Выплаўленьне сталі: тэхналогія, спосабы, сыравіну

Жалезную руду атрымліваюць звыклым спосабам: адкрытай або падземнай здабычай і наступнай транспарціроўкай для першапачатковай падрыхтоўкі, дзе матэрыял здрабняецца, промывается і перапрацоўваецца.

Руду засынаюць у даменную печ і падвяргаюць струйной апрацоўкі гарачым паветрам і цяплом, які ператварае яе ў расплаўленае жалеза. Далей яно здабываецца з ніжняй частцы печы ў формы, вядомыя як свінні, дзе адбываецца астуджэнне для атрымання чыгуну. Ён ператвараецца ў кованой жалеза або перапрацоўваецца ў сталь некалькімі спосабамі.

Што такое сталь?

Спачатку было жалеза. Яно з'яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных металаў у зямной кары. Яго можна сустрэць амаль усюды, у спалучэнні з многімі іншымі элементамі, у выглядзе руды. У Еўропе пачатак працы з жалезам датуецца 1700 г. да н. э.

У 1786 годзе французскія навукоўцы Бертолле, Мондж і Вандермонде дакладна вызначылі, што розніца паміж жалезам, чыгуном і сталлю абумоўлена розным утрыманнем вугляроду. Тым не менш сталь, вырабленая з жалеза, хутка стала самым важным металам прамысловай рэвалюцыі. У пачатку XX стагоддзя сусветнае вытворчасць сталі склала 28 мільёнаў тон - гэта ў шэсць разоў больш, чым у 1880 годзе. Да пачатку Першай сусветнай вайны яе вытворчасць складала 85 мільёнаў тон. На працягу некалькіх дзесяцігоддзяў яна практычна замяніла жалеза.

Змест вугляроду ўплывае на характарыстыкі металу. Існуе два асноўных выгляду сталі: легіраваных і нелегированная. Сплаў сталі ставіцца да хімічным элементам, выдатным ад вугляроду, дададзенага да залозу. Такім чынам, для стварэння нержавеючай сталі выкарыстоўваецца сплаў 17 % хрому і 8 % нікеля.

Больш:

Віды дзелавога зносін

 Дзелавое зносіны ўяўляе сабой тып зносін, мэтай якога з'яўляецца ўзаемаабмен інфармацыяй паміж існуючымі або патэнцыяльнымі партнёрамі. Падчас дзелавога зносін вырашаюцца важныя пытанні, ставяцца і дасягаюцца мэты, набываюцца асобасныя і дзелав...

Ўнутраная норма рэнтабельнасці - найважнейшы паказчык эфектыўнасці інвестыцый.

Прыняцце любога рашэння ў дачыненні да інвестыцый абавязкова спалучана з ацэнкай эфектыўнасці. Гэта зразумела, так як неабходна вызначыць тыя крытэры, якія дазволяць выбраць самыя прыбытковыя праекты. Часцей за ўсё інвестарамі выкарыстоўваецца сістэм...

Сістэмны падыход у менеджменце

Сістэмны падыход у менеджменце ўяўляе сабой спосаб мыслення па адносінах да кіравання і арганізацыі. Яго нельга блытаць з наборам розных прынцыпаў дзеяння для кіраўніцкага апарату. Упершыню прымяненне гэтага інструмента кіравання адзначана ў канцы 50...

У цяперашні час існуе больш за 3000 каталагізаваных марак (хімічных саставаў), не лічачы тых, якія створаны для задавальнення індывідуальных патрэбаў. Усе яны спрыяюць ператварэнню сталі ў найбольш прыдатны матэрыял для вырашэння задач будучыні.

Сыравіна для выплаўкі сталі: першаснае і другаснае

Выплаўленьне дадзенага металу з выкарыстаннем многіх кампанентаў – самы распаўсюджаны спосаб здабычы. Шихтовые матэрыялы могуць быць як першасна якія выкарыстоўваюцца, так і ў другі раз. Асноўны склад шыхты, як правіла, складае 55 % чыгуну і 45 % пакінутага металалому. Ферасплавы, перароблены чыгун і тэхнічна чыстыя металы выкарыстоўваюцца як асноўны элемент сплаву, да другасным, як правіла, адносяць усе віды чорнага металу.

Жалезная руда з'яўляецца самым важным і асноўным сыравінай у чорнай металургіі. Для вытворчасці тоны чыгуну патрабуецца каля 1, 5 тоны гэтага матэрыялу. Для вытворчасці адной тоны чыгуну выкарыстоўваецца каля 450 тон коксу. Многія металургічныя заводы ўжываюць нават драўняны вугаль.

