Taljenje čelika: tehnologija, metode, sirovine

Željezna ruda dobiva se uobičajenom metodom: otvorenom ili podzemnom rudarstvu i naknadnom transportu za početnu pripremu, gdje se materijal odvija, prati i obrađuje.

Ruda je zakopana u visokoj peći i protresana vrućim zrakom i toplinom, koja ga pretvara u rastaljeno željezo. Nadalje, ekstrahira se s donjeg dijela peći u oblike poznate kao svinje, gdje se odvija hlađenje da se dobije lijevano željezo. Ona se pretvara u kovanog željeza ili obrađuje u čelik na nekoliko načina.

Što je čelik?

U početku je bilo željeza. To je jedan od najčešćih metala u zemljinoj kora. Može se naći gotovo svugdje, u kombinaciji s mnogim drugim elementima, u obliku rude. U Europi početak rada s željeznicom datira iz 1700. godine prije Krista.

Godine 1786. francuski znanstvenici Berthollet, Monge i Vandermonde točno su utvrdili da je razlika između željeza, željeza i čelika zbog različitih sadržaja ugljika. Ipak, čelik od željeza postao je najvažniji metal industrijske revolucije. Početkom 20. stoljeća globalna proizvodnja čelika iznosila je 28 milijuna tona, šest puta više nego 1880. godine. Početkom Prvog svjetskog rata proizvodnja je iznosila 85 milijuna tona. Već nekoliko desetljeća praktički je zamijenio željezo.

Sadržaj ugljika utječe na svojstva metala. Postoje dvije glavne vrste čelik: legirani i neuređeni. Legura čelika odnosi se na kemijske elemente osim ugljika dodanog u željezo. Stoga, za izradu nehrđajućeg čelika, koristi se legura od 17% kroma i 8% nikla.

Trenutno postoji više od 3000 katalogiziranih robnih marki (kemijskih spojeva), ne računajući one dizajnirane za zadovoljenje individualnih potreba. Svi oni pridonose preobrazbi čelika u najprikladniji materijal za rješavanje problema budućnosti.

Sirovine za taljenje čelika: primarni i sekundarni

Topljenje ovog metala pomoću mnogih komponenti najčešći je način rudarstva. Majice tinejdžera mogu biti primarna i sekundarna. Osnovni sastav naboja, u pravilu, je 55% sirovog željeza i 45% preostalog otpada. Ferolegura, konvertirani lijevano željezo i tehnički čisti metali se koriste kao glavni element legure, u pravilu, svih vrsta crni metal.

Željezna ruda je najvažnija i osnovna sirovina u industriji željeza i čelika. Za proizvodnju tona sirovog željeza potrebno je oko 1,5 tona ovog materijala. Oko 450 tona koksa koristi se za proizvodnju jedne tone željeza. Mnoge metalurške biljke koriste čak ugljen.

Voda je važna sirovina za industriju željeza i čelika. To se uglavnom koristi za gašenje koksa, eksplozije hlađenje peći, proizvodnju pare u pećnici vrata ugljena, rad hidrauličke opreme i otpadnih voda. Oko 4 tone zraka potrebno je za proizvodnju tona čelika. Protok se koristi u visokoj peći za ekstrakciju kontaminata iz rude za taljenje. Vapnenac i dolomit se kombiniraju s ekstrahiranim nečistoćama kako bi nastali troska.

Oba puhala i čelične peći su obložene refrakterima. Koriste se za okretanje peći namijenjenih za taljenje željezne rude. Za oblikovanje se koristi silicij dioksid ili pijesak. Za proizvodnju različitih razreda čelika, obojenih metala: aluminij, krom, kobalt, bakar, olovo, mangan, molibden, nikal, kositar, volfram, cink, vanadij i dr. Među svim tim ferolegura mangana naširoko koristi u čelika.

Željezni otpad, dobiven od rastavljenih nacrta tvornica, mehanizama, starih vozila i sl., Obrađuje se i naširoko koristi u ovoj industriji.

Lijevano željezo za čelik

Čelična taljenje pomoću lijevanog željeza proizvodi mnogo češće nego kod drugih materijala. Lijevano željezo je izraz koji se obično odnosi na sivu žlijezdu, ali je također identificiran s velikom skupinom ferolegura. Karbon je oko 2,1 do 4 tež.%, A silicij je obično 1 do 3 tež.% U leguri.

Lijevano željezo i čelik se rastopi na točki taljenja između 1150 i 1200 stupnjeva, što je oko 300 stupnjeva niže od točke taljenja čistog željeza. Lijevano željezo također pokazuje dobru fluidnost, izvrsnu obradivost, otpornost na deformaciju, oksidaciju i lijevanje.

