Turnarea oțelului: tehnologie, metode, materii prime

Minereul de fier se obține prin metoda obișnuită: exploatarea deschisă sau subterană și transportul ulterior pentru pregătirea inițială, unde materialul este măcinat, spălat și prelucrat.

Minele este îngropat într-un cuptor de furnal și aruncat cu aer cald și căldură, care îl transformă în fier topit. Mai mult, este extras din partea inferioară a cuptorului în forme cunoscute ca porci, unde are loc răcirea pentru producerea fontei. Se transformă în fier forjat sau prelucrat în oțel în mai multe moduri.

Ce este oțelul?

La început, era fier. Este unul dintre cele mai comune metale din scoarța pământului. Se găsește aproape oriunde, în combinație cu multe alte elemente, sub formă de minereu. În Europa, începutul lucrului cu fierul datează din 1700 î.Hr.

În 1786, oamenii de știință francezi Berthollet, Monge și Vandermonde au stabilit cu exactitate că diferența dintre fier, fier și oțel se datorează unui conținut diferit de carbon. Cu toate acestea, oțelul din fier a devenit rapid cel mai important metal al revoluției industriale. La începutul secolului XX, producția mondială de oțel a totalizat 28 de milioane de tone, de șase ori mai mult decât în ​​1880. La începutul primului război mondial, producția sa a fost de 85 de milioane de tone. Timp de câteva decenii, aceasta a înlocuit practic fierul.

Conținutul de carbon afectează caracteristicile metalului. Există două tipuri principale oțel: aliat și nedepășit. Aliajul de oțel se referă la alte elemente chimice decât carbonul adăugat fierului. Astfel, pentru a crea oțel inoxidabil, se utilizează un aliaj de 17% crom și 8% nichel.

În prezent, există mai mult de 3000 de mărci catalogate (compuși chimici), fără a se lua în calcul acele marci catalogate pentru a satisface nevoile individuale. Toate acestea contribuie la transformarea oțelului în materialul cel mai potrivit pentru rezolvarea problemelor viitorului.

Materii prime pentru topirea oțelului: primar și secundar

Topirea acestui metal folosind mai multe componente este cea mai obișnuită metodă de extracție. Materialele cu șiret pot fi utilizate atât ca primă, cât și secundară. Compoziția de bază a încărcăturii, de regulă, este de 55% din fontă și 45% din resturile rămase. Feroaliajele, fonta convertită și metalele din punct de vedere tehnic pur sunt utilizate ca element principal al aliajului, de regulă, toate tipurile negru metal.

Minereul de fier este cea mai importantă și principală materie primă din industria siderurgică. Pentru producerea unei tone de fontă sunt necesare aproximativ 1,5 tone din acest material. Aproximativ 450 de tone de cocs sunt folosite pentru a produce o tonă de fontă. Multe fabrici metalurgice folosesc chiar cărbune.

Apa este o materie primă importantă pentru industria siderurgică. Se utilizează în principal pentru călirea cocsului, pentru cuptoarele de răcire, pentru producerea de abur în ușile cuptorului de cărbune, pentru funcționarea echipamentelor hidraulice și pentru evacuarea apelor uzate. Aproximativ 4 tone de aer sunt necesare pentru a produce o tonă de oțel. Fluxul este utilizat într-un cuptor pentru a extrage contaminanții din minereul de topire. Limestonul și dolomitul sunt combinate cu impuritățile extrase pentru a forma o zgură.

Atât cuptoarele de suflat, cât și cele din oțel sunt căptușite cu materiale refractare. Ele sunt utilizate pentru cuptoarele destinate pentru topirea minereului de fier. Dioxidul de siliciu sau nisipul este utilizat pentru turnare. Pentru producția de diferite tipuri de oțel, metale neferoase: aluminiu, crom, cobalt, cupru, plumb, mangan, molibden, nichel, staniu, wolfram, zinc, vanadiu și altele. Dintre toate aceste feroaliaje de mangan este utilizat pe scară largă în fabricarea oțelului.

Deșeurile de fier, obținute din desființările de fabrici, mecanisme, vehicule vechi etc., sunt prelucrate și utilizate pe scară largă în această industrie.

Fontă pentru oțel

Turnarea oțelului prin utilizarea fontei este produsă mult mai des decât cu alte materiale. Fonta este un termen care se referă de obicei la glanda gri, dar este identificat și cu un grup mare de feroaliaje. Carbonul este de aproximativ 2,1 până la 4% în greutate, în timp ce siliciul este de obicei 1 până la 3% în greutate în aliaj.

