Чтение онлайн

Рис. 26. Схема дуговой электропечи прямого действия.

Для получения стали, особенно высококачественной, используются также электрические печи различных конструкций. На рис. 26 показана одна из наиболее распространенных в электрометаллургии печей — электродуговая печь прямого действия. Свое название печь получив потому, что электрические дуги зажигаются непосредственно между электродами (на рисунке их показано три) и нагреваемым телом, в данном случае жидким металлом.

Преимуществами электропечей перед другими агрегатами, предназначенными для выплавки стали, обеспечившими им приоритет в производстве высококачественной легированной стали, являются: возможность нагрева металла до высокой температуры за счет электрической дуги практически без внесения в металл каких-либо примесей; восстановительная атмосфера печи, делающая излишним процесс раскисления стали, т. е. удаления из нее растворенного в ней кислорода [233] ; меньший угар легирующих элементов и некоторые другие. В последнее время электрометаллургия все шире используется и в производстве обычной углеродистой стали.

Лет двадцать тому назад казалось, что кислородно-конвертерный метод выплавки стали, в силу его больших, названных выше преимуществ на многие годы останется наиболее распространенным. Рано, конечно, говорить, что, скажем, к концу XX в. ему придется уступить лидерство еще более прогрессивному способу производства стали. Но нельзя обойти молчанием вопрос так называемого прямого получения железа, т. е. процесс получения железа и стали непосредственно из рудных материалов, минуя стадию выплавки чугуна в доменных печах, не используя кокс. Однако ограничимся здесь только тем, что заметим: прямое получение железа является перспективным направлением в развитии металлургии; в ряде стран мира, в том числе в Советском Союзе, создаются соответствующие промышленные установки.

Рис. 27. Схема прокатки (поперечной)

1 — прокатываемый материал; 2, 3 — валки.

Рис. 28. Схема прокатки цельнокатаных труб.

В черной металлургии обычно различают три основные стадии получения и переработки металла, три передела: 1) выплавка чугуна — доменное производство, 2) выплавка стали — сталелитейное производство, 3) прокатка — способ обработки металла давлением, осуществляемый путем обжатия металла вращающимися валками.

Схема такого процесса показана на рис. 27. Прокатка производится чаще всего на металлургических предприятиях. Крупные заводы черной металлургии обычно имеют все три передела.

Прокатка производится на прокатных станах. Продукт прокатки металла — прокат может быть в форме листов (как толстых, так и тонких), ленты, полос, рельсов, труб, проволоки, а также в виде сложных фасонных профилей. Прокатные станы для производства стального проката делятся на две основные группы, а процесс прокатки — соответственно на две стадии. Первая стадия — это производство заготовок из слитков, получаемых в сталеплавильных печах. Заготовки, более удобные чем слитки для производства готового проката, обычно делаются одного из двух типов: либо квадратного или прямоугольного сечения, размером чаще всего от 50x50 до 400x400 мм2, либо плоского сечения. Первые, именуемые блюмами, предназначаются для производства сортового металла (не листа), а прокатные станы, на которых они делаются — блюмингами. Второй тип заготовок, получивших название слябов, предназначается для выделки листа, а прокатные станы на которых делаются слябы, называются слябингами. Для производства цельнокатаных труб (без сварного шва) на блюмингах делаются специальные заготовки круглого сечения. Схема изготовления цельнокатаных труб представлена на рис. 28 и пояснений не требует. На входе в блюминг или слябинг слитки должны быть, конечно, хорошо нагреты (сохранять тепло после сталелитейного процесса).

Готовый прокат производится из соответствующих нагретых заготовок. Стальной прокат соответствующего профиля — необходимая и высокоэкономичная продукция для потребителей. Поэтому большая часть стали (как и многих других металлов, например алюминия, меди, латуни, цинка, свинца и их сплавов) выпускается в виде проката.

Рис. 29.Схема непрерывной разливки стали.

За последние десятилетия все большее распространение получает непрерывная разливка стали. Существо этого процесса, схема которого представлена на рис. 29, состоит в том, что жидкая сталь, полученная в сталеплавильных печах (особенно удобно сочетание непрерывной разливки стали с кислородными конвертерами, так как цикл плавки стали в кислородном конвертере близок по времени к циклу работы установки непрерывной разливки стали), поступает в интенсивно охлаждаемый водой кристаллизатор 3, где жидкая сталь начинает затвердевать вначале преимущественно около стенок кристаллизатора. Образующаяся оболочка будущей заготовки движется вниз. При этом вследствие непрерывного дальнейшего охлаждения (обрызгивания) водой из форсунок, не показанного на рисунке, будущая заготовка затвердевает полностью, а не только у поверхности.

Таким образом, жидкий металл непрерывно подается сверху через промежуточное разливочное устройство 1, 2 в кристаллизатор; затвердевающий сначала с внешней поверхности металл движется под действием роликов и валков (4, 5) вниз; после того как металл затвердевает полностью, его режут (6) на отдельные куски — заготовки.

Конечно, процесс непрерывной разливки стали далеко не так прост, как может показаться из приведенного описания. В этом описании по причине оправданного (с нашей точки зрения) стремления к краткости изложения совершенно не были затронуты такие, например, вопросы, как подача смазки на внутренние поверхности кристаллизатора для лучшего скольжения металла, необходимость предохранения от окисления поверхности жидкого металла инертным газом или синтетическим шлаком и др.

Однако непрерывная разливка стали имеет столь большие преимущества, что ею оснащаются в нашей стране практически все вновь строящиеся крупные кислородные конвертеры. Главные преимущества непрерывной разливки стали заключаются в следующем: сокращаются капитальные вложения, так как становятся излишними такие дорогостоящие агрегаты, как блюминги, слябинги, чугунные изложницы и кое-что другое; улучшается качество металла, его однородность вследствие того, что затвердевание происходит быстрее; уменьшение обрези головной и донной частей заготовок приводит к экономии 10–15 % металла.

Рис. 30. Схемы установок непрерывной разливки стали.

а — вертикального, б — радиального, в — криволинейного типа.

Установки непрерывной разливки стали, как это можно видеть из рис. 30, могут быть вертикального, радиального и криволинейного типов. Преимущество радиального и особенно криволинейного типов установок перед вертикальным — в их меньшей высоте.

Все остальные металлы, кроме железа и его сплавов, получили в промышленности название цветных металлов.

Число их велико, значение для промышленности — огромное. Скажем только несколько слов об алюминии, занимающем третье место по распространенности в природе среди всех других элементов и первое — среди металлов. Алюминий и его сплавы обладают очень важными свойствами: прочностью, легкостью, пластичностью и высокой электропроводностью. Алюминий и его сплавы имеют очень широкое применение, включая изделия для быта. Но особое значение они получили для авиации (для всех тех изделий, где легкость должна сочетаться с прочностью и пластичностью) и электротехники. Токопроводящая часть линий дальней электропередачи, в частности, делается в настоящее время исключительно из алюминия.

Получают алюминий чаще всего путем электролиза глинозема (Al3O2), содержащегося в некоторых алюминиевых рудах. По величине производства алюминий занимает среди металлов второе место (вслед за железом).

Наличие универсального двигателя и успехи металлургии уже в XVIII в. создали предпосылки для появления рабочих машин, прежде всего в области машиностроения. Однако вплоть до последней четверти XVIII в. даже в наиболее крупных мануфактурах, занимавшихся обработкой металла, основные процессы производились за счет мускульной силы человека. При этом использовались многочисленные инструменты и орудия (клещи, молотки, ножницы, сверла и др.). Но это не изменяло дела.