесс должен идти непрерывно.

Фосфорный ангидрид

Поэтому FeO должен непрерывно пополняться за счет загрузки новых партий железной руды и окалины, наводящих в расплаве железистый шлак.

Использование качественной стали в изделиях

Не только оружие нуждается в прочных материалах. Конструкционные материалы с особыми свойствами используются в самых разных отраслях промышленности.

Кованые изделия работают в автомобилях, на железнодорожном транспорте, в сельскохозяйственных машинах, на космических кораблях. Используется только весьма упрощенная технология. Ковкой добиваются получения мелкого зерна в строении металла. Устраняются возможные раковины, которые присутствуют в отливках.

Образец современного клинка с выраженным рисунком:

Дамасская сталь

Для дамасской стали отмечают плюсы и минусы.

Положительные характеристики

  • Высокая прочность изделия, выдерживает нагрузку, приложенную в разных направлениях (сжимающую, растягивающую, изгибающую и другие виды нагружений).
  • Износостойкость режущей кромки, долго держит остроту.
  • Имеет необычный внешний вид, невозможно повторить рисунок на аналогичном предмете, делает его узнаваемым.
  • Высокая стоимость при реализации.

Специальный вид дамасской стали, изготовленной из троса:

Дамасск

Перечисленные плюсы часто привлекают мастеров заниматься производством по технологии многократной проковки заготовок. Для каждой новой партии товара могут использоваться свои способы и последовательность ковки.

Недостатки

Главный недостаток – это высокие затраты труда на производство изделия. Приходится прибегать к многократному нагреванию заготовки.

Высокоуглеродистая сталь подвержена коррозии. На вопрос: «Ржавеет ли?» Можно ответить однозначно, что без надлежащего ухода ржавчина быстро уничтожает изделие.

Финка из дамасской стали, современное изделие:

Производство сплава

Процесс изготовления сплава сводится к переработке чугуна, при которой отжигаются лишние примеси и вводятся легирующие элементы. Используются при этом несколько методов.

  • Мартеновский – расплавленный или твердый чугун с рудой плавят в мартеновской печи при 2000 С, чтобы отжечь лишний углерод. Добавки вводят в конце плавки. Сталь разливают в ковши и переправляют в прокатный цех.
  • Кислородно-конвертерный – более производительный. Сквозь чугун в печи продувают воздух или смесь воздуха с кислородом, добиваясь более быстрого и полного отжига.
  • Электроплавильный – плавка осуществляется в закрытой печи при 2200 С, что исключает попадание в сплав газов. Дорогостоящий метод, которым получают лишь высококачественные составы.
  • Прямой метод – в шахтной печи окатыши, получаемые из железной руды продувают продуктами сгорания природного газа – смесью кислорода, угарного газа, аммиака, при температуре в 1000 С.

На этом процесс изготовления стали не заканчивается. В тех случаях, когда необходимо получить максимально прочный материал, прибегают к дополнительной обработке.

Термический метод

К термическим способам относится:

  • отжиг – нагрев и медленное охлаждение разных видов и с разной скоростью;
  • закалка – нагрев выше критической температуры, что вызывает перекристаллизацию сплава, и быстрее охлаждение;
  • отпуск – процедура, осуществляет вслед за закалкой с целью уменьшить напряжение металла;
  • нормализация – тот же отжиг, но проводимый не в печи, а на воздухе.

Термомеханический способ

Термомеханические методы сочетают механическое и термическое воздействие:

  • высокотемпературная ТМО – закалка – наклеп, упрочнение, производится сразу же после нагрева, пока сплав сохраняет аустенитную структуру. Изменение вследствие пластической деформации при прокатке или штамповке сохраняется на 70% и после охлаждения и сталь оказывается более прочной;
  • при низкотемпературной ТМО – холоднокатаная сталь. Сплав нагревают для аустенитного состояния, охлаждают ниже точек рекристаллизации, чтобы добиться появления мартенситной фазы – в пределах 400– 600 С. Затем производится закалка – наклеп, прокатка. При охлаждении эффект полностью сохраняется.

Термохимическая обработка

Термохимическая обработка представляется собой нагрев сплавов и выдержку их в определенных химических средах. К наиболее известным методам относят:

  • цементацию – насыщение поверхности сплава углеродом. Таким образом получают износостойкий верхний слой;
  • азотирование – насыщение стали азотом. Цель такая же – получение верхнего износостойкого слоя, но по сравнению с цементацией, азотирование обеспечивает более высокую стойкость к коррозии;
  • нитроцементацию и цианирование – насыщение поверхностного слоя и углеродом и азотом. Обеспечивает более высокую скорость и производительность процесса.

Почему сталь сравнивают с чугуном?

