Staalsmelting: tegnologie, metodes, grondstowwe

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2024-01-02 13:48

Ystererts word op die gewone manier verkry: oopgroef- of ondergrondse mynbou en daaropvolgende vervoer vir aanvanklike voorbereiding, waar die materiaal fyngedruk, gewas en verwerk word.

Die erts word in 'n hoogoond gegooi en met warm lug en hitte geblaas, wat dit in gesmelte yster verander. Dit word dan van die onderkant van die oond verwyder in vorms wat bekend staan as varke, waar dit afgekoel word om ru-yster te produseer. Dit word in yster omskep of op verskeie maniere in staal verwerk.

Wat is staal?

In die begin was daar yster. Dit is een van die mees algemene metale in die aardkors. Dit kan byna oral gevind word, in kombinasie met baie ander elemente, in die vorm van erts. In Europa dateer ysterwerk terug na 1700 vC

In 1786 het Franse wetenskaplikes Berthollet, Monge en Vandermonde akkuraat vasgestel dat die verskil tussen yster, gietyster en staal te wyte is aan verskillende koolstofinhoud. Nietemin het staal, gemaak van yster, vinnig die belangrikste metaal van die Industriële Revolusie geword. Aan die begin van die 20ste eeu was wêreldstaalproduksie 28miljoen ton - dit is ses keer meer as in 1880. Teen die begin van die Eerste Wêreldoorlog was die produksie daarvan 85 miljoen ton. Vir etlike dekades het dit yster feitlik vervang.

Koolstofinhoud beïnvloed die eienskappe van die metaal. Daar is twee hooftipes staal: gelegeerde en ongelegeerde. Staallegering verwys na ander chemiese elemente as koolstof wat by yster gevoeg word. Dus word 'n legering van 17% chroom en 8% nikkel gebruik om vlekvrye staal te skep.

Daar is tans meer as 3 000 gekatalogiseerde handelsmerke (chemiese samestellings), wat nie dié wat geskep is om aan individuele behoeftes te voldoen, ingereken word nie. Almal dra daartoe by om staal die mees geskikte materiaal vir die uitdagings van die toekoms te maak.

Staalvervaardigingsgrondstowwe: primêre en sekondêre

Om hierdie metaal met baie komponente te smelt, is die mees algemene mynmetode. Ladingsmateriaal kan beide primêr en sekondêr wees. Die hoofsamestelling van die lading is as 'n reël 55% ru-yster en 45% van die oorblywende skrootmetaal. Ferrolegerings, omgeskakelde gietyster en kommersieel suiwer metale word as die hoofelement van die legering gebruik, in die reël word alle tipes ysterhoudende metaal as sekondêr geklassifiseer.

Ystererts is die belangrikste en mees basiese grondstof in die yster- en staalbedryf. Dit neem ongeveer 1,5 ton van hierdie materiaal om 'n ton ru-yster te produseer. Sowat 450 ton coke word gebruik om een ton ru-yster te vervaardig. Baie ysterwerkeselfs houtskool word gebruik.

Water is 'n belangrike grondstof vir die yster- en staalbedryf. Dit word hoofsaaklik gebruik vir kooks blus, hoogoond verkoeling, steenkool oond deur stoom produksie, hidrouliese toerusting werking en afvalwater wegdoening. Dit neem ongeveer 4 ton lug om 'n ton staal te produseer. Flux word in die hoogoond gebruik om kontaminante uit smeltererts te onttrek. Kalksteen en dolomiet kombineer met die onttrekte onsuiwerhede om slak te vorm.

Beide hoog- en staaloonde gevoer met vuurvaste materiale. Hulle word gebruik om oonde te bedek wat bedoel is vir ysterertssmelting. Silikondioksied of sand word vir gietvorm gebruik. Nie-ysterhoudende metale word gebruik om staal van verskillende grade te vervaardig: aluminium, chroom, kob alt, koper, lood, mangaan, molibdeen, nikkel, tin, wolfram, sink, vanadium, ens. Onder al hierdie ferrolegerings word mangaan wyd gebruik in staalvervaardiging.

Ysterafval van afgetakelde fabriekstrukture, masjinerie, ou voertuie, ens. word herwin en wyd in die bedryf gebruik.

Yster vir staal

Staalsmelting met gietyster is baie meer algemeen as met ander materiale. Gietyster is 'n term wat gewoonlik na grys yster verwys, maar dit word ook met 'n groot groep ferrolegerings geïdentifiseer. Koolstof maak ongeveer 2,1 tot 4 gew.% uit, terwyl silikon tipies 1 tot 3 gew.% in die legering is.

Yster- en staalsmelting vind by 'n temperatuur plaassmeltpunt tussen 1150 en 1200 grade, wat ongeveer 300 grade laer is as die smeltpunt van suiwer yster. Gietyster vertoon ook goeie vloeibaarheid, uitstekende bewerkbaarheid, weerstand teen vervorming, oksidasie en giet.