Вада - важная сыравіна для чорнай металургіі. Яна ў асноўным выкарыстоўваецца для загартоўкі коксу, астуджэння даменных печаў, вытворчасці пара ў дзвярах вугальнай печы, працы гідраўлічнага абсталявання і выдалення сцёкавых вод. Для вытворчасці тоны сталі патрабуецца каля 4 тон паветра. Флюс выкарыстоўваецца ў даменнай печы для здабывання забруджванняў з плавільнай руды. Вапняк і даламіт аб'ядноўваюцца з экстрагированными прымешкамі з адукацыяй дзындры.

Як дутьевые, так і сталевыя печы, абліцаваныя огнеупорами. Яны выкарыстоўваюцца для абліцавальных печаў, прызначаных для плаўкі жалезнай руды. Дыяксід крэмнія або пясок выкарыстоўваецца для фармавання. Для вытворчасці сталі розных марак ўжываюць каляровыя металы: алюміній, хром, кобальт, медзь, свінец, марганец, малібдэн, нікель, волава, вальфрам, цынк, ванадый і інш. Сярод усіх гэтых ферасплаваў марганец шырока выкарыстоўваецца ў выплаўленні сталі.

Жалезныя адходы, атрыманыя з дэманціраваных канструкцый заводаў, механізмаў, старых транспартных сродкаў і г. д., перапрацоўваюцца і шырока выкарыстоўваюцца ў гэтай галіне.

Чыгун для сталі

Выплаўлення сталі з выкарыстаннем чыгуну вырабляюць значна часцей, чым з іншымі матэрыяламі. Чыгун - гэта тэрмін, які звычайна ставіцца да шэрага залозу, аднак ён таксама ідэнтыфікаваны з вялікай групай ферасплаваў. Вуглярод складае прыкладна ад 2,1 да 4 мас.%, тады як крэмній складае звычайна ад 1 да 3 мас.% у сплаве.

Выплаўленьне чыгуну і сталі праходзіць пры тэмпературы плаўлення паміж 1150 і 1200 градусаў, што прыкладна на 300 градусаў ніжэй, чым тэмпература плаўлення чыстага жалеза. Чыгун таксама дэманструе добрую цякучасць, выдатную обрабатываемость, ўстойлівасць да дэфармацыі, акіслення і адліўцы.

Сталь таксама з'яўляецца сплавам жалеза з пераменным утрыманнем вугляроду. Змест вугляроду ў сталі складае ад 0, 2 да 2, 1 мас.%, І гэта найбольш эканамічны легирующий матэрыял для жалеза. Выплаўленьне сталі з чыгуну карысная для розных інжынерных і канструкцыйных мэтаў.

Жалезная руда для сталі

Працэс выплаўлення сталі пачынаецца з перапрацоўкі жалезнай руды. Пароду, якая змяшчае жалезную руду, здрабняюць. Руду здабываюць з выкарыстаннем магнітных ролікаў. Дробназярністая жалезная руда перапрацоўваецца ў буйназярністыя камякі для выкарыстання ў даменнай печы. Вугаль чысціцца ад прымешак ў коксовой печы, што дае амаль чыстую форму вугляроду. Затым сумесь жалезнай руды івугалю награваюць для атрымання расплаўленага жалеза або чыгуну, з якога вырабляецца сталь.

У асноўны кіслароднай печы расплаўленая жалезная руда з'яўляецца асноўным сыравінай і змешваецца з рознымі колькасцямі сталёвага лому і сплаваў для вытворчасці розных марак сталі. У электрадугавой печы перапрацаваны сталёвы лом растопліваецца непасрэдна ў новую сталь. Каля 12% сталі выраблена з перапрацаванага матэрыялу.

Тэхналогія выплаўлення

Плаўленне - працэс, з дапамогай якога метал атрымліваюць альбо ў выглядзе элемента, альбо як простае злучэнне з яго руды шляхам награвання вышэй тэмпературы плаўлення звычайна ў прысутнасці акісляльнікаў, такіх як паветра, або аднаўляльнікаў, такіх як кокс.

У тэхналогіі выплаўлення сталі метал, які спалучаецца з кіслародам, напрыклад аксідам жалеза, награваецца да высокай тэмпературы, і аксід утвараецца ў спалучэнні з вугляродам ў паліве, якія выходзяць як монааксід вугляроду або дыяксід вугляроду.
Іншыя прымешкі, усе разам званыя жыламі, выдаляюцца даданнем патоку, з якім яны аб'ядноўваюцца, утвараючы шлак.

У сучасных плаўках сталі выкарыстоўваецца адлюстравальная печ. Канцэнтраваная руда і паток (звычайна вапняк) загружаюцца ў верхнюю частку, а расплаўлены штэйн (злучэнне медзі, жалеза, серы і дзындры) выцягваецца знізу. Другая тэрмаапрацоўка ў конвертерного печы неабходная для выдалення жалеза з матавай паверхні.

Кіслароднае-конвекторный спосаб

Кіслароднае-конвертерный працэс з'яўляецца вядучым працэсам мэталюргічнага вытворчасці ў свеце. Сусветная вытворчасць конвертерного сталі ў 2003 годзе склала 964,8 млн. тон або 63,3 % ад агульнага вытворчасці. Вытворчасць канвертара з'яўляецца крыніцай забруджвання навакольнага прыроднага асяроддзя. Асноўнымі праблемамі гэтага з'яўляюцца зніжэнне выкідаў, скідаў і памяншэнне адходаў. Сутнасць іх заключаецца ў выкарыстанні другасных энергетычных і матэрыяльных рэсурсаў.

Экзотермическое цяпло генеруецца рэакцыямі акіслення падчас прадзьмуху.

Асноўны працэс выплаўлення сталі з выкарыстаннем уласных запасаў:

• Расплаўлены чыгун (часам званы гарачым металам) з даменнай печы выліваецца ў вялікі вогнетрывалы футерованный кантэйнер, званы каўшом.
• Метал у каўшы накіроўваецца непасрэдна для асноўнага вытворчасці сталі або стадыі папярэдняй апрацоўкі.
• Psa высокай чысціні кісларод пад ціскам 700-1000 килопаскалей ўводзіцца з звышгукавы хуткасцю на паверхню ванны жалеза праз астуджаецца вадой фурму, якая падвешаная ў пасудзіне і ўтрымліваецца ў некалькіх футах над ваннай.

Рашэнне аб папярэдняй апрацоўцы залежыць ад якасці гарачага металу і патрабаванага канчатковага якасці сталі. Самыя першыя канвертары са здымным дном, якія могуць быць адлучаны і адрамантаваны, усё яшчэ выкарыстоўваюцца. Былі змененыя дзіды, якія выкарыстоўваюцца для выдзімання. Для прадухілення закліноўвання фурмы падчас прадзьмуху ўжываліся шчылінныя абшэўкі з доўгім першай літарай м медным наканечнікам. Кончыкі наканечніка пасля згарання спальваюць CO, які ўтвараецца пры выдзіманне ў CO₂, і забяспечваюць дадатковае цяпло. Для адводу дзындры выкарыстоўваюцца дроцікі, вогнетрывалыя шарыкі і шлаковые дэтэктары.

Кіслароднае-конвекторный спосаб: вартасці і недахопы

Не патрабуе выдаткаў на абсталяванне па ачышчэнню ад газу, так як пылеобразование, т. е. выпарэнне жалеза, знізілася ў 3 разы. За кошт зніжэння выхаду жалеза назіраецца рост выхаду вадкай сталі ў 1,5 - 2,5 %. Перавагай стала і тое, што інтэнсіўнасць прадзьмуху ў такім спосабе павялічваецца, што дае магчымасць павысіць прадукцыйнасці канвертара на 18 %. Якасць сталі вышэй, таму што тэмпература ў зоне прадзьмуху зніжана, што прыводзіць да памяншэння адукацыі азоту.

Недахопы дадзенага спосабу выплаўлення сталі прывялі да зніжэння попыту на спажыванне, так як павышаецца ўзровень спажывання кіслароду на 7 % з-за вялікага выдатку на спальванне паліва. Назіраецца падвышанае ўтрыманне вадароду ў перапрацаваным метале, з-за чаго даводзіцца некаторы час пасля заканчэння працэсу весці продувку пры дапамозе кіслароду. Сярод усіх спосабаў кіслароднае-конвертерный валодае самым павышаным шлакообразованием, прычынай з'яўляецца немагчымасць сачыць за працэсам акіслення ўнутры абсталявання.

