Человек для обеспечения своих потребностей использует самые различные материалы. И к их числу, несомненно, принадлежат металлы. Ведь сейчас практически невозможно найти такую область жизнедеятельности человека, в которой они отсутствовали. А делятся металлы на несколько основных групп: цветные, благородные и черные.
Группа черных металлов включает в себя хром, марганец и, конечно же, железо с его многочисленными сплавами. И именно сплавы железа являются основой современной техники. И хотя сейчас появляются новые керамические и полимерные материалы, им еще не скоро удастся заменить старую добрую сталь и чугун.
Сталью называют сплав железа с углеродом, и содержание углерода в этом сплаве не должно превышать 2,14%. Если его содержание выше этой цифры, то этот сплав уже является чугуном. Получают сталь из чугуна или из металлолома в различных сталеплавильных печах на предприятиях металлургии. И одним из самых старых и уже устаревших процессов является производство стали в мартеновских печах. Его принцип состоит в том, что чугун и металлический лом перерабатывают в отражательной печи. Чтобы расплавить твердые шихтовые материалы и нагреть сталь до необходимой температуры, а также компенсировать значительные тепловые потери, требуется дополнительное тепло. Его получают путем сжигания топлива в струе очень сильно нагретого воздуха.
Чтобы процесс сгорания топлива давал максимальный эффект и на производство стали затрачивалось меньше энергии, нужно, чтобы это топливо сгорало именно в рабочем пространстве. Для этого воздух в печь подается в большем, чем необходимо, количестве. Это соответственно создает в ее атмосфере переизбыток кислорода. Также в этой атмосфере присутствует кислород, который образовался в результате разложения воды и углекислого газа при высоких температурах. Таким образом, в рабочем пространстве печи образуется переизбыток кислорода, который способствует окислению железа и других элементов шихты. В результате этого окисления образуется много оксидов различных металлов. Они вместе с примесями и частицами разрушающейся футеровки образуют шлак. Этот шлак легче стали, и он покрывает ее во время плавки. Поэтому производство стали мартеновским способом постепенно заменяется новыми технологиями.
В особенности это касается тех марок сталей, которые содержат много компонентов. Их процентное содержание нужно выдерживать очень строго. К таким сталям относится и всем известная нержавейка. И производство нержавеющей стали - это достаточно сложная задача, решить которую мартеновским методом очень трудно. При этом углерода в нержавейке содержится очень мало, и это еще более усложняет задачу. И для выплавки нержавейки и других подобных марок часто используют электродуговые печи. Они могут иметь различную мощность и емкость. Источником тепла в такой печи служит электрическая дуга. Она возникает между электродами и шихтой или жидким металлом, после того как на них подается ток необходимой силы.
Дуга эта является потоком электронов, паров металла, шлака и ионизированных газов. Ее температура превышает отметку в 3000 градусов. Она может возникать как от приложения постоянного, так и переменного тока. Но в электродуговых печах используется только переменный ток. Поначалу, пока металл в печи хорошо не прогрелся, дуга в ней при смене полярности на электродах гаснет. Но потом, когда шихта полностью расплавится и ванна покроется ровным слоем шлака, дуга эта стабилизируется и начинает гореть ровно. Далее производство стали в такой печи протекает без осложнений.
Для плавки металлов используют также и индукционные печи. Принцип их действия такой: переменное магнитное поле возбуждает в металле электрический ток, при этом выделяется тепло, которое используется для переплавки этого металла. А источником магнитного поля в такой печи является индуктор. Поизводство стали в индукционной печи имеет несколько преимуществ по сравнению с электродуговой печью. Во-первых, в ней есть возможность для более точной регулировки температуры плавки, и она дает более высокий КПД. А во-вторых, отсутствие электрических дуг и электродов в такой печи дает возможность получать в ней низкоуглеродистые стали. Плавка в индукционной печи дает такжне и низкий угар легирующих элементов, что очень важно при выплавке сложной легированной стали.
