Запроектированные в 1927-1928 гг. заводы находились на уровне лучших заводов Западной Европы, но сильно отставали от последних достижений американской техники.

    Удельный  вес новых заводов в продукции  черной металлургии в 1932 г. Составил 23,4%. Строительство таких заводов, как «Азовсталь», Ново-Тульский и  Ново-Липецкий доменные заводы, трубопрокатный завод в Никополе было дополнительно включено в первый пятилетний план после его утверждения.

    Согласно  второму пятилетнему плану народного  хозяйства СССР на 1933-1937 гг. металлургия  должна была увеличить выплавку чугуна за пятилетие в 2,6 раза (16 млн. т.), стали  – в 2,9 раза (17 млн. т.) и производство проката – в 3 раза (13 млн. т.).

    Задания второго пятилетнего плана по производству стали и проката  были выполнены (по стали  - с превышением 4%). Выплавка чугуна была ниже на 1,5 млн. т, в связи с широким использованием металлического лома и установлением более целесообразных соотношений между производством стали и чугуна.

    По  техническому уровню черная металлургия  СССР вышла на передовые позиции  в мире, а по размерам производства чугуна, стали и проката она  заняла третье место (после США и Германии).

    За  три года третьей пятилетки выплавка чугуна и стали увеличилась только на 3%, тогда как за пять лет она  должна была возрасти на 52% по чугуну и  на 58% по стали.

    Следует так же отметить снижение качества работы заводов черной металлургии в 1938-1939 гг. вследствие ослабления технического руководства.

    Планом  четвертой пятилетки предусматривалось  дальнейшее развитие черной металлургии  на Урале, в Сибири и на Дальнем  Востоке, в том числе увеличение мощности Магнитогорского, Ново-Тагильского и Челябинского заводов, завершение строительства завода природнолегированного металла в Орске.

    Директивами XIX съезда партии было предусмотрено увеличение производства за пятое пятилетие: по чугуну – на 76%, по стали – на 62% и по прокату – на 64%. Планом было предусмотрено опережение прироста выплавки чугуна в связи с использованием ресурсов военного металлолома и создавшимися за предшествующий период чрезмерным разрывом между выплавкой чугуна и выплавкой стали.

    Такой путь увеличения мощности черной металлургии достигается с меньшими затратами и сроками строительства.

    План  пятого пятилетия был выполнен с  превышением по стали и прокату  при невыполнении при недовыполнении на 0,5 млн. т. по чугуну. Рост производства чугуна сдерживался значительным отставанием капитального строительства и некоторым ухудшением качества сырых материалов (по содержанию железа).

    В шестом пятилетии черной металлургии  СССР значительно увеличило производство металла и довело выплавку чугуна примерно до 53 млн. т., стали до 68, 3 млн. т. и проката до 52,7 млн. т. 
 
 

Технология  производства черных металлов и стали 

  Производства чугуна

    Чугун - сплав железа с углеродом(2-6)%, содержащий вредные примеси серы, фосфора, кремния.

    Различают чугуны белые (передельные) - сырье для  передела в сталь, серые (литейные) и специальные (ферромарганец - Mn - до 70%, ферросилициум - Sn - до 12%) - используются для раскисления стали. Чугун получают в результате доменного процесса. Исходным сырьем служат железная руда (магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк), кокс, флюсы. Подготовленные специальным образом к доменному процессу, эти компоненты называются шихтой. Подготовка сырья к доменному процессу обусловлена во многом экономической, а не технологической необходимостью.

    Мероприятия подготовки шихты.

    Железную  руду после добычи измельчают и подвергают обогащению, т.е. отделяют пустую породу от основной. Различают следующие способы обогащения:

    - магнитный, основанный на ферромагнитных  свойствах основной породы магнитного  железняка.

    - флотационный, основанный на различной смачиваемости основной и пустой породы водой, в которую добавлено поверхностно-активное вещество(например пенообразователи).

    - гравитационный, основанный на различной скорости осаждения основной породы и пустой в воде из-за различия в плотностях.

    После обогащения руду подвергают агломерации, т.е. обжигу в присутствии коксовой пыли (коксик). В ходе агломерации из руды удаляется большая часть вредных примесей (в виде газообразных и летучих оксидов) и частичное восстановление железа. Спекшийся агломерат дробят на куски около 60 - 80 мм в поперечнике. В случае проведения агломерации в присутствии флюсов получается офлюсованный агломерат. Технологически, для проведения доменного процесса удобен агломерат в виде окатышей.

