Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Электрометаллургия. История электрометаллургии стали.

История электрометаллургии. Развитие современной техники и промышленности базируется главным образом на применении металлов. Лишь имея металл, обладающий определенными механическими и физическими свойствами, можно сооружать мощные гидроэлектростанции, атомные реакторы и строительные конструкции и производить аппараты химического производства, ракеты и электронные машины.

Интенсивное развитие техники и промышленности непрерывно расширяет число применяемых металлов и изменяет соотношение в удельном объеме их производства. Однако в течение продолжительного времени и теперь первостепенное значение для развития промышленности имеет сталь. Сталеплавильное производство по объему и стоимости продукции превосходит производство всех других металлов, вместе взятых. В 1970 г. мировое производство стали достигло 600 млн. т (в том числе 116 млн. т было выплавлено в СССР). Для сравнения можно отметить, что мировое производство алюминия и меди, которые по объему производимой продукции занимают первое место среди цветных металлов, достигает примерно 10 и 7 млн. т соответственно.

Огромные масштабы сталеплавильного производства, являющегося основой современной цивилизации, обусловлены достаточно широким распространением железных руд (в земной коре содержится 4,2% железа, занимающего четвертое место после кислорода, кремния и алюминия, содержащихся соответственно в количествах 49, 13, 26 и 7,45 относительной легкостью и дешевизной восстановления железа из руд, прекрасными свойствами стали как конструкционного материала. Сталь обладает высокой прочностью и пластичностью, легко поддается механической обработке и сваривается. Она замечательна еще тем, что присадками легирующих элементов и определенной термической обработкой можно в широком диапазоне изменять ее механические свойства, а также придавать ей особые физические и химические свойства (стали электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.). Значение легированных сталей особенно возросло в последние годы в связи с увеличением потребности в стали с особыми свойствами и производство их составляет более 8% от общего производства стали.

Хотя человечество использует железо в течение тысячелетий и начало «железного века» археологи относят ко второму тысячелетию до нашей эры, интенсивное развитие сталеплавильного производства началось лишь в начале второй половины прошлого века, когда были разработаны современные процессы выплавки стали. Производство стали в 1850 г. составляло всего 50 тыс. т и не намного превышало производство меди или цинка. В 1900 г. оно достигло 29 млн. т, а в 1968 г. превысило пол миллиарда тонн.

Первым современным способом производства стали был процесс, предложенный в 1856 г. Генри Бессемером и вызвавший революционный переворот в промышленности и железнодорожном строительстве. Бессемеровский процесс впервые позволил получать жидкую сталь из чугуна, причем в течение очень короткого времени.

В бессемеровском процессе окисление примесей осуществляется в конвертере путем продувки жидкого чугуна воздухом. Вследствие очень интенсивного протекания процесса и быстрого завершения плавки (10—20 мин) тепловые потери не велики и тепла, выделяющегося в результате окисления примесей, достаточно для нагрева стали до 1600° С. В 1864 г. Пьер Мартен, применив регенерацию тепла, построил первую печь, которая позволяла не только получать жидкую сталь и из чугуна, но и переплавлять стальной лом. В своем первоначальном виде ни конвертерный, ни мартеновский процессы, будучи кислыми процессами, не обеспечивали удаления фосфора и серы из металла, что ограничивало их применение. Этот недостаток был преодолен в 1879 г., когда С. Томас (вместе с братом П. Джилкристом) положил начало выплавке стали основным процессом, предложив футеровать конвертер доломитом (томасовский процесс).

Основной процесс выплавки стали в томасовских конвертерах и мартеновских печах весьма расширил возможности сталеплавильного производства, объем продукции которого нарастал огромными темпами.

Одновременно с возникновением основных сталеплавильных процессов появились первые электросталеплавильные печи. Способ 1 выплавки стали в электрических печах был запатентован еще в 1853 г. ц Пишоном (Франция), который разработал конструкцию дуговой печи косвенного действия, т. е. с дугами, горящими между электродами над металлической ванной. Позднее (1879 г.) Сименс создал печь прямого действия, в которой одним из полюсов электрической дуги являлась металлическая ванна.

Коренные изменения дуговая печь претерпела в шестидесятых годах. Вследствие повышения мощности трансформатора, совершенствования электрического и технологического режимов плавки производительность дуговых печей в этот период возросла в 2—4 раза по сравнению с производительностью печей аналогичной емкости, применявшихся в 1950—1960 гг. Появилась возможность довести производительность крупных дуговых печей до 100 т/ч.

Увеличение емкости печей и повышение мощности трансформаторов (до 500—900 кВА/т) обеспечили значительное улучшение технико-экономических показателей электросталеплавильного производства и определили основные направления его дальнейшего развития.

Применение мощных трансформаторов дает значительное повышение производительности лишь при эффективном использовании этой мощности. Поэтому при переходе на мощные трансформаторы разрабатывалась новая технология плавки, предусматривающая сокращение до минимума восстановительного периода, когда электрическая мощность используется неэффективно. Разрабатывались методы внепечного рафинирования. Повышение производительности дуговых печей и улучшение технико-экономических показателей их работы стимулировали интенсивное развитие электросталеплавильного производства.

На рубеже XIX и XX веков появились и другие электропечи для плавки сталииндукционные печи. Первая промышленная индукционная печь с железным сердечником была, по-видимому, установлена в Гизинге (Швеция) в 1900 г. Затем индукционные печи с железным сердечником и кольцевым плавильным каналом стали применять на некоторых других заводах. Однако для плавки стали они распространения не получили. С 1925 г. в промышленности начали применять индукционные печи без сердечника.

Индукционная печь явилась первым сталеплавильным агрегатом, использованным для вакуумирования стали. Вакуумная индукционная печь впервые была применена Роном в 1920 г. Однако тогда она не получила распространения вследствие высокого остаточного давления 267—800 Н/м2 (2—6 мм рт. ст.), плохих технико-экономических показателей, отсутствия особой потребности в ней. Такая печь нашла применение лишь в лабораторной практике.
Развитие атомной энергетики в конце второй мировой войны и в послевоенные годы вызвало существенное улучшение вакуумной техники и создание вакуумных насосов, позволяющих получать остаточное давление 0,133—0,767 Н/м2 (1—5 мм рт. ст.) при достаточно высокой для промышленных насосов скорости откачки. Поэтому в 1945—1946 г. в США было построено несколько промышленных вакуумных индукционных печей. Однако значительно и очень быстро вакуумная индукционная плавка стала развиваться в ряде стран в 1950—1951 гг. и в последующие годы в связи с развитием ракетной техники и реактивной авиации, требующих производства металла особой чистоты.

Источник [4] → список литературы.

Читать далее: История электрометаллургии стали
Вернуться в начало раздела: Электропечи
Вернуться на главную: Черная металлургия