Tavení oceli: technologie, metody, suroviny

Železná ruda se získá obvyklým způsobem: otevřené nebo podzemní dobývání a následná doprava pro počáteční přípravu, kde je materiál mletý, umyt a zpracován.

Ruda je pohřbena ve vysokých pecích a tryskána horkým vzduchem a teplem, která ji mění na roztavené železo. Dále se získává ze spodní části pece na formy známé jako prasata, kde dochází k chlazení k výrobě litiny. Provádí se z tepaného železa nebo se zpracovává do oceli několika způsoby.

Co je to ocel?

Na začátku bylo železo. Jedná se o jeden z nejběžnějších kovů v zemské kůře. Najdete ho téměř všude, v kombinaci s mnoha dalšími prvky, ve formě rudy. V Evropě začátek práce se železem se datuje do roku 1700 př.nl.

V roce 1786 francouzští vědci Berthollet, Monge a Vandermonde přesně stanovili, že rozdíl mezi železem, železem a ocelí je dán odlišným obsahem uhlíku. Nicméně ocel vyrobená ze železa se rychle stala nejdůležitějším kovem průmyslové revoluce. Počátkem 20. století celosvětová výroba oceli činila 28 milionů tun, což je šestkrát více než v roce 1880. Počátkem první světové války činila jeho výroba 85 milionů tun. Několik desetiletí prakticky nahrazuje železo.

Obsah uhlíku ovlivňuje vlastnosti kovu. Existují dva hlavní typy ocel: legovaná a neopatřené. Slitina z oceli se týká jiných chemických prvků než uhlíku přidaných do železa. Pro výrobu nerezové oceli se tedy používá slitina obsahující 17% chromu a 8% niklu.

V současné době existuje více než 3000 katalogizovaných značek (chemických sloučenin), bez ohledu na to, které jsou navrženy tak, aby vyhovovaly individuálním potřebám. Všichni přispívají k transformaci oceli na nejvhodnější materiál pro řešení budoucích problémů.

Suroviny pro tavení oceli: primární a sekundární

Tavení tohoto kovu za použití mnoha komponent je nejběžnějším způsobem těžby. Materiály pro šití mohou být primární i sekundární. Základní složení náboje je zpravidla 55% surového železa a 45% zbývajícího šrotu. Jako hlavní prvek slitiny se používají feroslitiny, převedená litina a technicky čisté kovy, zpravidla všechny typy černý kov.

Železná ruda je nejdůležitější a základní surovina v průmyslu železa a oceli. Pro výrobu tuny surového železa je třeba asi 1,5 tuny tohoto materiálu. Na výrobu jedné tuny surového železa se používá zhruba 450 tun koksu. Mnoho metalurgických závodů používá dokonce uhlí.

Voda je důležitou surovinou pro průmysl železa a oceli. Používá se hlavně pro kalení koksu, chlazení vysokých pecí, výrobu páry ve dveřích uhelné pece, provozování hydraulických zařízení a likvidace odpadních vod. Na výrobu tuny oceli je zapotřebí asi 4 tuny vzduchu. Tavidlo se používá ve vysoké peci k extrakci kontaminantů z tavící se rudy. Vápenec a dolomit jsou kombinovány s extrahovanými nečistotami za vzniku strusky.

Oba dmychadla i ocelové pece jsou obloženy žárovzdornými materiály. Používají se pro pece určené k tavení železné rudy. Pro lisování se používá oxid křemičitý nebo písek. Pro výrobu různých druhů oceli, neželezných kovů: hliník, chrom, kobalt, měď, olovo, mangan, molybden, nikl, cín, wolfram, zinek, vanad a další. Ze všech těchto feroslitin manganu je široce používán při výrobě oceli.

Železné odpady, získané z demontovaných konstrukcí továren, mechanismů, starých vozidel apod., Jsou zpracovávány a široce používány v tomto odvětví.

Litina pro ocel

Tavení oceli s použitím litiny se vyrábí mnohem častěji než u jiných materiálů. Litina je termín, který obvykle odkazuje na šedou žlázu, ale je také označen velkou skupinou feroslitin. Uhlík je asi 2,1 až 4% hmotn., Zatímco křemík je obvykle v slitině 1 až 3% hmotn.

Litina a ocel jsou roztaveny v bodu tání mezi 1150 a 1200 stupni, což je asi o 300 stupňů nižší než teplota tání čistého železa. Litina také vykazuje dobrou tekutost, vynikající obrobitelnost, odolnost proti deformaci, oxidaci a odlévání.

