Shkrirja e çelikut: teknologjia, metodat, lëndët e para

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-02 14:02

Xeherori i hekurit përftohet në mënyrën e zakonshme: minierat e hapura ose nëntokësore dhe transporti i mëpasshëm për përgatitjen fillestare, ku materiali grimcohet, lahet dhe përpunohet.

Xeherori derdhet në një furrë shpërthyese dhe shpërthehet me ajër të nxehtë dhe nxehtësi, që e kthen atë në hekur të shkrirë. Më pas hiqet nga fundi i furrës në kallëpe të njohura si derrat, ku ftohet për të prodhuar hekur derri. Shndërrohet në hekur të farkëtuar ose përpunohet në çelik në disa mënyra.

Çfarë është çeliku?

Në fillim kishte hekur. Është një nga metalet më të zakonshëm në koren e tokës. Ajo mund të gjendet pothuajse kudo, në kombinim me shumë elementë të tjerë, në formën e xehes. Në Evropë, puna e hekurit daton në 1700 para Krishtit

Në vitin 1786, shkencëtarët francezë Berthollet, Monge dhe Vandermonde përcaktuan me saktësi se ndryshimi midis hekurit, gize dhe çelikut është për shkak të përmbajtjes së ndryshme të karbonit. Megjithatë, çeliku, i bërë nga hekuri, u bë shpejt metali më i rëndësishëm i Revolucionit Industrial. Në fillim të shekullit të 20-të, prodhimi botëror i çelikut ishte 28milion ton - kjo është gjashtë herë më shumë se në 1880. Deri në fillimin e Luftës së Parë Botërore, prodhimi i tij ishte 85 milion ton. Për disa dekada, ai praktikisht ka zëvendësuar hekurin.

Përmbajtja e karbonit ndikon në karakteristikat e metalit. Ekzistojnë dy lloje kryesore të çelikut: i lidhur dhe i palidhur. Aliazh çeliku i referohet elementëve kimikë të ndryshëm nga karboni i shtuar në hekur. Kështu, një aliazh prej 17% krom dhe 8% nikel përdoret për të krijuar çelik inox.

Aktualisht, ka më shumë se 3000 marka të kataloguara (përbërje kimike), pa llogaritur ato të krijuara për të përmbushur nevojat individuale. Të gjithë kontribuojnë për ta bërë çelikun materialin më të përshtatshëm për sfidat e së ardhmes.

Lëndët e para për prodhimin e çelikut: parësore dhe dytësore

Shkrirja e këtij metali duke përdorur shumë komponentë është metoda më e zakonshme e nxjerrjes. Materialet e ngarkimit mund të jenë primare dhe dytësore. Përbërja kryesore e ngarkesës, si rregull, është 55% hekur i derrit dhe 45% e mbeturinave të metalit. Ferroaliazhet, giza e konvertuar dhe metalet komercialisht të pastra përdoren si elementi kryesor i aliazhit, si rregull, të gjitha llojet e metaleve me ngjyra klasifikohen si dytësore.

Xeherori i hekurit është lënda e parë më e rëndësishme dhe bazë në industrinë e hekurit dhe çelikut. Duhen rreth 1.5 ton nga ky material për të prodhuar një ton hekur derri. Rreth 450 ton koks përdoren për të prodhuar një ton hekur derri. Shumë hekurishtepërdoret edhe qymyr druri.

Uji është një lëndë e parë e rëndësishme për industrinë e hekurit dhe çelikut. Përdoret kryesisht për shuarjen e koksit, ftohjen e furrës së shpërthimit, prodhimin e avullit të dyerve të furrës së qymyrit, funksionimin e pajisjeve hidraulike dhe largimin e ujërave të zeza. Duhen rreth 4 ton ajër për të prodhuar një ton çeliku. Fluksi përdoret në furrën e shpërthimit për nxjerrjen e ndotësve nga xeherori i shkritores. Guri gëlqeror dhe dolomiti kombinohen me papastërtitë e nxjerra për të formuar skorje.