Металлы похожи составом и способом изготовления. Чугун и сталь — сплавы железа, отличающиеся по концетрации углерода. В чугуне его свыше 2,14 % от общей массы, а в стали — не больше 2,14 %. Кроме процентной доли углерода в сплаве, они различны по свойствам. Чугун жаростойкий, теплоемкий, легкий и устойчивый к коррозии. А сталь прочнее, тверже и легче поддается механической обработке.

Особенности второго этапа

Технология производства стали на втором этапе называется кипением стали. Основное назначение заключается в процентном снижении содержания углерода за счет окисления. FeO + C = CO + Fe.

Реакция окисления происходит более интенсивно при кипении и сопровождается поглощением тепла. Поэтому необходимо создавать постоянный приток тепла в ванну, а также для выравнивания температуры в расплаве.

При такой реакции окисления интенсивно выделяется газ оксида углерода CO, что вызывает бурное кипение в жидком агрегатном состоянии, по этой причине процесс называют кипением. Чтобы излишки углерода интенсивнее преобразовывались в окись, производство качественной стали предусматривает вдувание чистого кислорода и добавление в расплавленную структуру окалины. Поэтому таким важным является качество сырья для производства стали. Все исходные материалы проходят щепетильную проверку.

Немаловажным на этом этапе является вывод серы, благодаря чему повышается качество конечной стали. Используемая в компонентах сера, присутствует не в прямом виде, а в форме сульфида железа FeS.

При высоких температурах компонент также взаимодействует с оксидом СаО, образуя сульфид кальция CaS, который растворяется в шлаке, не соединяясь с железом. Это позволяет беспрепятственно выводить сульфид за пределы ванны.

Конвертерное производство стали

Оснащение мастерской для производства изделий

В мастерской домашнего мастера, желающего заняться изготовлением изделий из дамасской стали, нужно иметь:

  1. Сварочный аппарат – с его помощью пластины из материалов различной прочности свариваются в единый блок, которые можно обрабатывать совместно.
  2. Горн – в нем выполняется нагрев заготовок из готовых предметов до высоких значений температуры (более 800 ⁰С).
  3. Наковальня нужна для ковки. Методом деформации производится кузнечная сварка, меняется форма детали на разных стадиях обработки.
  4. Набор молотков и молотов помогает наносить удары с разной силой. Когда работают вдвоем, то ведущий кузнец ударами легкого молотка показывает подручному места для нанесения ударов тяжелым молотом.
  5. Тиски используют для фиксации заготовок на разных этапах работы.
  6. Сверлильный станок необходим для сверления отверстий.
  7. Заточной станок используется чаще остальных, на нем изделиям придают форму и остроту.
  8. Гриндер – это вариант заточного станка, отличительная особенность заключается в использовании ленты с абразивным покрытием, склеенной в кольцо. С помощью гриндера формируют ровные спуски под заданным углом.
  9. Станок для изготовления спусков. Качественная заточка до бритвенной остроты возможна только на специальном приспособлении, которое позволяет двигаться по строго определенной траектории.
  10. Болгарка набором отрезных и зачистных дисков. Простой инструмент оказывает помощь при выполнении самых разных видов действий.

Заточка клинка на гриндере:

Заточка на гриндере

Кроме основного набора станков и приспособлений, многие мастера дополнительно используют деревообрабатывающее оборудование. Оно помогает изготавливать ручки из прочных пород древесины. Небольшие токарные станки помогают создавать сложную фурнитуру, которая украшает готовые предметы.

Самодельный миниатюрный гриндер, стачивание спусков:

Формирование спусков

В мастерских, производящих качественные ножи, имеются вальцы. На них разогретые заготовки прокатывают с целью получения пластины определённой толщины. Дамасская сталь своими руками получается после многократной ковки и проката через вальцы.

Прокатные вальцы

Наличие кривошипного молота помогает проковывать заготовку серией многочисленных ударов. Пневматический или гидравлический пресс используют для объемного обжатия металла. Одним движением придается нужная геометрия.

Производители

На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.

Известные производители

proizvodstvo-zheleza-vid

Самая большая доля месторождений железной руды приходится на Россию и Бразилию – 18%, Австралию – 14%, а также Украину – 11%. Крупнейшими экспортерами являются Австралия, Бразилия и Индия. Пик стоимости железа наблюдался в 2011 году, когда тонна металла оценивалась в 180 $. К 2016 цена упала до 35 $ за тонну.

К наиболее крупным производителям железа относят следующие компании:

  • Vale S. A. – бразильская горнодобывающая компания, крупнейший производитель железа и никеля;
  • BHP Billiton – австралийская компания. Основное ее направление – добыча нефти и газа. Но при этом она же является крупнейшим поставщиком меди и железа;
  • Rio Tinto Group – австралийско-британский концерн. Rio Tinto Group добывает и производит золото, медь, железо, алмазы и уран;
  • Fortescue Metals Group – еще одна австралийская компания, специализирующаяся по добыче руды и производству железа;
  • В России крупнейшим производителем выступает Евразхолдинг – металлургическая и горнодобывающая компания. Также известны на мировом рынке Металлинвест и ММК;
  • ООО «Метинивест холдинг» – украинская горно-металлургическая компания.