Fonta și oțelul sunt topite la un punct de topire între 1150 și 1200 de grade, care este cu aproximativ 300 de grade mai mic decât punctul de topire al fierului pur. Fonta prezintă de asemenea fluiditate bună, prelucrabilitate excelentă, rezistență la deformare, oxidare și turnare.

Oțelul este, de asemenea, un aliaj de fier cu conținut de carbon variabil. Conținutul de carbon al oțelului este 0.2-2.1% gr., Și este materialul cel mai economic pentru alierea fierului. Topirea oțelului din fontă este utilă pentru diferite scopuri tehnice și structurale.

Minereu de fier pentru oțel

Procesul de fabricare a oțelului începe cu prelucrarea minereului de fier. Stânca care conține minereu de fier este măcinată. Mina este exploatată folosind role magnetice. Minele de fier cu granulație fină sunt prelucrate în granule grosiere pentru utilizare într-un cuptor. Cărbunele este curățat de impurități în cuptor cu cocs, care dă o formă aproape pură de carbon. Amestecul de minereu de fier și cărbune este apoi încălzit pentru a produce fier topit sau fontă din care se produce oțelul.

În cuptorul principal de oxigen, minereul de fier topit este principala materie primă și este amestecat cu cantități diferite de resturi de oțel și aliaje pentru producerea diferitelor tipuri de oțel. Într-un cuptor cu arc electric, resturile de oțel reciclat se topește direct în noul oțel. Aproximativ 12% din oțel este fabricat din material reciclat.

Tehnologia de topire

Topire - procesul prin care metalul este obținut fie ca element sau ca o simplă conexiune de minereu prin încălzire peste punctul de topire, de obicei, în prezența unor oxidanți, cum ar fi aerul, sau agenți, cum ar fi cocs de reducere.

În tehnologia de topire a oțelului, un metal care combină cu oxigen, de exemplu oxid de fier, este încălzit la o temperatură ridicată, iar oxidul formează în combinație cu carbonul din combustibilul care apare ca monoxid de carbon sau dioxid de carbon.
Alte impurități, denumite în mod colectiv vene, sunt îndepărtate prin adăugarea unui flux cu care se combină pentru a forma o zgură.

În topirea modernă, a fost folosit un cuptor cu reflectare. Minele și fluxul concentrat (de obicei, calcar) sunt încărcate în partea superioară, iar matul topit (cupru, fier, sulf și zgură) este tras de jos. Al doilea tratament termic în cuptorul de conversie este necesar pentru a îndepărta fierul de pe suprafața mată.

Metoda de convecție a oxigenului

Procesul de conversie a oxigenului este procesul de conducere a oțelului în lume. Producția mondială de oțel convertizor în 2003 a fost de 964,8 milioane de tone, sau 63,3% din producția totală. Producția convertorului este o sursă de poluare a mediului natural. Principalele probleme sunt reducerea emisiilor, evacuările și reducerea deșeurilor. Esența lor constă în utilizarea energiei secundare și a resurselor materiale.

Căldura exotermică este generată de reacțiile de oxidare în timpul purjării.

Principalul proces de topire a oțelului folosind propriile sale rezerve:

• Fierul fier (uneori numit fierbinte metal) din cuptorul de turnare se toarnă într-un container mare căptușit refractar, numit o ladă.
• Metalul din ladă este trimis direct la stadiul principal de producție sau pre-tratare a oțelului.
• presiune de oxigen de înaltă puritate 700-1000 kPa este injectată la o viteză supersonică în suprafața băii de fier, printr-o lance răcită cu apă, care este suspendat în vas și este ținut în câteva picioare deasupra băii.

Decizia privind pretratarea depinde de calitatea metalului fierbinte și de calitatea finală necesară a oțelului. Primele convertoare cu fund detașabil, care pot fi deconectate și reparate, sunt încă în uz. Spearurile folosite pentru suflare au fost schimbate. Pentru a preveni închiderea lancei în timpul curățării, s-au folosit manșoane cu un vârf de cupru lung, cu lungime mărită. Vârfurile vârfului după combustie incineră CO produs în timpul suflării în CO₂, și asigură căldură suplimentară. Picăturile, bilele refractare și detectoarele de zgură sunt folosite pentru a îndepărta zgura.

Metoda de convecție cu oxigen: avantaje și dezavantaje

Nu necesită costul echipamentului pentru purificarea gazului, deoarece formarea prafului, adică evaporarea fierului, este redusă cu un factor de 3. Datorită scăderii randamentului de fier, se observă că randamentul oțelului lichid crește cu 1,5-2,5%. Avantajul a fost, de asemenea, că intensitatea purjării într-o astfel de metodă crește, ceea ce face posibilă creșterea eficienței convertorului cu 18%. Calitatea oțelului este mai mare, deoarece temperatura din zona de purjare este redusă, ceea ce duce la o reducere a formării azotului.