Furrat me shpërthim dhe çeliku të veshura me lëndë zjarrduruese. Ato përdoren për përballimin e furrave të destinuara për shkrirjen e mineralit të hekurit. Dioksidi i silikonit ose rëra përdoret për formim. Metalet me ngjyra përdoren për prodhimin e çelikut të klasave të ndryshme: alumini, krom, kob alt, bakër, plumb, mangan, molibden, nikel, kallaj, tungsten, zink, vanadium, etj. Ndër të gjitha këto ferroaliazhe, mangani përdoret gjerësisht në prodhimin e çelikut..

Mbetjet e hekurit nga strukturat e çmontuara të fabrikës, makineritë, automjetet e vjetra etj. riciklohen dhe përdoren gjerësisht në industri.

Hekur për çelik

Shkrirja e çelikut me gize është shumë më e zakonshme sesa me materiale të tjera. Gize është një term që zakonisht i referohet hekurit gri, megjithatë ai identifikohet gjithashtu me një grup të madh ferroaliazhesh. Karboni përbën rreth 2,1 deri në 4 % wt ndërsa silikoni është zakonisht 1 deri në 3 % wt në aliazh.

Shkrirja e hekurit dhe çelikut bëhet në një temperaturëpika e shkrirjes midis 1150 dhe 1200 gradë, që është rreth 300 gradë më e ulët se pika e shkrirjes së hekurit të pastër. Gize gjithashtu shfaq rrjedhshmëri të mirë, përpunueshmëri të shkëlqyer, rezistencë ndaj deformimit, oksidimit dhe derdhjes.

Çeliku është gjithashtu një aliazh hekuri me një përmbajtje të ndryshueshme karboni. Përmbajtja e karbonit të çelikut është 0,2 deri në 2,1 në masë, dhe është materiali aliazh më ekonomik për hekurin. Shkrirja e çelikut nga gize është e dobishme për një sërë qëllimesh inxhinierike dhe strukturore.

mineral hekuri për çelik

Procesi i prodhimit të çelikut fillon me përpunimin e mineralit të hekurit. Shkëmbi që përmban mineral hekuri është i grimcuar. Ore është minuar duke përdorur rula magnetike. Minerali i hekurit me kokrriza të imta përpunohet në gunga me kokërr të trashë për t'u përdorur në një furrë shpërthyese. Qymyri rafinohet në një furrë koksi për të prodhuar një formë pothuajse të pastër të karbonit. Përzierja e mineralit të hekurit dhe qymyrit nxehet më pas për të prodhuar hekurin e shkrirë ose hekurin e derrit, nga i cili prodhohet çeliku.

Në furrën kryesore të oksigjenit, minerali i shkrirë i hekurit është lënda e parë kryesore dhe përzihet me sasi të ndryshme skrap çeliku dhe lidhje për të prodhuar lloje të ndryshme çeliku. Në një furre me hark elektrik, mbetjet e çelikut të ricikluar shkrihen drejtpërdrejt në çelik të ri. Rreth 12% e çelikut është bërë nga materiali i ricikluar.

Teknologji e shkrirjes

Shkrirja është një proces me të cilin një metal fitohet ose në formën e një elementi,qoftë si një përbërës i thjeshtë nga xeherori i tij duke u ngrohur mbi pikën e tij të shkrirjes, zakonisht në prani të agjentëve oksidues si ajri ose agjentëve reduktues si koksi.

Në teknologjinë e prodhimit të çelikut, metali që kombinohet me oksigjenin, si oksidi i hekurit, nxehet në një temperaturë të lartë dhe oksidi formohet në kombinim me karbonin në lëndë djegëse, i cili lirohet si monoksid karboni ose karbon. dioksidi. Papastërtitë e tjera, të quajtura kolektivisht venat, hiqen duke shtuar një rrymë me të cilën kombinohen për të formuar skorje.

Prodhimi modern i çelikut përdor një furrë reverberuese. Miniera dhe përroi i përqendruar (zakonisht gëlqeror) ngarkohen në krye, ndërsa matti i shkrirë (përbërja e bakrit, hekurit, squfurit dhe skorjes) nxirret nga fundi. Një trajtim i dytë termik në një furrë me konvertues është i nevojshëm për të hequr hekurin nga përfundimi mat.

