Taljenje jekla: tehnologija, metode, surovine

Železova ruda se pridobi z običajno metodo: odprto ali podzemno rudarjenje in naknadni prevoz za začetno pripravo, kjer se material tali, opere in predeluje.

Ruda je pokopana v plavžni peči in pihana z vročim zrakom in toploto, ki jo pretvori v staljeno železo. Nadalje se iz spodnjega dela peči izvleče v oblike, znane kot prašiči, kjer se izvaja hlajenje za proizvodnjo litega železa. To se spremeni v kovanega železa ali obdeluje v jeklo na več načinov.

Kaj je jeklo?

Na začetku je bilo železa. To je ena najpogostejših kovin v zemeljski skorji. Lahko ga najdemo skoraj povsod, v kombinaciji z mnogimi drugimi elementi, v obliki rude. V Evropi je začetek dela z železom sega v leto 1700 pred našim štetjem.

Leta 1786 so francoski znanstveniki Berthollet, Monge in Vandermonde natančno ugotovili, da je razlika med železom, železom in jeklom posledica različne vsebnosti ogljika. Kljub temu pa je jekla iz železa hitro postala najpomembnejša kovina industrijske revolucije. V začetku 20. stoletja je svetovna proizvodnja jekla znašala 28 milijonov ton, kar je šestkrat več kot leta 1880. Do začetka prve svetovne vojne je proizvodnja znašala 85 milijonov ton. Že več desetletij je praktično nadomestil železo.

Vsebnost ogljika vpliva na značilnosti kovine. Obstajata dve glavni vrsti jeklo: legirano in nezapisan. Legirana jekla se nanaša na kemične elemente, ki niso dodani ogljiku v železo. Tako se za izdelavo nerjavečega jekla uporablja zlitina 17% kroma in 8% niklja.

Trenutno je več kot 3000 katalogiziranih blagovnih znamk (kemičnih spojin), ne glede na tiste, ki so zasnovane tako, da ustrezajo posameznim potrebam. Vsi ti prispevajo k preoblikovanju jekla v najbolj primeren material za reševanje problemov v prihodnosti.

Surovine za taljenje jekla: primarno in sekundarno

Taljenje te kovine z uporabo številnih komponent je najpogostejši način rudarstva. Shirted materiali so lahko primarni in sekundarni. Osnovna sestava bremena je praviloma 55% surovega železa in 45% preostalega ostankov. Kot glavni element zlitine se uporabljajo feroelične, pretvorjene litine in tehnično čiste kovine, praviloma vse vrste črna kovina.

Železova ruda je najpomembnejša in osnovna surovina v železarski in jeklarski industriji. Za proizvodnjo tone surovega železa je potrebno približno 1,5 tone tega materiala. Za proizvodnjo ene tone surovega železa se uporablja približno 450 ton koksa. Mnoge metalurške rastline uporabljajo celo oglje.

Voda je pomembna surovina za industrijo železa in jekla. Uporablja se predvsem za gašenje koksa, hlajenje peči, izdelava pare v vratih premoga peči, delovanje hidravlične opreme in odlaganje kanalizacije. Približno 4 tone zraka je potrebno za proizvodnjo tone jekla. Pretok se uporablja v plavžih za pridobivanje onesnaževal iz talilne rude. Apnenec in dolomit sta kombinirana z ekstrahiranimi nečistočami, ki tvorijo žlindro.

Pihalne in jeklene peči so obložene z ognjevzdržnimi materiali. Uporabljajo se za obračanje peči, namenjene taljenju železove rude. Za oblikovanje se uporablja silicijev dioksid ali pesek. Za proizvodnjo različnih vrst jekla, neželezne kovine: aluminij, krom, kobalt, baker, svinec, mangan, molibden, nikelj, kositer, volfram, cink, vanadij in drugi. Med vsemi temi železovih zlitin mangana se pogosto uporablja pri izdelavi jekla.

Odpadki železa, pridobljeni iz razstavljenih modelov tovarn, mehanizmov, starih vozil itd., Se predelujejo in široko uporabljajo v tej industriji.

Litoželezni jeklo

Taljenje jekla z uporabo litega železa se proizvaja veliko pogosteje kot pri drugih materialih. Lititno železo je izraz, ki se ponavadi nanaša na sivo žlezo, vendar je identificiran tudi z veliko skupino ferozlitin. Ogljik je okoli 2,1 do 4 mas.%, Medtem ko je silicij običajno od 1 do 3 mas.% V zlitini.

Litit železo in jeklo se talijo na tališču med 1150 in 1200 stopinjami, kar je približno 300 stopinj nižje od tališča čistega železa. Lititno železo prav tako kaže dobro tekočino, odlično obdelavo, odpornost na deformacijo, oksidacijo in ulivanje.