Ocel je také slitina železa s proměnlivým obsahem uhlíku. Obsah uhlíku v oceli je od 0,2 do 2,1% hmotnostních. A to je nejekonomičtější legovací materiál pro železo. Tavení oceli z litiny je užitečné pro různé technické a konstrukční účely.

Železná ruda pro ocel

Proces výroby oceli začíná zpracováním železné rudy. Hornina obsahující železnou rudu je rozdrcena. Ruda se těží pomocí magnetických válečků. Jemnozrnná železná ruda se zpracovává na hrubozrnné hrudky pro použití ve vysoké peci. Uhlí je vyčištěno z nečistot koksárenská pec, což dává téměř čistou formu uhlíku. Směs železné rudy a uhlí se pak zahřeje, čímž vzniká roztavené železo nebo litina, ze které se vyrábí ocel.

V hlavní kyslíkové peci je roztavená železná ruda hlavní surovinou a je smíšena s různými množstvími ocelových šrotu a slitin pro výrobu různých druhů ocelí. V elektrické obloukové peci se recyklovaný ocelový šrot roztaví přímo do nové oceli. Asi 12% oceli je vyrobeno z recyklovaného materiálu.

Technologie tavení

Teplota - proces, při kterém se kovový získat buď jako prvek, nebo jako jednoduché spojení z rudy při zahřívání nad teplotu tání obvykle v přítomnosti oxidačních činidel, jako je vzduch, nebo redukční činidla, jako je koks.

V technologii oceli tavení kovu, který je v kombinaci s kyslíkem, například oxid železa se zahřívá na vysokou teplotu, a oxid je vytvořen ve spojení s atomem uhlíku v palivu, jako odchozího oxid uhelnatý nebo oxid uhličitý.
Jiné nečistoty, společně označované jako žíly, jsou odstraněny přidáním proudů, se kterými se spojují, čímž vzniká struska.

Při moderním tavení se používá reflexní pec. Koncentrovaný ruda a tavidlo (obvykle vápno) jsou vloženy do horní části, a roztavený matný (sloučeniny mědi, železa, síry a popel) se natáhne ze dna. Druhé tepelné zpracování v konvertorové peci je nezbytné k odstranění železa z matného povrchu.

Metoda kyslíkové konvekce

Proces konvertoru kyslíku je hlavním procesem výroby oceli ve světě. Světová produkce konvertorové oceli v roce 2003 činila 964,8 milionu tun, což představuje 63,3% celkové výroby. Výroba konvertoru je zdrojem znečištění přírodního prostředí. Hlavními problémy jsou snížení emisí, vypouštění a snižování množství odpadu. Jejich podstatou je využívání druhotných zdrojů energie a materiálu.

Exotermické teplo je generováno oxidačními reakcemi během čištění.

Hlavní proces tavení oceli pomocí vlastních rezerv:

• Roztavené železo (někdy nazývané horký kov) z vysoké pece se nalévá do velkého žáruvzdorného obloženého obalu nazývaného pánví.
• Kov v pánvi se odesílá přímo do hlavního stupně výroby nebo předúpravy oceli.
• Vysoce čistý kyslík tlak 700-1000 kPa se vstřikuje nadzvukovou rychlostí na povrch železné lázně přes vodou chlazené přívodní trubky, která je zavěšena v nádobě a je udržován v rozmezí několika málo stop nad lázní.

Rozhodnutí o předúpravě závisí na kvalitě horkého kovu a požadované konečné jakosti oceli. První převodníky s odnímatelným dnem, které lze odpojit a opravit, se stále používají. Oštěpy používané pro foukání byly změněny. Aby se zabránilo zaklínování kopí během vyplachování, byly použity štěrbinové manžety s dlouhým konkávním měděným hrotem. Špičky hrotu po spalování spalují CO produkované během foukání v CO₂, a zajistit dodatečné teplo. Pro odstranění strusky se používají kapky, žárovzdorné kuličky a detektory strusky.

Metoda konvekčního kyslíku: výhody a nevýhody

Nevyžaduje náklady na zařízení pro čištění plynu, protože tvorba prachu, tj. Odpařování železa, se snižuje o faktor 3. Vzhledem k poklesu výtěžku železa se pozoruje nárůst výtěžku z tekuté oceli o 1,5-2,5%. Výhodou je také to, že intenzita čištění v takovém způsobu se zvyšuje, což umožňuje zvýšit účinnost převodníku o 18%. Kvalita oceli je vyšší, protože teplota v oblasti čištění je snížena, což vede ke snížení tvorby dusíku.