Metoda me konvektor oksigjen

Procesi BOF është procesi kryesor i prodhimit të çelikut në botë. Prodhimi botëror i çelikut konvertues në vitin 2003 arriti në 964.8 milion ton ose 63.3% të prodhimit të përgjithshëm. Prodhimi i konvertuesve është një burim i ndotjes së mjedisit. Problemet kryesore të kësaj janë reduktimi i shkarkimeve, shkarkimeve dhe reduktimi i mbetjeve. Thelbi i tyre qëndron në përdorimin e energjisë dytësore dhe burimeve materiale.

Nxehtësia ekzotermike krijohet nga reaksionet e oksidimit gjatë fryrjes.

Procesi kryesor i prodhimit të çelikut duke përdorur tonënstoqet:

• Hekuri i shkrirë (ndonjëherë i quajtur metal i nxehtë) nga një furrë shpërthyese derdhet në një enë të madhe me rreshtim zjarrdurues të quajtur lugë.
• Metali në lugë dërgohet drejtpërdrejt në fazën kryesore të prodhimit të çelikut ose në fazën e para-trajtimit.
• Oksigjeni i pastërtisë së lartë në një presion prej 700-1000 kilopascals injektohet me shpejtësi supersonike në sipërfaqen e banjës së hekurit përmes një shtese të ftohur me ujë, e cila është e varur në një enë dhe e mbajtur disa metra mbi banjë.

Vendimi i para-trajtimit varet nga cilësia e metalit të nxehtë dhe cilësia e dëshiruar përfundimtare e çelikut. Konvertorët e parë të lëvizshëm të poshtëm që mund të shkëputen dhe riparohen janë ende në përdorim. Shtizat e përdorura për fryrje janë ndryshuar. Për të parandaluar bllokimin e heshtit gjatë fryrjes, u përdorën jakë me vrima me një majë të gjatë prej bakri. Majat e majës, pas djegies, djegin CO të formuar kur fryhet në CO_{2 dhe sigurojnë nxehtësi shtesë. Shigjetat, topat zjarrdurues dhe detektorët e skorjeve përdoren për të hequr skorjen.}

Metoda e konvektorit të oksigjenit: avantazhet dhe disavantazhet

Nuk kërkon koston e pajisjeve të pastrimit të gazit, pasi formimi i pluhurit, pra avullimi i hekurit, reduktohet me 3 herë. Për shkak të uljes së rendimentit të hekurit, vërehet një rritje e rendimentit të çelikut të lëngshëm me 1,5 - 2,5%. Avantazhi është se intensiteti i fryrjes në këtë metodë rritet, gjë që jepaftësia për të rritur performancën e konvertuesit me 18%. Cilësia e çelikut është më e lartë sepse temperatura në zonën e pastrimit është më e ulët, gjë që rezulton në formimin më pak të azotit.

Manësitë e kësaj metode të shkrirjes së çelikut çuan në uljen e kërkesës për konsum, pasi niveli i konsumit të oksigjenit rritet me 7% për shkak të konsumit të lartë të djegies së karburantit. Ka një përmbajtje të shtuar të hidrogjenit në metalin e ricikluar, prandaj duhet pak kohë pas përfundimit të procesit për të kryer një pastrim me oksigjen. Ndër të gjitha metodat, konverteri i oksigjenit ka formimin më të madh të skorjeve, arsyeja është pamundësia për të monitoruar procesin e oksidimit brenda pajisjes.

Metodë me vatër të hapur

Procesi i vatrës së hapur për pjesën më të madhe të shekullit të 20-të ishte pjesa kryesore e përpunimit të të gjithë çelikut të prodhuar në botë. William Siemens, në vitet 1860, kërkoi një mjet për të rritur temperaturën në një furrë metalurgjike, duke ringjallur një propozim të vjetër për të përdorur nxehtësinë e mbeturinave të krijuara nga furra. Ai e ngrohi tullën në një temperaturë të lartë, më pas përdori të njëjtën rrugë për të futur ajrin në furrë. Ajri i ngrohur paraprakisht rriti ndjeshëm temperaturën e flakës.

