В большей части мира сталь производится на интегрированных сталелитейных предприятиях, которые производят сталь из основного сырья, то есть железной руды, кокса и известняка. Тем не менее, наиболее быстро растущим сегментом сталелитейной промышленности является «мини-мельница», которая плавит стальной лом в качестве сырья. Оба типа объектов производят широкий спектр стальных форм, в том числе листовые, листовые, конструкционные, железнодорожные и железнодорожные изделия.
Производство чугуна.
При производстве стали из железной руды доменная печь химически восстанавливает руду (оксид железа) углеродом в форме кокса. Кокс представляет собой губчатую углеродную массу, которая производится из угля путем нагревания угля для удаления органических веществ и газов. Известняк (карбонат кальция) добавляется в виде флюса для облегчения плавления и образования шлака. Шлак, который плавает на расплавленном железе, поглощает многие нежелательные примеси. Доменная печь представляет собой высокую полую цилиндрическую конструкцию со стальной наружной оболочкой, облицованной изнутри специальным огнеупорным и графитовым кирпичом. Измельченная или гранулированная руда, кокс и известняк добавляются в виде слоев через отверстие в верхней части печи, и химическое восстановление происходит с помощью струи предварительно нагретого воздуха, поступающего в нижней части печи (область, называемая бош). Воздух подается в печь через несколько медных форсунок с водяным охлаждением, называемых фурмами. Восстановленное жидкое железо заполняет дно печи и выпускается из печи через определенные промежутки времени. Продукт печи называется чугун, потому что в первые дни расплавленный чугун вытягивался из печи и отливался непосредственно в разветвленные конфигурации пресс-формы на полу литейного цеха. Центральная ветвь железа, ведущая из печи, называлась «свинья», а боковые ветви — «свиньи». Сегодня подавляющее большинство чугуна заливают непосредственно из печи в огнеупорную футеровку (подводная машина) и транспортируют в жидкой форме в основную кислородную печь (BOF) для переработки в сталь.
Сталеплавильное производство.
В BOF жидкий чугун содержит основной заряд. Стальной лом добавляют для разбавления углерода и других примесей в чугуне. Кислородный газ вдувается в сосуд с помощью наконечника, погруженного под поверхность жидкости. Кислород взаимодействует с расплавленным чугуном, окисляя нежелательные элементы. Эти элементы включают избыток углерода (из-за кокса, используемого в доменной печи, чугун содержит более 2% углерода), марганец и кремний из руды и известняка и другие примеси, такие как сера и фосфор. Находясь в BOF, жидкий металл подвергается химическому анализу для определения уровня удаления углерода и примесей. Когда готово, BOF наклоняется, и жидкая сталь заливается в ковш с футеровкой. Находясь в ковше, некоторые легирующие элементы могут быть добавлены в сталь для получения желаемого химического состава. Этот процесс происходит на станции обработки в ковше или в печи для ковша, где сталь выдерживается при определенной температуре за счет внешнего нагрева от электродов в крышке, размещенной на ковше. После достижения желаемого химического состава ковш можно поместить в вакуумную камеру для удаления нежелательных газов, таких как водород и кислород. Этот процесс называется дегазацией и используется для производства высококачественных стальных изделий, таких как железнодорожные рельсы, листы, плиты, прутки и кованые изделия. Марки нержавеющей стали обычно производят в индукционной или электродуговой печи, иногда в вакууме. Для рафинирования нержавеющей стали используется процесс аргон-кислородного обезуглероживания (AOD). В AOD газовая смесь аргон-кислород впрыскивается через расплавленную сталь для удаления углерода без существенной потери хрома (основного элемента в нержавеющей стали).
Непрерывное литье.
В настоящее время большая часть стали отливается в твердую форму в машине непрерывного литья (также называемой прямоточным литьем). Здесь жидкость начинает затвердевать в охлаждаемой водой медной форме, в то время как стальная заготовка, сляб или блюм извлекаются из нижней части формы. Частично затвердевшая форма непрерывно извлекается из машины и разрезается по длине для дальнейшей обработки. Процесс непрерывной разливки может продолжаться в течение нескольких дней или недель, когда ковш после того, как ковш расплавленной стали подает разливочную машину. Некоторые стали не отливаются непрерывно, а разливаются в отдельные чугунные формы для формирования слитка, размер которого впоследствии уменьшается путем ковки или прокатки до какой-либо другой формы. Поскольку процесс непрерывной разливки обеспечивает существенные экономические и качественные преимущества по сравнению с разливкой в слитки, большая часть стали в мире производится путем непрерывной разливки.
Роллинг / Ковка.
После отливки в форму заготовки, сляба или блюма сталь подвергается горячей прокатке через серию прокатных станов или сжимается / забивается ковкой для получения окончательной формы. Для формирования горячекатаного листа сляб толщиной 50–300 мм уменьшается до конечной толщины, например 2 мм, в одной или нескольких черновых клетях, за которыми следует серия из шести или семи чистовых клетей. Для получения более тонкого стального листа, например 0,5 мм, горячекатаный лист должен быть протравлен в кислоте для удаления окалины из оксида железа и затем подвергнут холодной прокатке в серии прокатных клетей, называемых тандемным станом. Поскольку в процессе холодной прокатки получается твердый лист с низкой пластичностью, его отжигают либо путем периодического отжига, либо с помощью непрерывного отжига. Появляется новая технология литья, при которой тонкие листы (до 1 мм) могут быть непосредственно отлиты из жидкости через вращающиеся вальцы с водяным охлаждением, которые действуют как форма, как при непрерывной разливке. Этот новый процесс устраняет многие этапы обычной обработки горячекатаного листа. Листовые стали получают путем горячей прокатки сляба на черновой и реверсивно-чистовой мельницах. Сталь для железнодорожных рельсов подвергается горячей прокатке из блюма на обжимной, черновой и одной или нескольких чистовых клетях. Стальные прутки изготавливаются из горячекатаной заготовки, которая подвергается горячей прокатке на нескольких черновых и чистовых станах. Кованые стали получают из слитка, который нагревают до температуры ковки и сжимают или забивают в гидравлическом прессе или в кузнице. Последовательность обработки во всех этих процессах деформации может варьироваться в зависимости от конструкции, компоновки и возраста сталелитейного завода.
Mechanical Engineers’ Handbook, Materials and Engineering Mechanics
Zainab Raheem
researchgate.net/publication/334612135_Mechanical_Engineers%27_Handbook_Materials_and_Engineering_Mechanics