Производство чугун включает в себя, прежде всего, извлечение железа из руды, которое осуществляется посредством процесса, называемого плавлением. Вот пошаговый обзор этого процесса:
- Добыча - железная руда добывается из земной коры.
- Дробление и измельчение. Руду дробят и измельчают, чтобы высвободить частицы железа.
- Концентрация. Магнитная сепарация или флотация концентрируют частицы железа, удаляя примеси.
- Концентрированные частицы железа агломерируются в гранулы.
- Выплавка. Железорудные окатыши вместе с коксом (разновидность углерода) и известняком (карбонат кальция) подаются в доменную печь. В печь подается струя горячего воздуха.
- В доменной печи кокс сгорает в струе горячего воздуха, в результате чего образуется угарный газ. Этот угарный газ вступает в реакцию с железной рудой (оксидом железа), образуя расплавленное железо и углекислый газ.
- Расплавленное железо (также называемое чугуном) выливается из нижней части печи и может быть использовано для производства чугуна или дальнейшего рафинирования для производства стали.
Производство стали
Сталь нержавеющая производится путем рафинирования чугуна для удаления избытка углерода и других примесей. Основными методами производства стали являются:
Кислородная печь:
- Расплавленный чугун заливается в печь с основным кислородом.
- В печь вдувается чистый кислород, окисляющий такие примеси, как углерод, кремний и фосфор.
- Флюсы, такие как известь, добавляются для образования шлака, который удаляет примеси.
- В результате получается расплавленная сталь, которую затем разливают в слитки или другие формы.
Электродуговая печь (ЭДП):
- Стальной лом или железо прямого восстановления плавится в электродуговой печи с помощью электрической дуги, возникающей между графитовыми электродами.
- Процесс похож на конвертерную плавку, но примеси окисляются и удаляются.
- EAF часто используется для переработки стального лома.
Сферы применение стали и чугуна
Сталь
Строительство - изделия из нержавеющей стали широко используется в зданиях, мостах и инфраструктуре благодаря своей прочности и гибкости.
Автомобильная промышленность - используется в кузовах, двигателях и других компонентах автомобилей благодаря своей прочности и устойчивости к ударам.
Производство - используется в инструментах, приборах и машинах благодаря своей универсальности и прочности.
Энергетический сектор - используется в трубопроводах, буровых установках и ветряных турбинах благодаря своей прочности и надежности.
Чугун
Строительство - используется в трубах и декоративной архитектуре.
Машиностроение - используется для изготовления станин и рам машин.
Посуда - обычно используется в кастрюлях, сковородках и плитах благодаря способности удерживать и распределять тепло.
Разница между сталью и чугуном
Состав:
- Железо состоит в основном из железа с небольшим количеством углерода (до 4 %) и других примесей.
- Сталь - это сплав железа с контролируемым количеством углерода (обычно от 0,02% до 2%) и других элементов, таких как марганец, хром, никель и ванадий, для улучшения специфических свойств.
Свойства:
- Чугун: содержит 2-4 % углерода, что делает его хрупким, но отлично подходит для литья благодаря своей текучести в расплавленном состоянии.
- Сталь: Содержит менее 2 % углерода, обеспечивая баланс прочности, пластичности и твердости. Сталь можно подвергать термообработке для изменения ее свойств.
Почему сталь дороже чугуна?
- Процесс рафинирования.
Производство стали включает в себя дополнительные этапы рафинирования для снижения содержания углерода и удаления примесей, что увеличивает стоимость производства. - Добавки и легирование.
Сталь часто содержит легирующие элементы (такие как хром, никель и ванадий) для улучшения свойств, что увеличивает стоимость. - Контроль качества.
Производство высококачественной стали требует строгих мер контроля качества, что приводит к увеличению стоимости.
Химический состав чугуна
| Элемент | Содержание | Описание |
|---|---|---|
| Углерод | 2-4% | Определяет свойства чугуна, присутствует в виде цементита или графита |
| Кремний | 1-3% | Способствует выделению углерода в виде графита и улучшает жидкотекучесть |
| Марганец | 0.5-1% | Помогает удалять серу и кислород, повышает прочность |
| Сера | 0.06-0.12% | Вредная примесь, делает чугун хрупким |
| Фосфор | 0.1-0.5% | Увеличивает хрупкость, но улучшает жидкотекучесть |
Хим. состав стали
| Элемент | Содержание | Описание |
|---|---|---|
| Углерод | 0.02-2% | Определяет прочность и твердость стали |
| Марганец | 0.3-1.5% | Улучшает прочность и пластичность, помогает удалять кислород и серу |
| Кремний | до 0.5% | Повышает прочность и твердость стали |
| Хром | до 18% | Улучшает коррозионную стойкость и твердость (нержавеющая сталь) |
| Никель | до 8% | Повышает прочность, пластичность и коррозионную стойкость |
| Молибден | до 1% | Повышает прочность и термостойкость |
| Ванадий | до 0.2% | Улучшает прочность и ударную вязкость |
| Титан, ниобий и другие элементы | - | Добавляются для улучшения различных свойств стали |
Таким образом, сталь и железо различаются по составу и свойствам в зависимости от процесса очистки и легирующих элементов. Универсальность и улучшенные свойства стали делают ее более дорогой и подходящей для более широкого спектра применений по сравнению с чугуном.