Jeklo je tudi zlitina železa s spremenljivo vsebnostjo ogljika. Vsebnost ogljika v jeklu je od 0,2 do 2,1 mas.%, In to je najbolj ekonomičen legirni material za železo. Taljenje jekla iz litega železa je uporabno za različne tehnične in konstrukcijske namene.

Železova ruda za jeklo

Postopek izdelave jekla se začne s predelavo železove rude. Skala, ki vsebuje železovo rudo, je tla. Ruda se pridobiva z magnetnimi valji. Drobnozrnata železova ruda se predeluje v grobozrnate komolce za uporabo v plavžni peči. Premog očistimo iz nečistoč v koksarna, ki daje skoraj čisto obliko ogljika. Mešanica železove rude in premoga se nato segreva, da proizvede staljeno železo ali litino, iz katerega je izdelano jeklo.

V glavni kisikovi peči je glavna surovina staljena železova ruda in se zmeša z različnimi količinami jeklenih odpadkov in zlitin za proizvodnjo različnih jeklenih razredov. V elektroobločni peči se ostanek recikliranega jekla stopi neposredno v novo jeklo. Približno 12% jekla je izdelano iz recikliranega materiala.

Tehnologija taljenja

Taljenje je postopek, s katerim se kovina proizvede bodisi kot element bodisi kot preprosta spojina iz svoje rude z ogrevanjem nad tališčem, navadno v prisotnosti oksidacijskih sredstev, kot je zrak, ali reducentov, kot je koks.

V tehnologiji taljenja jekla se kovina, ki združuje s kisikom, na primer železov oksid, segreje na visoko temperaturo in oksid tvori skupaj z ogljikom v gorivu, ki se pojavlja kot ogljikov monoksid ali ogljikovega dioksida.
Druge nečistoče, ki jih imenujemo vene, se odstranijo z dodajanjem toka, s katerim se kombinirajo, da tvorijo žlindro.

V sodobnem taljenju je bila uporabljena odsevna peč. Koncentrirana ruda in tok (ponavadi apnenec) se nalagata v zgornji del, iz taljenega je potopljena matirana (baker, železo, žveplo in žlindra). Druga toplotna obdelava v pretvorni peči je potrebna za odstranjevanje železa iz matirane površine.

Kisikovo-konvekcijska metoda

Proces kisika pretvornik je vodilni proces izdelave jekla na svetu. Svetovna proizvodnja jekla za pretvorbo je leta 2003 znašala 964,8 milijona ton ali 63,3% celotne proizvodnje. Proizvodnja pretvornika je vir onesnaževanja naravnega okolja. Glavne težave so zmanjšanje emisij, izpustov in zmanjšanje količine odpadkov. Njihovo bistvo je v uporabi sekundarnih energetskih in materialnih virov.

Eksotermna toplota nastajajo z oksidacijskimi reakcijami med čiščenjem.

Glavni proces taljenja jekla z lastnimi rezervami:

• Stoječe železo (včasih imenovane vroče kovine) iz plavžne peči izlije v veliko ognjevarno podloženo posodo, imenovano lonček.
• Kovina v lanu se pošlje neposredno v glavno fazo proizvodnje ali predobdelave jekla.
• Visoko čistočo kisik pri tlaku 700-1000 kilopaskalov se injicira na supersonični hitrosti na površino železne kopeli skozi vodno hlajeno tuiero, ki se suspendira v posodi in drži nekaj metrov nad kopeljo.

Odločitev o predobdelavi je odvisna od kakovosti vroče kovine in zahtevane končne kakovosti jekla. Prvi pretvorniki z odstranljivim dnom, ki jih je mogoče prekiniti in popravljati, so še vedno v uporabi. Spoke, uporabljene za pihanje, so bile spremenjene. Da bi preprečili zagozditev koprene med čiščenjem, so bile uporabljene režne manšete z dolgim ​​koničastim bakrenim vrhom. Konice konice po izgorevanju sežgejo CO, ki nastane pri pihanju v CO₂, in zagotoviti dodatno toploto. Za odstranjevanje žlindre se uporabljajo kapljice, ognjevarne kroglice in detektorji žlindre.

Kisik-konvekcija metoda: prednosti in slabosti

Za to ne zahteva stroškov opreme za čiščenje plinov, ker je nastajanje prahu, to je izhlapevanje železa, zmanjšano za faktor 3. Zaradi zmanjšanja pridelka železa se je opaziti, da se pridelek tekočega jekla poveča za 1,5-2,5%. Prednost je bila tudi, da se intenzivnost čiščenja pri taki metodi povečuje, kar omogoča povečanje učinkovitosti pretvornika za 18%. Kakovost jekla je višja, saj se temperatura v čistilni coni zmanjša, kar vodi k zmanjšanju nastajanja dušika.

