Čelik: klasifikacija, karakteristike i opis vrsta legura. Tehnologija samoproizvodnje damast i damask čelika Kako napraviti čelik od željeza

U životu stalno nailazimo na legure, od kojih je najčešći čelik. Stoga ne čudi da bi se neko zapitao kako se proizvodi čelik?

Čelik je jedna od legura željeza i ugljika, koja se široko koristi svakodnevni život. Proces proizvodnje čelika je višestepeni i sastoji se od nekoliko faza: vađenje i obogaćivanje rude, proizvodnja sintera, proizvodnja željeza i topljenje čelika.

Ruda i sinter

Naslage rude omogućavaju vađenje bogatih i siromašnih stijena. Ruda visokog kvaliteta može se odmah koristiti kao industrijska sirovina. Da bi se mogla topiti ruda niskog kvaliteta, ona se mora obogatiti, odnosno povećati sadržaj čistog metala u njoj. Da bi se to postiglo, ruda se drobi i pomoću različitih tehnologija se odvajaju čestice bogate metalnim spojevima. Na primjer, za željezne rude se koristi magnetna separacija - efekat magnetno polje na sirovini kako bi se odvojile čestice bogate gvožđem.

Rezultat je koncentrat niske disperzije, koji se sinteruje u veće komade. Rezultat pečenja željezne rude je aglomerat. Vrste aglomerata su nazvane prema glavnim sirovinama koje su uključene u njihov sastav. U našem slučaju to je sinter željezne rude. Sada, da bismo razumjeli kako nastaje čelik, potrebno je pratiti daljnji tehnološki proces.

Proizvodnja gvožđa.

Sirovo željezo se topi u visokim pećima, koje rade na protivstrujnom principu. Utovar sintera, koksa i drugog punjenja vrši se odozgo. Odozdo prema gore, prema ovim materijalima, dižu se tokovi vrućeg plina izgaranjem koksa. Počinje niz hemijskih procesa koji rezultiraju redukcijom željeza i njegovim zasićenjem ugljikom. Temperatura istovremeno ostaje u području od 400-500 stepeni Celzijusa. U donjim delovima peći, gde se redukovano gvožđe postepeno snižava, temperatura se povećava na 900-950 stepeni. Nastaje tečna legura gvožđa i ugljenika - liveno gvožđe. Glavne hemijske karakteristike livenog gvožđa uključuju: sadržaj ugljenika više od 2,14%, obavezno prisustvo sumpora, silicijuma, fosfora i mangana. Lijevano željezo karakterizira povećana krhkost.

Topljenje čelika.

Sada smo stigli do završne faze učenja kako se proizvodi čelik. Hemijski, čelik se razlikuje od livenog gvožđa po tome što ima niži sadržaj ugljenika; Shodno tome, glavni cilj proizvodnog procesa je smanjenje ugljika i drugih nečistoća u osnovnoj leguri željeza. Za proizvodnju čelika koriste se peći s otvorenim ložištem, pretvarači kisika ili električne peći.

Koristeći različite tehnologije, rastopljeno liveno gvožđe se pročišćava kiseonikom na veoma visokim temperaturama. Događa se obrnuti proces - oksidacija željeza na nivou nečistoća uključenih u leguru. Nastala šljaka se naknadno uklanja. Kao rezultat pročišćavanja kisikom, sadržaj ugljika se smanjuje i liveno željezo se pretvara u čelik.

Legirajući elementi se mogu dodati čeliku kako bi se promijenila svojstva materijala. Stoga se čelik smatra legurom željeza i ugljika sa sadržajem željeza od najmanje 45%.

Gore navedeni procesi objasnili su kako se proizvodi čelik, od kojih materijala i pomoću kojih tehnologija.

)
Visokougljični čelik (do ~2%)

(alat, žig, opruga, velika brzina)

Liveno gvožđe

S obzirom da se čeliku mogu dodati legirajući elementi, čelik je legura željeza sa ugljikom i legirajućim elementima (legirani, visokolegirani čelik) koji sadrže najmanje 45% željeza.

Čelici s visokim elastičnim svojstvima imaju široku primjenu u mehaničarstvu i izradi instrumenata. U mašinstvu se koriste za proizvodnju opruga, amortizera, opruga za razne namjene, u instrumentarstvu - za brojne elastične elemente: membrane, opruge, relejne ploče, mehove, podupirače, ovjese.

Opruge, mašinske opruge i elastični elementi uređaja odlikuju se raznovrsnošću oblika, veličina, različitim uslovima rad. Posebnost njihovog rada je u tome što pod velikim statičkim, cikličnim ili udarnim opterećenjima u njima nije dopuštena zaostala deformacija. S tim u vezi, sve legure za opruge, pored mehaničkih svojstava karakterističnih za sve konstrukcijske materijale (čvrstoća, duktilnost, žilavost, izdržljivost), moraju imati visoku otpornost na male plastične deformacije. U uslovima kratkotrajnog statičkog opterećenja, otpornost na male plastične deformacije karakteriše granica elastičnosti, a kod dugotrajnog statičkog ili cikličkog opterećenja - otpornost na relaksaciju.

Enciklopedijski YouTube

Klasifikacija

Postoji mnogo načina za klasifikaciju čelika, kao što su namjena, kemijski sastav, kvalitet, struktura.

Prema namjeni, čelici se dijele u više kategorija, kao što su konstrukcijski čelici, čelici otporni na koroziju (nerđajući), alatni čelici, čelici otporni na toplinu, kriogeni čelici.

Prema hemijskom sastavu čelici se dijele na ugljične i legirane; uključujući po sadržaju ugljenika - na niskougljenične (do 0,25% C), srednje ugljene (0,3-0,55% C) i visokougljene (0,6-2% C); Legirani čelici se prema sadržaju legirajućih elemenata dijele na niskolegirane - do 4% legirajućih elemenata, srednje legirane - do 11% legirajućih elemenata i visokolegirane - preko 11% legirajućih elemenata.

Čelici, ovisno o načinu proizvodnje, sadrže različite količine nemetalnih inkluzija. Sadržaj nečistoća je osnova za klasifikaciju čelika prema kvaliteti: obični kvalitet, visokokvalitetni, visokokvalitetni i posebno visokokvalitetni.

Prema strukturi čelik se dijeli na austenitni, feritni, martenzitni, bainitni i perlitni. Ako u strukturi prevladavaju dvije ili više faza, tada se čelik dijeli na dvofazni i višefazni.

Karakteristike čelika

  • Koeficijent linearnog termičkog širenja na temperaturi od oko 20 °C:
  • Vlačna čvrstoća čelika:

Proizvodnja čelika

Suština procesa prerade lijevanog željeza u čelik je da se na potrebnu koncentraciju smanji sadržaj ugljika i štetnih nečistoća – fosfora i sumpora, koje čine čelik krhkim i krhkim. Ovisno o načinu oksidacije ugljika, postoje različite metode za preradu lijevanog željeza u čelik: konverterski, otvoreni i elektrotermički.

Tehnologija proizvodnje čelika

Gvožđe za cijevi ili ljevaonicu u rastopljenom ili čvrstom obliku i proizvodi koji sadrže željezo dobiveni direktnom redukcijom (spužvasto željezo), zajedno s metalnim otpadom i ostacima, predstavljaju polazne materijale za proizvodnju čelika. Ovim materijalima se dodaju neki aditivi koji stvaraju šljaku, kao što su vapno, fluorit, deoksidansi (na primjer, feromangan, ferosilicij, aluminij) i razni legirajući elementi. Procesi proizvodnje čelika se dijele na dvije glavne metode, a to su: konverterski proces, u kojem se rastopljeno sirovo željezo u konverteru rafinira od nečistoća upuhujući ga kisikom, i proces ložišta u kojem se koriste otvorene ili električne peći. Procesi pretvarača ne zahtijevaju vanjski izvor topline. Koriste se kada se punjenje uglavnom sastoji od rastaljenog sirovog željeza. Oksidacija nekih elemenata prisutnih u livenom gvožđu (kao što su ugljenik, fosfor, silicijum i mangan) obezbeđuje dovoljno toplote da se čelik zadrži tečnim, pa čak i otopi dodani otpad. Ovi procesi uključuju one u kojima se čisti kisik uduvava u rastopljeni metal (Linz-Donawitz procesi: LD ili LDAS, OBM, OLP, Kaldo i drugi), te one procese, danas zastarjeli, u kojima se zrak, ponekad obogaćen kisikom, korišteni (Thomas i Bessemerovi procesi). Međutim, procesi ognjišta zahtijevaju vanjski izvor topline. Koriste se kada je polazni materijal čvrsto punjenje (na primjer, otpad ili otpad, spužvasto željezo i čvrsto sirovo željezo).

