Стомано топене: технология, методи, суровини

Желязната руда се получава по обичайния начин: открит или подземен добив и последващо транспортиране за първоначална подготовка, където материалът се смила, измива и преработва.

Рудата е погребана в доменна пещ и е изгоряла с горещ въздух и топлина, която я превръща в разтопено желязо. Освен това, тя се извлича от долната част на пещта в форми, известни като прасета, където се извършва охлаждане за производство на чугун. Тя се превръща в ковано желязо или се преработва в стомана по няколко начина.

Какво представлява стоманата?

В началото имаше желязо. Това е един от най-разпространените метали в земната кора. Тя може да се намери почти навсякъде, в комбинация с много други елементи, под формата на руда. В Европа началото на работата с желязо датира от 1700 г. пр. Хр.

През 1786 френските учени Berthollet, Monge и Vandermonde точно установяват, че разликата между желязото, желязото и стоманата се дължи на различното съдържание на въглерод. Независимо от това, желязото, направено от желязо, бързо се превръща в най-важния метал на индустриалната революция В началото на 20-ти век световното производство на стомана възлиза на 28 милиона тона, което е шест пъти по-голямо от това през 1880 година. До началото на Първата световна война нейното производство е 85 милиона тона. В продължение на няколко десетилетия тя на практика смени желязото.

Съдържанието на въглерод влияе върху характеристиките на метала. Има два основни типа стомана: легирана и несвързани. Сплавта от стомана се отнася до химически елементи, различни от въглерод, добавени към желязото. Така, за да се създаде неръждаема стомана, се използва сплав от 17% хром и 8% никел.

В момента има над 3000 каталожни марки (химически съединения), без да се броят тези, предназначени да отговорят на индивидуалните нужди. Всички те допринасят за превръщането на стоманата в най-подходящия материал за решаване на бъдещите проблеми.

Суровини за топене на стомана: първични и вторични

Топенето на този метал с помощта на много компоненти е най-разпространеният начин на добив. Ширините материали могат да бъдат както първични, така и вторични. Основният състав на таксата, като правило, е 55% от чугун и 45% от остатъка. Феросплави, преобразуван чугун и технически чисти метали се използват като основен елемент на сплавта, като правило всички видове черен метал.

Желязната руда е най-важната и основна суровина в желязото и стоманата. За производството на тон чугун се изисква около 1,5 тона от този материал. Около 450 тона кокс се използват за производството на един тон чугун. Много металургични растения използват дори дървени въглища.

Водата е важна суровина за производството на желязо и стомана. Използва се основно за охлаждане на кокс, охлаждане на доменни пещи, производство на пара във вратите на пещ за въглища, работа с хидравлично оборудване и изхвърляне на отпадъчни води. Около 4 тона въздух се изисква за производството на тон стомана. Флюсът се използва в доменна пещ за извличане на замърсители от топената руда. Варовикът и доломитът се комбинират с екстрахирани примеси, за да се образува шлака.

Както духащите, така и стоманените пещи са облицовани с огнеупорни материали. Те се използват за пещи за облицоване, предназначени за топене на желязна руда. За формоване се използва силициев диоксид или пясък. За производството на различни видове стомана, цветни метали: алуминий, хром, кобалт, мед, олово, манган, молибден, никел, калай, волфрам, цинк, ванадий и др. Сред всички тези феросплави манганът се използва широко при производството на стомана.

Железни отпадъци, получени от демонтирани дизайни на фабрики, механизми, стари превозни средства и т.н., се обработват и широко се използват в тази индустрия.

Чугун за стомана

Стопенето на стомана с помощта на чугун се произвежда много по-често, отколкото при други материали. Чугунът е термин, който обикновено се отнася до сивата жлеза, но също така се идентифицира с голяма група феросплави. Въглеродът е около 2.1 до 4 тегл.%, Докато силиций обикновено е 1 до 3 тегл.% В сплавта.

Чугунът и стоманата се стопяват при температура на топене между 1150 и 1200 градуса, което е с около 300 градуса по-ниска от точката на топене на чистото желязо. Чугунът също така показва добра течливост, отлична обработваемост, устойчивост на деформация, окисляване и леене.

