Производство стали

Производство сталиСталь окружает нас повсюду. Из нее сооружены мосты, сделаны поезда, компьютеры и даже ножи в вашем кухонном ящике – тоже сталь. Этот сплав является одним из самых распространенных материалов на земле. Благодаря своим свойствам сталь становится основным материалом как для масштабных конструкций, так и для мелких деталей и предметов обихода. Из стали строят здания и мосты, из нее же делают кузова автомобилей, вилки и ложки. А как же делают саму сталь?

За ответом на этот вопрос мы отправились на крупнейший сталелитейный завод CELSA, расположенный в городе Кардифф, Уэльс. На самом деле, сегодня существует два способа производства стали. Производство стали в кислородных конвертерах составляет на сегодняшний день 60% всего мирового производства этого металла. Производство берет свое начало в горах, откуда извлекается железная руда. Затем следует процесс, который называется плавка. Сталелитейщики заполняют доменную печь железной рудой, углем и известняком, на дно печи нагнетают большой объем воздуха, которых разжигает огонь под электрическим разрядом. Огонь печи плавит железо, которое затем в жидком виде «выпускается» работниками из печи.

Сталь рождается в тот момент, когда в жидком железе кислород окисляет углеродную примесь, значительно сокращая ее содержание. Во втором способе производства используется дуговая электропечь, куда помещается не сырье, а стальной скрап для создания нового материала. Именно этот способ применяется на заводе CELSA. Производство идет под контролем Рона Дэвиджа, который не один год трудится в сталелитейной промышленности – сперва в плавильном цеху, а затем уже в диспетчерской.

«Процесс с использованием дуговой электропечи начинается с площадки металлолома, – рассказывает Дэвидж. – Сперва весь металлолом проходит контроль, так называемый скрининг, в ходе которого отбирается хорошая сталь, а остальной хлам отбраковывается. Стальной лом погружается в чаны и доставляется в плавильный цех. В зависимости от сорта производимой стали мы подбираем различный коэффициент металла. Наилучшая сталь содержит около 20% меди. Если добавить больше, сталь просто потеряет свои прочные свойства, ведь, как известно, медная проволока очень ломкая».

Плавильный цех – это огромное здание с доменной печью, в которой проходит основной процесс производства стали. С печи поднимается крышка и в жерло опрокидывается огромный чан, доверху наполненный кусками металлолома. Вместе с крышкой из печи поднимаются закрепленные на ней графитовые электроды огненнокрасного цвета. «Внутри печи нужно поддерживать чрезвычайно высокую температуру», – поясняет Дэвидж, – «потому как, если печь охладится, потребуется большое количество энергии и времени, чтобы ее снова раскалить до нужной температуры. Такие пустые растраты нам ни к чему. После загрузки металла в печь опускаются электроды – сквозь лом в печи мы пускаем электрический разряд. Электроды имеют краеугольную основу, что увеличивает их поверхность». Когда подходит время загружать второй чан с металлоломом в печь, которая, как уже упоминалось, разогрета до 1 650 градусов по Цельсию, крышка поднимается, а из домны вздымается огромный огненный шар. Лом высыпают в жерло, где уже очень скоро он превращается в жидкую сталь.

«Стенки печи выложены огнеупорным силикатным кирпичом. Но даже самый крепкий кирпич не сможет долго продержаться при таких температурах, поэтому каждые три недели требуется замена. Мы тщательно заботимся об исправности нашей доменной печи, поскольку стоит она очень дорого, – говорит Дэвидж. – После предыдущей плавки на стенках печи всегда остается слой марганца и шлака, который служит дополнительной защитой».

Именно на этом этапе оба способа производства стали сливаются в один процесс и далее следуют по одному и тому же пути (смотри схему справа). Когда большая часть стали уже расплавлена, через ее жидкую горячую массу пропускают поток кислорода, который окисляет содержимое до полной очистки и получения необходимого уровня содержания углерода. Шлак представляет собой густое вещество, состоящее из отходов процесса получения стали. Для того, чтобы извлечь шлак из печи, ее наклоняют несколько раз, выпуская тем самым шлак через заслонку. Со шлаком вместе может выйти немного жидкой стали, но на данном этапе эти потери несущественны. После того, как по возможности весь шлак извлечен, наступает момент выпуска самой стали. Из печи выходит два желоба, по одному из которых сливается 145 тонн расплавленной стали, которая затем попадает в специальную ванну. Второй желоб для металлов и сплавов, таких как кремний и и марганец, которые затем добавят к расплавленному металлу для получения нужного сорта стали каждой отдельной партии.