Dva glavna procesa u ovoj kategoriji su proces otvorenog ložišta, gdje se zagrijavanje ostvaruje sagorijevanjem lož ulja ili plina, i procesi proizvodnje čelika u lučnim ili indukcijskim pećima, gdje se zagrijavanje ostvaruje električnom energijom. Za proizvodnju nekih vrsta čelika mogu se koristiti dva različita procesa (dupleks proces) uzastopno. Na primjer, proces topljenja može započeti u otvorenoj peći i završiti u električnoj peći; ili čelik otopljen u električnoj peći može se izliti u poseban pretvarač gdje se dekarbonizacija završava ubrizgavanjem kisika i argona u tečnu kupku (proces koji se koristi, na primjer, za proizvodnju čelika otpornog na koroziju).

Pojavili su se mnogi novi procesi za proizvodnju čelika sa posebnim sastavima ili posebnim svojstvima. Ovi procesi uključuju pretapanje u vakuumu, topljenje elektronskim snopom i pretapanje elektrošljakom. U svim ovim procesima čelik se dobija iz pretopljene elektrode, koja kada se otopi, počinje da kaplje u kalup. Kristalizator može biti izrađen u jednom komadu ili njegovo dno može biti odvojivo tako da se očvrsli odljevak može ukloniti odozdo. Tečni čelik proizveden gore navedenim procesima, sa ili bez daljeg rafiniranja, sipa se u kutlaču. U ovoj fazi mu se mogu dodati legirajući elementi ili deoksidanti. Proces se može izvoditi i u vakuumu, čime se smanjuje sadržaj plinovitih nečistoća u čeliku. Čelici proizvedeni ovim procesima klasificiraju se prema sadržaju legirajućih elemenata u "nelegirane čelike" i "legirane čelike" (čelici otporni na koroziju ili druge vrste). Oni su dalje klasifikovani prema njihovim individualnim svojstvima, kao što su čelik slobodnog sečenja, silicijumski električni čelik, brzorezni čelik ili čelik od silicijum-mangana.

Kiseonički konverterski način proizvodnje čelika

Prema ovoj metodi oksidacije, višak ugljika i druge nečistoće livenog gvožđa oksidira se kiseonikom, koji se pod pritiskom u specijalnim konverterskim pećima duva kroz rastopljeno liveno gvožđe. Konvertor je čelična peć u obliku kruške obložena iznutra vatrostalnom opekom. Može se rotirati oko svoje ose. Kapacitet pretvarača je 50-60 tona. Materijal za oblaganje je ili dinas (koji se sastoji uglavnom od SiO 2, koji ima kisela svojstva), ili dolomitna masa (mešavina CaO i MgO), koja se dobija od dolomita MgCO 3. CaCO 3. Ova masa ima osnovna svojstva. Ovisno o materijalu obloge peći, metoda pretvarača se dijeli na dva tipa: Bessemer i Thomas.

Bessemerova metoda

Bessemerova metoda obrađuje liveno gvožđe koje sadrži malo fosfora i sumpora i bogato je silicijumom (najmanje 2%). Kada se kiseonik prodire, silicijum se prvo oksidira, oslobađajući značajnu količinu toplote. Kao rezultat toga, početna temperatura livenog gvožđa sa približno 1300 °C brzo raste na 1500-1600 °C. Izgaranje 1% Si izaziva povećanje temperature za 200 °C. Na oko 1500 °C počinje intenzivno sagorijevanje ugljika. Uz to, željezo također intenzivno oksidira, posebno pred kraj sagorijevanja silicija i ugljika:

  • Si + O 2 = SiO 2
  • 2C + O 2 = 2CO
  • 2Fe + O 2 = 2FeO

Nastali željezni monoksid FeO dobro se otapa u rastaljenom lijevanom željezu i dijelom prelazi u čelik, a dijelom reagira sa SiO 2 i u obliku željeznog silikata FeSiO 3 prelazi u zguru:

  • FeO + SiO 2 = FeSiO 3

Fosfor u potpunosti prelazi iz lijevanog željeza u čelik, tako da P 2 O 5 s viškom SiO 2 ne može reagirati s osnovnim oksidima, budući da SiO 2 snažnije reagira s potonjima. Zbog toga se fosforno liveno gvožđe ne može preraditi u čelik ovom metodom.

Svi procesi u konvertoru se odvijaju brzo - u roku od 10-20 minuta, jer kiseonik iz vazduha koji se upuhuje kroz liveno gvožđe reaguje sa odgovarajućim supstancama odmah po celoj zapremini metala. Pri puhanju zrakom obogaćenim kisikom procesi se ubrzavaju. Ugljični monoksid CO, nastao kada ugljik izgori, žubori prema gore i tamo gori, formirajući buktinju svjetlosnog plamena iznad vrata pretvarača, koji se smanjuje kako ugljik izgara, a zatim potpuno nestaje, što služi kao znak kraja proces. Dobiveni čelik sadrži značajne količine otopljenog željeznog monoksida FeO, što uvelike smanjuje kvalitetu čelika. Stoga, prije lijevanja, čelik se mora deoksidirati različitim sredstvima za deoksidaciju - ferosilicij, feromangan ili aluminij:

  • 2FeO + Si = 2Fe + SiO 2
  • FeO + Mn = Fe + MnO
  • 3FeO + 2Al = 3Fe + Al 2 O 3

Mangan monoksid MnO kao glavni oksid reaguje sa SiO 2 i formira mangan silikat MnSiO 3, koji prelazi u šljaku. Aluminijum oksid, kao supstanca nerastvorljiva u ovim uslovima, takođe pluta na vrh i pretvara se u šljaku. Unatoč svojoj jednostavnosti i visokoj produktivnosti, Bessemerova metoda sada nije jako rasprostranjena, jer ima niz značajnih nedostataka. Dakle, liveno željezo za Bessemerovu metodu mora imati najmanji sadržaj fosfora i sumpora, što nije uvijek moguće. Ovom metodom dolazi do vrlo velikog sagorijevanja metala, a prinos čelika je samo 90% mase lijevanog željeza, a također se troši mnogo deoksidirajućih sredstava. Ozbiljan nedostatak je nemogućnost regulacije hemijski sastavčelika.

Bessemer čelik obično sadrži manje od 0,2% ugljika i koristi se kao industrijsko željezo za proizvodnju žice, vijaka, krovnog željeza itd.

Thomas metoda

Thomas metoda obrađuje liveno gvožđe sa visokim sadržajem fosfora (do 2% ili više). Glavna razlika između ove metode i Bessemerove metode je u tome što je obloga pretvarača izrađena od magnezijevih i kalcijevih oksida. Osim toga, livenom gvožđu se dodaje do 15% CaO. Kao rezultat toga, tvari koje stvaraju šljaku sadrže značajan višak oksida s osnovnim svojstvima.

U tim uslovima, fosfatni anhidrid P 2 O 5, koji nastaje tokom sagorevanja fosfora, stupa u interakciju sa viškom CaO da bi formirao kalcijum fosfat i odlazi u šljaku:

  • 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
  • P 2 O 5 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2

Reakcija sagorevanja fosfora je jedan od glavnih izvora toplote u ovoj metodi. Kada se sagori 1% fosfora, temperatura pretvarača raste za 150 °C. Sumpor se oslobađa u trosku u obliku kalcijum sulfida CaS, nerastvorljivog u rastopljenom čeliku, koji nastaje kao rezultat interakcije rastvorljivog FeS sa CaO prema reakciji:

  • FeS + CaO = FeO + CaS

Svi potonji procesi odvijaju se na isti način kao i kod Bessemerove metode. Nedostaci Thomasove metode su isti kao i Bessemerove metode. Thomas čelik je također niskougljični i koristi se kao tehničko željezo za proizvodnju žice, krovnog željeza itd.

U SSSR-u je metoda Thomasa korištena za preradu fosfornog lijevanog željeza iz kerčanske smeđe željezne rude. Nastala šljaka sadrži do 20% P 2 O 5 . Melje se i koristi kao fosforno đubrivo na kiselim zemljištima.

Otvorena peć

Metoda otvorenog ložišta razlikuje se od metode pretvarača po tome što se sagorijevanje viška ugljika u lijevanom željezu događa ne samo zbog atmosferskog kisika, već i zbog kisika željeznih oksida, koji se dodaju u obliku gvozdene rude i zarđalo staro gvožđe.