Мартэнаўскай спосаб

Мартэнаўскай спосаб на працягу большай часткі 20-га стагоддзя складаў асноўную частку апрацоўкі ўсёй сталі, вырабленай у свеце. Уільям Сіменс ў 1860-х гадах шукаў сродкі павышэння тэмпературы ў металургічнай печы, уваскрэсіўшы старое прапанову аб выкарыстанні адпрацаванага цяпла, які выдаткоўваецца печчу. Ён награваў цэгла да высокай тэмпературы, затым выкарыстаў той жа шлях для ўводу паветра ў печ. Папярэдне нагрэтае паветра значна павялічваў тэмпературу полымя.

Прыродны газ або распыленыя цяжкія алею выкарыстоўваюцца ў якасці паліва; паветра і паліва награваюцца да згарання. Печ загружаецца вадкім даменным чыгуном і сталёвым ломам разам з жалезнай рудой, вапняком, даламітам і флюс.

Сама печ выраблена звысокоогнеупорных матэрыялаў, такіх як магнезитовый цэгла для ачагоў. Вага мартэнаўскіх печаў дасягае 600 тон, і іх звычайна ўсталёўваюць групамі, так што масіўнае дапаможнае абсталяванне, неабходнае для зарадкі печаў і апрацоўкі вадкай сталі, можа быць эфектыўна выкарыстана.

Хоць мартэнаўскай працэс практычна цалкам заменены ў большасці прамыслова развітых краін асноўных кіслародным працэсам і электрадугавой печчу, ім вырабляюць каля 1/6 ўсёй сталі, вырабленай ва ўсім свеце.

Вартасці і недахопы дадзенага спосабу

Да пераваг адносяць прастату выкарыстання і лёгкасць у атрыманні легаванай сталі з прымешкай розных дабавак, якія надаюць матэрыялу розныя спецыялізаваныя ўласцівасці. Неабходныя дабаўкі і сплавы дадаюць непасрэдна перад заканчэннем выплаўлення.

Да недахопаў можна аднесці паніжаную эканамічнасць, па параўнанні з кіслароднае-конверторным спосабам. Таксама якасць сталі больш нізкая, у параўнанні з астатнімі метадамі выплаўлення металу.

Электросталеплавильный спосаб

Сучасны спосаб выплаўлення сталі з выкарыстаннем уласных запасаў ўяўляе сабой печ, якая награвае зараджаны матэрыял з дапамогай электрычнай дугі. Прамысловыя дугавыя печы маюць памеры ад невялікіх адзінак грузападымальнасцю каля адной тоны (выкарыстоўваюцца ў ліцейных цэхах для вытворчасці чыгунных вырабаў) да 400 тон адзінак, якія ўжываюцца для другаснай металургіі.

Дугавыя печы, якія выкарыстоўваюцца ў даследчых лабараторыях, могуць мець ёмістасць ўсяго некалькі дзесяткаў грамаў. Прамысловыя тэмпературы электрычнай дуговой печы могуць складаць да 1800 °C (3,272 °F), у той час як лабараторныя ўстаноўкі могуць перавышаць 3000 °C (5432 °F).

Дугавыя печы адрозніваюцца ад індукцыйных тым, што зарадны матэрыял непасрэдна падвяргаецца ўздзеянню электрычнай дугі, а ток у высновах праходзіць праз зараджаны матэрыял. Электрычная дугавая печ выкарыстоўваецца для вытворчасці сталі, складаецца з вогнетрывалай футроўкі, звычайна водоохлаждаемой, вялікіх памераў, пакрыта рассоўным дахам.

Печ у асноўным падзелена на тры секцыі:

• Абалонка, якая складаецца з бакавых сценак і ніжняй сталёвы чары.
• Ачаг складаецца з огнеупора, які выцягвае ніжнюю чару.
• Дах з вогнетрывалай футроўкай або вадзяным астуджэннем можа быць выканана ў выглядзе секцыі шара або ў выглядзе ўсечанага конусу (канічная секцыя).

Вартасці і недахопы спосабу

Дадзены спосаб займае лідзіруючыя пазіцыі ў вобласці вытворчасці сталі. Метад выплаўлення сталі ўжываецца для стварэння высакаякаснага металу, які альбо зусім пазбаўлены, альбо змяшчае нязначную колькасць непажаданых прымешак, такіх як сера, фосфар і кісларод.

Галоўным плюсам метаду з'яўляецца выкарыстанне электраэнергіі для награвання, дзякуючы чаму можна лёгка кантраляваць тэмпературу плаўлення і дасягнуць неверагоднай хуткасці награвання металу. Аўтаматызаваная праца стане прыемным дадаткам да выдатнай магчымасці якаснай перапрацоўкі рознага металічнага лому.

Да недахопаў можна аднесці вялікае энергаспажыванне.