Распространенность железа велика, способ добычи достаточно прост, да и выплавка в конечном счете – процесс экономически выгодный. Вместе с физическими характеристиками производство и обеспечивает железу роль главного конструкционного материала.

Стоимость материала

Стоимость материала не менее разнообразна, чем количество марок. Условная сталь на Лондонской бирже металлов в декабре 2016 г стоит 325 $ за тонну. Стоимость нержавеющей стали заметно выше: холоднокатаная нержавеющая сталь сорта 304 в декабре оценивается в пределах от 1890 до 1925 $ за тонну.

Сталь – самый востребованный и самый распространенный металлический сплав в мире. Говоря о роли железа в народном хозяйстве, имеют в виду именно разнообразные стальные сплавы.

Способы обработки

Анодирование (электролизное покрытие) ржавеющей стали достигается за счёт меднения, никелирования, хромирования, алюминирования (покрытие алюминием), титанирования уже изготовленных (кованых, отлитых) деталей. Смысл – снижение энерготехнологических издержек производства, упрощение выделки деталей и комплектующих без лишних сеансов нагрева, прокаливания, потребляющих мегаватт и более электроэнергии на тонну производимой продукции. Например, нержавеющая труба с толщиной стенок в 2 мм и ДУ (условным диаметром, проходом) в 25 мм оценивается более чем в 2 раза дороже, чем такая же хромированная или никелированная из стали Ст3сп.

Меднение труб и профильных комплектующих производится при помощи медного купороса: в его, скажем, 5% водный раствор, налитый в U-образную трубку, опускают катод и анод. В качестве катода – обрабатываемое изделие, анодом может быть любой обломок или фрагмент от отслужившего свой срок изделия. На катоде выделяется металлическая медь, а на аноде – кислотный остаток, который разлагается затем на сернистый газ и кислород; выделение последних происходит в виде пузырьков газа.

Аналогичный подход применяют при покрытии любым другим металлом: низкоактивные используют соли в растворе, высокоактивные – расплав этих же солей.

Оксидирование, или воронение, производится путём прокаливания стальной заготовки. Цель – окислить сталь так, чтобы на изделии возникли тёмные побежалости (затемнение цвета). Используют этот метод перед финишной окраской: лакокрасочный состав, например, грунт-эмаль по ржавчине, будет держаться лучше и дольше, чем на некалёном изделии.

Разрезание стальных заготовок – как и любых металлических – производят фрезой или лазером. Лазерный способ не даёт стружки и стальных опилок, его достоинство – безотходность производства, к примеру, листовой нержавейки. Фреза по всем расходным статьям обходится заметно дешевле лазерной пушки, недостаток – необходимость удаления мусора, из-за чего к рабочей камере перед резкой подключают строительно-технический пылесос.

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.

Процесс раскисления продолжается при затвердевании слитка, в кристаллической структуре которого оксид железа и углерод взаимодействуют. В результате чего вместе с пузырьками азота, водорода он выводится.

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.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.

Мы рассмотрели, из чего состоит сплав. Железо в его составе смешивается с углеродом, и подобная смесь является основной для изготовления большинства известных металлов.

Заготовки для производства Дамаска

Сделать дамасскую сталь в домашних условиях может любой мастер, для этого применяют наборы сплавов. В них присутствуют мягкие и твердые включения. Комбинируя их между собой, добиваются получения клинков с выраженными структурными узорами.

Используются следующие комбинации, показанные в таблице. Некоторые мастерские предлагают и свои варианты. Предлагаемые схемы дают наилучшие показатели.

Таблица 2

Начиная производство в собственной мастерской, узнать, сколько стоит готовое изделие, несложно. На многих сайтах интернет-магазинов указаны цены. По мере приобретения опыта и повышения качества товара, можно повышать цену на свою продукцию.

Видео: как сделать дамасскую сталь?

Кислородно-конвертерный метод

Это способ, получивший звание универсального. Его используют в производстве ферромагнитных сплавов. Выплавляют сталь из жидкого чугуна и шихты. Задействуют конвертер, облицованный огнеупорными материалами. Чтобы ускорить процесс окисления, через него подают струю воздуха.

Электродуговой способ

Принцип производства заключается в выделении тепла при горении электрической дуги. Тепловой режим обеспечивает плавление сырья под температурой +6000оС. Благодаря нему получаются высококачественные сплавы. У этой группы больше остальных хорошо раскисленных сталей.