Otvorena peć se sastoji od kupke za topljenje prekrivene lukom od vatrostalne opeke i posebnih regeneratorskih komora za predgrijavanje zraka i zapaljivog plina. Regeneratori su punjeni vatrostalnom opekom. Kada se prva dva regeneratora zagriju plinovima iz peći, zapaljivi plin i zrak se upuhuju u peć kroz usijani treći i četvrti regenerator. Nakon nekog vremena, kada se prva dva regeneratora zagriju, tok plina se usmjerava u suprotnom smjeru, itd.

Kupke za topljenje moćnih ložišta su dugačke do 16 m, široke do 6 m i visoke više od 1 m. Kapacitet takvih kupatila dostiže 500 tona čelika. Otpadno željezo i željezna ruda se utovaruju u topionicu. Krečnjak se također dodaje smjesi kao fluks. Temperatura pećnice se održava na 1600-1700 °C i više. Izgaranje nečistoća ugljika i livenog gvožđa u prvom periodu topljenja nastaje uglavnom zbog viška kiseonika u zapaljivoj mešavini sa istim reakcijama kao u konvertoru, a kada se iznad rastaljenog livenog gvožđa formira sloj šljake - zbog oksida gvožđa

  • 4Fe 2 O 3 + 6Si = 8Fe + 6SiO 2
  • 2Fe 2 O 3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO
  • Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO
  • 5Fe 2 O 3 + 2P = 10FeO + P 2 O 5
  • FeO + C = Fe + CO

Usljed interakcije bazičnih i kiselih oksida nastaju silikati i fosfati koji se pretvaraju u šljaku. Sumpor također prelazi u šljaku u obliku kalcijum sulfida:

  • MnO + SiO 2 = MnSiO 3
  • 3CaO + P 2 O 5 = Ca 3 (PO 4) 2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Peći s otvorenim ložištem, poput pretvarača, rade periodično. Nakon livenja čelika, peć se ponovo puni punjenjem itd. Proces pretvaranja livenog gvožđa u čelik na otvorenim ložištima odvija se relativno sporo tokom 6-7 sati. Za razliku od pretvarača, u otvorenim pećima hemijski sastav čelika može se lako podesiti dodavanjem starog gvožđa i rude u liveno gvožđe u različitim proporcijama. Prije završetka procesa topljenja, zagrijavanje peći se zaustavlja, šljaka se odvodi, a zatim se dodaju deoksidanti. Legirani čelik se može proizvoditi i na otvorenim ložištima. Da bi se to postiglo, čeliku se na kraju procesa topljenja dodaju odgovarajući metali ili legure.

Elektrotermalna metoda

Elektrotermalna metoda ima niz prednosti u odnosu na metodu otvorenog ognjišta, a posebno metodu pretvarača. Ova metoda omogućava da se dobije vrlo kvalitetan čelik i precizno reguliše njegov hemijski sastav. Pristup zraka električnoj peći je neznatan, pa se stvara znatno manje željeznog monoksida FeO, koji zagađuje čelik i smanjuje njegova svojstva. Temperatura u električnoj peći nije niža od 1650 °C. Ovo omogućava topljenje čelika pomoću visoko bazične troske (koje je teško topiti), čime se potpunije uklanjaju fosfor i sumpor. Osim toga, zbog vrlo visoke temperature u električnim pećima moguće je legiranje čelika vatrostalnim metalima - molibdenom i volframom. Ali električne peći troše puno električne energije - do 800 kWh po 1 toni čelika. Stoga se ova metoda koristi samo za proizvodnju visokokvalitetnog specijalnog čelika.

Električne peći dolaze u različitim kapacitetima - od 0,5 do 180 tona. Sastav punjenja može biti različit. Ponekad se sastoji od 90% starog gvožđa i 10% livenog gvožđa, ponekad dominira liveno gvožđe sa aditivima u određenom omjeru željezne rude i starog gvožđa. Krečnjak ili kreč se takođe dodaje u smešu kao fluks. Hemijski procesi tokom taljenja čelika u električnim pećima su isti kao i na otvorenim ložištima.

Svojstva čelika

Fizička svojstva

  • gustina ρ ≈ 7,86 g/cm3; koeficijent linearnog termičkog širenja α = 11 ... 13 · 10 −6 K −1 ;
  • koeficijent toplotne provodljivosti k = 58 W / (m K);
  • Youngov modul E = 210 GPa;
  • modul smicanja G = 80 GPa;
  • Poissonov omjer ν = 0,28 ... 0,30;
  • električna otpornost (20 °C, 0,37-0,42% ugljenika) = 1,71 10 −7 Ohm m

Ovisnost svojstava o sastavu i strukturi

Osobine čelika zavise od njihovog sastava i strukture, koje se formiraju prisustvom i postotkom sljedećih komponenti.

Regije svijeta 2011
Azija 954.190
Evropska unija (27) 177.31
Sjeverna Amerika 118.927
CIS (6) 112.434
Južna Amerika 48.357
Ostalo Evropa 37.181
Bliski istok 20.325
Afrika 13.966
Oceanija 7.248
Ukupno na svijetu 1.490.060

2008

U 2008. godini svijet je proizveo milijardu 329,7 miliona tona čelika, što je 1,2% manje nego 2007. godine. Ovo je bilo prvo smanjenje godišnje proizvodnje u posljednjih 11 godina.

2009

Na osnovu rezultata za prvih šest mjeseci 2009. godine, proizvodnja čelika u 66 zemalja, čiji je udio u svjetskoj industriji čelika najmanje 98%, smanjena je u odnosu na isti period prethodne godine za 21,3% - sa 698,2 miliona tona na 549. 3 miliona tona (statistika Svjetske asocijacije za čelik).

Kina je povećala proizvodnju čelika u odnosu na isti period 2008. godine za 1,2% - na 266,6 miliona tona. U Indiji je proizvodnja čelika porasla za 1,3% - na 27,6 miliona tona.

U SAD je proizvodnja čelika pala za 51,5%, u Japanu - za 40,7%. Južna Koreja- za 17,3%, u Nemačkoj - za 43,5%, u Italiji - za 42,8%, u Francuskoj - za 41,5%, u Velikoj Britaniji - za 41,8%, u Brazilu - za 39,5%, u Rusiji - za 30,2%, u Ukrajini - za 38,8%.

U junu 2009. globalna proizvodnja čelika iznosila je 99,8 miliona tona, što je 4,1% više nego u maju 2009. godine.

Ocjena vodećih svjetskih proizvođača čelika

Prema Metal Bulletin's Top Steelmakers iz 2007., proizvodnja čelika u proizvodnim kompanijama bila je (u milionima tona):

2007 2006 Proizvođač Država Proizvodnja 2007 Proizvodnja 2006
1 1&2
0

Upoređujući hemijski sastav livenog gvožđa i čelika, vidimo da liveno gvožđe sadrži više nečistoća, uglavnom ugljenika, silicijuma, mangana, sumpora i fosfora. Iz toga proizilazi da se procesi proizvodnje čelika od livenog gvožđa svode na smanjenje količine nečistoća sadržanih u livenom gvožđu. Ispod je hemijski sastav jednog od livenih gvožđa i, paralelno, sastav čelika dobijenog od njega. Smanjenje količine nečistoća u livenom gvožđu postiže se oksidativnim procesima.

Dakle, ako su nečistoće dobile pristup sastavu lijevanog željeza zbog reakcija redukcijske prirode, onda ih treba ukloniti oksidativnim reakcijama: na primjer, mangan je dobio pristup lijevanom željezu kao rezultat reakcije

Za izvođenje takvih oksidativnih reakcija neophodna je prisutnost željeznih oksida u rastopljenom metalu i odgovarajuća temperatura.

Od livenog gvožđa, čelik se može dobiti u obliku testa ili u tekućem stanju.

Postoje dva načina da se liveno gvožđe pretvori u čelik u testastom stanju: livenje i pudling; prvi je najstariji i trenutno se ne koristi.

Proces vrištanja. Suština kritične metode obrade livenog gvožđa je da se liveno gvožđe topi i meša u kovačnici sa šljakom bogatom oksidima gvožđa; Pod uticajem kiseonika iz šljake i eksplozije, ugljenik, silicijum i mangan izgaraju.

Zbog smanjenja nečistoća, temperatura topljenja metalne mase se povećava i ona se zgušnjava. Metalna masa taložena na ognjištu se izvlači i podvrgava sekundarnom topljenju. Kao rezultat toga, na dnu kovačnice dobija se grudva sinterovanog željeznog zrna, nazvana kritsa. Krica se vadi iz peći i kuje kako bi dobila željeni oblik i istisnula tečnu šljaku koja se zaglavila u porama.

