Plieno lydymas: technologija, metodai, žaliavos

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Geležies rūda gaunama įprastu būdu: kasant atvirą arba požeminę kasybą ir vėliau transportuojant pirminiam paruošimui, kai medžiaga susmulkinama, plaunama ir apdorojama.

Rūda pilama į aukštakrosnę ir susprogdinama karštu oru bei šiluma, kuri paverčia ją išlydyta geležimi. Tada jis pašalinamas iš krosnies dugno į formeles, žinomas kaip kiaulės, kur atšaldomas ir gaminamas ketus. Jis paverčiamas k altine geležimi arba perdirbamas į plieną keliais būdais.

Kas yra plienas?

Iš pradžių buvo geležis. Tai vienas iš labiausiai paplitusių metalų žemės plutoje. Jį galima rasti beveik visur, kartu su daugeliu kitų elementų, rūdos pavidalu. Europoje geležies apdirbimas datuojamas 1700 m. pr. Kr.

1786 m. prancūzų mokslininkai Berthollet, Monge ir Vandermonde tiksliai nustatė, kad skirtumas tarp geležies, ketaus ir plieno yra dėl skirtingo anglies kiekio. Nepaisant to, iš geležies pagamintas plienas greitai tapo svarbiausiu pramonės revoliucijos metalu. XX amžiaus pradžioje pasaulyje pagaminta 28 plieno plienomilijonų tonų – tai šešis kartus daugiau nei 1880 m. Iki Pirmojo pasaulinio karo pradžios jo gamyba siekė 85 milijonus tonų. Jau keletą dešimtmečių ji praktiškai pakeitė geležį.

Anglies kiekis turi įtakos metalo savybėms. Yra du pagrindiniai plieno tipai: legiruotasis ir nelegiruotasis. Plieno lydinys reiškia kitus cheminius elementus, išskyrus anglį, dedama į geležį. Taigi nerūdijančiam plienui sukurti naudojamas 17 % chromo ir 8 % nikelio lydinys.

Šiuo metu yra daugiau nei 3000 kataloguotų prekių ženklų (cheminių kompozicijų), neskaitant sukurtų individualiems poreikiams tenkinti. Visi jie prisideda prie to, kad plienas būtų tinkamiausia medžiaga ateities iššūkiams.

Plieno gamybos žaliavos: pirminės ir antrinės

Šio metalo lydymas naudojant daugybę komponentų yra labiausiai paplitęs kasybos būdas. Įkrovimo medžiagos gali būti tiek pirminės, tiek antrinės. Pagrindinė užtaiso sudėtis, kaip taisyklė, yra 55% ketaus ir 45% likusio metalo laužo. Geležies lydiniai, perdirbtas ketus ir komerciškai gryni metalai naudojami kaip pagrindinis lydinio elementas, kaip taisyklė, visų rūšių juodieji metalai priskiriami antriniams.

Geležies rūda yra svarbiausia ir pagrindinė žaliava geležies ir plieno pramonėje. Tonai ketaus pagaminti reikia apie 1,5 tonos šios medžiagos. Vienai tonai ketaus pagaminti sunaudojama apie 450 tonų kokso. Daug geležies dirbiniųnetgi naudojama anglis.

Vanduo yra svarbi žaliava geležies ir plieno pramonei. Jis daugiausia naudojamas kokso gesinimui, aukštakrosnių aušinimui, anglies krosnių durų garo gamybai, hidraulinės įrangos veikimui ir nuotekų šalinimui. Norint pagaminti toną plieno, reikia maždaug 4 tonų oro. Fliusas naudojamas aukštakrosnėje teršalams iš lydyklos rūdos išgauti. Kalkakmenis ir dolomitas susijungia su išgautomis priemaišomis ir sudaro šlaką.