производство стали-2

Пошаговая инструкция изготовления ножа из троса и полосы от напильника

Дамасскую сталь и изделие из нее изготовить сложнее. Но готовый образец будет иметь более привлекательный вид. Ниже приведена последовательность изготовления клинка.

Из нескольких отрезков троса готовят заготовки. Их сваривают с помощью стержней из нержавеющей стали. Трос представляет собой жесткий металл, а нержавейка – это мягкий, пластичный материал.

Начало

Перед началом работ производится промывка. Используется в дизельном топливе. Желательно вымыть имеющиеся органические включения.

Промывка в дизельном топливе

В муфельной печи производится первичный обжиг.

Первичный обжиг и удаление окалины

Бура помогает избавиться от окалины. При высокой температуре шлак не будет задерживаться внутри заготовки.

Посыпка бурой

Первая очищающая ковка. Несильные удары. Нужно механическим путем вытряхнуть возможные шлаки, тогда не будут образовываться раковины.

Первая проковка

Ковка с помощью легкого молотка позволяет придать прямоугольную форму. Сначала уплотняется поверхностный слой.

Ковка легкими ударами

Ковка тяжелым молотом ведется для уплотнения всего внутреннего пространства. Задача этой операции – получить монолитное изделие.

Ковка тяжелым молотом

На автомате создают полосу нужного размера. Теперь заготовка по своим параметрам превращается в пластину.

Ковка на автомате

После проковки на автомате на заготовке проявляется желаемый рисунок.

Первичная форма поковки

Если не устраивает внешний вид, то можно перековать. Умелые мастера часто перековывают пластину несколько раз, а потом выполняют перекручивание заготовки. Тогда образуются оригинальные звезды.

Структура металла

Приваривается будущая режущая кромка. Для нее используется полоса от напильника, в которой использована сталь У10. На кромке твердость составить HRC 60…63. Остальная часть лезвия останется пластичной.

Поковка остыла

На тяжелом прессе 120 т производится ковка рукоятки.

Обработка в прессе

Клинок приобретает нужную форму. Нагрев более 900 ⁰С делает металл весьма пластичным.

Формирование профиля

Ковка рукоятки

Готовая поковка уже имеет довольно привлекательный вид. Нужно стачивать спуски, чтобы были образованы режущие кромки.

Готовая поковка

Спуски сточены. Клинок готов для дальнейшей работы. Самая трудоемкая часть работы выполнена.

Спуски сточены

Рисунок на лезвии показывает, что изделие изготовлено из дамасской стали.

Клинок готов

Варианты клинка. Ни один из них никогда не повторится. Каждый будет иметь только ему присущую структуру. С помощью кислоты добиваются проявления более глубокого рисунка.

После обработки кислотой

Еще возможный вариант. Если на стадии сварки будущих элементов изменять толщину троса и нержавейки, то можно получать каждый раз новые виды дамаска.

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.

Кислородно-конвертерный способ получения стали

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.

Особенности электроиндукционных печей

В электроиндукционных печах сталь выплавляют в небольших по объему (4,5–60 тонн) емкостях, именуемых огнеупорными тиглями. Вокруг тигля располагается индуктор, состоящий из большого количества витков провода.

При прохождении переменного тока внутри индуцируются вихревые токи большой силы, вызывающее плавление содержимого тигля. Электромагнитные силы одновременно перемешивают расплав стали. Продолжительность плавки в таких печах не превышает 45 мин.

Электросталеплавильный способ производит мало дыма, пыли и меньше излучает световой энергии. Однако, высокая стоимость электрооборудования при малой вместительности ограничивает применение этого способа.

Помимо рассмотренных вариантов, существуют не только основные способы производства стали. В современном сталеплавлении используется плавка в вакуумных индукционных печах и обогащение процентного содержания железа в окатышах плазменно-дуговым переплавом.

Виды получаемых сталей по химическому составу

Производимая этими методами сталь делится, в зависимости от химического состава, на две большие группы:

  • углеродистую;
  • легированную.

Процентное содержание элементов в углеродистой стали:

Наименование Fe С Si Mn S P
Содержание в процентах до 99,0 0,05–2,0 0,15–0,35 0,3–0,8 до 0,06 до 0,07

В углеродистых сталях прочность недостаточно сочетается с пластичностью. Недостаток устраняется введением добавок других металлов, такая сталь называется легированной.

Легированная сталь

Согласно ГОСТ 5200 выделяют три группы легированных сталей с допустимым содержанием примесей:

  • низколегированная не более 2,5%;
  • среднелегированная в диапазоне 2,5–10%;
  • высоколегированная свыше 10%.

С каждым годом способы плавки усовершенствуются благодаря вводу в строй нового высокотехнологичного оборудования. Это позволяет получать в сталелитейной промышленности высококачественные стали с оптимальным содержанием добавок и металлов.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий