Ғылыми жоба "Шойын, болат"

«Үшбұлақ орта мектебі» кмм

Орындаған  химия пінінің мұғалімі: Сыдыкова Айнур Алтаевна

Үшбұлақ ауылы , 2016 жыл

Мазмұны

1.     Кіріспе

2.     Шойын мен болат өндірісі туралы мәлімет

2.1.          Шойын өндірісі

2.2.         Шойын қорыту

2.3.         Домналық балқыту өнімдері

2.4.         Болат өндіру

2.5.         Мартен пештерінде болат өндіру

2.6.         Оттектік конвертерлерде болат өндіру

2.7.         Болатты тарата құю

Кіріспе

Металлургиялық өндіріс – бұл кокстелетін көмірдің кен орындарына, энергетикалық кешендерге негізделген әр түрлі өндірістердің күрделі жүйесі. Оның құрамына кен және тас көмір шығаратын шахталар мен карьерлері, кен-байту комбинаттары; көмірді кокстауды және олардан пайдалы химиялық өнімдерді шығарып алуды жүзеге асыратыны коксохимиялық зауыттар; таза ауа (домна пештеріне үрлеу үшін), оттегі алуға арналған металлургиялық газдар тазалауға арналған энергетикалық цехтар; шойынды және ферроқорытпаларды балқытуға арналған домна цехтары немесе темір кенді металданған шекемтастар өндіруге арналған цехтар; ферроқорытпалар өңдеуге арналған зауытар; болат өңдіруге арналған болат балқыту цехтары (конвертер, мартен, электр болат балқыту) ; болат құймакесектерін илемдерге қайта өңдейтін илемдеу цехтары.

Қара және түсті металлургияның негізгі өнімі қолданбалы және құйма шойындар, болат құймакесектер, түсті металдардың құймакесектері, лигатуралар болып табылады.

Мақсаты: металлургия саласындағы шойын мен болат туралы мәлімет алу . Химия пәнінен қосымша материал бойынша білім деңгейімізді көтеру.

Шойын және болат өндірісі туралы мәліметтер

Шойын және болаттың қазіргі металлургиялық өндірісі түрлі өндірістердің күрделі кешендерінен:

1.     Тасты көмірді, флюстерді, отқа берік материалдарды өндіретін шахталардан және кеніштерден.

2.     Қазбаларды балқытуға дайныдайтын тау – байытқыш комбинаттардан.

3.     Кокхимиялық цехтардан және зауыттардан, мұнда коксаланатын көмір дайындығын іске асырады, оларды кокстаушы пештерде кокстау (ауаны кіргізбей 1000⁰С температура барысында құрғақ айдау) және одан құнды химиялық өнімдерді алу (бензол, фенол, тас көмір, қарамай және т.б.).

4.     Электрэнергиясына, домналы процестер барысындағы үрлеуге, шойын мен болатты балқытуға, оттегіні алу және тасымалдауға, сондай-ақ ауа бассейінінің тазалығын сақтау және табиғатты қорғау мақсатында металлургиялық өндірістегі газдарды тазалауға қолданылатын энергетикалық цехтардан.

5.     Шойын және ферроқорытпаларды балқытуға арналған домна цехтардан.

6.     Түрлі ферроқорытпалар өндірісіне арналған зауыттардан.

7.     Конвертерлі, мартенді, электрболат балқыту цехтарынан.

8.     Прокаттау цехтары, мұнда болаттан жасалған қыздырылған қалыптар қайта өңделелді, әрі қарай сорттау прокатынан, құбырлар, тақташа, сымдар және т.б. тұрады.

Болаттың қазіргі өндірісі екі сатылы сызбаға негізделген, ол шойынды домналық балқытудан және оны қайта өдңудің түрлі тәсілдерінен тұрады.

Қара металлургияның негізгі өнімі мыналар болып табылады:

1.     Қайта өнделетін шойны

2.     Құйма шойыны

3.     Домна ферроқорытпалары

4.     Болат құймакесектері

5.     Прокаттау

Шойын – темірдің көміртекпен (2,14% аса), кремниймен, марганецпен, күкіртпен және фосформен қорытпасы.

Қайта өңделетін шойны – болатқа қайта өңдеу үшін қолданылады (көміртек 4,0 – 4,4% кремний 0,6 – 0,8%; марганец 0,25 – 1,0%; фосфор 0,07 – 0,3 %; күкірт 0,03 – 0,07%). Балқытылған шойынның 90% -ға дейіні қайта өңдеуге кетеді.

Құймалы шойын – машина жасау зауыттарында, қорытпа өндірісінд қолданылады, құрамында кремний көп болады (2,75-3,25%-ға дейін).

Ферроқорытпалар – темірдің марганец, кремний, ванадий, титан және басқа металдармен қорытпасы. Оларды қоспалы болат өндірісінде пайдаланады. Ферроқорытпаларға жататындар:

1.     Домна ферросилицийі

2.     Домна ферромарганеці

3.     Жалтыр шойыны

Болатты құймакесек қысым арқылы өңдеуге қажет.

Прокат құрылыстарға, бөлшектерді кесу арқылы дайындау үшін пайдаланылады.

Профиль – прокттарған металдың көлденең қимасының пішіні.

