Особенности технологии производства низколегированной стали

Массовое производство стали совпало с началом второй мировой войны и развивается высокими темпами до настоящего времени, хотя в отдельные периоды наблюдались незначительные спады. Мировое производство стали в 1940 г. составило 200 млн т, а в настоящее время оно превышает 860 млн т.

Бурный рост производства стали как основного конструкционного материала обусловлен двумя основными факторами: во-первых, развитие и рост спроса на сталь массового потребления в таких отраслях, как промышленное и гражданское строительство, трубопроводный и железнодорожный транспорт, судостроение, автомобилестроение, упаковочные материалы для продуктов питания и др.; во-вторых, относительная доступность исходных материалов для выплавки чугуна и стали — железной руды, коксующегося угля, электрической энергии, кислорода и др.

Основными способами производства стали в мире в настоящее время являются кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. Если мартеновское производство в развитых странах утратило свое значение, то в России до настоящего времени одним из способов выплавки стали массового потребления остается мартеновский процесс. Поэтому цель технического перевооружения сталеплавильного производства России — замена мартеновских и двухванных печей конвертерами и электропечами в сочетании с непрерывной разливкой стали.

В шихте сталеплавильного производства доля лома составляет в среднем около 45 %. В кислородных конвертерах с верхним дутьем доля лома в шихте не превышает 30 %, в мартеновских печах, работающих скрап-рудным процессом — 40...45 %. При замене мартеновского производства кислородно-конвертерным высвобождается сравнительно большое количество лома, которое может быть использовано при производстве электростали.

Прогрессивным направлением совершенствования сталеплавильного производства являются комбинированные конвертерные технологии, при которых доля лома в шихте увеличена до 35 % и более [1; 2]. Это позволяет значительно уменьшить долю дорогостоящего электрометалла в структуре сталеплавильного производства. При этом необходимо отметить, что создание и внедрение внепечной обработки чугуна и стали значительно расширило сортамент конвертерного производства, а технологические возможности ковшовой металлургии с электронагревом стали практически ликвидировало понятие электропечного сортамента.

С другой стороны, наличие больших количеств дешевого скрапа во многих регионах мира и необходимость его утилизации являются причиной поиска путей расширения производства стали массового назначения в электродуговых печах с одновременным значительным увеличением их производительности и экономической эффективности.

В настоящее время в странах с развитой металлургией, особенно в европейских, конвертеры заменяют электропечами с использованием вспомогательного оборудования, которое обслуживало конвертерные цехи. Найдены решения, позволяющие достигнуть производительности равной конвертерному производству с одновременной значительной экономией электроэнергии. Наиболее эффективным признано сооружение двухкорпусных электродуговых печей: рядом монтируются две печи с одним поворотным механизмом электрододержателей, обслуживающих оба корпуса. Эффективный режим работы и отключения трансформатора при наличии в цехе ковша-печи позволяют сократить среднюю продолжительность электроплавки почти на 30% и обеспечить значительную экономию электроэнергии.

До 1991 г. в СССР выплавлялось приблизительно одинаковое количество мартеновской и кислородно-конвертерной стали и только 9% электростали. В настоящее время структура сталеплавильного производства России претерпела некоторые изменения: выплавка электростали увеличилась до 13%, а кислородно-конвертерной — до 60%, хотя существующие мощности мартеновских печей превосходят возможности других способов производства. При этом наибольшее количество стали массового применения, в том числе для строительных конструкций, выплавляется мартеновских печах с основной футеровкой.

В качестве исходных материалов при выплавке стали используют жидкий или твердый чугун, металлолом, шлакообразующие элементы, а также раскислители и легирующие добавки. Чугун, по сравнению со строительной сталью, содержит существенно большее количество углерода и примесей. Во всех случаях необходимо расплавить и нагреть шихту до высокой температуры (обычно 1600-1650° С), позволяющей понизить содержание углерода, очистить сталь от вредных примесей, провести легирование и получить из жидкой стали слиток или непрерывнолитой сляб-заготовку.

Еще раз отметим, что в основном производство стали является окислительным процессом, в ходе его требуется окислить избыток углерода и примесей. Углерод окисляется либо кислородом атмосферы, либо оксидом железа. Должны также быть окислены примеси, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо.

Рассмотрим особенности сталеплавильного процесса на конкретном примере наиболее распространенного в настоящее время производства стали кислородно-конвертерным способом. Промышленные конвертеры работают не на воздушном, как в начале века, а на кислородном дутье (применяется кислород чистотой 99,5 %). В нашей стране используются конвертеры емкостью 100-400 т. В Японии сталь производят только таким способом, а в США, Германии и Великобритании — в большинстве случаев.