Proces pudinga. Metoda pudlinga pretvaranja lijevanog željeza u čelik je najstarija nakon metode bljeskanja. Suština ove metode je da se liveno gvožđe topi u reverberacionim pećima, čije je ognjište napravljeno od šljake bogate oksidima gvožđa. Kao rezultat izlaganja oksidima željeza i kisiku sadržanim u plinovima iz peći, ugljik i druge nečistoće izgaraju iz lijevanog željeza.

Važna razlika između procesa pudlinga i kritičnog procesa je u tome što se u procesu pudiranja gorivo sagorijeva u posebnoj peći bez miješanja s metalom, te stoga čistoća goriva nije kritična.

Proces pudlinga izmišljen je krajem 18. vijeka. i bio je do druge polovine 19. veka. gotovo jedini način za obradu livenog gvožđa u fabričkoj skali. Trenutno je metoda pudlinga zamijenjena metodom pretvarača i metodom proizvodnje lijevanog čelika u vatrenim regenerativnim pećima.

Dijagram peći za pudling je prikazan na Sl. 13.

Liveno gvožđe zajedno sa šljakom bogatim oksidima gvožđa (12 - 20% SiO 2, 50 - 60% FeO, 5 - 20% Fe 2 O 3) ubacuje se u prozor 4.

Peć se zagreva sagorevanjem goriva koje se ubacuje na rešetku 1 kroz prozor 2. Liveno gvožđe se topi, a nečistoće koje sadrži spajaju se sa kiseonikom oksida gvožđa i dimnih gasova.

Ugljični monoksid nastao kao rezultat oksidacije ugljika isparava zajedno s produktima sagorijevanja i uklanja se iz peći kroz dimnjak 5, a produkti oksidacije željeza, silicija, mangana i fosfora (FeO, Si0 2, MnO i P 2 0 5) formiraju šljaku peći za pudling.

Lijevano željezo u kadi 3 se miješa kako bi se ubrzao proces oksidacije nečistoća koje su u njemu.

Pošto je tačka topljenja gvožđa blizu 1500°, a temperatura topljenja livenog gvožđa je 1150-1250°, i pošto se temperatura u pudling peći ne može podići iznad 1300-1400°, metalna masa kako proces pudlinga napreduje , postajući vatrostalniji, počinje da se zgušnjava i metalna zrna počinju da ispadaju na ognjište. Gotov proizvod je u stanju nalik na tijesto i može se izvaditi iz peći u obliku grude sinteriranih zrna željeza impregniranog šljakom; ova gruda se zove kritsa. Za uklanjanje šljake, krica se presuje ili kuje.

Peći za puding su male: dužina kupke je oko 2 m, širina oko 1,5 f; dnevna produktivnost 5-10

Trajanje procesa pudlinga je 1 1/2 -2 1/2 sata. Metalni otpad tokom pudiranja, koji se sastoji od gubitaka ugljika u obliku plinovitog oksida i komponenti lijevanog željeza Si, Mn i P i dijelom Fe u obliku oksida u šljaci, kreće se od 6 do 15%. Potrošnja goriva - od 80 do 120% težine gotovog metala, u pećima bez regeneracije; u regenerativnim pećima - 50-60%.

i naknadno otapanje redukovanog mangana u gvožđu, a njegovo uklanjanje iz livenog gvožđa je uzrokovano reakcijom

Čelik dobiven pudlingom ne sadrži otopljeni kisik (u obliku FeO), čija primjesa uvelike narušava mehanička svojstva čelika, čineći ga krhkim; u tom pogledu, čelik za pudling ima prednost u poređenju sa livenim čelikom proizvedenim konverterskim i drugim metodama.

Međutim, karakteristična karakteristika pudling čelika je njegova kontaminacija nemetalnim inkluzijama od troske bogate oksidima željeza.

Prisutnost šljake u čeliku smanjuje njegove mehaničke kvalitete; što je veća kontaminacija šljakom, to je niži kvalitet metala; međutim, inkluzije šljake u dobro komprimiranom pudling čeliku, koje se izvlače prilikom presovanja rubova duž vlakana metala, nemaju štetan učinak na njegova mehanička svojstva (posebno duž vlakana).

Osim odsustva rastvorenog kiseonika, pudling čelik nema druge nedostatke koji su neizbežni pri proizvodnji ingota od tečnog metala – mehuriće, pukotine i šupljine skupljanja.

Budući da se čelik za pudling izvlači u trake nakon čega slijedi ponovljeno zavarivanje kako bi se što potpunije uklonila šljaka, naziva se čelik za zavarivanje.

Visok kvalitet čelika za zavarivanje natjerao nas je da tražimo načine za povećanje produktivnosti pudling peći i mehanizaciju rada na njima.

Na sl. 14 prikazuje rotirajuću pudling peć zagrijanu peći 1.

Hog 3 se sastoji od dva dijela - pokretnog, visećeg (uz bubanj 2) i fiksnog, spojenog na dimnjak. Peć se puni sa strane svinje, za šta se njen pokretni dio pomiče u stranu. Kod ove vrste dizajna peći, ručno miješanje metala zamjenjuje se mehaničkim miješanjem - miješanje se ovdje vrši rotacijom bubnja.

Produktivnost takvih peći dostiže 16 tona dnevno.

Od 1930. počeli su da se koriste novi način dobijanje kovanog gvožđa, koje se sastoji od sledećeg:

1) tečno liveno gvožđe, rastopljeno u kupolastoj peći ili direktno iz njega uzeto visoka peć, puhano u Bessemerovom pretvaraču u meki metal;

potonji se polako sipa u kupku tečne šljake sastava: 70-75% FeO; 5-10% Fe 2 O 3; oko 2% MnO; 10-12% SiO 2; oko 2% P 2 O 5; oko 2% Al 2 O 3; oko 2% (CaO+MgO). Temperatura metala - 1600°, temperatura šljake ~ 1300°. Volumen metala je 6-8 puta manji od volumena šljake;

2) u dodiru sa šljakom metal se hladi; istovremeno, zbog prisustva oksida željeza u šljaci, nečistoće koje su preostale u metalu izgaraju (na primjer, količina ugljika se smanjuje na 0,02%);

3) kao rezultat sagorevanja nečistoća i hlađenja, kristali gotovo čistog gvožđa „smrzavaju“ (taloženje);

4) metal zamrznut na dnu kupke se uklanja i komprimuje pod presom. Težina krita doseže 2,5 tone ili više.

Time je riješeno pitanje dobivanja kovanog željeza u tijestom stanju.

mehanički u velikim količinama iu obliku velikih komada.

Čelik u tečnom stanju se dobija duvanjem u konvertorima i topljenjem u plamenu, loncima i električnim pećima.

Proizvodnja čelika u konverterima

Sve veća potražnja za metalom i niska produktivnost pudling peći natjerali su ljude da traže načine za ubrzanje procesa proizvodnje čelika.

Englez Bessemer je 1856. godine izdao patent za proizvodnju čelika od livenog gvožđa uduvavanjem vazduha kroz rastopljeno liveno gvožđe.

Suština Bessemerovog procesa je da struja zraka, koja se puše kroz rastopljeno lijevano željezo, oksidira nečistoće koje se nalaze u njemu. Oksidativne reakcije koje se javljaju tokom besemerizacije livenog gvožđa praćene su oslobađanjem tako značajne količine toplote da se liveno gvožđe ne samo da se ne hladi, već mu temperatura raste iznad tačke taljenja čelika, a potonje se dobija u tečno stanje. Najveća količina toplote se oslobađa prilikom oksidacije silicijuma; stoga liveno željezo za Bessemer čelik mora sadržavati dovoljnu količinu silicija (više od 1%).

Bessemerov pretvarač - aparat za proizvodnju čelika po Bessemerovom procesu - je rotirajuća posuda u obliku kruške (Sl. 15.)

Kućište pretvarača je izrađeno od željeza debljine od 10 do 30 mm, a unutrašnja šupljina je obložena silika ciglom koja sadrži 93-97% Si0. 2. Debljina vatrostalne obloge je oko 300 mm. Zrak se upuhuje kroz rupe 1 napravljene na dnu pretvarača; Na dnu, otvori za zrak ulaze u kutiju. Gasoviti produkti procesa uklanjaju se kroz vrat pretvarača 2; Kroz njega se lijevano željezo ulijeva u pretvarač i gotov proizvod se izlijeva.