Pomanjkljivosti te metode taljenja jekla so privedle do zmanjšanja povpraševanja po porabi, saj se je poraba kisika povečala za 7% zaradi visoke porabe izgorevanja goriva. V reciklirani kovini je večja vsebnost vodika, zaradi česar je po koncu procesa potreben čas, da se čisti s kisikom. Med vsemi metodami ima kisik pretvornik najvišjo tvorbo žlindre, razlog je nezmožnost sledenja oksidacijskemu procesu znotraj opreme.

Metoda Martena

Metoda Marten za večino 20. stoletja je predstavljala večino predelave celotnega jekla, proizvedenega na svetu. William Siemens v šestdesetih letih 20. stoletja je iskal sredstvo za povečanje temperature v metalurški peči, v katerem je vstal star stavek o uporabi odpadne toplote, ki ga je izžigala peč. Ogreval je opeko na visoko temperaturo, nato pa je uporabil isto pot za vbrizganje zraka v peč. Predgreti zrak je znatno povečal temperaturo plamena.

Pri gorivu se uporabljajo kot zemeljski plin ali težka olja s prahom, gorivo pa se pred zgorevanjem segreva. Peč se napolni s tekočimi odpadki iz železa in jekla tekočih peči skupaj z železovo rudo, apnencem, dolomitom in fluksi.

Sama peč je izdelana iz visoko odpornih materialov, kot so magnezitna opeka za ognjišča. Teža ognjišča peči doseže 600 ton, in so na splošno določene skupine tako velike dodatne opreme, potrebne za polnjenje peči in obdelavo staljenega jekla je mogoče učinkovito uporabiti.

Čeprav proces odprtega ognja skoraj v celoti zamenjuje v večini industrializiranih držav s pomočjo osnovnega kisikovega postopka in elektroobločne peči, proizvede približno 1/6 celotnega jekla, proizvedenega po vsem svetu.

Prednosti in pomanjkljivosti te metode

Prednosti vključujejo enostavno uporabo in enostavnost pri proizvodnji legiranega jekla z mešanico različnih dodatkov, ki dajejo materialu različne specializirane lastnosti. Nujni aditivi in ​​zlitine se doda tik pred koncem taljenja.

Slabosti vključujejo zmanjšano učinkovitost v primerjavi s postopkom pretvorbe kisika. Tudi kakovost jekla je manjša, v primerjavi z drugimi metodami taljenja kovin.

Metoda elektroobločne peči

Sodoben način taljenja jekla z lastnimi rezervami je pečica, ki napolni material z električnim lokom. Industrijske arc-peči imajo velikosti od majhnih enot, ki imajo kapaciteto približno eno tono (ki se uporablja v livarnah za proizvodnjo izdelkov iz železa) do 400 ton enot, ki se uporabljajo za sekundarno metalurgijo.

Ločilne peči, ki se uporabljajo v raziskovalnih laboratorijih, imajo lahko le nekaj deset gramov. Industrijska električna obločna peč lahko doseže do 1800 ° C (3272 ° F), medtem ko so laboratorijske nastavitve presega 3000 ° C (5432 ° F).

Ločilne peči se razlikujejo od indukcije, saj je polnilni material neposredno izpostavljen električnemu loku in tok v vodnikih prehaja skozi napolnjen material. Električna obločna peč se uporablja za proizvodnjo jekla, sestavljena je iz ognjevzdržne podloge, običajno vodno hlajene, velike, prekrite s pomično streho.

Peč je v bistvu razdeljena na tri dele:

• Ovoj, ki sestoji iz stranskih sten in spodnje jeklene posode.
• Ognjišče je sestavljeno iz ognjevarnega materiala, ki potegne spodnjo skledo.
• Streha z ognjeodporni oblogi ali vodno hlajenje se lahko kot odsek krogle ali prisekanega stožca (stožčasto).

Prednosti in pomanjkljivosti metode

Ta metoda ima vodilni položaj na področju proizvodnje jekla. Metoda izdelave jekla se uporablja za izdelavo visoko kakovostne kovine, ki je bodisi v celoti brez vode bodisi vsebuje majhno količino neželenih nečistoč, kot so žveplo, fosfor in kisik.

Glavna prednost metode je uporaba električne energije za ogrevanje, tako da je mogoče temperaturo taljenja enostavno nadzorovati in doseči neverjetno hitrost segrevanja kovine. Avtomatizirano delo bo prijetno dodano odlični možnosti za kakovostno obdelavo različnih odpadnih kovin.

Pomanjkljivosti vključujejo veliko porabo energije.