Стомана също е сплав от желязо с променливо въглеродно съдържание. Съдържанието на въглерод в стоманата е от 0,2 до 2,1% от теглото. И това е най-икономичният легиращ материал за желязото. Топенето на стомана от чугун е полезно за различни инженерни и структурни цели.

Желязна руда за стомана

Процесът на производство на стомана започва с обработката на желязна руда. Скалата, съдържаща желязна руда, е смляна. Рудата се добива с помощта на магнитни ролки. Фино-зърнената желязна руда се преработва в едри зърна за използване в доменни пещи. Въглищата се почистват от примеси коксова печка, който дава почти чиста форма на въглерод. Сместа от желязна руда и въглища след това се нагрява до получаване на стопено желязо или чугун, от който се произвежда стомана.

В основната кислородна пещ разтопената желязна руда е основната суровина и се смесва с различни количества стоманен скрап и сплави за производството на различни видове стомана. В пещ с електрическа дъга рециклираните стоманени скрап се разтопяват директно в новата стомана. Около 12% от стоманата се произвежда от рециклиран материал.

Технология на топенето

Топенето е процес, при който металът се получава или като елемент, или като просто съединение от неговата руда чрез загряване над точката на топене, обикновено в присъствието на окислителни агенти като въздух или редуциращи агенти като кокс.

В технологията за топене на стомана металът, който се комбинира с кислород, например железен оксид, се загрява до висока температура и окисът се образува в комбинация с въглерод в горивото, излизащо като въглероден моноксид или въглероден диоксид.
Други примеси, колективно наричани вени, се отстраняват чрез добавяне на поток, с който те се комбинират, за да образуват шлака.

При модерно топене се използва отражателна пещ. Концентрирана руда и поток (обикновено варовик) се зареждат в горната част, а отгоре се изтегля разтопен мат (мед, желязо, сяра и шлака). Второто топлинно обработване в преобразуващата пещ е необходимо, за да се отстрани желязото от матовата повърхност.

Метод на конвекция на кислород

Процесът на преобразуване на кислорода е водещият процес на производство на стомана в света. Световното производство на конверторна стомана през 2003 г. е 964.8 млн. Тона, или 63.3% от общото производство. Производството на конвертора е източник на замърсяване на природната среда. Основните проблеми са намаляването на емисиите, заустванията и намаляването на отпадъците. Тяхната същност се крие в използването на вторични енергийни и материални ресурси.

Екзотермичната топлина се генерира от окислителните реакции по време на продухването.

Основният процес на топене на стомана, използвайки собствени резерви:

• Разтопено желязо (понякога се нарича горещ метал) от доменната пещ се излива в голям контейнер с огнеупорен облицовка, наречен "черпак".
• Металът в кофата се изпраща директно на основната фаза на производство на стомана или предварителна обработка.
• Висококачественият кислород при налягане 700-1000 килопаскала се инжектира със свръхзвукова скорост върху повърхността на желязната баня чрез водно охлаждане, което се суспендира в съд и се държи на няколко крачки над ваната.

Решението за предварителната обработка зависи от качеството на горещия метал и изискваното окончателно качество на стоманата. Първите преобразуватели с подвижно дъно, които могат да бъдат прекъснати и ремонтирани, все още се използват. Стрелите, използвани за раздуване, бяха променени. За да се предотврати заклинването на копието по време на прочистването, бяха използвани режещи маншети с дълъг заострен меден връх. Краищата на върха след изгарянето изгарят CO, получени по време на продухването в CO₂, и осигуряват допълнителна топлина. За отстраняване на шлаката се използват капчици, огнеупорни топчета и детектори за шлака.

Метод на конвекция на кислород: предимства и недостатъци

Това не изисква разходи за оборудване за пречистване на газове, тъй като образуването на прах, т.е. изпарението на желязо, се намалява с коефициент 3. Поради намаляването на добива на желязо се наблюдава увеличение на добива на течна стомана с 1.5-2.5%. Предимството е също така, че интензитетът на прочистването при такъв метод се увеличава, което прави възможно увеличаването на ефективността на конвертора с 18%. Качеството на стоманата е по-високо, тъй като температурата в очистващата зона е намалена, което води до намаляване на образуването на азот.