Čelik je također legura željeza s promjenjivim sadržajem ugljika. Sadržaj ugljika u čeliku iznosi od 0,2 do 2,1 mas.%, A ovo je najisplativiji legirani materijal za željezo. Točenje čelika od lijevanog željeza korisno je za različite inženjerske i strukturne svrhe.

Željezne rude za čelik

Proces proizvodnje čelika započinje obradom željezne rude. Stjenka koja sadrži željezne rude je tlo. Ruda se minira pomoću magnetskih valjaka. Precizno zrnato željezne rude obrađuju se u grubo zrnate grude za upotrebu u visokoj peći. Ugljen se čisti od nečistoća u koksna pećnica, što daje gotovo čisti oblik ugljika. Smjesa željezne rude i ugljena zatim se zagrijava da bi se dobilo rastaljeno željezo ili lijevano željezo iz koje se proizvodi čelik.

U glavnoj peći za kisik, rastaljena željezna ruda je glavna sirovina i miješana s različitim količinama čeličnih otpadaka i legura za proizvodnju raznih čeličnih razreda. U elektrolučne peći, reciklirani čelični otpad se otopi izravno u novi čelik. Oko 12% čelika izrađeno je od recikliranog materijala.

Tehnologija taljenja

Taljenje - proces kojim se dobije metalni ili kao element ili kao jednostavnu vezu sa svojim rude grijanjem iznad tališta obično u prisustvu oksidansa kao što je zrak, ili redukcijska sredstva kao što su koks.

U tehnologiji čelika taljenje metala koji je u kombinaciji s kisikom, na primjer željezni oksid je zagrijana na visoku temperaturu, a oksid nastaje u kombinaciji s ugljik na gorivo, kao što je izlazna ugljični monoksid ili ugljični dioksid.
Druge nečistoće, skupno nazvane vene, uklanjaju se dodavanjem struje s kojom se kombiniraju da bi nastali troska.

U suvremenom taljenju, koristi se reflektirajuća peć. Koncentrirana ruda i struja (obično vapnenac) se učvršćuju u gornji dio, a rastopljeni mat (bakar, željezo, sumpor i troska) izvlači se odozdo. Druga toplinska obrada u pećnici pretvarača je neophodna za uklanjanje željeza s mat površine.

Metoda sagorijevanja kisika

Proces kisika pretvarač je vodeći proces proizvodnje čelika u svijetu. Svjetska proizvodnja konvertera u 2003. godini iznosila je 964,8 milijuna tona, odnosno 63,3% ukupne proizvodnje. Proizvodnja pretvarača je izvor onečišćenja prirodnog okoliša. Glavni problemi su smanjenje emisija, ispuštanja i smanjenja otpada. Njihova suština leži u korištenju sekundarnih energetskih i materijalnih resursa.

Exotermna toplina nastaje oksidacijskim reakcijama tijekom čišćenja.

Glavni proces taljenja čelika korištenjem vlastitih rezervi:

• Tekućino željezo (ponekad nazivano vrućim metalima) iz visoke peći ulijeva se u veliki spremnik vatrostalnog oblika koji se zove lonac.
• Metal u posudu se šalje izravno u glavnu fazu proizvodnje ili predobrade čelika.
• Visoke čistoće tlak kisika 700-1000 kPa injektira nadzvučnom brzinom na površine željezne kupelji kroz sapnice vode ohlađenu, koji je suspendiran u posudi te je unutar nekoliko stopa iznad kupelji.

Odluka o predobradi ovisi o kvaliteti vrućeg metala i potrebnoj završnoj kvaliteti čelika. Prvi pretvornici s uklonljivim dnom, koji se mogu odspajati i popraviti, još uvijek su u upotrebi. Koplje upotrijebljene za puhanje mijenjale su se. Kako bi se spriječilo klinanje koplja tijekom čišćenja, korištene su proreze s dugim sužavim vrhom bakra. Savjeti vrha nakon sagorijevanja CO koji nastaju tijekom pušenja u CO₂, i osigurati dodatnu toplinu. Za uklanjanje troske koriste se kapljice, vatrostalne lopte i detektori troske.

Metoda kisika-konvekcija: prednosti i nedostaci

Ne zahtijeva trošak opreme za pročišćavanje plina jer se stvaranje prašine, tj. Isparavanje željeza, smanjuje za faktor 3. Zbog smanjenja prinosa željeza, povećanje prinosa tekućeg čelika povećava se za 1,5-2,5%. Prednost je također bila povećanje intenziteta čišćenja u takvoj metodi, što omogućava povećanje učinkovitosti pretvarača za 18%. Kvaliteta čelika je veća jer se temperatura u području čišćenja smanjuje što dovodi do smanjenja stvaranja dušika.

Nedostaci ove metode taljenja čelika doveli su do smanjenja potražnje za potrošnjom, jer je razina potrošnje kisika porasla za 7% zbog velike potrošnje goriva. U recikliranom metalu dolazi do povećanog udjela vodika, zbog čega je potrebno neko vrijeme nakon završetka procesa provoditi čišćenje kisikom. Među svim metodama, pretvarač kisika ima najveću formu troske, a razlog je nemogućnost praćenja oksidacijskog procesa unutar opreme.

Metoda Marten

Metoda Marten većine 20. stoljeća činila je najveći dio obrade svih čelika proizvedenih u svijetu. William Siemens 1860-ih godina tražio je sredstvo povećanja temperature u metalurškoj peći, uskrsivši stari prijedlog za korištenje otpadne topline koju je emitirala peć. Grijalo je ciglu na visoku temperaturu, a zatim je koristio isti put da ubrizgava zrak u peć. Pregrijani zrak znatno je povećao temperaturu plamena.

Prirodni plin ili praškasta teška ulja koriste se kao gorivo, a gorivo se zagrijava prije izgaranja. Peć je napunjena tekućim željezom visokih peći i čeličnim otpadom zajedno s željeznom rudom, vapnencom, dolomitom i protjecanjem.

Sam peć je napravljen od visoko vatrostalnih materijala, kao što je magnezitna opeka za ognjišta. Težina ložišta peći doseže 600 tona, i općenito su postavili grupe tako masivne pribor potrebne za punjenje peći i obradu rastaljenog čelika može se učinkovito koristiti.

Iako je proces otvorenog ognjišta gotovo potpuno zamijenjen u većini industrijaliziranih zemalja pomoću osnovnog procesa kisika i elektrolučne peći, proizvodi oko 1/6 svih čelika proizvedenih diljem svijeta.

Prednosti i nedostaci ove metode

Prednosti uključuju jednostavnost korištenja i olakšanje u proizvodnji čelika od legure s mješavinom različitih aditiva, što daje materijalu niz specijaliziranih svojstava. Potrebni aditivi i legure dodaju se neposredno prije završetka taljenja.

Nedostaci uključuju smanjenu učinkovitost, u usporedbi s metodom pretvarača kisika. Također, kvaliteta čelika je niža, u usporedbi s drugim metodama taljenja metal.

Metoda električne peći

Suvremeni način topljenja čelika pomoću vlastitih rezervi je pećnica koja griši nabijenim materijalom električnim lukom. Industrijskih peći lučno su veličine od malih jedinica nosivosti otprilike jednog tona (koristi se u ljevaonicama za proizvodnju željeza) do 400 tona uređaja koji se koriste za sekundarnu metalurgije.

Umjetne pećnice koje se koriste u istraživačkim laboratorijima mogu imati kapacitet od samo nekoliko desetaka grama. Industrijske temperature elektrolučne peći mogu biti do 1800 ° C (3.272 ° F), a laboratorijske instalacije mogu prelaziti 3000 ° C (5432 ° F).

Umjetne peći se razlikuju od indukcije u tome što je materijal za punjenje izravno izložen električnom luku, a struja u vodi prolazi kroz nabijeni materijal. Električna pećnica koristi se za proizvodnju čelika, a sastoji se od vatrostalnog obloga, obično hlađenog vodom, velikom, prekrivenom kliznim krovom.

Peć je u osnovi podijeljena u tri odjeljka:

• Šupljina koja se sastoji od bočnih zidova i donje čelične zdjele.
• Kuhinje se sastoji od vatrostalnog koji vuče donju zdjelu.
• Krov s vatrostalnim podlogama ili hlađenje vodom može se napraviti u obliku kugle ili u obliku krnjeg konusa (konusni dio).

Prednosti i nedostaci metode

Ova metoda ima vodeću poziciju u području proizvodnje čelika. Metoda proizvodnje čelika koristi se za stvaranje visokokvalitetnog metala koji je u potpunosti nedovoljan ili sadrži malu količinu nepoželjnih nečistoća kao što su sumpor, fosfor i kisik.

Glavna prednost metode je korištenje električne energije za grijanje, tako da se temperatura taljenja može lako kontrolirati i može se postići nevjerojatna brzina zagrijavanja metala. Automatizirani rad će biti ugodan dodatak izvrsnoj mogućnosti visokokvalitetne obrade raznih metalnih otpadaka.

Nedostaci uključuju veliku potrošnju energije.