Korisni kapacitet pretvarača dostiže 50 tona. Unutrašnji prečnik pretvarača d se izračunava pomoću formule

gdje je T korisni kapacitet pretvarača u tonama.

Visina radnog prostora (od dna do sredine vrata) uzima se od 1,75 do 2d. Broj rupa na dnu dostiže 300; prečnik rupe 10-20 mm.

Količina vazduha koja se upuhuje kroz pretvarač kreće se od 300 do 360 m 3 po 1 toni livenog gvožđa sipanog u konvertor; Tlak eksplozije u Bessemer konvertorima je obično 2-2,5 ujutro.

Do 40 grijanja može se izvesti dnevno na pretvaraču srednjeg kapaciteta.

Na sl. Slika 16 prikazuje položaj Bessemerovog pretvarača kada je napunjen livenim gvožđem.

Prije pročišćavanja, pretvarač se dovodi u položaj prikazan na sl. 16, i ispunjen livenim gvožđem na temperaturi od oko 1300°. Ne preporučuje se postavljanje metalnog sloja dublje od 0,5 m.

Zrak počinje da se puše kada je pretvarač u nagnutom položaju; Tako, odmah nakon puštanja u rad, vazduh samo klizi preko livenog gvožđa i uduvava se samo da bi zaštitio vazdušne kanale od začepljenja tečnim livenim gvožđem. Pretvarač se zatim dovodi u radni položaj prikazan na Sl. 15, a zrak počinje da prolazi kroz cijelu debljinu lijevanog željeza ulivenog u pretvarač.

Tokom prvog perioda primjene Bessemerovog procesa, proizvod dobiven ovom metodom nije uvijek bio dobrog kvaliteta.

Razlog tome je činjenica da proces nije bio baziran na hemijskoj analizi i da je sproveden bez dovoljne naučne osnove.

Nakon nekog vremena uočeno je da se najbolji rezultati postižu pri obradi sivog lijeva, odnosno koji sadrži mnogo silicija.

Osim toga, tokom prvog perioda primjene Bessemerove metode, iskustvo je pokazalo isključivo to dobar proizvod dobijeno topljenjem švedskog livenog gvožđa, koje sadrži vrlo malo sumpora i fosfora.

Konačno, utvrđeno je da na kvalitet proizvoda snažno i pozitivno utiče aditiv na kraju topljenja livenog gvožđa koji sadrži mnogo mangana.

Tako se postupno gomilalo iskustvo, zbog čega je besemerizacijom bilo moguće dobiti potpuno kvalitetan proizvod.

Proces obrade livenog gvožđa u Bessemer konvertoru podeljen je na tri perioda.

Prvi period je period varnica.

Iskre se pojavljuju kao rezultat mehaničkog djelovanja pjeskarenja na rastopljeno lijevano željezo, čije kapljice se odnose eksplozijom, istovremeno oksidirajući s površine. Ugljik, reagirajući s kisikom, gori, pretvarajući se u ugljični dioksid, a istovremeno eksplodira kapljicu lijevanog željeza.

Tokom ovog perioda u pretvaraču se dešavaju sledeće reakcije:

1) sagorevanje gvožđa prema jednačini

i rastvaranje željeznog oksida u tekućem metalu;

2) izgaranje silicijuma; silicijum gori pod utjecajem atmosferskog kisika, deoksidirajući željezo; proizvodi oksidacije silicija ne otapaju se u metalu i prelaze u trosku; Tokom ovog perioda javljaju se sledeće reakcije:

3) sagorevanje mangana; mangan gori, stvarajući manganov oksid, koji prelazi u šljaku; javljaju se sljedeće reakcije:

Sve gore navedene reakcije odvijaju se oslobađanjem topline, zbog čega temperatura kontinuirano raste tokom ovog perioda topljenja. Trajanje prvog perioda je 3-4 minuta.

Drugi period je period jakog plamena. Ugljik počinje da reaguje. Ugljik sagorijeva stvarajući ugljični monoksid i ugljični dioksid. Ove reakcije su izražene jednadžbama

reakcija se takođe nastavlja

stoga, ugljik stupa u interakciju s željeznim oksidom kroz reakciju s apsorpcijom topline

Izgaranje ugljika je praćeno plamenom koji izlazi iz vrata pretvarača.

Do kraja izgaranja ugljika, temperatura metala dostiže 1600-1650°. Trajanje drugog perioda je 9-16 minuta.

Treći period. Sa smanjenjem sadržaja ugljika u lijevanom željezu kao rezultat povećanog sagorijevanja željeza, pojavljuje se smeđi dim, koji je para željeznih oksida. Prisustvo smeđeg dima ukazuje da su nečistoće sadržane u livenom gvožđu skoro nestale i da se kiseonik iz vazduha koji prolazi kroz konvertor kombinuje sa gvožđem. Treći period je najkraći - traje oko 1 minut. i može se pojaviti samo kada se duva na vrlo mekane vrste čelika.

O promeni sastava livenog gvožđa tokom procesa može se suditi na osnovu analize uzoraka uzetih iz pretvarača u određenim intervalima, ali je to povezano sa kolapsom konvertera i ponekad se sprovodi samo u istraživačke svrhe.

U slučaju normalnog procesa i sa određenim sastavom obrađenog livenog gvožđa, kraj procesa se može proceniti po vremenu pročišćavanja i spoljni znaci, na primjer, zbog prirode plamena i dima koji izlazi iz pretvarača.

Boja šljake je karakteristična. Uz dovoljnu razugljičenost čelika (do 0,1% C), šljaka Bessemerovog procesa ima smeđu površinu i maslinastozeleni lom; Žuta površina šljake i svijetlozelena na lomu ukazuje da metal još nije dovoljno dekarboniziran.

Napredak procesa se takođe može proceniti posmatranjem kroz spektroskop prirode plamena koji izlazi iz pretvarača; Koristeći spektralne linije, možete odrediti trenutak odgovarajuće dekarbonizacije metala. Nedavno se koriste uređaji zasnovani na principu fotoćelije za kontrolu stepena dekarbonizacije tokom procesa pročišćavanja.

Što više ugljika treba ostaviti u čeliku, to se prije prekida drugi period.

Trajanje je dobro organizovani procesčišćenje traje oko 10-15 minuta.

Čelik nakon duvanja sadrži određenu količinu željeznog oksida. Prisutnost željeznog oksida negativno utječe na mehanička svojstva čelika: čelik postaje crveno-krhak, odnosno slabo se obrađuje kada je vruć.

Da bi se uklonio željezni oksid iz otopine čelika, duvanom metalu se dodaje određena količina specijalnog livenog gvožđa koji sadrži značajnu količinu mangana (feromangana), a ponekad i specijalnu leguru sa visokim sadržajem silicija (ferosilicij). . Ova operacija se zove deoksidacija.

Dodavanje feromangana u rastopljeni čelik uzrokuje reakciju

Manganov oksid dobiven kao rezultat ove reakcije, koji je slabo topljiv u metalu, pretvara se u šljaku.

Dodavanje ferosilicijuma daje isti rezultat:

Rezultirajuća silicijumska kiselina SiO 2 prelazi u šljaku. Aluminijski aditiv može dati sličan rezultat:

Nastala glinica Al 2 O 3 prelazi u šljaku.

Što je metal bolje deoksidiran, to su njegove mehaničke kvalitete veće.

Na sl. 17 daje primjer promjene u sastavu metala tokom besemerizacije; početni sastav livenog gvožđa je 3,5% C, 1,60% Si, 0,5% Mn i 93,75% Fe, a na kraju trećeg perioda - 0,3% C, 0,1% Si, manje od 0,1 %Mn, 99,5% Fe.

Istopljeni čelik može apsorbirati plinove. Prisustvo gasova CO, N 2 i H 2 otopljenih u metalu negativno utiče na mehaničke kvalitete metala.

Dodavanjem aluminija i silicija moguće je postići čelik potpuno bez mjehurića. Dobar deoksidans za čelik je titanijum, uveden u čelik u obliku ferotitana sa visokim sadržajem ugljenika koji sadrži oko 15% titana. Metal deoksidiran titanijumom ima visoka mehanička svojstva.

Dodatak manganu, osim što djeluje kao deoksidacijsko sredstvo, također pomaže u uklanjanju sumpora. Reakcija koja se dešava u ovom slučaju izražava se jednadžbom

Kao što je gore pomenuto, MnS je skoro nerastvorljiv u tečnom metalu i odlazi u zguru.

Metalni otpad tokom besemerizacije dostiže 7-12%.