Dezavantajele acestei metode de topire a oțelului au condus la o scădere a cererii de consum, deoarece nivelul consumului de oxigen a crescut cu 7% datorită consumului ridicat de combustie a combustibilului. Există un conținut crescut de hidrogen în metalul reciclat, din cauza căruia este nevoie de ceva timp după terminarea procesului de purjare cu oxigen. Dintre toate metodele, convertorul de oxigen are formația cea mai mare de zgură, motivul fiind incapacitatea de a urmări procesul de oxidare din interiorul echipamentului.

Metoda Marten

Metoda Marten pentru cea mai mare parte a secolului XX a reprezentat cea mai mare parte a procesării tuturor oțelurilor produse în lume. William Siemens în anii 1860 căuta un mijloc de creștere a temperaturii într-un cuptor metalurgic, resuscitat de vechea propunere de utilizare a căldurii reziduale emise de cuptor. A încălzit cărămida la o temperatură ridicată, apoi a folosit aceeași cale pentru a injecta aerul în cuptor. Aerul preîncălzit a crescut semnificativ temperatura flacării.

Gazul natural sau uleiurile grele pulverizate sunt utilizate ca combustibili - aer și combustibilul este încălzit înainte de combustie. Cuptorul este încărcat cu resturi de fier lichid și oțel, împreună cu minereu de fier, calcar, dolomită și fluxuri.

Cuptorul în sine este fabricat din materiale foarte refractare, cum ar fi cărămizi de magnezit pentru vatră. Cuptoare cu vatra de greutate ajunge la 600 de tone, și sunt, în general, grupuri stabilite astfel încât accesorii masive necesare pentru încărcarea și cuptoare de prelucrare a oțelului topit poate fi utilizat în mod eficient.

Deși procesul de vatră deschisă este aproape complet înlocuită în țările cele mai industrializate, procesul de oxigen de bază și cuptorul cu arc electric, ele produc aproximativ 1/6 din toate oțel produse la nivel mondial.

Avantajele și dezavantajele acestei metode

Avantajele includ ușurința utilizării și ușurința în producerea oțelului aliat cu un amestec de aditivi diferiți, care conferă materialului o varietate de proprietăți specializate. Aditivii necesari și aliajele sunt adăugate imediat înainte de terminarea topirii.

Dezavantajele includ eficiența redusă, în comparație cu metoda convertizorului de oxigen. De asemenea, calitatea oțelului este mai mică, comparativ cu alte metode de topire a metalelor.

Metoda cuptorului cu arc electric

Modul modern de topire a oțelului folosind propriile sale rezerve este un cuptor care încălzește materialul încărcat cu un arc electric. arc-cuptoare industriale au dimensiuni de la unități mici capacitate de aproximativ o tonă transporta (utilizate în turnătorii pentru fabricarea de produse din fier) ​​la 400 unități de tone utilizate pentru metalurgie secundară.

Cuptoarele cu arc utilizate în laboratoarele de cercetare pot avea o capacitate de numai câteva zeci de grame. Temperaturile industriale ale cuptorului cu arc electric pot fi până la 1800 ° C (3272 ° F), în timp ce instalațiile de laborator pot depăși 3000 ° C (5432 ° F).

Cuptoarele cu arc diferă de inducție prin faptul că materialul de încărcare este expus direct la un arc electric, iar curentul din cabluri trece prin materialul încărcat. cuptor cu arc electric utilizat pentru producția de oțel, este compus din căptușeală refractară, de obicei răcite cu apă, de dimensiuni mai mari, acoperite de un acoperiș culisant.

Cuptorul este practic divizat în trei secțiuni:

• O cochilie formată din pereți laterali și un bol din oțel inferior.
• Vatra constă într-un refractar care trage vasul de jos.
• Acoperiș cu căptușeală refractară sau apă de răcire poate fi format dintr-o secțiune a unei sfere sau a unui trunchi de con (secțiunea conică).

Avantajele și dezavantajele metodei

Această metodă ocupă o poziție de lider în domeniul producției de oțel. Metoda de fabricare a oțelului este utilizată pentru a crea un metal de înaltă calitate care este complet lipsit de sau conține o cantitate mică de impurități nedorite cum ar fi sulf, fosfor și oxigen.

Principalul avantaj al metodei este utilizarea energiei electrice pentru încălzire, astfel încât temperatura de topire să poată fi ușor controlată și poate fi obținută o rată incredibilă de încălzire a metalului. Lucrările automate vor fi un plus plăcut posibilității excelente de prelucrare de înaltă calitate a diferitelor fier vechi.

Dezavantajele includ consumul mare de energie.