Сталь – металлический сплав на основе железа, включающий небольшие количества углерода, марганца и кремния. Стали, при изготовлении которых, помимо этих трех элементов, добавляются другие, называют стальными сплавами. Стали, в состав которых не входят другие элементы, кроме упомянутых небольших количеств углерода, марганца и кремния, называются углеродистыми.
Строительство доменной печи – сложный процесс, особенно сооружение фундаментов. Возведение доменных печей в настоящее время требует больших материальных затрат, поэтому в будущем их строительство, видимо, будет ограничено. Экономически невыгодно тратить 60 млн. долларов или более на доменную печь, которая будет давать жидкий чугун, стоимость которого составляет лишь несколько центов за фут (0,45 кг).
Поток кислорода быстро выжигает из железа углерод, превращая его в закись углерода. Эта реакция горения – единственный источник тепла, выделяемого во время процесса. Когда температура повышается сверх нормальной, ее снижают, добавляя стальной скрап. В мартеновской печи и электропечи металл плавится и очищается за несколько часов, в кислородном конвертере – за 20 мин.
Известняк используется как флюс, который помогает избавиться от некоторого количества серы и фосфора, содержащихся в железе, – двух элементов, которые придают хрупкость стали. Кокс получают из каменного угля в коксовых печах и пережигают до получения закиси углерода. Закись углерода превращает окись железа в железо путем изъятия кислорода из руды при температуре 1650° С и образования двуокиси углерода2. Углерод, присутствующий во всех сталях, образуется из кокса, первоначально загружаемого в доменную печь.
Сталь можно получать также из скрапа в сталеплавильной дуговой электропечи. Специальные стали – инструментальные, нержавеющие-выплавляют в дуговой электропечи небольшими объемами, которые нельзя получить в кислородном конвертере.