Gazi natyror ose vajrat e rënda të atomizuara përdoren si lëndë djegëse; ajri dhe karburanti nxehen para djegies. Furra është e mbushur me skrap të lëngshëm hekuri dhe çeliku së bashku me mineral hekuri, gur gëlqeror, dolomit dhe flukse.

Soba vetë është bërë prejmateriale shumë zjarrduruese të tilla si tulla vatër magneziti. Furrat me vatra të hapura peshojnë deri në 600 tonë dhe zakonisht instalohen në grup, në mënyrë që pajisjet ndihmëse masive të nevojshme për ngarkimin e furrave dhe përpunimin e çelikut të lëngshëm të mund të përdoren në mënyrë efektive.

Megjithëse procesi i vatrës së hapur është zëvendësuar pothuajse plotësisht në shumicën e vendeve të industrializuara nga procesi bazë i oksigjenit dhe furra me hark elektrik, ai përbën rreth 1/6 e të gjithë çelikut të prodhuar në mbarë botën.

Përparësitë dhe disavantazhet e kësaj metode

Përparësitë përfshijnë lehtësinë e përdorimit dhe lehtësinë e prodhimit të çelikut të lidhur me aditivë të ndryshëm që i japin materialit veti të ndryshme të specializuara. Aditivët dhe lidhjet e nevojshme shtohen menjëherë para përfundimit të shkrirjes.

Disavantazhet përfshijnë reduktimin e efikasitetit në krahasim me metodën e konvertuesit të oksigjenit. Gjithashtu, cilësia e çelikut është më e ulët në krahasim me metodat e tjera të shkrirjes së metaleve.

Metodë e prodhimit të çelikut

Metoda moderne e shkrirjes së çelikut duke përdorur rezervat tona është një furrë që ngroh një material të ngarkuar me një hark elektrik. Furrat industriale me hark variojnë në madhësi nga njësi të vogla me një kapacitet prej rreth një ton (të përdorura në fonderitë për prodhimin e produkteve të hekurit) deri në 400 tonë njësi të përdorura në metalurgjinë dytësore.

Furrat me hark,të përdorura në laboratorët kërkimorë mund të kenë një kapacitet prej vetëm disa dhjetëra gram. Temperaturat e furrës me hark elektrik industrial mund të arrijnë deri në 1800 °C (3, 272 °F), ndërsa instalimet laboratorike mund të kalojnë 3000 °C (5432 °F).

Furrat me hark ndryshojnë nga furrat me induksion në atë që materiali i karikimit është i ekspozuar drejtpërdrejt ndaj një harku elektrik dhe rryma në terminale kalon përmes materialit të ngarkuar. Furra me hark elektrik përdoret për prodhimin e çelikut, përbëhet nga një shtresë refraktare, zakonisht e ftohur me ujë, me përmasa të mëdha, e mbuluar me një çati të anulueshme.

Furra është e ndarë kryesisht në tre seksione:

• Shell i përbërë nga muret anësore dhe tasi i poshtëm prej çeliku.
• Vatra përbëhet nga një zjarrdurues që nxjerr tasin e poshtëm.
• Çatia me rreshtim zjarrdurues ose e ftohur me ujë mund të bëhet si një seksion topi ose një kon i cunguar (seksion konik).

Përparësitë dhe disavantazhet e metodës

Kjo metodë zë një pozicion udhëheqës në fushën e prodhimit të çelikut. Metoda e shkrirjes së çelikut përdoret për të krijuar metal me cilësi të lartë që ose është plotësisht i lirë ose përmban një sasi të vogël të papastërtive të padëshiruara si squfuri, fosfori dhe oksigjeni.

Përparësia kryesore e metodës është përdorimi i energjisë elektrike për ngrohje, kështu që ju mund të kontrolloni lehtësisht temperaturën e shkrirjes dhe të arrini një shpejtësi të jashtëzakonshme të ngrohjes së metalit. Puna e automatizuar do të bëhetnjë shtesë e këndshme ndaj mundësisë së shkëlqyer për përpunim cilësor të skrapit të ndryshëm.

Disavantazhet përfshijnë konsumin e lartë të energjisë.