Da bi se dobila potrebna količina ugljika u proizvodu, proces se ili zaustavlja tačno u trenutku kada se ta količina dobije u kadi zbog sagorijevanja ugljika, ili se završi razugljičenje livenog gvožđa, a zatim da se dobije potrebna količina ugljenika. ugljika, odgovarajuća količina livenog gvožđa se uvodi u konvertor, i na taj način se dobija potreban sadržaj ugljenika u metalu.

Posljednja metoda je složenija, ali pouzdanija, jer je uz brz napredak procesa besemerizacije teško otkriti pravi trenutak za zaustavljanje procesa.

Zbog specifičnosti hemijskog sastava prerađenog livenog gvožđa, temperature njegovog ulivanja u konvertor i drugih uslova, istorijski su se razvijali različiti tipovi procesa poznati kao ruski, švedski, engleski, američki i nemački.

Ruski metod su prvi koristili D.K.Černov i K.P. Ova metoda omogućava preradu lijevanog željeza sa niskim sadržajem silicija u čelik korištenjem Bessemerovog procesa. Suština metode je da se nedostatak silicijuma, koji je zapaljiv tokom procesa, nadoknađuje visokim pregrijavanjem livenog gvožđa pre nego što se ulije u konvertor.

D.K.Černov je pregrijao liveno gvožđe u kupolnoj peći, K.P.

Tokom Bessemerove prerade, fosfor se ne uklanja iz livenog gvožđa, jer ako u Bessemer šljaci ima slobodnog silicijum dioksida SiO, fosfor pentoksid P 2 O 5 neće biti zadržan u zguri, jer fosfor redukovan ugljenikom, silicijumom, manganom ili gvožđem , vratiće se u metal.

Mali Besemer. Posebna vrsta metode proizvodnje konverterskog čelika je takozvani mali bessemer proces. Prepoznatljiva karakteristika Ovaj proces je metoda snabdijevanja eksplozijom - ne odozdo, kao u Bessemer i Thomas konvertorima, već sa strane, na nivou sučelja metal-šljaka. Kod ovog načina dovoda eksplozije, u šupljini pretvarača iznad metala postoji neiskorišteni kisik, uslijed čega se CO oslobođen iz kupke sagorijeva u pretvaraču u CO2, oslobađajući velika količina toplota. Zbog toga se kod bočnog duvanja metal dobija na znatno višoj temperaturi nego u pretvaračima sa donjim duvanjem. Takav vrući metal je posebno pogodan za proizvodnju čeličnih odljevaka; Stoga se konvertori bočnog pjeskarenja koriste uglavnom u ljevaonicama čelika u postrojenjima za izgradnju mašina. Prema uslovima proizvodnje u livnicama, takvi pretvarači se obično grade za obradu malih metalnih punjenja - od 0,5 do 3 tone, pa otuda i naziv "mali Bessemer".

Thomasing. Englez Tomas je 1878. godine predložio da se napravi glavna obloga u pretvaraču da bi se uklonio fosfor i da se u konverter uvede kreč pre izlivanja livenog gvožđa. Bessemerov proces modificiran na ovaj način postao je široko rasprostranjen pod imenom Thomasov proces.

Thomasov proces je u osnovi sličan Bessemerovom procesu. Pretvarači koji rade po Thomasovom metodu imaju veći volumen od Bessemerovih pretvarača. Povećanje veličine ovdje je uzrokovano potrebom da se ubaci vapno u pretvarač; Korisni kapacitet Tomasovog pretvarača dostiže 60 tona Dubina metalne kupke dostiže 0,60 m

gdje je T težina kaveza u t; visina radnog prostora se kreće od 2 do - 2,25d; pritisak eksplozije - od 2 do 2,5 at; količina eksplozije je od 300 do 400 m3 po 1 toni livenog gvožđa sipanog u konvertor.

Obloga pretvarača je izrađena od spaljenog dolomita sa dodatkom bezvodnog katrana ugljena.

Prilikom tomaziranja nakon sagorijevanja silicija, mangana i ugljika iz lijevanog željeza, odstranjivanje fosfora u šljaku nastaje kao rezultat oksidacijske reakcije sa stvaranjem jake fosforno-vapnene soli prema jednadžbi

Iako se fosfor od samog početka duvanja oksidira u P 2 O 5, on se ne može zadržati u šljaci, jer je vapno još u čvrstom neaktivnom stanju, a iz preostalog slobodnog P 2 O 5 fosfor se reducira ugljikom prema na reakciju P 2 O 5 + 5S = 2R+ 5SO. Kreč koji se unosi u konvertor tokom masiranja tako služi kao fluks koji vezuje P 2 O 5 u jako jedinjenje (CaO) 4 P 2 O 5, koje ide u šljaku.

Količina fosfora može se povećati na 0,04-0,05%.

Thomasova metoda obrađuje lijevano željezo dobiveno iz ruda bogatih fosforom, na primjer, Kerč.

Normalno Thomasovo liveno gvožđe sadrži oko 3,5% C: 0,5% Si; 0,8-l,3%Mn; 1,6-2,0% P i ne više od 0,08% S.

Thomasova lijevana željeza, zbog prisustva značajne količine fosfora u njima, odlikuju se tačkom topljenja.

Niža tačka topljenja Thomasovog livenog gvožđa u poređenju sa Bessemer livenim gvožđem (oko 1100°C) omogućava da njegovo duvanje počne na nižoj temperaturi – oko 1200°C.

Prije početka procesa, iz bunkera se u pretvarač unosi svježe izgorjelo vapno, zatim se ulijeva lijevano željezo i započinje pjeskarenje.

Prvi period (sagorevanje silicijuma i mangana) u Thomasovom procesu je sličan Bessemerovom procesu, ali je zbog znatno nižeg sadržaja silicijuma u Thomasovu livenom gvožđu kraći.

Drugi period (sagorijevanje ugljika), zbog niže temperature procesa, praćen je manje jarkim plamenom nego kod Bessemerovog sagorijevanja.

Oksidacija i troska fosfora u trećem periodu podiže temperaturu metala do stepena potrebnog za livenje niskougljičnog čelika - oko 1600°C.

Spremnost metala ocjenjuje se pojavom smeđih para željeznog oksida uzrokovanih jakim sagorijevanjem željeza.

Zbog jakog uticaja fosfora na strukturu metala, sadržaj fosfora se može proceniti prema prirodi loma uzorka: sa niskim sadržajem fosfora, lom je siv i vlaknast; u prisustvu značajne količine fosfora, metal u lomu će biti sjajan i krupnozrnast.

Prije uvođenja deoksidatora u metal, šljaka se odvodi. Ako se šljaka ne ukloni prije dodavanja deoksidatora, ugljik, silicij i mangan sadržani u deoksidantima mogu smanjiti fosfor iz šljake, a potonji će se ponovo pretvoriti u metal. Čak i male količine šljake koje preostaju nakon dreniranja, u interakciji sa deoksidantima, značajno povećavaju sadržaj fosfora u metalu.

Tomasova šljaka sadrži oko 22% P205 i koristi se kao đubrivo. Proces pražnjenja tokom mastinga traje oko 20 minuta. Gubitak metala je 12-14%.

Upotreba eksplozije kiseonika u metodi pretvarača. Metodom pretvarača proizvodi se čelik koji sadrži značajnu količinu otopljenih plinova; povećava se prisustvo azota i vodonika u konverterskom čeliku (do 0,03%)

njegovu krutost i smanjuje dinamičku snagu.

Za proizvodnju čelika metodom kiselinskog konvertora potrebno je imati rude koje bi proizvele liveno gvožđe sa sadržajem fosfora ne većim od 0,05%. Naprotiv, kod glavne metode, gde je sagorevanje fosfora glavni izvor toplote, njegov sadržaj u livenom gvožđu ne bi trebalo da bude manji od 1,6%.

Stoga, unatoč činjenici da konverterska metoda zahtijeva niže kapitalne troškove u odnosu na metodu otvorenog ložišta (otprilike 2,5 puta) i koristi manje goriva (za cijeli ciklus od rude do gotovog čelika), njena upotreba je relativno ograničena.

Da bi se proširila upotreba konvertorske metode, potrebno je: 1) pronaći način prerade livenog gvožđa koji sadrži fosfor u količinama većim od dozvoljenih u kiselinskom procesu i manjim od zahtevanih u osnovnom procesu;

2) smanjiti sadržaj gasa u konverter čeliku.