Tiek aukštakrosnės, tiek plieninės krosnys, išklotos ugniai atspariomis medžiagomis. Jie naudojami apdailinėms krosnims, skirtoms geležies rūdai lydyti. Liejimui naudojamas silicio dioksidas arba smėlis. Įvairių rūšių plienui gaminti naudojami spalvotieji metalai: aliuminis, chromas, kob altas, varis, švinas, manganas, molibdenas, nikelis, alavas, volframas, cinkas, vanadis ir kt. Iš visų šių ferolydinių plieno gamyboje plačiai naudojamas manganas..

Geležies atliekos iš išardytų gamyklų konstrukcijų, mašinų, senų transporto priemonių ir kt. yra perdirbamos ir plačiai naudojamos pramonėje.

Geležis plienui

Plieno lydymas su ketumi yra daug labiau paplitęs nei naudojant kitas medžiagas. Ketaus yra terminas, paprastai reiškiantis pilką geležį, tačiau jis taip pat tapatinamas su didele ferolydinių grupe. Anglies lydinyje yra apie 2,1–4 masės %, o silicio paprastai yra 1–3 masės %.

Geležis ir plieno lydymas vyksta temperatūrojeLydymosi temperatūra yra tarp 1150 ir 1200 laipsnių, o tai yra maždaug 300 laipsnių žemesnė už grynos geležies lydymosi temperatūrą. Ketaus taip pat pasižymi geru sklandumu, puikiu apdirbimu, atsparumu deformacijai, oksidacijai ir liejimui.

Plienas taip pat yra geležies lydinys, turintis kintamą anglies kiekį. Plieno anglies kiekis yra 0,2–2,1 masės%, tai yra ekonomiškiausia geležies legiravimo medžiaga. Plieno lydymas iš ketaus yra naudingas įvairiems inžineriniams ir konstrukciniams tikslams.

Geležies rūda plienui

Plieno gamybos procesas prasideda nuo geležies rūdos apdirbimo. Uoliena, kurioje yra geležies rūdos, susmulkinama. Rūda kasama naudojant magnetinius volus. Smulkiagrūdė geležies rūda perdirbama į stambiagrūdžius gabalėlius, skirtus naudoti aukštakrosnėje. Akmens anglys rafinuojamos kokso krosnyje, kad susidarytų beveik gryna anglies forma. Tada geležies rūdos ir anglies mišinys kaitinamas, kad gautųsi išlydyta geležis arba ketus, iš kurio gaminamas plienas.

Pagrindinėje deguonies krosnyje išlydyta geležies rūda yra pagrindinė žaliava ir sumaišoma su įvairiais plieno laužo ir lydinių kiekiais, kad būtų gaminamas įvairių rūšių plienas. Elektrinėje lankinėje krosnyje perdirbtas plieno laužas išlydomas tiesiai į naują plieną. Apie 12 % plieno pagaminta iš perdirbtų medžiagų.

Lydymo technologija

Lydymas yra procesas, kurio metu metalas gaunamas elemento pavidalu,arba kaip paprastas junginys iš rūdos, kaitinant virš lydymosi temperatūros, paprastai esant oksiduojančioms medžiagoms, tokioms kaip oras, arba reduktoriams, pvz., koksui.

Plieno gamybos technologijoje metalas, kuris sujungiamas su deguonimi, pvz., geležies oksidas, kaitinamas iki aukštos temperatūros, o oksidas susidaro kartu su kuro anglimi, kuri išsiskiria kaip anglies monoksidas arba anglis. dioksidas. Kitos priemaišos, bendrai vadinamos venomis, pašalinamos pridedant srautą, su kuriuo susijungus susidaro šlakas.

Šiuolaikinėje plieno gamyboje naudojama reverberacinė krosnis. Koncentruota rūda ir upelis (dažniausiai kalkakmenis) kraunami viršuje, o išlydytas matinis (vario, geležies, sieros ir šlako junginys) ištraukiamas iš apačios. Norint pašalinti geležį iš matinio paviršiaus, būtina atlikti antrąjį terminį apdorojimą keitiklio krosnyje.