Жидкую сталь в ванне тщательно проверяют, при необходимости добавляют дополнительные примеси, и только после этого ее ненадолго оставляют остыть до появления темной пузырящейся корки на поверхности. Ее вид в этот момент чем-то напоминает немного подгоревший сэндвич с сыром.

Следующий этап производства – превратить расплавленную сталь в сортовой прокат – то, что мы называем арматурой. Для этого контейнер поднимают на огромный кронштейн, который одну ванну держит в ожидании, а вторую опрокидывает в воронку. На дне воронки имеется шесть отверстий, через который вытекает расплавленная сталь. Для равномерного потока через отверстия воронка слегка вибрирует. Отверстия представляют собой медные желобы, расположенные под углом; далее желобы выравниваются и превращаются в горизонтальные полу-желобки, очень напоминающие водные горки-камикадзе. «Вибрирующие желоба, а также угол, под которым они расположены по отношению к воронке, способствуют равномерному потоку жидкой стали, – рассказывает

Дэвидж. – Слишком быстрый поток – и на поверхности металла появятся трещины, и напротив, слишком медленный поток – и сталь застынет так, что ее невозможно будет разрезать». Непрерывной поток несет расплавленную сталь по конвейерной линии, где она удивительно быстро охлаждается. Механические резаки, также установленные под небольшим углом, разрезают металл по ходу его движения. Этот процесс называется непрерывное литье. Быстро остывающие заготовки меняют свой цвет от ярко-красного до серого прямо на глазах. Именно в таком виде их погружают в кузов и везут на прокатный стан, где металлу придадут необходимую форму. Весь процесс занимает около 45 минут: от момента загрузки первого чана с ломом до последнего контейнера с жидкой сталью, опрокинутого над воронкой.

Любое промедление нарушает процесс и приводит так или иначе к лишним энергозатратам: то ли печь не загружена полностью, то ли металл остывает слишком быстро и его необходимо снова плавить, то ли конвейер с заготовками требуется остановить. А завод не прекращает своей работы 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, приостанавливаясь при необходимости или по графику для технического обслуживания оборудования. Тем временем мы продолжаем осмотр территории вокруг завода. В данный момент мы находимся на «шлаковой свалке», где складируются все отходы производства. Шлак не утилизируется, а становится самостоятельным продуктом, востребованным при строительстве дорог, например. Внутри завода жарко, шумно и пыльно (ежедневно в ходе производства образуется 50 тонн пыли). В таких тяжелых условиях требуется сохранять ясность ума и бдительность, поскольку один промах может стоить целого рабочего дня огромного комплекса. Сталь – это большой труд. Невероятна и поразительна та отдача, с которой каждый день работают металлурги непосредственно перед разинутой пастью гигантского огненного дракона. Сталь, в разных своих формах, является незаменимым материалом нашего мира. Прочность, долговечность и податливость стали, как в зеркале, отражается в тех сильных руках, которые ее производят.

Как сталь становится нержавеющей?

Сталь становится нержавеющей за счет добавления во время плавки по меньшей мере 10,5% хрома. При остывании хром защищает сталь от ржавления, образуя на ее поверхности оксидный слой.

С низким уровнем реактивности хром не ржавеет, именно поэтому ваши столовые приборы всегда сверкают, как новенькие.
Происхождение нержавеющей стали уходит корнями в прошлое. Еще в 1821 году ученые заметили, что сплавы хрома и железа не поддаются коррозии.

Но только в 1913 году эти наблюдения были опробованы на практике. Гарри Брерли из Шеффилда попытался изготовить ружейный ствол, который будет устойчив к коррозии. Он-то и опробовал сплав стали и хрома, с минимальным содержанием последнего 6%, который не окислялся. Дальнейшие эксперименты привели его к производству стального сплава с содержанием 12,8% хрома — именно этот сплав общепринято считается первой нержавеющей сталью.

Добавить комментарий