Как делают сталь и железо — от руды до готового проката 🔵

На протяжении многих тысячелетий деятельность человека прочно связана с железом. Современную жизнь невозможно представить без использования металлических изделий. Благодаря железу людям доступны многие сферы деятельности, такие как космонавтика, мореплавание, производство и многое другое. Читайте далее как производится железо и сталь.

Содержание

Сталь и железо

Когда что-то нужное падает прямо с неба — это замечательно. Около 6 тысяч лет назад люди нашли железо в метеоритах. Из него получалось отличное оружие и различные инструменты. Однако только лишь к 1000 году до нашей эры человечество догадалось, каким образом из других каменных пород можно извлекать железо.

Но железо, а именно — чугун, весьма хрупкий металл. Поэтому люди продолжали искать материалы понадежнее. Искусные умельцы железного века обнаружили метод делать сплавы из железа и других материалов. Таким образом было положено начало создания стали. Однако ее состав и способы получения подвергаются совершенствованию по сей день.

Современную сталь делают в основном с помощью кислородно-конвертерного процесса. За этим сложным и длинным названием скрывается технология по очистке железа от ненужных примесей, например как углерод. И добавления к нему веществ, улучшающих его свойства.

Процесс производства стали

К железу, которое добыли на рудниках, добавляют уголь, из которого выделили смолы и газы (кокс), а также известняк и погружают в тележки;
Содержимое тележек вываливается в доменную печь;
Внутрь печи закачивается нагретый воздух, под воздействием которого кокс начинает гореть и плавить железо;
Все примеси притягиваются известняком, что позволяет образоваться шлаку, который потом удаляется;
Остаются углерод и железо. Такая смесь называется чугуном;
Жидкий чугун собирается в нижней части печи, на дне, после чего его отправляют в следующую печь, которая называется сталеплавильной;
В сталеплавильную печь загружают чугун и стальной лом;
По специальной трубе в печь подается чистый кислород;
Кислород очищает металл и превращает его в сталь, окисляя примеси;
При окислении выделяется очень много тепла, что позволяет стали расплавляться. Для того, чтобы лишние примеси выделялись в шлак, который будет легко удалить, в сплав добавляется известняк;
Сталь сливается из печи через специальный кран;
Жидкую сталь разливают по чугунным сосудам (изложницам), установленным на конвейерных тележках;
Гигантские щипцы снимают сосуды с остывшими стальными слитками. Они отправляются в особую печь, где нагреваются до 1200 градусов.

Формирование слитков

После этого горячие слитки пропускают через прокатный стан с вращающимися роликами (валками), и они превращаются в плиты, бруски или блоки.

На прокатке путь металла не заканчивается. Современные мини-заводы всё чаще отказываются от громоздких домен в пользу ДСП — дуговых сталеплавильных печей. В них основным сырьем выступает стальной лом, который плавится под воздействием мощного электрического разряда между графитовыми электродами. Зачем это нужно? Такой метод позволяет получать спецстали с минимальным содержанием вредных примесей серы и фосфора.

Переплавка лома в дуговых печах

В отличие от конвертерного способа, электропечи позволяют гибко управлять составом шихты. Это идеальное решение для производства инструментальных и высоколегированных марок. Температура дуги достигает 3000 градусов, что мгновенно превращает твердую массу в огненную реку.

Легирование и модификация структуры

Чистое железо слишком мягкое для серьезных задач. Чтобы сталь выдерживала экстремальные нагрузки или не боялась ржавчины, в ковш вводят ферросплавы. Хром обеспечивает коррозийную стойкость, никель добавляет вязкости, а вольфрам сохраняет твердость при нагреве.

Для достижения идеального качества проводят внепечную обработку, очищая сплав от неметаллических включений. Технологи используют следующие методы:

Вакуумирование расплава для удаления водорода;
Продувка аргоном для гомогенизации состава;
Введение лигатур для уточнения формулы;
Модифицирование кальцием для очистки границ зерен.

Термическая обработка готового проката

Почему один стальной лист легко гнется, а другой лопается? Всё дело в микроструктуре, которую «замораживают» на этапе охлаждения. Регулируя скорость остывания на отводящем рольганге, инженеры формируют нужный баланс перлита и феррита в металле.

Для фиксации финальных свойств изделия проходят через закалку и отпуск. Закалка резко повышает твердость, превращая структуру в мартенсит, а повторный нагрев снимает внутренние напряжения. Без этой ювелирной работы сталь оставалась бы хрупкой, как стекло, и непригодной для строительства.