Недостатъците на този метод на топене на стомана доведоха до намаляване на потреблението, тъй като нивото на потребление на кислород се е увеличило със 7% поради високата консумация на гориво. Съществува повишено съдържание на водород в рециклиран метал, поради което е необходимо известно време след края на процеса да се извърши прочистване с кислород. Сред всички методи, кислородният преобразувател има най-високата форма на шлака, причината е невъзможността да се следва процесът на окисляване вътре в оборудването.

Методът Мартен

Методът Мартен за по-голямата част от 20-ти век представлява основната част от обработката на цялата стомана, произведена в света. Уилям Сименс през 60-те години на 20-ти век търсеше средство за повишаване на температурата в металургичната пещ, възстановявайки старото предложение за използване на отпадната топлина, излъчвана от пещта. Той нагрява тухла на висока температура, след което използва същия път за впръскване на въздух в пещта. Предварително нагрят въздух значително повиши температурата на пламъка.

Природен газ или пулверизирани тежки масла се използват като гориво - въздух и горивото се нагрява преди горенето. Пещта се зарежда с течен железен и стоманен скрап заедно с желязна руда, варовик, доломит и потоци.

Самата пещ е изработена от висококачествени материали, като магнезитови тухли за огнища. Теглото на откритите пещи достига 600 тона и те обикновено се инсталират на групи, така че масивното спомагателно оборудване, необходимо за зареждане на пещите и обработка на течната стомана, може да бъде ефективно използвано.

Въпреки че процесът на открито огнище е почти напълно заменя в най-индустриализираните страни, основни процеса на кислород и електрическата пещ, те произвеждат около 1/6 от всички произведената стомана в световен мащаб.

Предимства и недостатъци на този метод

Предимствата включват лекота на използване и лекота при производството на легирана стомана със смес от различни добавки, които дават на материала разнообразие от специализирани свойства. Необходимите добавки и сплави се добавят непосредствено преди края на топенето.

Недостатъците включват намалена ефективност в сравнение с метода на конвертор на кислород. Също така, качеството на стоманата е по-ниско, в сравнение с други методи на метално топене.

Метод с електродъгова пещ

Съвременният начин за топене на стомана, използвайки собствени резерви, е пещ, която зарежда заредения материал с електрическа дъга. Индустриални дъгови пещи имат размери от малки единици, носещи капацитет от приблизително една тона (използвани в леярните за производство на изделия от желязо) до 400 тона единици, използвани за вторична металургия.

Arc пещи, използвани в изследователски лаборатории, могат да имат капацитет от само няколко десетки грама. Промишлените температури на електрическата пещ могат да достигнат до 1800 ° C (3,272 ° F), докато лабораторните инсталации могат да надвишат 3000 ° C (5432 ° F).

Аркусните пещи се различават от индукцията, тъй като зареждащият материал е директно изложен на електрическа дъга и токът в проводниците преминава през заредения материал. Електрическата електродъгова пещ се използва за производството на стомана, състои се от огнеупорна облицовка, обикновено с водно охлаждане, голяма, покрита с плъзгащ се покрив.

Пещта основно е разделена на три секции:

• Обвивка, състояща се от странични стени и долна стоманена купа.
• Огнището се състои от огнеупорен материал, който дърпа дъното.
• Покривът с огнеупорна облицовка или водно охлаждане може да бъде направен под формата на сечение на топка или под формата на пресечен конус (конусовидна секция).

Предимства и недостатъци на метода

Този метод заема водеща позиция в областта на производството на стомана. Методът за производство на стомана се използва за създаване на висококачествен метал, който или е напълно лишен, или съдържа малко количество нежелани примеси като сяра, фосфор и кислород.

Основното предимство на метода е използване на електроенергия за отопление, така че температурата на топене да може лесно да се контролира и да се постигне невероятна скорост на нагряване на метала. Автоматизираната работа ще бъде приятно допълнение към отличната възможност за висококачествена обработка на различни скрап метали.

Недостатъците включват голямо потребление на енергия.