Сортамент – әр түрлі өлшемдегі әр түрлі профильдерінің жиынтығы. Прокатталған профильдердің сортаментін келесі топтарға бөледі:

1.     Дайындама

2.     Сортты прокат

3.     Жаймалық прокат

4.     Құбырлар

5.     Арнайы прокат

Дайындамаларды құймакесектерден ыстық күйінде прокаттайды. 150х150, 450х450 мм дейінгі өлшемдері бар шаршы қиманың дайныдамаларын люмдер деп атайды. Қалыңдығы 65-300 мм және ені 600-1600 мм тікбұрышта қиманың дайындамаларын слябтар деп атайды. Оларды жуан беттерді прокаттау үшін пайдаланады.

Сортты прокатты профилі бойынша еі топқа бөледі:

1.     Жай геометриялық пішіндер – шаршы, дөңгелек, алтықыр, тікбұрыш.

2.     Күрделі геометриялық түрлер – фасонды түрлер (швеллер, қостоварлы арқалықтар, рельстер, бұрыштар, т.б.).

Жаймалық прокатты – белгіленуі жән қалыңдығы бойныша бөледі (электртехникалық, кеме құрылысы және т.б.).

Қалыңдығы 4-160 мм болатын жайма болатты қалың жайма деп атайды, ал қалыңдығы 0,2-4 мм болса, жұқа жайма дейді. Қалыңдығы 0,2 мм-ден жұқа жайманы фольга деп атайды.

Құбырлар белгіленуі және жасау тәсілі бойнша бөлінеді. Олар жіксіз және пісірілген болады (тік және спиральды жікпен).

Прокаттың арнайы түрлері – теміржол вагондарының доңғалақтары және осьтері, сақиналар, тісті доңғалақтар, кезеңдік профильдер және т.с.с. Кезеңдік профиль деп қиманың пішіні мен ауданы ось бойынша кезекпен өзгеріп отыратын прокатталған дайындаманы айтады.

Шойындар

         Шойын болатқа қарағанда құрамында көміртегі мөлшерінің жоғары болуымен және құйылу қасиетінің өте сапалы болуымен ерекшеленеді. Ол қалыпты жағдайда қысым арқылы өңделуге қабілетсіз№ Шойын құрамында кремний, марганей, фосфор және күкіртқоспалары болады.Арнайы қасиеттер бар шойындар құрамында  - қоспалы элементтер – никель, хром, мыс ,молибден және т.б болады. Сұр және ақ шойындар қасиеттері бойынша ерекшеленеді.

Ақ шойындар - өте қатты және морттылығы жоғары, олар кескіш аспаппен жақсы өңделмейді, ақ шойыннан қыздырылған шойын алуға болады.

Сұр шойын – бұл құйма шойын. Сұр шойын арзан құрылымдық материал болып есептеледі. Оның жақсы құйылу қасиеттері бар, кесумен жақсы өңделеді, тозуға төзімді, тербелмелі және ауыспалы жүктеме барысында тербелістерді жою қабілеті бар. Тербелістерді жою қабілеті демпфирлеу қабілеттілігі деп аталады. Шойынның демпфирлеу қабілеттілігі болатқа қарағанда 2 – 4 есе жоғары.

1412-80 ГОСТ – қа сәйкес сұр шойындардың төмендегідей маркалардың (таңбалары) шығарылады (жақшаның ішіндегілер – қаттылықтың сандың мәндері) : СЧ 10(143-229); СЧ 15(163-229) ; СЧ 20 (170-241) ; СЧ 25 (180-250) ; СЧ 30(181-255) ; СЧ 35(197-269) ; СЧ 40 (207-285) ; СЧ 45 (229-289).

Беріктігі төмен сұр шойын – 300 МПа беріктігіне ие және СЧ 30-ға дейінгі маркаға сәйкес. Маркадағы әріптер шойын атауының қысқартылып белгіленуі, ал одан кеінгі екі мәнді сан – беріктік шегі.

 Беріктігі жоғары сұр шойын - СЧ 35 СЧ40-қа дейінгі маркаларға сәйкес. Бұл шойындардың беріктігі шойынның қоспалануы және модификациялануымен қамтамасыз етіледі.

Беріктігі жоғары шойын – магниймен модификацияланған сұр шойынның бір турі болып табылады.7293-79 ГОСТ бойынша беріктігі жоғары шойынның келесі маркаларын шығарады (бірінші сан – созылу барысындағы беріктік шегі, екінші сан – созылу,жақшадағы қаттылықтың сандық мәні).

Беріктігі жоғары шойынның механикалық қасиеттеріоны ауыр жағдайда жұмыс жасайтын , машина бөлшкетерін жасауға пайдалануға мумкіндік береді.

Соғылатын шойын – пластыналы шойынның белгілі атауы.Соғылатын шойынды ешкашан өңдемейді. Оны ақ шойнның қорытпасын күйдіру арқылы алады.

Соғылатын шойынды автамабильді, ауылшаруашылқ және тоқыма машинаналары құрлысында кең қолданады.Одан тозу жағдайында жұыс жасайтын және ауыспалы жүктемелерді қабылдауға қабілетті беріктігі жоғары бөлшектерді жасайды.Мысалы ; артқы копірдің картері, тежегіш колодкалар, алтылықтар және т.б. Соғылатын шойын жоғары антикоррозиялық қасиеттермен сипатталады және ылғалды ауа, газ жән су ортасында жұмысқа пайдалануға байім.

Арнайы қасиеттері бар шойындар

         Мұндай шойындар машина жасау саласында қолданады Мысалы:

Магнитті шойын электрлі машина рамаларының, щиттердің және т.б. корпусын жасау үшін қолданылады. Осы мақсат үшін шар тәрізді графиті бар ферритті шойын қолайлы болып табылады

Магнитсіз шойын түрлі электрлі машина қабатын және бондажын жасау үшін қолданылады. Бұл үшін құрамында 7-10% марганец және 7-9% никель бар никельді-марганейті шойынды, сондай-ақ, құрамында 9,8% марганец және 1,2-2,0% мыс бар марганецті мысты шойынды пайдаланады.

         Аустенитті шойын – қышқылға төзімділігі бойынша, сілтіге төзімділігі бойынша және ыстыққа төзімділігі бойынша жоғары көрсеткіштері бар. Мысалы:

1.Низерит – құрамында 14% никель, 2% хром, 7% мыс бар.

2.Никросилал – құрамында 5% кремний, 18% никель, 2% хром бар.

Ыстыққа төзімді шойын – құрамында 20-25% АЛЮМИНИЙІ БАР ШОЙЫН.

         Арнайы қасиеттері бар шойындарға ферроқорытпаларды – ферромарганецті, ферросилицийді және т.б. жатқызады.

Шойын өндірісі

Шойынды домна пештерінде балқыту үшін темір кендерін, отынды, флюстерді пайдаланады.

Темір кендері әр түрлі қосылыстардағы оксидтер Fe₃O₄, Fe₂O_3, гидрооксидтер Fe₂O₃*H₂O, карбонаттар FeCO₃ түріндегі темірден, сондай-ақ негізінен SiO₂, Al₂O_2, CaO, MgO және т.б. тұратын бос жыныстан тұрады. Темір кендеріне магнитті теміртас Fe₃O₄ ( 55-60% Fe), қызыл теміртас ( 55-60% Fe), құрамында темір оксидінің гидраттары бар қоңыр теміртас 2Fe₂O_3*2H₂O және Fe₂O_3*H₂O (37-55 % Fe); құрамында FeCO₃ ( 30-40% Fe) бар шпатты теміртастар жатады.

Марганец кендерін темір мен марганец – ферромарганец (10-82% Mn) қорытпаларын, сондай-ақ құрамында 1%-ға дейін Mn бар қолданбалы шойындарды балқыту үшін қолданады. Кендегі марганец MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ және т.б. оксидтер мен карбонаттар түрінде болады.

Хромды кендерді феррохромдар мен металды хромдар және отқа төзімді материалдар – хромомагнезиттер өндіру үшін олданады. Хромды кендер (FeO*Cr₂O₃), (Mg, Fe)*Cr₂O₄ (40%-ға дейін Cr₂O₃) хромиттен тұрады.

Кешенді кендерді табиғи қоспаланған шойындарды қорыту үшін қолданады. Бұл (Mn 20%ға дейінгі) темір марганец кендері, хром никель (37-55% Fe, 2%-ға дейін Cr, 1 %-ке дейін Ni) кендері, темір ванадий кендері (0,17-0,35% I)

Коксты домналық балқыту үшін отын ретінде пайдаланады, ол кеннен алынған темірді қалпына келтруге және қажетті температураны алуға мүмкіндік береді; коксті үнемдеу мақсатныда оның бір бөлігін табиғи газбен, мазутпен, тозаң түріндегі отындармен алмастырады.

Домна пештерінде шойын қорыту кезінде құрамында CaCO₃ және MgCO₃ бар әктас CaCO₃ немесе доломиттенген әктас флюс болып табылады, себебі қожға негізгі оксидтердің CaO, MgO белгілі бір мөлшері кіруі керек. Бұл балқыту кезінде темір кені мен кокстен өтетін күкіртті металдан шығарып тастау үшін қажет. Қожда (CaO* MgO)(SiO₂*Al₂O₃)~1 қатынасының сақталуы ұсынылады.

Кендерді домналық балқытуға дайындау домналық пештің өнімділігн арттыру, кокстың шығынын азайту және шойынның сапасын жақсарту үшін жүзеге асырылады . Бұл дайындықтың мақсаты шикіқұрамдағы темірдің мөлшерін арттыруға және онда зиянды қоспаларды – күкірттің фосфорды азайтуға, кесектілігі мен химиялық құрамы бойынша біркелкілігін арттыруға бағытталған. Алынған кендерді дайындау әдісі сапасына байланысты болады.

Кендерді ірілігіне қарай ұсақтау және сұрыптау өлшемдері балқытуға қолайлы кесектерді алуға септігін тигізеді. Кен кесектерін ұсатқыштарда және топтастырғыштарды ұсақтап сұрыптайды.

Кендерді байыту оның құрамына кіретін минералдардың физикалық қасиеттерінің, магниттік құраушыларының тығыздығының, минералдардың физикалық-химиялық қасиеттерінің айырмашылығына негізделген. Кенді сумен жуу кеннің тығыз құраушыларын бос жыныстардан (құмнан, саздан) айырып алуға мүмкіндік береді. Бөлектеу – бұл кен салынған дірілді елеуіштің түбі арқылы су ағынын өтізу кезіндегі кеннің бос жыныстан бөлінуі. Бос жыныс жоғары қабатқа ысырылып шығарылады да сумен шайылып кетеді, ал кен минералдары түбіне шөгеді. Магниттік айыру құрамныда темір бар минералдар мен бос жыныстың бөлшектерінің магниттік қасиеттерінің айырмашылығына негізделген. Ұсақталған кенге, оларды бос жыныстан бөле отырып, құрамында темір бар минералдарды тартып алатын магнитті қолданады.

Қажетті өлшемдегі кесек материалдарға байытудан кейін алынған концентраттарды қайа өңдеу үшін кесектендіру жүргізіледі. Кезектендірудің екі тәсілі қолданылады: агломерация және шекемтастау.

Агломерация 40-50% темір кенінен, 15-20% әктастан, 20-30% қайтарылған майда агломераттан, 4-6% кокстің үгінділерінен, 6-9% ылғалдан тұратын шикіқұрам 1300-1500⁰С температурада агломерациялық машинада жентектеп күдіріледі. Жентектеп күйдіру кезінде кендерден зиянды қоспалар (күкірт, күшән) шығарылады, карбонаттар ыдырайды және кесекті кеуек қождамаланған материал – агломерат алынады.

Шекемтастау. Ұнтақталған концентраттан, қождамалардан, отындардан тұратын шикіқұрам дымқылданады және айналмалы барабандарда, тәрелкелі тостағандарда (түйіршіктегіштер) өңдеу кезінде диаметрі 30 мм-ге дейінгі дөңгелек шекемтастар қалпына келеді. Шекемтастар құрғатылады және күйдіргіш машиналарда 1200-1350⁰С температурада күйдіріледі, осыдан кейін олар берік әрі кеуек болып шығады. Доман пешінде балқыту кезінде агломерат пен шекемтастарды пайдалану, қождама әктастардың жеке берілуін қажет етпейді, өйткені қождама оның құрамына жеткілікті мөлшерде кіреді.

Шойын қорыту

Шойын шахта түріндегі пештерде, яғни домна пештерінде шойын алу процесінің мәні кен құрамына кіретін темір оксидтерін пеште отын жану кезінде бөлініп шығатын көміртек оксидімен, сутегімен және қаты көміртегімен тоықсыздаудан тұрады.

Домна пешінің құрылысы және оның жұмысы. Домна пеші ішкі жағынан отқа төзімді шамот кірпішімен қаланған болат қаптамадан тұрады. Пештің жұмыс кеңімтігі мойыннан, шахтадан, булағыштан, кемершіктен, көріктен, пештабаннан тұрады. Мойынның жоғарғы жағында пешке шикіқұрам (қождамаланған агломерат және шекемтастар) толтыратын тисуші аппарат орналасады. Шикіқұрамды таразыға тартып, құюшы аппаратқа қарай көпір бойынша қозғалатын көтергішті вагоншасына береді, көтегіштің вагоншасы аударылып ондағы шикіқұрам, шикіқұрам таратушысының қабылдау құйғысына төгіледі. Тисуші аппараттың кіші конусы төмен түскенде шикіқұрам тостағанға келіп түседі, ал үлкен конусты өткізу кезінде шикіқұрам домна пешіне түседі де, домна пешінен газдардың атмосфераға шығуына жол бермейді. Домна пешінде шикіқұрамның біркелкі таратылуы үшін, кіші конус пен қабылдау құйғысы кезекті тисуден кейін 60⁰-қа еселі бұрышқа бұрылады.

Пештің жұмысы кезінде шикіқұрамдық материалдар балқи отырып төмен түседі, ал тисуші құрылғы арқылы пешке, оның барлық пайдалы көлемі толатындай мөлшерде шикіқұрамның жаңа үлесі беріледі. Пештің пайдалы көлемі – бұл пештабаннан тиеуші аппараттың төмен түсу кезіндегі үлкен конусының төменгі жиегіне дейінгі шикіқұрамның алатын көлемі. Осы заманғы домна пештерінің пайдалы көлемі 2000-5000 м³ болып келеді. Домна пештерінің пайдалы биіктігі 35 м-ге дейін жетті.

Көріктің жоғарғы жағында үрлеуіш құрылғылар болады, олар арқылы отынның жануында қажетті ыздырылған ауа пешке келіп түседі. Ауаны жылу жоғалуын азайту үшін және кокс шығынын төмендету үшін қыздырады. Домна пешіне ауа ішінде жану камерасы және саптамасы бар ауа қыздырғыштан келіп түседі. Саптама отқа төзімді ірпіштерден олардың арасында тік арналар болатындай етіп қаланған. Жану камерасындағы шілтерге шаңнан тазартылған домна газы беріледі, ол жанады және жанғыш газдар түзеуі.

Газдар саптама арқылы өтіп, оны қыздырады және түтін құбыры арқылы шығып кетеді. Сонан соң шілтерге газ беру тоқтатылады және құбырға ауа үрлегіш машинамен берілетін ауа саптама арқылы өткізіледі. Ауа саптама арқылы өте отырып, 1000-1200⁰С температураға дейін қызады және үрлеуіш құрылғыға, ол жерден үрлеіш арқылы жұмыс кеңістігіне келіп түседі. Домна пешінің бірнеше ауа қыздырғыштары бар: біреуінде саптама қызып жатқан уақытта, басқасында – саптама өзінің жылуын салқын ауаға беріп, оны қыздырады. Саптама ауамен салқындағаннан кейін қыздырғыштар қайта қосылады.

Отынның жануы. Үрлеуішке жақын жерде кокс көміртегі ауа оттегісімен өзара әрекеттесе отырып жанады. Жану нәтижесінде жылу бөлініп шығады және құрамында CO₂,CO, N₂, H₂, CH₄ және басқалары бар, газ ағыны пайда болады. Мұнда пештің үрлеуіш деңгейінен жоғарғы жағында температура 2000⁰С –тан жоғары көтеріледі. Жанғыш газдар көтеріліп, шикіқұрамдық материалдарға жылу береді және оларды қыздыра отырып, мойында 300-400⁰С –ға дейін салқындайды.

Шикіқұрам (агломерат, кокс) газдар ағынына қарсы төменге түседі және -570⁰С температура кезінде темір оксидтерінің тотықсыздануы басталады.

Домна пешінде темірді тотықсыздандыру. Темір оксидтерінің көміртек оксидімен және кокстың қатты көміртегімен, сонадй-ақ сутегімен өзара әрекеттесуінің нәтижесінде темір тотықсызданады. Газдармен тотықсыздау жанама, ал қатты көміртегімен тотықсыздау тура деп аталады. Жанама тотықсыздау реакциясы – экзотермиялық реакция (жылу бөлумен жүреді), олар негізінен пештің жоғарғы жиегінде өтеді. Тура тотықсыздау реакциясы – эндотермиялық реакция (жылу сіңірумен жүреді), олар домна пешінің температура неғұрлым жоғары болатын төменгі бөлігінде өтеді.

Домналы балқыту өнімдері

Шойын – домналық балқытудың негізгі өнімі. Домна пешінде оның қандай мақсатқа қолданатындығына қарай химиялық құрамы әр түрлі шойын алынады.

Қолданбалы шойынды конвертерлер мен мартен пештерінде оны болатқа айналдыру үшін қорытады. Ол 0,6-0,8%-ға дейін Si, 0.25-1%-5а дейін Mn, 0.15-0.3%-ға дейін Р, және 0,003-0,007% S тең тұрады.

Домна пешінде шойыннан алынған домналық ферроқорытпалар – темірдің кремниймен, марганецпен және басқа да элементтермен қорытпалары қорытылады. Оларды болаттың қоспалануы және қышқылсыздануы үшін қолданады. Оларға фрросилиций (9-13% Si және 3%-ға дейін Mn), ферромарганец (70-75 %-ға дейін Mn және 2%-ға дейін Si), жалтыр шойын (10-25% Mn және 2%-ке дейін Si) жатады.

Домна пешінің қосымша өнімдері – кож және домна газы. Қождан қожмақа, цемент, ситалдар жасап шығарады, ал домна газын тазартудан соң домналық пешке үрленетін ауаны қыздыру үшін отын ретінде пайдаланады.

Болат

         Болат – машина жасау өндірісінде, сондай-ақ түрлі құралдарды жасау үшін кең қолданылатын негізгі материал. Ол салыстырмалы түрде қымбат емес және көптеп өндіріледі. Болат механикалық, физикалық-химиялық және технологиялық қасиеттердің құнды кешендеріне ие. Болатты химиялық құрамы, белгіленуі, сапасы, қышқылдану дәрежесі және құрылымы бойынша жікткледі.

I.                  Химиялық құрамы бойынша жіктелуі

Химиялық құрамы бойынша болаттарды көміртекті және қоспалы деп бөледі.Құрамындағы көміртекке байланысты қасиеті бар болатты көміртекті деп атайды. Көміртекті болаттар құрамындағы көміртегі бойынша төмен көміртекті (0,25%-ға дейін),орта көміртекті (0,25-0,6%) және жоғары көміртекті (0,6%-дан аса)болып бөлінеді.

         Қоспалыдеп талап еткен қасиеттерді беру үшін құрамына арнайы элементтер енгізілген болатты айтамыз. Енгізілген қоспалаушы элементтердің саны бойынша оны 3 топқа бөледі: төмен қоспалы (0,25%-ға дейін), орташа қоспалы (0,25-10%-ға дейін) және жоғары қоспалы (10%-дан аса). Енгізілген элементтерге байланысты болаттарды – хромды, марганецті, хромникельді деп бөледі.

II.               Белгіленуі бойыншажіктелуі

Белгіленуі бойынша болаттарды құраламдық, құралдық және арнайы қасиеттері бар арнайы белгіленудегі болаттар дер бөлінеді.

Құрылымдық болаттар машина бөлшектерін,аспаптарды және құрылыс элементтерін жасауда кең қолданыс тапқан. Құрылымдық болаттардан цементтелетін, жақсаратын, автомат болатты, беріктігі жоғары, рессорлы-пружиналы болаттарды айқындауға болады .

         Құралдық болаттарды кесу және өлшеуіш аспаптарын, суық және ыстық  дефомациялау штамптарын жасау үшін қолданады.

Арнайы белгіленудегі болаттар – бұл тот баспайтын (коррозияға төзімділер), ыстыққа төзімді, ыстыққа берік, тозуға төзімді және т.б. болаттар.

III.Сапасы бойынша жіктелуі

Сапасы бойынша болаттарды – қарапайым сапалы, сапалы, жоғары сапалы, аса жоғары сапалы деп жіктейді.

         Сапа деп металлургиялық процесте анықталатын болат қасиеттерінің жиынтығын түсіндіреді. Болаттың құрлысы және қасиеттрі, химялық құрамының беріктілігі құрамындағы зиянды қоспаларға және газдарға байланысты (оттегі, сутегі, азот). Сапасы бойынша болаттарды бөлудегі негізгі көрсеткіштері  құрамындағы зиянды қоспалардың нормалары болып табылады (күкірт, фосфор).

         Қарапайым сапалы болаттар күкірттің 0,06% және фосфордың 0,07%-ын құрайды, сапалы болаттар  күкірттің 0,035%-ға дейін және фофордың 0,035%-қосындысын, жоғары сапалы- 0,025% күкірт және 0,025% фосфор, ал аса жоғары сапалылар – 0,015% күкірт және 0,025% фосфоды құрайды.

IV.Қышқылдану дәрежесі бойынша жіктелу

Қышқылдану дәрежесі бойынша болаттарды жайлы, жартылай жайлы және қайнаушы деп жіктейді. Сұқ болаттан оттегіні жою процесін қышқылдану деп атайды.

Тынық болаттар – марганецпен, алюминиймен және кремниймен пеште және ожауда жақсы қышқылданған. Олар газды шығармай-ақ, жайлы қатаяды.

Болаттың иілгіштік қасиеті көлденең қимадан тік қыймаға қарағанда өте төмен.

Қайнаушы болаттар – тек марганецпен қышқылданады. Олар жеткіліксіз қышқылданған. Құю олдында олардың құрамында оттегі көп болады, ол қалыптың қатаю барысында көміртекпен жартылай әрекеттеседі және сол көміртек тотығының көпіршіктері түрінде шығып болаттың жалған «қайнауын» тудырады. Қайнаушы болаттар арзан. Олардың құрамында кремнийі (0,07%) аз, бірақ газ тәрізді қоспалардың саны көп, төмен көміртектілермен балқытады.Мұндай болаттың қалыптарын прокаттау барысында көміртек тотығымен толтырылған газ көпіршіктері қайнайды. Авиһтомашина шанақтарын жасауға арналған, болаттан жасалған мұндай беттер жақсы штампталады.

Жартылай тынық болаттар – олар қышқылдану дәрежесі бойынша тынық және қайнаушы болаттар арасындағы аралық орынды алады. Олардың жартысын пеште және ожауда, ал қалған жартысын  - металл құрамындағы мкөміртек есебінен қышқылдандырады.

Болат өндіру

Шойынның болатқа металлургиялық қайта балқытылуының мәні балқыту процесінде көміртегі мен қоспалардың мөлшерін, оларды іріктеп тотықтыру жолымен, қожға және газға ауыстыру жолымен төмендету болып табылады.

Қоспалар өзінің физикалық-химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді, сол себепті олардың әрқайсысын балқыту агрегатында бөліп шығару үшін физикалық химяның негізгі заңдылықтарын пайдалана отырып, нақты жағдайлар туғызады.

Болат қорыту процестері бірнеше кезеңдерде іске асырылады.

Бірінші кезең – шикіқұрамды балқыту және сұйық металл астауын қыздыру. Бұл кезеңде температура жоғары болмайды, темірдің тотығуы белсенді түрде жүреді, темір оксидтері пайда болады және кремний, фосфор, марганец қоспалары тотығады. Бұл кезеңнің ең маңызды міндеті: болаттағы зиянды қоспалардың бірі – фосфорды бөліп шығару болып табылады.

Екінші кезең – металды астаудың қайнауы оның бірінші кезеңге қарағанда неғұрлым жоғары температурада қыздырылуымен басталады. Ле Шательенің принципіне сәйкес, металл температурасының жоғарлауы кезінде жылуды сіңіруімен жүретін көміртегінің тотығуы тым белсенді өтеді. Металда пайда болған темір оксидтері көміртегімен реакцияға түседі, сұйық металдан көміртек оксидтерінің көпіршіктері СО бөлініп шығып, астауды «қайнатады» . «Қайнау» кезінде көміртектің мөлшері азаяды, сондай-ақ СО көпіршіктеріне кіретін басқа да газдар, металл емес қосылыстар шығарылады. Сондықтан астудың «қайнау» кезеңі болат қорыту процесіндегі негізгі кезең болып табылады.

Үшінші кезең – болатты қышқылсыздану кезеңі – ерітілген сұйық металдағы темір оксидтерінің тотықсыздануымен аяқталады. Балқыту кезінде металда оттегі мөлшерінің артуы қоспалардың тотығуы үшін керек, бірақ дайын болаттағы оттегі – болаттың механикалық қасиетін төмендететін зиянды қоспа, әсіресе жоғары температурада. Болат екі тәсілмен: шоғу және диффузялау тәсілімен қышқылсызданады. Шөктіріп қышқылсызданадыру нәтижесінде темір тотықсызданады және қожға бөлінетін MnO, SiO_2,Al₂O₃ оксидтер пайда болады.

Диффузиялық қышқылсыздану қождың қышқылсыздануымен жүзеге асырылады.  Қышқылсыздандырушылар темір оксидтерін тотықсыздандыра отырып, оның мөлшерін қожда азайтады. Осындай тәсілдер кезінде пайда болған оксидтердің қышқылсыздануы қождақалады да, ал тотықсызданған темір болатқа өтіп, ондағы метал емес қосылыстардың мөлшерін азайтады және болаттың сапасын арттырады.

Мартен пештерінде болат өндіру

Мартен пеші – жалынды шағылдырғыш регенерациялық пеш. Оның төменен оттықпен жоғарыдан күмбезбен, ал алдыңғы және артқы бүйірлерінен қабырғалармен шектелген балқыту жұмыс кеңістігі бар. Пештің ауа мен газды қыздыруға арналған екі регенераторы бар. Регенератор – бұл кереге көз етіп, отқа төзімді кірпіштен қаланған саптама орналасқан камера.

 Мартен пештерінде балқыту кезінде бастапқы шикі материалдар ретінде болат жиындысының, сонымен қатар сұйық және қатты болаттың көп мөлшері пайдаланылады. Қайта балқытылатын материалдарға байланысты балқытудың екі тәслін – жиынды кен процесін және жиынды-процесті қолданады. Негізгі пештерде балқыту кезінде көбінесе жиынды кен процесін қолданады. Бұл жағдайда шикіқұрам сұйық шойыннан (55-75 %), жиындыдан және тотықырғыштардан (темір кенінің мартен агломератының) тұрады. Шикіқұрамы болат жиындысынан (70%-ға дейін) және қатты қолданбалы шойыннан тұратын жиыңды процесті салыстыра қарағанда аз қолданады.

Негізгі пеште балқыту кезінде қождама әктас, боксит және балқыма шпаты, аз қышқылды пеште балқыту кезінде – кварцты құм, шамот сынығы және т.б. қождама болып табылады.

Мартен пештерін қыздыру үшін не коксодомалық қоспаға қосатын, не болмаса мазут қоспасында жағатын табиғи газды кеңінен қолданады. Мазут пен табиғи газ жоғары калориялы отын түрлеріне жатады және оларды алдын ала ысытпай пайдалануға болады.

Жиынды кен процесі кезіндегі балқыту процесі мынадай кезеңдерге бөлінеді: пешті толтыру, шикіқұрамды үю, шикіқұрамды қыздыру, шойынды құю, балқыту, жетілдіру, қышқылсыздау, дайын болатты шығару.

Пешті толтыру оттектің бүлінген бөліктерін, құламаларды және аралықтарды жоғары температура кезінде пештің негізгі материалына дәнекерленіп қалатын – магнезит немесе доломит ұнтақтарын төгу арқылы бітеу болып табылады.

Шикіқұрамды үюді бір немесе екі үюші машиналармен жүрізеді. Ең әуелі темір кенін, қабыршақты, әктастың бөлігін салады. Материалдар жақы қызғаннан соң болат жиындысын салады.

Шикіқұрамды қыздыруды үлкен жылу қуатымен және қосымша оттегіні астауға тікелей беру арқылы жүргізеді.

Шойынды пешке үлкен шөміштермен (80-100 т), қыздыру кезеңінің аяғында, шикіқұрам балқи бастағанда құяды.

Шикіқұрамның балқуы балқытудың ең ұзақ кезеңіне жатады. Бұл кезеңде шойын қоспалары белсенді тотығады; көміртектің молынан тотығуынан көптеген газдар бөлініп шығып, металдың және қождың (қайнауын) бұрқылдап қайнауын туғызады. Қож пештен артқы қабырғадағы қож тесігі арқылы және үю терезесінің табалдырығы арқылы арнайы тостағанға ағады. Сиымдылығы 200 т мартен пешінен бұл езеңде 16 м³-қа дейін қож ысырылады. Сонан соң пешке әктас пен боксит салынады, олар құрамында СаО мөлшері жоғары сұйық жылжымалы қож түзеді. Бұл уаытта кремний толығымен, марганец 60-80%-ға, фосфор 30-40%-ға, көміртек 25-40%-ға тотығады.

Металды қажетті химиялық құрамға дейін жетілдіру темір кенін қожға әлсін – әлсін қоса отырып, және пштің жылу режимін жоғарылата отырып жүргізіледі. Жетілдіру кезеңінде фосфор мен күкіртті шығару аяқталады, марганец керекті мөлшерге жетеді мартендік болатты қорыту кезінде балқыту процесінде тотықсызданбайтын жетіспейтін қоспалашы элементтерді (никельді, мысты, молибденді) қосуды, жетілдіру кезеңінің басында жүргізеді; жеңіл тотығатын элементтерді (Cr, Ti, Al, Si және т.б.) болатқа оларды алдын ала қышқылдандырғаннан кейін енгізеді.

Болаттың қышқылсыздану процесінде FeO түріндегі оттегінің шығарылуы және жол жөнекей болаттың газдардан (H₂ және N₂) босатылуы жүреді.

Металл екі кезеңде қышқылсызданады: пешке кен беруді тоқтату жолымен қайнау кезеңінде, соның нәтижесінде қышқылсыздану метал көміртегінің және астауға қышқылсыздандырғыштарды – ферромарганецті, ферросилицилиймен, алюминийді беру есебінен жүреді және шөміштегі болатты пештен шығару кезінде ол алюминиймен және ферросилицилиймен біржолата қышқылсыздандырады.

Бақылау сынамасын іріктеп алғаннан кейін пештен балқыманы артқы қабырғадағы болат шығаратын тесік арқылы шығарады. Болат науа арқылы тарата құюшы шөмішке құйылады.

Оттектік конвертерлерде болат өндіру

Конвертерлік процесс болат алудың ең өнімді тәсілі болып табылады. Оттектік конвертерлік процесс кеңінен таратылған. Ол негізгі конвертерлерде металдың үстінен техникалық таза оттегімен (98,5-99,6%) үрлеп жүргізіледі. Конвертер – бұл пішіні алмұрт тәрізді болат табақатн жасалған ыдыс. Конвертерді шегеңдеу үшін шайырлы доломитті кірпішті қолданады. Металды ауыз арқылы оттегімен үрлеу үшін металл деңгейінің үстінен 300-800 мм қашықтықта сумен салқындатылатын үрлеуішті енгізеді. Оттегінің қысымы 9-15 кг/см-ді құрайды. Температура 3000⁰С. Неізгі балқыту шикізаты ретінде кәдімгі қоланбалы мартендік шойын, сондай-ақ жоғары фосфорлы шойын қолданылуы мүмкін. Фосфордың және күкірттің жанып бітуі процесін жеделдету үшін кесекті, сондай-ақ ұнтақ түріндегі оттегінің ағыншасында үрленетін әкті қолданады.

Оттектік конвертерлерге балқыту процесінің ерекшелігі, темірдің және қоспалардың тотығуы: ағыны металға өтетін үрлеу оттегісінің тікелей әсерімен, не қождың көмегімен жүруі болып табылады. Процестегі жоғары температура және белсенді әктасты-темірді қождың болуы, фосфор мен көміртектің тотығуының шойыңды үрлеу басталған кезден бастап жүруіне мүмкіндік береді. Балқыту процесі кезінде жылу көп мөлшерде бөлінеді. Сондықтан металды салқындату үшін оған жиындыны және темір кенін қосады. Оттекпен үрлеп балқыту нәтижесінде алынған болатта азотың, фосфордың және күкірттің мөлшері төмен болады. Металдағы күкірттің мөлшері 35-50%- ға төмендейді. Сиымдылығы 50 т оттектік конвертердің өнімділігі, сиымдылығы 500 т мартен пешінің өнімділігінен жоғары болады. Сұйық болат алудың болашағы зор тәсілі оттектік конвертерлерде пайдалану болып табылады, одан ары біржолата жетілдіріп, жоғары сапалы қоспаланған болат алынғанынша электрдоғалы пешке құяды. Құрамында 20% РО бар фосфат қожы жоғары фосфорлы шойынды үрлеу кезіндегі өндірістің жанама өнімі болып табылады, ол өте бағалы тыңайтқыш ретінде қолданылады.

Болатты тарата құю

Болат балқыту пешінен шөмішке құйылады да , содан соң оны сауытқорамға немесе болатты үздіксіз тарата құюшы машинаға тарата құюға жібереді. Болатты сауытқорамда тарата құюдың екі тәсілі бар: үстінен тарата құю және төменнен тарата құю (симфондық).

Болатты үстінен тарата құйғанда сұйық металл тікелей шөміштен немесе құйғы арқылы сауытқорамға толтырылады. Құйғыны немесе аралық шөмішті қолдану сауытқорамға түсетін болаттың қысымын азайтып, осы арқылы беті таза құймакесекті алуға мүмкіндік береді. Жоғарыдан тарата құю кезінде температураны барынша төмендетуге болады, бұл құймакесектің сапасын жақсартуға септігін тигізеді. Бірақ, жоғарыдан құю кезінде газдарды кетіруге қолайсыз жағдайлар туныдайды.

Сифондық құю кезінде болат шөміштен шамот түтікшелерінен қаланған орталық құбырға құйылып, шойын табандықта жиналған кеуек шамот кірпіштерден құралған арналар арқылы бір уақытта бірнеше сауытқорамдарға келіп түседі. Сифондық тарата құю кезінде бірден 4-36 құймакесектерді құюға болады. Болатты тарата құю кезінде маркасына байланысты температура 1390⁰С-тан 1450⁰С-қа дейінгі аралықта болады.

Болатты үздіксіз тарата құю. Сұйық болат шөміштен аралықтағы тарата құюшы құрылғыға, ал одан соң жекелеген ағындармен сумен салқындатылған мыс сауытқорамға (кристалдандырғышқа) келіп түседі. Кристалдандырғыштың биіктігі 800-1200 мм, ені 150-300 мм, ұзындығы 600-1200 мм болады. Кристалдандырғышқа металл құярдың алдында, оған қарлығаштың құйрығы тәріздес тереңдетілген уақытша түп («түртпе») енгізіледі. Қарқынды салқындату нәтижесінде сұйық металл қатады, кристалдандырғыштың және «түртпенің» қабырғаларында құймакесектің қабыршағы түзіледі. Түртпе тартқыш білікшелердің көмегімен төмен қарай жылжып, өзімен бірге толық қатпаған құймакесектерді алып кетеді. Құймакесектер кристалдандырғыштан су ағынымен салқындатылғаннан кейін барып, толық қатады. Содан соң оны газды кескішпен қажетті ұзындықтағы дайындамаларға кеседі. Қатты құймакесектің 0,9-1,2 м/мин жылдамдықпен қозғалуы бойынша кристалдандырғышқа сұйық металл үздіксіз түсіп отырады. Болатты үздіксіз тарата құюға арналған қондырғылар бір мезгілде бір, екі төрт және сегіз дылғалы болады. Үздіксіз тарата құюмен алынған құймакесектердің құрылымы тығыз, ұсақ түйіршікті болып келеді,оларда отырылған ішкі ойықтар болмайды, металл емес қосындылар аз, ал дайын өнімнің шығымы сауытқорамдарға тарата құйғанға қарағанға 8-10%-ке жоғары болады.