Николай Мезенин - Занимательно о железе

• Название: Занимательно о железе
• Автор: Николай Мезенин
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Словом «железо» обозначают всю совокупность черных металлов, изделия из чугуна и стали. В сплавах на основе железа сочетаются прочность, пластичность, способность превращаться в изделия любой формы и противостоять ударным нагрузкам, работать при очень низких и довольно высоких температурах.

Книга рассказывает о том главном, чем связаны все металлургические профессии — о железе, металле, который добывают и обрабатывают металлурги многих специальностей. Человеку, выбирающему металлургическую профессию, надо знать больше об истории металла, о том, что связано с его производством, обработкой и использованием.

Читатель встретит в книге любопытные сведения о свойствах железа и его сплавов, узнает биографии железных вещей, познакомится со старинными легендами о железе, с некоторыми новейшими профессиями, с ролью железа в научно-технической революции, заглянет в будущее металлургии.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

И вот они — невзрачные на вид серые шарики, отличные заменители металлолома и чугуна. Их можно непрерывно загружать в электрические печи и выплавлять редкую по своим достоинствам сталь. Послушные воле человека, мощные станы превратят литые заготовки в нужные профили проката с микронным допуском. Предприятие будет поставлять заготовки точного профиля, почти не требующие обработки на металлорежущих станках.

Окидывая взглядом все звенья металлургического передела: окомкование руды, доменный процесс, разливку и прокатку стали, можно видеть, что здесь либо уже использованы непрерывные процессы, либо эти звенья непрерывны по своей сути и могут быть на них переключены. Поэтому перевод разделяющего их сталеплавильного передела на непрерывный процесс революционизирует не только сам передел, но и металлургическое производство в целом, открывая путь к созданию сквозной поточной линии завода-автомата.

Металлургам хорошо известно, как преобразилось производство, увеличилось время получения металла и облегчился труд людей, когда в 1958 году на горьковском заводе “Красное Сормово” впервые в стране внедрили машину непрерывного литья заготовок МНЛЗ. Не случайно сейчас такие машины установлены на многих заводах страны. За одиннадцатую пятилетку намечено довести разливку стали на них до 35–37 миллионов тонн в год.

Технологические процессы производства профилей методом непрерывного литья считают одним из самых крупных достижений в черной металлургии второй половины XX века. Строительство МНЛЗ сейчас — основной фактор увеличения эффективности и производительности сталеплавильного цеха, обеспечивает возможность расширения объема производства.

Преимущества выражаются в сокращении производственного цикла, повышении качества заготовок вследствие большей их однородности, что дает в свою очередь снижение технологических отходов на последующей стадии и обеспечивает постоянное свойство металла, предусмотренное существующими технологическими условиями.

В последние годы с большим успехом освоена безостановочная непрерывная разливка методом “плавка на плавку” — продолжительностью периодов иногда свыше ста часов. Переход от разливки одной плавки к разливке по 5–10 и более плавок повышает производительность установок на 30–40%.

В мире работает свыше 700 машин непрерывной разливки заготовок, на них разливается около 20% всей выплавляемой стали. Производительность современных МНЛЗ достаточно велика — более 1,2 миллиона тонн стали в год, и бытовавшее ранее опасение о трудности перевода современных конверторных цехов на непрерывную разливку не оправдалось.

На очереди дальнейшее совмещение разливки и прокатки. Объединение процессов непрерывного литья заготовок с последующей прокаткой в одном литейно-прокатном агрегате является важнейшим направлением в повышении эффективности металлургического производства. Получением проката непосредственно из жидкого металла полностью используются преимущества процесса непрерывного литья.

Металлурги давно мечтали о технологии, которая позволила бы миновать промежуточные склады слитков и их последующий нагрев перед прокаткой. Удалось осуществить эту мечту с помощью опытного литейно-прокатного стана, давшего возможность провести на нем научно-исследовательские работы. В 1979 году в нашей стране успешно работали более 10 таких станов.

Новые машины для непрерывного литья, по мнению академика А.И. Целикова, должны иметь более высокую производительность путем усовершенствования методов охлаждения и кристаллизации. Применение технологического процесса для получения проката непрерывным методом из жидкого металла открывает большие перспективы для технического роста отрасли.