Deguonies-konvektoriaus metodas

BOF procesas yra pasaulyje pirmaujantis plieno gamybos procesas. Pasaulinė konverterinio plieno gamyba 2003 m. sudarė 964,8 mln. tonų arba 63,3% visos produkcijos. Konverterių gamyba yra aplinkos taršos š altinis. Pagrindinės problemos yra išmetamų teršalų, išmetimų ir atliekų mažinimas. Jų esmė yra antrinių energijos ir materialinių išteklių naudojimas.

Putimo metu vykstant oksidacijos reakcijoms susidaro egzoterminė šiluma.

Pagrindinis plieno gamybos procesas naudojant mūsų pačiųatsargos:

• Išlydyta geležis (kartais vadinama karštuoju metalu) iš aukštakrosnės pilama į didelę ugniai atsparią talpyklą, vadinamą kaušeliu.
• Kaušelyje esantis metalas siunčiamas tiesiai į pagrindinį plieno gamybos arba pirminio apdorojimo etapą.
• Aukšto grynumo deguonis, kurio slėgis yra 700–1000 kilopaskalių, viršgarsiniu greičiu įpurškiamas ant geležinės vonios paviršiaus per vandeniu aušinamą pistoletą, kuris pakabinamas inde ir laikomas kelias pėdas virš vonios.

Sprendimas dėl išankstinio apdorojimo priklauso nuo karšto metalo kokybės ir norimos galutinės plieno kokybės. Vis dar naudojami pirmieji nuimami dugno keitikliai, kuriuos galima nuimti ir taisyti. Pūtimui naudojamos ietys buvo pakeistos. Kad pučiant pistoletas neužstrigtų, buvo naudojamos įpjovos antkakliai su ilgu smailėjančiu variniu antgaliu. Antgalio galiukai po degimo sudegina CO, susidarantį pučiant į CO_{2 ir suteikia papildomos šilumos. Šlakams pašalinti naudojami smiginiai, ugniai atsparūs kamuoliukai ir šlako detektoriai.}

Deguonies konvektoriaus metodas: privalumai ir trūkumai

Nereikalauja dujų valymo įrangos kainos, nes dulkių susidarymas, t. y. geležies išgaravimas, sumažėja 3 kartus. Sumažėjus geležies išeigai, pastebimas skysto plieno išeigos padidėjimas 1,5 - 2,5 %. Privalumas yra tas, kad šio metodo pūtimo intensyvumas didėja, o tai suteikiagalimybė padidinti keitiklio našumą 18%. Plieno kokybė yra aukštesnė, nes temperatūra prapūtimo zonoje yra žemesnė, todėl susidaro mažiau azoto.

Dėl šio plieno lydymo būdo trūkumų sumažėjo vartojimo poreikis, nes deguonies suvartojimo lygis padidėja 7 % dėl didelio kuro degimo sąnaudų. Perdirbtame metale yra padidėjęs vandenilio kiekis, todėl pasibaigus procesui užtrunka šiek tiek laiko, kol atliekamas išvalymas deguonimi. Iš visų metodų deguonies keitiklis turi didžiausią šlako susidarymą, todėl nesugebėjimas stebėti oksidacijos proceso įrangos viduje.

Atviro židinio metodas

Didžiąją XX amžiaus dalį atviro židinio procesas buvo pagrindinė viso pasaulyje gaminamo plieno apdirbimo dalis. William Siemens 1860-aisiais ieškojo būdų pakelti temperatūrą metalurginėje krosnyje, prikeldamas seną pasiūlymą panaudoti krosnies generuojamą šilumą. Jis įkaitino plytą iki aukštos temperatūros, tada tuo pačiu būdu į krosnį įvedė orą. Iš anksto pašildytas oras labai padidino liepsnos temperatūrą.

Gamtinės dujos arba purškiamos sunkiosios alyvos naudojamos kaip kuras; oras ir kuras pašildomi prieš degant. Krosnis prikrauta skysto ketaus ir plieno laužo, taip pat geležies rūdos, kalkakmenio, dolomito ir srautų.

Pati viryklė pagaminta išlabai ugniai atsparių medžiagų, tokių kaip magnezito židinio plytos. Atviro židinio krosnys sveria iki 600 tonų ir dažniausiai įrengiamos grupėmis, kad būtų galima efektyviai panaudoti masyvią pagalbinę įrangą, reikalingą krosnims įkrauti ir skystam plienui apdoroti.

Nors daugumoje pramoninių šalių atviro židinio procesas buvo beveik visiškai pakeistas baziniu deguonies procesu ir elektrine lankine krosnele, jis sudaro apie 1/6 viso pasaulyje pagaminamo plieno.

Šio metodo privalumai ir trūkumai

Privalumai apima lengvą naudojimą ir lengvą legiruotojo plieno gamybą su įvairiais priedais, suteikiančiais medžiagai įvairių specifinių savybių. Reikalingi priedai ir lydiniai pridedami prieš pat lydymosi pabaigą.

Trūkumai yra mažesnis efektyvumas, palyginti su deguonies keitiklio metodu. Be to, plieno kokybė yra žemesnė, palyginti su kitais metalo lydymo būdais.

Elektrinis plieno gamybos būdas

Šiuolaikinis plieno lydymo būdas naudojant mūsų pačių atsargas yra krosnis, kuri elektros lanku šildo įkrautą medžiagą. Pramoninių lankinių krosnių dydžiai yra nuo mažų, maždaug vienos tonos talpos (naudojamų liejyklose geležies gaminių gamybai) iki 400 tonų antrinėje metalurgijoje naudojamų agregatų.

Lankos krosnys,naudojamų tyrimų laboratorijose gali būti vos kelių dešimčių gramų talpos. Pramoninių elektrinių lankinių krosnių temperatūra gali siekti iki 1800 °C (3 272 °F), o laboratorinių įrenginių temperatūra gali viršyti 3000 °C (5432 °F).

Lankos krosnys skiriasi nuo indukcinių krosnių tuo, kad įkrovimo medžiaga yra tiesiogiai veikiama elektros lanko, o srovė gnybtuose praeina per įkraunamą medžiagą. Elektrinė lankinė krosnis naudojama plieno gamybai, sudaryta iš ugniai atsparaus pamušalo, dažniausiai aušinamas vandeniu, didelio dydžio, uždengtas nuleidžiamu stogu.

Orkaitė daugiausia suskirstyta į tris dalis:

• Apvalkalas, sudarytas iš šoninių sienelių ir apatinio plieninio dubens.
• Židinys sudarytas iš ugniai atsparios medžiagos, kuri ištraukia apatinį dubenį.
• Ugniai atsparus pamušalas arba vandeniu aušinamas stogas gali būti pagamintas kaip rutulinė dalis arba nupjautas kūgis (kūginė dalis).

Metodo privalumai ir trūkumai

Šis metodas užima pirmaujančią poziciją plieno gamybos srityje. Plieno lydymo metodas naudojamas norint sukurti aukštos kokybės metalą, kuriame visiškai nėra nepageidaujamų priemaišų, tokių kaip siera, fosforas ir deguonis, arba jame yra nedidelis kiekis nepageidaujamų priemaišų.

Pagrindinis metodo privalumas yra elektros energijos naudojimas šildymui, todėl galite lengvai valdyti lydymosi temperatūrą ir pasiekti neįtikėtiną metalo įkaitinimo greitį. Automatizuotas darbas tapsmalonus priedas prie puikios galimybės kokybiškai apdoroti įvairų metalo laužą.

Trūkumai apima didelį energijos suvartojimą.