Staal is ook 'n legering van yster met 'n veranderlike koolstofinhoud. Die koolstofinhoud van staal is 0,2 tot 2,1 massa%, en dit is die mees ekonomiese legeringsmateriaal vir yster. Om staal uit gietyster te smelt is nuttig vir 'n verskeidenheid ingenieurs- en strukturele doeleindes.

Ystererts vir staal

Die proses om staal te maak begin met die verwerking van ystererts. Die rots wat ystererts bevat, word vergruis. Erts word met magnetiese rollers ontgin. Fynkorrelige ystererts word tot grofkorrelige klonte verwerk vir gebruik in 'n hoogoond. Steenkool word in 'n kookoond verfyn om 'n byna suiwer vorm van koolstof te produseer. Die mengsel van ystererts en steenkool word dan verhit om gesmelte yster, of ru-yster, te vervaardig waaruit staal gemaak word.

In die hoofsuurstofoond is gesmelte ystererts die hoofgrondstof en word met verskillende hoeveelhede afvalstaal en legerings gemeng om verskillende grade staal te produseer. In 'n elektriese boogoond word herwinde staalafval direk tot nuwe staal gesmelt. Ongeveer 12% van staal word van herwonne materiaal gemaak.

Smeltingtegnologie

Smelting is 'n proses waardeur 'n metaal verkry word, hetsy in die vorm van 'n element,óf as 'n eenvoudige verbinding uit sy erts deur tot bokant sy smeltpunt te verhit, gewoonlik in die teenwoordigheid van oksideermiddels soos lug of reduseermiddels soos kooks.

In staalvervaardigingstegnologie word die metaal wat met suurstof gekombineer word, soos ysteroksied, tot 'n hoë temperatuur verhit, en die oksied word in kombinasie met koolstof in die brandstof gevorm, wat as koolstofmonoksied of koolstof vrygestel word dioksied. Ander onsuiwerhede, wat gesamentlik are genoem word, word verwyder deur 'n stroom by te voeg waarmee dit kombineer om slak te vorm.

Moderne staalvervaardiging gebruik 'n galmoond. Die gekonsentreerde erts en stroom (gewoonlik kalksteen) word aan die bokant gelaai, terwyl die gesmelte mat (verbinding van koper, yster, swael en slak) van onder af getrek word. 'n Tweede hittebehandeling in 'n omskakeloond is nodig om yster van die mat afwerking te verwyder.

Suurstof-konvektormetode

Die BOF-proses is die wêreld se voorste staalvervaardigingsproses. Die wêreldproduksie van omsetterstaal het in 2003 964,8 miljoen ton of 63,3% van die totale produksie beloop. Omskakelaarproduksie is 'n bron van omgewingsbesoedeling. Die hoofprobleme hiervan is die vermindering van emissies, afvoer en vermindering van afval. Hulle wese lê in die gebruik van sekondêre energie en materiële hulpbronne.

Eksotermiese hitte word gegenereer deur oksidasiereaksies tydens afblaas.

Die hoofproses van staalvervaardiging deur ons eie te gebruikaandele:

• Gesmelte yster (soms genoem warm metaal) uit 'n hoogoond word in 'n groot vuurvaste gevoerde houer gegooi wat 'n skeplepel genoem word.
• Die metaal in die skeplepel word direk na die hoofstaalproduksie- of voorbehandelingstadium gestuur.
• Hoësuiwer suurstof teen 'n druk van 700-1000 kilopascal word teen supersoniese spoed op die oppervlak van die ysterbad ingespuit deur 'n waterverkoelde lans wat in 'n houer gehang word en 'n paar voet bokant die bad gehou word.

Die voorbehandelingsbesluit hang af van die kwaliteit van die warm metaal en die verlangde finale staalkwaliteit. Die heel eerste verwyderbare bodemomsetters wat losgemaak en herstel kan word, is steeds in gebruik. Die spiese wat gebruik word om te blaas, is verander. Om te verhoed dat die lans vassteek tydens blaas, is gleufkrae met 'n lang tapse koperpunt gebruik. Die punte van die punt, na verbranding, verbrand die CO wat gevorm word wanneer dit in CO_{2 geblaas word en verskaf bykomende hitte. Veerpyltjies, vuurvaste balle en slakverklikkers word gebruik om slak te verwyder.}

Suurstof-konvektormetode: voordele en nadele

Benodig nie die koste van gassuiweringstoerusting nie, aangesien stofvorming, dit wil sê ysterverdamping, met 3 keer verminder word. As gevolg van die afname in die opbrengs van yster, word 'n toename in die opbrengs van vloeibare staal met 1,5 - 2,5% waargeneem. Die voordeel is dat die blaasintensiteit in hierdie metode toeneem, wat geedie vermoë om die werkverrigting van die omskakelaar met 18% te verhoog. Die kwaliteit van die staal is hoër omdat die temperatuur in die suiweringsone laer is, wat minder stikstofvorming tot gevolg het.

Die tekortkominge van hierdie metode van staalsmelting het gelei tot 'n afname in die vraag na verbruik, aangesien die vlak van suurstofverbruik met 7% toeneem as gevolg van die hoë verbruik van brandstofverbranding. Daar is 'n verhoogde waterstofinhoud in die herwonne metaal, en daarom neem dit 'n rukkie na die einde van die proses om 'n suurstofsuiwering uit te voer. Onder al die metodes het suurstofomskakelaar die hoogste slakvorming, die rede is die onvermoë om die oksidasieproses binne die toerusting te monitor.

Oophaard-metode

Die oophaardproses vir die grootste deel van die 20ste eeu was die hoofdeel van die verwerking van alle staal wat in die wêreld gemaak is. William Siemens het in die 1860's 'n manier gesoek om die temperatuur in 'n metallurgiese oond te verhoog, wat 'n ou voorstel laat herleef om die afvalhitte wat deur die oond gegenereer word, te gebruik. Hy het die baksteen tot 'n hoë temperatuur verhit en toe dieselfde pad gebruik om lug in die oond in te voer. Die voorverhitte lug het die temperatuur van die vlam aansienlik verhoog.

Aardgas of vernevelde swaar olies word as brandstof gebruik; lug en brandstof word verhit voor verbranding. Die oond is gelaai met vloeibare ru-yster en staalafval saam met ystererts, kalksteen, dolomiet en vloeistowwe.

Die stoof self is gemaak vanhoogs vuurvaste materiale soos magnesiet-herdstene. Oopherd-oonde weeg tot 600 ton en word gewoonlik in groepe geïnstalleer, sodat die massiewe hulptoerusting wat nodig is om oonde te laai en vloeibare staal te verwerk, effektief gebruik kan word.

Alhoewel die oophaardproses in die meeste geïndustrialiseerde lande byna heeltemal vervang is deur die basiese suurstofproses en die elektriese boogoond, maak dit ongeveer 1/6 van alle staal wat wêreldwyd geproduseer word.

Voor- en nadele van hierdie metode

Die voordele sluit in gemak van gebruik en gemak van vervaardiging van legeringstaal met verskeie bymiddels wat die materiaal verskeie gespesialiseerde eienskappe gee. Die nodige bymiddels en legerings word onmiddellik voor die einde van die smelt bygevoeg.

Die nadele sluit in verminderde doeltreffendheid in vergelyking met die suurstof-omskakelmetode. Die kwaliteit van die staal is ook laer in vergelyking met ander metaalsmeltmetodes.

Elektriese staalvervaardigingsmetode

Die moderne metode om staal te smelt deur ons eie reserwes te gebruik, is 'n oond wat 'n gelaaide materiaal met 'n elektriese boog verhit. Industriële boogoonde wissel in grootte van klein eenhede met 'n kapasiteit van ongeveer een ton (wat in gieterye vir die vervaardiging van ysterprodukte gebruik word) tot 400 ton eenhede wat in sekondêre metallurgie gebruik word.

Boogoonde,wat in navorsingslaboratoriums gebruik word, kan 'n kapasiteit van slegs 'n paar tiene gram hê. Industriële elektriese boogoondtemperature kan tot 1800 °C (3, 272 °F) bereik, terwyl laboratoriuminstallasies 3000 °C (5432 °F) kan oorskry.

Boogoonde verskil van induksie-oonde deurdat die laaimateriaal direk aan 'n elektriese boog blootgestel word, en die stroom in die terminale gaan deur die gelaaide materiaal. Die elektriese boogoond word gebruik vir staalproduksie, bestaan uit 'n vuurvaste voering, gewoonlik waterverkoelde, groot grootte, bedek met 'n intrekbare dak.

Die oond is hoofsaaklik in drie afdelings verdeel:

• Dop wat uit symure en onderste staalbak bestaan.
• Die vuurherd bestaan uit 'n vuurvaste materiaal wat die onderste bak uittrek.
• Die vuurvaste gevoerde of waterverkoelde dak kan gemaak word as 'n balgedeelte of 'n afgeknotte keël (keëlgedeelte).

Voor- en nadele van die metode

Hierdie metode beklee 'n leidende posisie op die gebied van staalproduksie. Die staalsmeltmetode word gebruik om metaal van hoë geh alte te skep wat óf heeltemal sonder óf 'n klein hoeveelheid ongewenste onsuiwerhede soos swael, fosfor en suurstof bevat.

Die belangrikste voordeel van die metode is die gebruik van elektrisiteit vir verhitting, sodat jy maklik die smelttemperatuur kan beheer en 'n ongelooflike tempo van verhitting van die metaal kan bereik. Outomatiese werk sal word'n aangename toevoeging tot die uitstekende geleentheid vir hoë kwaliteit verwerking van verskeie skrootmetaal.

Nadele sluit in hoë kragverbruik.