Энергия в процессах

Многовековой процесс развития металлургии показывает, что ее решающие технические преобразования были связаны с появлением и применением в технологии новых энергетических источников — силы ветра, водяных колес, парового двигателя, электропривода. Анализ перспектив металлургии как весьма энергоемкой отрасли свидетельствует, что ее технический прогресс во многом будет зависеть от путей дальнейшего использования энергии в отрасли.

Электроэнергию недаром называют энергетической базой НТР. Она перспективна не только как “двигательная” энергия. Велики ее возможности в использовании для технологических целей. В будущем, по утверждению академика Н.Н. Семенова, “основными сделаются электротехнические процессы получения неорганических и органических продуктов, процессы в электроразряде и под действием проникающего излучения, а также электротермии”.

Электросталеплавильные печи являются ярким примером технологического использования электроэнергии. Эти печи имеют ряд существенных преимуществ перед другими сталеплавильными агрегатами. В них можно выплавлять практически стали различных марок с добавкой легирующих элементов. Высокая температура позволяет иметь сильноосновные шлаки и достигать максимального удаления из металла вредных примесей — серы и фосфора. Для плавки в электропечах не требуется воздуха. Окисляющая способность печи не высока, поэтому количество закиси железа в ванне незначительно и сталь получается достаточно раскисленной и плотной, что улучшает ее качество. В электропечи легко повысить и отрегулировать температуру металлической ванны. В печах допустимы любые металлургические процессы, если создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этом агрегате металл получается высокой чистоты без вредных примесей, так как здесь нет продуктов сгорания.

В СССР в перспективе предвидится увеличение выплавки стали в электропечах и развитие недорогих способов прямого получения железа из богатого железорудного сырья (металлизованные окатыши, губка), способного частично заменить стальной лом в шихте электропечи. Уже сейчас процесс электроплавки металлизованных окатышей является полунепрерывным: загрузка сырья и его расплавление ведутся непрерывно. В недалеком будущем можно ожидать его превращения в непрерывный процесс. Более того, придет время и металлурги смогут осуществить интегрированный (объединенный) цикл непрерывного металлургического производства, начиная с подготовки руды вплоть до получения готового проката, а в иных случаях — также его термообработки, нанесения покрытия и проведения других операций.

Сейчас обычные методы производства стали и сплавов, даже при существенном их усовершенствовании, не могут в полной мере обеспечить уровень качества металлов, так необходимый для многих отраслей техники.

Решить эту задачу возможно лишь с появлением в металлургической технологии принципиально новых способов получения слитков. Эти способы составляют область специальной электрометаллургии и предусматривают последующий переплав металла, полученного в обычных металлургических агрегатах, причем плавление и одновременно принудительная кристаллизация металла осуществляются в охлаждаемых изложницах-кристаллизаторах. Так что в любой момент плавки кристаллизуется необходимая масса металла, значительно меньшая, чем масса получаемого слитка.

Одна из характерных черт НТР — развитие новых отраслей науки и техники на стыке нескольких “старых” научных и технических направлений. Способы специальной электрометаллургии, основанные на использовании сварочных процессов в производстве металлов высокого качества, могут служить тому примером. Так, на границе сварочной техники и металлургии возникли электрошлаковый, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплавы.

Процесс электрошлакового переплава (ЭШП) является наиболее простым и экономичным способом получения высококачественной стали и сплавов, ибо здесь не требуется дорогого и сложного оборудования, например вакуумного. Переплавленный металл обладает высокой чистотой, прочностью, пластичностью и ковкостью. Способ позволяет производить плотные слитки большой массы независимо от марки сплава. Высокая пластичность полученного металла значительно упрощает и удешевляет технологию горячей механической обработки: прошивки, штамповки и прессования изделий из жаростойких и жаропрочных сталей.

Принцип электрошлакового переплава заключается в том, что в качестве исходного материала используется электрод, предварительно выплавленный в электродуговой печи и прокатанный на круглую заготовку. Источником тепла при ЭШП служит шлаковая ванна, нагреваемая проходящим через нее электрическим током.

Переменный ток подводят к переплавляемому электроду и к поддону, установленному в кристаллизаторе. Выделяющееся в шлаковой ванне тепло нагревает ее до 1700° С и выше. Это вызывает оплавление конца электрода, погруженного в шлаковую ванну. Капли жидкого металла проходят через шлак, образуя под шлаковым слоем металлическую ванну.