    Кокс - продукт пиролиза (нагрев без доступа воздуха) коксующихся углей, в ходе которого из толщи угля удаляются органические и неорганические соединения, причем в угле образуются поры, что обеспечивает развитую поверхность, необходимую для интенсивного протекания доменного процесса. Образующиеся в ходе коксования коксовые газы являются смесью ценных химических соединений и в дальнейшем используются после разделения. Кокс для использования в доменном процессе дробят на куски 40 - 60 мм в поперечнике. Кокс необходим в доменном процессе как топливо, опосредованный  и непосредственный восстановитель, а также науглераживающий компонент.

    Флюсы необходимы для удаления вредных примесей. Последние, реагируя с флюсами в ходе доменного процесса, превращаются в нерастворимый в расплавленном чугуне шлак. Флюсы представляют собой минералы - известняк(CaCO3) и доломит(CaCO3*MgCO3) - которые после добычи дробятся на соответствующие куски.

    Доменный  процесс.

    Суть  доменного процесса заключается  в ступенчатом восстановлении железа из его оксидов (основа железной руды), удалении вредных примесей с помощью флюсов и насыщении железа углеродом. Доменный процесс проводят в доменной печи, относящейся к печам шахтного типа высотой до 30м и диаметром ~ 3м. Печь состоит из 5-ти частей, выложена изнутри огнеупорным кирпичем и обшита в нижней части стальным листом; имеется система водяного охлаждения. Каждая из частей печи, имеет свое специальное назначение и связана с  друг с другом. Технологическое назначение частей:

    1-колошник – служит для порционной загрузки шихты и очистки от пыли доменных газов.  

    2-шахта - в ней происходят основные процессы восстановления железа из его оксидов.

    3-распар – самая широкая часть печи, в которой самая высокая температура и происходят процессы окончательного восстановления железа и насыщения его углеродом.

        4 -заплечики – в них находятся расположенные по окружности фурмы, через которые вдуваются раскаленные воздух, природный газ и водяные пары.

    5-горн  - в нем скапливаются расплавленные чугун (внизу) и шлак (вверху), которые периодически выпускаются через летки (нижнюю и верхнюю).    

          Кокс в кислороде  воздуха сгорает с выделением большого количества тепла; образующийся углекислый газ (СО₂) реагирует при высоких температурах с коксом (С), давая угарный газ (СО). Последний является хорошим восстановителем и ступенчато превращает оксид железа (руду) в губчатое железо, которое, насыщаясь углеродом, плавится и стекает в горн в виде чугуна. В нижней части шахты и распаре температура настолько высокая, что происходит и прямое восстановление железа углеродом кокса. 

     С + О₂     СО₂ +   Q     СО₂ + С      СО

                                                     

                      CO                    CO                CO                                                              

     Fe₂O₃                  Fe₃O₄                FeO                   Fe             

                    CO₂                   -CO₂            -CO₂                                                                               

                                                              +С, -СО                                      
 

    Кокс  является источником тепла, опосредованным восстановителем, непосредственным восстановителем  и науглераживающим компонентом. Так - как кокс является самой дорогой  частью шихты и затраты на него составляют ~ 50% затрат по сырью, то экономия его - основная часть технологических мероприятий, связанных с подготовкой шихты и проведением доменного процесса.

Производство  стали.

 

    Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д. Сталеплавильное производство - это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов.

    Производство  стали в конверторах.

    Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище,  которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатый воздух.

    Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха  необходимого для   переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

    Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при  котором отверстия фурм оказываются  выше уровня залитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна  выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

    При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в  горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

    Производство  стали в мартеновских печах.

    В мартеновских печах сжигают мазут  или предварительно подогретые газы с использованием горячего дутья.

    Печь  имеет рабочее (плавильное) пространство и две пары регенераторов(воздушный  и газовый) для подогрева воздуха  и газа. Большинство мартеновских печей отапливают смесью доменного, коксовального и генераторного газов. Также применяют и природный газ. Мартеновская печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только для нагрева воздуха.

      Шихтовые материалы (скрапы, чугун,  флюсы) загружают в печь наполненной  машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной. 

      Процесс плавки в мартеновских  печах может быть кислым или  основным. При кислом процессе  огнеупорная кладка печи выполнена   из динасов ого кирпича. Верхние  части подины наваривают кварцевым  песком и ремонтируют после  каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак  с большим содержанием кремнезема (42-58%).

    Производство  стали в электрических  печах.

    Для выплавки стали используют электрические  печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности.

    Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают  печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических  печах можно получать очень высокие  температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

    Нагревание  и расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремя  электрическими дугами. Электрические  дуги образуются в плавильном пространстве печи между вертикально подвешенными электродами и металлической  шихтой.