2. технология получения материала заготовки

Сплавы железа с углеродом, содержащие свыше 2% углерода, называют чугунами. Их получают путем восстановления железа из оксидов, содержащихся в рудах. Процесс восстановления железа ведут в доменных печах. В зависимости от назначения и места дальнейшей переработки различают чугуны предельные (примерно 80% от всего выпуска), предназначенные для переработки в сталь, и литейные.

Исходными материалами для доменного производства является руда, флюсы, топливо и огнеупоры.

Железная руда состоит из железосодержащих минералов и пустой породы, в состав которой входят оксиды кремния Si0₂, алюминия А1₂О₃, кальция СаО и магния MgO. Для производства чугуна используют следующие руды. Магнитный железняк представляет собой смесь двух оксидов железа - FeO и Fе20з, содержит до 70% железа. Руда имеет темный цвет, прочная и плотная, а после измельчения легко обогащается методом магнитной сепарации. Красный железняк содержит до 60% железа в виде оксида Fе₂0₃. Он менее плотен, чем магнетит, легко измельчается и восстанавливается. Бурый железняк представляет собой водный оксид железа Fе₂0_З. Н₂0 и содержит еще меньше железа (до 50%). Это относительно рыхлая, легко восстанавливаемая порода. Шпатовый железняк содержит до 40% Fe в виде карбоната FеСО₃

Флюсы - это специально вводимые в доменную печь материалы, снижающие температуру плавления пустой породы и ошлаковывающие золу кокса. Различают основные и кислые флюсы. К первым относится известняк СаСО₃ и доломит СаСО₃. МgСО₃, дающие при разложении оксиды щелочной группы СаО и MgO. Ко вторым относится кремнезем SiО₂ - кислотный оксид. Выбор зависит от состава пустой породы. Если пустая порода имеет песчано-глинистый характер (смесь SiО₂ и А1₂О₃), то в качестве флюсов применяют известняк или доломит, а если в ней превалируют известковые породы, то флюсом служит песок, что в практике встречается довольно редко.

Основным видом топлива в доменном производстве служит кокс, но в отдельных случаях в дополнение к коксу используют природный газ или пылевидный каменный уголь, которые подают вместе с воздухом, необходимым для горения топлива. Кокс должен содержать не менее 80% углерода и возможно меньшее количество серы (2%), золы (12%), влаги (5%) и летучих веществ (1 - 2%).

Огнеупоры служат для сооружения рабочего пространства доменных и других плавильных печей. Они должны обладать термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью по отношению к шлакам. По химическому составу огнеупоры разделяют на кислые, состоящие из кварцитов, основные и нейтральные. Они поставляются в виде кирпичей, фасонных блоков и крошки. Состав применяемого огнеупора оказывает определяющее влияние на тип флюса, вводимого при плавке. Наибольшее распространение нашли так называемые шамотные огнеупорные материалы, обладающие слабокислыми свойствами и состоящие из смеси кремнезема и глинозема.

После добычи руды и коксующегося угля, их направляют на подготовку и переработку, которая для кокса сводится к нагреву в коксовых батареях, а для руды - к ее измельчению, обогащению и окускованию.

Подготовленные таким образом исходные материалы поступают в доменную печь, где и происходит восстановление железа из оксидов и его насыщение углеродом и другими примесями.

В случае выплавки предельного чугуна последний направляется в сталеплавильные печи, в которых из него получают сталь.

Сталь - это сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14%. Кроме того, в ней содержатся постоянные примеси (марганец, кремний, сера, фосфор) и в ряде случаев легирующие элементы (никель, хром, ванадий, молибден, вольфрам и др.).

В металлургии легирование производится в основном введением в расплав или шихту дополнительных химических элементов (в сталь -- хрома, никеля, молибдена и т.д.), улучшающих механические, физические и химические свойства сплава. Для изменения различных свойств (повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.) приповерхностного слоя металлов и сплавов применяются также и разные виды поверхностного легирования. Легирование проводится на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции и металлических изделий.

После завершения плавки жидкую сталь выливают в ковши и подают на разливку в изложницы или на установки непрерывной разливки стали (УНРС).

Сталь разливается в слитки, из которых после прокатки получают заготовки для обработки резанием на станках или готовый продукт (рельсы, баки, лист, трубы), поступающий в народное хозяйство.