To se, kako pokazuje iskustvo, postiže obogaćivanjem zraka koji se dovodi u pretvarače kisikom. Korišćenjem kiseonika mlazom, smanjujući ukupan sadržaj azota i vodonika u gasovima, smanjuje se sadržaj ovih gasova u konverter čeliku i na taj način povećavaju njegove mehaničke kvalitete. Zbog činjenice da se uduvavanjem kiseonika smanjuje ukupna količina gasova, smanjuju se i gubici toplote koje gasovi prenose (kod konvencionalnog duvanja ovi gubici dostižu 25%). To omogućava preradu lijevanog željeza sa sadržajem fosfora manjim od 1,6% koristeći Thomasov metod. Međutim, pri niskim koncentracijama P 2 O 5 šljaka gubi svoje stanje.

Korištenje puhanja obogaćenog kisikom, smanjuje vrijeme pročišćavanja, povećava produktivnost pretvarača.

Otvoreni proces. Kako se područje primjene širilo, počele su se gomilati zalihe čeličnog otpada, a pitanje metode za njegovo topljenje postalo je sve hitnije.

Konvertori nisu prikladni za ovu svrhu jer su prilagođeni za obradu samo tekućeg lijevanog željeza, a peći za pudling su se pokazale neprikladnima zbog preniske radne temperature. Problem su 1865. godine riješili Francuzi Pierre i Emile Martin, koji su u tu svrhu koristili Siemens regenerativnu peć koja se koristila u proizvodnji stakla.

Preuzmi sažetak: Nemate pristup preuzimanju datoteka sa našeg servera.

Čelik: vrste, svojstva, klase, proizvodnja

Čelik i proizvodi od njega tako su se učvrstili u životu i svakodnevnom životu. savremeni čovek da je postojanje bez metalnih predmeta teško zamislivo. Kada su jela u pitanju, mali alati, kućni aparati i opreme, uopće nije potrebno poznavati marku, klasifikaciju legura i područja njihove primjene.

Ova informacija je važna, prije, za one koji su odlučili započeti izgradnju vlastitog stanovanja i ne znaju koji su metalni proizvodi prikladni za te svrhe. Dakle, o tome šta je čelik, koje vrste čelika postoje i kakva svojstva ima ova, danas popularna legura, govorit će se u građevinskom časopisu.

Što je čelik i njegova razlika od lijevanog željeza

Legura gvožđa i ugljenika je dobro poznati čelik. Tipično, udio ugljika u leguri varira od 0,1 do 2,14%. Povećanje koncentracije ugljika čini čelik krhkim. Pored glavnih komponenti, legura sadrži i male količine magnezijuma, mangana i silicijuma, kao i štetne nečistoće sumpora i fosfora.

Osnovna svojstva čelika i lijevanog željeza su vrlo slična. Unatoč tome, postoje značajne razlike između njih:

  • čelik je jači i tvrđi materijal od livenog gvožđa;
  • lijevano željezo, unatoč varljivoj masivnosti proizvoda od lijevanog željeza, je lakši materijal;
  • Budući da čelik sadrži zanemariv postotak ugljika, lakši je za obradu. Za liveno gvožđe, livenje je poželjno;
  • proizvodi od lijevanog željeza bolje zadržavaju toplinu zbog činjenice da je njegova toplinska vodljivost znatno niža od čelika;
  • stvrdnjavanje metala, koje povećava čvrstoću materijala, nemoguće je kod lijevanog željeza.

Prednosti i nedostaci čeličnih legura

Budući da postoji ogroman broj marki čelika, a još više proizvoda od njega, besmisleno je govoriti o prednostima i nedostacima. Štoviše, svojstva metala uvelike zavise od tehnologije proizvodnje i obrade.

Kao rezultat toga, možemo istaknuti samo nekoliko općih prednosti čelika, kao što su:

  • snaga i tvrdoća;
  • viskoznost i elastičnost, odnosno sposobnost da se ne deformiraju i izdrže udarce, statička i dinamička opterećenja;
  • dostupnost za različite načine obrada;
  • izdržljivost i povećana otpornost na habanje u odnosu na druge metale;
  • dostupnost sirovina, isplativost proizvodnih tehnologija.

Nažalost, postoje i neki nedostaci:

  • nestabilnost na koroziju, uključujući visok nivo elektrohemijske korozije;
  • čelik je teški metal;
  • Proizvodnja čeličnih proizvoda odvija se u nekoliko faza, kršenje tehnologije u bilo kojoj od njih dovodi do smanjenja kvalitete.

Danas je teško odrediti broj proizvedenih i korištenih čeličnih legura. Također ih nije lako klasificirati, jer njihova svojstva zavise od mnogih parametara, kao što su sastav, priroda i količina aditiva, način proizvodnje i prerade, namjena i mnogi drugi.

Po kvalitetu Uobičajeno je razlikovati obične, kvalitetne, visokokvalitetne i posebno visokokvalitetnih čelika. Udio štetnih nečistoća glavni je kriterij za određivanje kvaliteta legure. Obične čelike karakteriziraju veće vrijednosti udjela nečistoća od posebno kvalitetnih legura.

Hemijski sastav čelika . Proizvodnja legura gvožđa zasniva se na njegovoj sposobnosti da formira različite strukturne faze na različitim temperaturama, takozvani polimorfizam. Zahvaljujući ovoj sposobnosti, nečistoće rastvorene u gvožđu formiraju legure različitih sastava. Uobičajeno je da se legure čelika dijele na ugljenik I legirana.

Čelik je, po definiciji, legura željeza i ugljika, čija koncentracija određuje njegova svojstva: tvrdoću, čvrstoću, duktilnost, žilavost. Ugljični čelik praktično ne sadrži dodatne aditive.

Osnovne nečistoće - mangan, magnezijum i silicijum sadržane su u minimalnim količinama i ne narušavaju njegove osobine i kvalitete. Silicijum i mangan imaju deoksidirajući efekat na leguru, povećavajući elastičnost, otpornost na habanje i otpornost na toplotu. Ali, u slučaju povećanja udjela, oni su legirajući elementi. Čelici s visokim sadržajem mangana gube svoja magnetna svojstva.

Nečistoće sumpora i fosfora mnogo su štetnije za obje vrste čelika. Sumpor, u kombinaciji sa željezom, povećava lomljivost kada se obrađuje na visokim temperaturama (valjanje, kovanje), povećava zamor i smanjuje otpornost na koroziju.

Fosfor, posebno sa velikim udjelom ugljika u leguri, povećava njenu lomljivost pri normalnim temperaturnim uvjetima. Osim toga, postoji čitava grupa skrivenih štetnih nečistoća koje se ne mogu ukloniti tokom topljenja. Ove nemetalne inkluzije u obliku azota, vodonika i kiseonika čine metal lomljivijim tokom vruće obrade.

Ugljični čelici se dijele na vrste, koje karakterizira udio ugljika:

  • legure sa visokim udjelom ugljika uključuju legure s udjelom većim od 0,6%;
  • u legurama srednjeg ugljika koncentracija ugljika kreće se od 0,25 do 0,6%;
  • dopuštene vrijednosti tipične za čelike s niskim udjelom ugljika - ne više od 0,25%.

Legirani čelici se dijele na:

— niskolegirane, sa učešćem legirajućih aditiva ne većim od 2,5%;

— srednje legirane, sa udelom dodatnih elemenata do 10%;

- visokolegirane, u kojima je udio legirajućih elemenata veći od 10%.

Legirani čelici se odlikuju niskom koncentracijom ugljika i prisustvom raznih legirajućih aditiva.

U skladu sa namjenom čelika Dijele se na grupe konstrukcijskih, alatnih i čelika posebne namjene.

Svaka grupa je podijeljena na podgrupe i tipove, koji specificiraju svojstva, karakteristike i primjenu legura.

Konstrukcioni čelici uključuju:

  1. Građevinski materijali, njihovo glavno svojstvo je dobra zavarljivost, to su niskolegirane legure običnog kvaliteta.
  2. Za hladno štancanje koriste se valjani proizvodi od niskougljičnih legura uobičajenog kvaliteta.
  3. Cementira, koristi se u proizvodnji dijelova s ​​površinskom abrazijom.
  4. One visoke čvrstoće karakteriziraju dvostruki prag čvrstoće u odnosu na druge tipove konstrukcija.
  5. Opružni čelici s dodatkom vanadijuma, broma, silicija, kroma i mangana dizajnirani su da održavaju elastičnost dugo vremena.
  6. Čelici s kugličnim ležajevima s velikim udjelom ugljika i dodatkom hroma, koji se odlikuju posebnom otpornošću na habanje, čvrstoćom i izdržljivošću.
  7. Automatski, sadrže nečistoće sumpora, olova, telura i selena, što olakšava obradu automatskim mašinama na kojima se proizvode masovni delovi.
  8. Nehrđajući čelik, to uključuje legure s visokim sadržajem kroma i nikla. Koncentracija ugljika u takvim legurama je minimalna.

