Физико-химические процессы получения стали

Сталь – сплав Fe и С с содержанием С до 2% (2,14%). В состав стали входят так же элементы: Mn, Si, P, S – постоянные примеси.

Основными исходными материалами для производства стали служат передельный чугун и стальной лом (скрап). Сравнение химических составов передельного чугуна и стали показывает, что содержание углерода и примесей в стали существенно ниже.

Таким образом, для получения стали из чугуна необходимо снизить содержание примесей (Mn, Si, P, S) и углерода. Сущность процесса производства стали заключается в проведении окислительного процесса, в результате которого уменьшается содержание углерода и примесей (переводятся в шлак и газы в процессе плавки).

Углерод, соединяясь с кислородом, образует газ CO (окись углерода), который удаляется в атмосферу печи.

SI, Mn, P и S образуют оксиды, нерастворимые или малорастворимые в металле (SiO₂, MnO, CaS и др.). В процессе плавки они частично всплывают на поверхность расплавленного металла, образуя шлак, который удаляется из печи.

Окислить примеси в полной мере не удаётся, т.к., несмотря на их большее сродство к кислороду, чем у железа, по мере снижения содержания примесей начинает окисляться Fe в соответствии с законом действующих масс. Образующаяся при этом закись железа FeO растворяется в металле, насыщая его кислородом. Такой металл не пригоден для ковки, прокатки, вследствие образования трещин. Поэтому завершающим этапом выплавки стали является её обязательное раскисление, для чего в процессе плавки вводятся элементы с большим, чем у железа, сродством к кислороду. Для раскисления, как правило, используют ферросплавы – ферросилиций, ферромарганец, а также алюминий. Продукты раскисления частично удаляются в шлак.

В металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трёх агрегатах: конвертерах, мартеновских и электрических печах.