Nevýhody této metody tavení oceli vedly k poklesu poptávky po spotřebě, neboť spotřeba kyslíku vzrostla o 7% kvůli vysoké spotřebě spalování paliva. V recyklovaném kovu dochází k zvýšenému obsahu vodíku, kvůli němuž po ukončení procesu trvá určitý čas, kdy se provádí čištění kyslíkem. Mezi všemi způsoby má konvertor kyslíku nejvyšší strukturu strusky, důvodem je neschopnost sledovat oxidační proces uvnitř zařízení.

Metoda Marten

Metoda Marten pro většinu 20. století reprezentovala většinu zpracování veškeré oceli vyrobené ve světě. William Siemens v šedesátých letech hledal způsob, jak zvýšit teplotu v metalurgické peci, vzkřísit starý návrh na využití odpadního tepla vyzařovaného pecí. Vyhříval cihlu na vysokou teplotu, pak použil stejnou cestu, aby nasadil vzduch do pece. Předhřátý vzduch výrazně zvýšil teplotu plamene.

Jako palivový vzduch se používají těžké oleje z přírodního plynu nebo prachu a palivo se zahřívá před spalováním. Pec je naplněna tekutým vysokopecním železem a ocelovým šrotem společně s železnou rudou, vápencem, dolomitem a tavidly.

Samotná pec je vyrobena z vysoce žáruvzdorných materiálů, jako jsou magnezitové cihly pro krby. Hmotnost otevřených pecí dosahuje 600 tun a jsou obvykle instalovány ve skupinách, takže mohutné pomocné zařízení potřebné pro nabíjení pecí a zpracování tekuté oceli lze efektivně využít.

Přestože se ve většině průmyslových zemích téměř celý proces otevřeného krbu téměř nahrazuje základním kyslíkovým procesem a elektrickou obloukovou pecí, produkuje asi 1/6 všech vyrobených ocelí po celém světě.

Výhody a nevýhody této metody

Výhody zahrnují snadné použití a snadnost při výrobě legované oceli se směsí různých přísad, které dávají materiálu různé specializované vlastnosti. Potřebné přísady a slitiny se přidávají bezprostředně před koncem tavení.

Nevýhody zahrnují sníženou účinnost ve srovnání s metodou konvertoru kyslíku. Také kvalita oceli je nižší než jiné metody tavení kovů.

Metoda elektrického obloukového pece

Moderní způsob tavení oceli vlastními rezervami je trouba, která ohřívá nabitý materiál elektrickým obloukem. Průmyslové obloukové pece jsou dimenzovány z malých jednotek s nosností asi jedné tuny (používané v odlitcích pro výrobu litinových výrobků) na 400 tun jednotek používaných pro sekundární metalurgii.

Obloukové pece používané ve výzkumných laboratořích mohou mít kapacitu jen několik desítek gramů. Průmyslová teplota elektrické obloukové pece může být až 1800 ° C (3,272 ° F), zatímco laboratorní instalace mohou překročit 3000 ° C (5432 ° F).

Obloukové pece se liší od indukce tím, že nabíjecí materiál je přímo vystaven elektrickému oblouku a proud ve vedení vede přes nabitý materiál. Elektrická oblouková pec se používá k výrobě oceli, skládá se ze žáruvzdorné obložení, obvykle vodou chlazené, velké, pokryté posuvnou střechou.

Pec je v podstatě rozdělena do tří částí:

• Plášť sestávající z bočních stěn a spodní oceli.
• Ohnisko se skládá z žárovzdorného materiálu, který táhne spodní misku.
• Střecha s žáruvzdornou výstelkou nebo vodním chlazením může být provedena ve tvaru části koule nebo ve formě zkráceného kužele (kuželová část).

Výhody a nevýhody metody

Tato metoda zaujímá vedoucí postavení v oblasti výroby oceli. Metoda výroby oceli se používá k vytvoření vysoce kvalitního kovu, který buď zcela zbaví nebo obsahuje malé množství nežádoucích nečistot, jako je síra, fosfor a kyslík.

Hlavní výhodou metody je používání elektřiny pro vytápění tak, aby teplota tavení byla snadno ovladatelná a bylo dosaženo neuvěřitelného ohřevu kovu. Automatizovaná práce bude příjemným přírůstkem vynikající možnosti kvalitního zpracování různých šrotu.

Nevýhody zahrnují velkou spotřebu energie.