Vrste alatnog čelika

Čelik instrumentalnu svrhu I imaju nekoliko varijanti:

  • Koriste se u proizvodnji reznih alata, a uključuju neke vrste ugljičnog, legiranog i brzoreznog čelika.
  • Merni instrumenti su napravljeni od prilično tvrdih legura koje su otporne na habanje i sposobne da održe konstantne dimenzije, za to se najčešće koristi kaljeni i cementirani čelik.
  • Čelik za kalupe karakteriziraju tvrdoća, otpornost na toplinu i kaljivost. Ovaj tip je podijeljen na podtipove, koji uključuju legure valjaka i čelike za višetemperaturnu obradu.

TO With dizalice posebne namjene uključuju tipove čelika koji se koriste u određenim proizvodnim područjima:

  • električni čelici - koriste se za proizvodnju magnetnih žica;
  • superinvari - koriste se u proizvodnji visoko preciznih instrumenata;
  • otporan na toplotu - radi na temperaturama iznad 900 °C;
  • otporan na toplinu - može raditi na visokim temperaturama u uvjetima opterećenja.

Čelična konstrukcija

Koncentracija ugljika u leguri određuje ne samo svojstva metala, već i njegovu unutrašnju strukturu. Na primjer, legure s niskim i srednjim ugljikom imaju strukturu koja se sastoji od ferita i perlita. Kako se udio ugljika povećava, počinje formiranje sekundarnog cementita. Legiranje čelika također mijenja strukturu legure.

Struktura čelika može biti:

  • perlitni - s niskim sadržajem legirajućih aditiva;
  • martenzitni - čelici sa smanjenom kritičnom brzinom očvršćavanja i prosječnim nivoom legirajućih nečistoća;
  • austenitne - legure visoke legure koje se koriste u agresivnim okruženjima.

Žareni čelici se dijele na:

  • hipoeutektoidni čelik, sa koncentracijom ugljika manjom od 0,8%;
  • hipereutektoidni čelik, koji se sastoji od perlita i cementita, koristi se kao alatni čelik;
  • karbid (ledeburit) - ovo uključuje brzorezne čelike;
  • feritno - visokolegirani čelik sa niskim sadržajem ugljika.

Metode i tehnologije proizvodnje čelika

Struktura ove legure, njen sastav i svojstva ovise o tehnologiji proizvodnje čelika. Konvencionalni čelici se proizvode u otvorenim pećima ili konverterima. U pravilu su zasićeni značajnom količinom nemetalnih nečistoća.

Visokokvalitetne legure se proizvode pomoću električnih peći. Posebno visokokvalitetni legirani čelici, koji sadrže minimalnu količinu štetnih nečistoća, proizvode se postupkom elektrotroske.

U proizvodnji čelika koristi se proces deoksidacije za uklanjanje kisika iz strukture legure. Količina uklonjenog kisika određuje kakav će se čelik dobiti: malo deoksidiran, potpuno deoksidiran ili poludeoksidiran. Klasificiraju se na kipuće, mirne i polumirne.

Razredi čelika

Unatoč činjenici da je čelik jasno prepoznat kao najpopularnija legura željeza, jedinstveni sistem označavanja njegovih vrsta još nije razvijen. Najjednostavnije i najpopularnije je alfanumeričko označavanje.

Visokokvalitetni ugljični čelici se označavaju slovom “U” i dvocifrenom brojčanom vrijednošću (u stotim dijelovima%) udjela ugljika u njihovom sastavu (U11). broj koji označava količinu ugljika u desetinkama% - U8.

Slova se također koriste za označavanje legiranih čelika. Oni označavaju glavni element koji se koristi za legiranje. Sljedeća slika prikazuje koncentraciju ovog elementa u sastavu čelika. Slovu prethodi broj koji odgovara udjelu ugljika u metalu u stotim dijelovima procenta.

Na primjer, slovo "A" na kraju oznake visokokvalitetne legure označava njen kvalitet. Isto slovo u sredini oznake označava glavni legirajući element, u ovom slučaju to je dušik. Slovo na početku marke označava da se radi o automatskom čeliku.

Slovo “Š” na kraju oznake, ispisano kroz crticu, ukazuje da se radi o posebno kvalitetnoj leguri. Visokokvalitetni čelici nisu označeni slovima “A” i “W”. Osim toga, postoje dodatne oznake koje ukazuju na posebne karakteristike čelika. Na primjer, magnetne legure su označene slovom “E”, a električne legure slovom “E”.

Alfanumeričko označavanje je možda jedno od najjednostavnijih i najrazumljivijih za potrošača. Drugi, složeniji, dostupni su samo stručnjacima.

Veći dio Conan Exiles-a zasniva se na izradi raznih predmeta. Zahvaljujući njemu moguće je stvoriti nove alate, oružje i oklop. Što igrač ima bolje ove stvari, to će njegov heroj biti jači. Međutim, da biste razvili najtrajnije i smrtonosne proizvode, trebat će vam prilično rijetki materijali, koji uključuju čelik i čelične ingote. Za razliku od drugih resursa, ne možete ih vaditi na otvorenim površinama, već ih samo stvarati pomoću posebnih strojeva i peći. U nastavku ćemo vam reći kako to učiniti.

Pravljenje čeličnih šipki u Conan Exiles

Osnove zanatstva obradili smo u našem posebnom vodiču, gdje smo ugrubo pričali o tome koji nivo morate biti da biste se bavili kovačkim zanatom, tako da nećemo ponavljati materijal koji smo obradili, već ćemo se odmah baciti na izradu čelika . Za ovu proceduru će vam trebati 3 mašine odjednom:

  • Kotao za paljenje vatre.
  • Mašina za sunčanje.
  • Topionica ili lončić.

Nažalost, ne možete bez ovih struktura, pa nemojte misliti da možete početi kovati čelično oružje nakon nekoliko sati igre. Da biste to učinili, morat ćete potrošiti dosta vremena. Dakle, sam proizvodni postupak sastoji se od sljedećih koraka:

  1. Morate kopati željeznu rudu i topiti je u željezne šipke (1 ingot će zahtijevati 2 jedinice rude). Kao gorivo se mogu koristiti grane, drvo ili ugalj (gore mnogo duže). Cijeli ovaj proces se odvija u loncu.
  2. Sada morate stvoriti katran, koji je sekundarna sirovina. Može se dobiti štavljenjem kože na mašini za štavljenje. Uz 1 zdjelu katrana, dobit ćete i 1 jedinicu kože (debele ili tanke). Vrijedno je koristiti koru drveta kao gorivo, jer upravo ona pruža resurs koji nam je potreban.
  3. Zatim pokušavamo napraviti čeličnu vatru, koja je katalizator, bez kojeg je nemoguće napraviti čelik. Stvara se u vatrenom kotlu upotrebom katrana i sumpora. Od 2 posude katrana i 1 jedinice sumpora dobijate 2 jedinice čelične vatre. Kao gorivo možete koristiti drvo, granje ili ugalj.
  4. Posljednji korak je da uzmete željezne šipke i stavite ih u topionicu zajedno sa čeličnom vatrom. Zatim pokrenite peć i na izlazu nabavite čelične šipke. Za stvaranje 1 čelične šipke morat ćete potrošiti 1 jedinicu čelične vatre i 5 željeznih šipki.

Verovatno se pitate gde možete nabaviti sumpor. Ovaj materijal možete pronaći u pećinama ili ga dobiti od leševa čudovišta, koja se u igri nazivaju Stonehorns (slično ogromnim gušterima). Nakon što ubijete takvo stvorenje, potrebno je da isječete leš pijukom. Bolje je koristiti željezni alat kako biste dobili više korisnih materijala. Inače, ova bića ispuštaju i materijale poput kamena i kristala. Potonji se stavlja u lončić za stvaranje stakla. U sjeveroistočnom dijelu karte možete pronaći kamene rogove, koji izgledaju kao troprsta šapa. Ispod smo postavili mapu na kojoj su žutim kružićima označene naslage sumpora. Tu možete vidjeti i to isto „nogo“.

Dodajmo da na lokaciji gdje žive stonehorni možete naići i na kraljevske stonehorne koji mogu ubiti vašeg heroja u jednom ili dva pogotka, tako da ne preporučujemo odlazak u ove krajeve nespremnog karaktera.

Podijeli: