Чугун , также известный как сырое железо , является промежуточным продуктом , используемым в черной металлургии при производстве стали . Он вырабатывается путем плавки железной руды в доменной печи . Чугун имеет высокое содержание углерода , обычно 3,8–4,7%, [1] вместе с кремнием и другими шлаками , что делает его хрупким и непригодным для использования в качестве материала, за исключением ограниченного количества применений. [2]
Традиционная форма форм, используемых для чугунных слитков, представляет собой разветвленную структуру, сформированную в песке, со множеством отдельных слитков под прямым углом [3] к центральному каналу или «литнику», напоминающему выводок поросят, выкармливаемых свиноматкой . Когда металл остывал и затвердевал , более мелкие слитки («литники») просто отламывались от литейного желоба («литника»), отсюда и название «чугун». [4] Поскольку чугун предназначен для переплавки, неравномерный размер слитков и включение небольшого количества песка являются незначительными проблемами по сравнению с простотой литья и обращения.
Выплавка и производство кованого железа были известны в древней Европе и на Ближнем Востоке, но его производили в кричах методом прямого восстановления. Небольшие гранулы чугуна, диспергированные в шлаке, производятся во всех железоделательных печах, но оператор кричах должен был избегать условий, вызывающих фазовый переход железа в жидкость в печи, поскольку гранулы или любой полученный чугун не являются ковкими, поэтому их нельзя выковать в виде единого куска. Альтернативным вариантом является обезуглероживание чугуна в сталь, что было чрезвычайно утомительным процессом с использованием средневековых технологий, поэтому в Европе до Средних веков гранулы выбрасывались вместе со шлаком. [5]
Китайцы производили чугун в поздней династии Чжоу (которая закончилась в 256 г. до н. э.). [6] Печи, такие как Лапфиттан в Швеции, могут датироваться XII веком; а некоторые в графстве Марк, датируемые XIII веком, которое сейчас является частью Вестфалии , Германия. [7] Остается установить, происходят ли эти североевропейские разработки от китайских. Вагнер [8] предположил возможную связь через персидские контакты с Китаем вдоль Шелкового пути и контакты викингов с Персией, [6] но между периодом викингов и Лапфиттаном существует хронологический разрыв.
Традиционно чугун перерабатывался в кованое железо в кузницах для тонкого литья , позже в пудлинговых печах , а в последнее время в сталь . [9] В этих процессах чугун плавится и сильный поток воздуха направляется на него, пока он перемешивается или взбалтывается. Это приводит к тому, что растворенные примеси (такие как кремний) полностью окисляются. Промежуточный продукт пудлингования известен как очищенный чугун , тонкий металл или очищенное железо . [10]
Чугун также может быть использован для производства серого чугуна . Это достигается путем переплавки чугуна, часто вместе со значительным количеством стали и железного лома, удаления нежелательных примесей, добавления сплавов и регулирования содержания углерода. Ковкий чугун также может быть получен с использованием определенных сортов чугуна высокой чистоты; в зависимости от сорта производимого ковкого чугуна выбранные чугуны могут иметь низкое содержание элементов кремния, марганца, серы и фосфора. Чугун высокой чистоты используется для разбавления любых элементов в шихте ковкого чугуна, которые могут быть вредны для процесса получения ковкого чугуна (кроме углерода).
Исторически чугун выливался непосредственно из нижней части доменной печи через желоб в ковшовую машину для транспортировки на сталелитейный завод в основном в жидком виде; в этом состоянии чугун назывался горячим металлом . Затем горячий металл выливался в сталеплавильный сосуд для производства стали, как правило, в электродуговую печь , индукционную печь или кислородный конвертер , где сжигался избыток углерода и контролировался состав сплава . Более ранние процессы для этого включали плавильную печь , пудлинговую печь , бессемеровский процесс и мартеновскую печь .
Современные сталелитейные заводы и заводы по производству железа прямого восстановления перекачивают расплавленный чугун в ковш для немедленного использования в сталеплавильных печах или разливают его в чушки на машине для литья чушек для повторного использования или перепродажи. Современные машины для литья чушек производят чушки-палочки, которые при выгрузке распадаются на более мелкие чушки весом 4–10 кг.
