Основные этапы развития сталеплавильного производства

Точную дату перехода от «бронзового» века к «железному» установить трудно. Процесс совершенствования технологии производства тали можно разделить на ряд этапов.

Первый этап. Прямое получение железа из руды (сыродутный способ). Этот способ описан в § 1.1.1. Метод прямого получения железа из руды, минуя стадию выплавки чугуна, возрождается в последние годы на базе новой техники.

Второй этап. Получение кричного (сварочного) железа. По мере совершенствования сыродутного процесса горны строились большей вместимости, более высокими, подачу дутья интенсифицировали, что приводило к повышению температуры в горне и более продолжительному пребыванию шихтовых материалов в зоне высоких температур. В результате железо интенсивно науглероживалось. В этом случае продуктом плавки оказывалось не низкоуглеродистое губчатое железо (крица), как в сыродутном способе, а высокоуглеродистое – чугун. Так как чугун не обладает пластическими свойствами, то его считали браком и выбрасывали. Позже было замечено, что при оставлении в горне полученного чугуна и продолжении процесса плавки также получается низкоуглеродистая крица. Такой же результат получался, если загружать в горн выплавленный ранее чугун вместо руды, такая процедура оказалась более производительной – возник более совершенный процесс получения железа – кричный процесс.

Сущность кричного способа переработки чугуна в сталь заключалась в следующем. Выложенный огнеупорными материалами горн наполняли древесным углем, разжигали его и подавали дутье. Затем присаживали чугун и шлаки богатые оксидами железа (железную руду, окалину). Чугун постепенно плавился и каплями стекал вниз, при этом под действием кислорода дутья и оксидов шлака примеси в чугуне выгорали. По мере снижения содержания примесей металл становился все более тугоплавким и вязким. В результате на дне горна получалась тестообразная железистая масса, которую собирали в ком (крицу) и подвергали обработке давлением под молотом для удаления из него шлаков.

В России и в большинстве других промышленных стран кричный процесс как крайне непроизводительный, дорогой, приводящий к массовому уничтожению лесов (для получения древесного угля) вокруг промышленных центров, исчез на рубеже XIX и XX веков.

Третий этап. Тигельный процесс получения жидкой (литой) стали. В Западной Европе начали получать стальные слитки путем переплава стали, полученной из криц, в середине XVIII в. В России тигельный процесс производства высококачественной стали получил распространение на Златоустовском, Обуховском и Путиловском заводах. Научную основу технологии получения стали в тиглях заложил знаменитый русский металлург П.П.Аносов, работавший с 1817 по 1847 г. на Златоустовском заводе.

Четвертый этап. Возникновение дешевых способов массового производства стали. В 1855 г. английским механиком Генри Бессемером был предложен способ получения стали путем продувки жидкого чугуна воздухом. Продувку чугуна осуществляли в специальном агрегате – конвертере, выложенном кислой футеровкой. Через четверть века англичанин Томас преложил другой вариант конвертерного процесса, при котором футеровку конвертера выполняли из доломита, обладающего основными свойствами.

В России первые опыты по переработке чугуна в сталь методом продувки жидкого чугуна воздухом были проведены в 1857 г. Производство такой стали было начато в 1864 г. на Воткинском заводе. Благодаря работам Д.К.Чернова этот процесс получил свое развитие на Обуховском заводе, где в 1872 г. были установлены 2 конвертера ёмкостью по 5 тонн.

В 1865 г. французы Эмиль и Пьер Мартены предложили осуществлять выплавку стали из чугуна и железного лома в регенеративных пламенных печах. В России это способ получил название мартеновского.

В России первая пламенная печь с регенераторами для плавки стали была построена в 1870 г. на Сормовском заводе А.А.Износковым – учеником П.П.Аносова.

Пятый этап. Развитие электрометаллургии стали. Предложения по использованию электрической энергии для плавки стали появились в начале XIX в. Однако первые электропечи различной конструкции начали работать только в конце XIX в. В России в 1913 г. в электропечах было выплавлено 3500 тонн стали. В последние десятилетия электрометаллургия стали развивается особенно бурными темпами.

Шестой этап. Интенсификация сталеплавильных процессов заменой воздуха, используемого в сталеплавильных агрегатах, кислородом.

Седьмой этап. Появление и распространение переплавных процессов для очищения сталей от вредных примесей.

Восьмой этап. Появление и развитие методов внепечной обработки стали для повышения ее качества.