Acélkohászat: technológia, módszerek, alapanyagok

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

A vasérc előállítása a szokásos módon történik: külszíni bányászat vagy földalatti bányászat, majd az azt követő szállítás a kezdeti előkészítéshez, ahol az anyagot zúzzák, mossák és feldolgozzák.

Az ércet nagyolvasztóba öntik, és forró levegővel és hővel megfújják, ami olvadt vasgá változtatja. Ezután eltávolítják a kemence aljáról a sertésnek nevezett formákba, ahol lehűtik nyersvas előállításához. Többféle módon kovácsoltvassá alakítják vagy acéllá dolgozzák fel.

Mi az acél?

Kezdetben volt vas. Ez az egyik leggyakoribb fém a földkéregben. Szinte mindenhol megtalálható, sok más elemmel kombinálva, érc formájában. Európában a vasmunka Kr.e. 1700-ig nyúlik vissza

1786-ban Berthollet, Monge és Vandermonde francia tudósok pontosan megállapították, hogy a vas, az öntöttvas és az acél közötti különbség az eltérő széntartalomnak köszönhető. Ennek ellenére a vasból készült acél gyorsan az ipari forradalom legfontosabb fémjévé vált. A 20. század elején a világ acéltermelése 28 voltmillió tonna – ez hatszor több, mint 1880-ban. Az első világháború elejére termelése 85 millió tonna volt. Több évtizede gyakorlatilag a vasat váltotta fel.

A széntartalom befolyásolja a fém tulajdonságait. Az acélnak két fő típusa van: ötvözött és ötvözetlen. Az acélötvözet a vashoz hozzáadott széntől eltérő kémiai elemekre vonatkozik. Így 17% krómból és 8% nikkelből álló ötvözetet használnak a rozsdamentes acél előállításához.

Jelenleg több mint 3000 katalogizált márka (vegyi összetétel) létezik, nem számítva az egyéni igények kielégítésére létrehozottakat. Mindegyik hozzájárul ahhoz, hogy az acél legyen a legmegfelelőbb anyag a jövő kihívásaihoz.

Acélgyártási nyersanyagok: elsődleges és másodlagos

Ennek a fémnek a sok komponenssel történő olvasztása a leggyakoribb bányászati módszer. A töltőanyagok lehetnek elsődlegesek és másodlagosak is. A töltet fő összetétele általában 55% nyersvas és 45% a maradék fémhulladék. Az ötvözet fő elemeként a vasötvözetek, az átalakított öntöttvas és a kereskedelmileg tiszta fémek használatosak, általában minden vasfém másodlagos kategóriába tartozik.

A vasérc a legfontosabb és legalapvetőbb nyersanyag a vas- és acéliparban. Ebből az anyagból körülbelül 1,5 tonna kell egy tonna nyersvas előállításához. Körülbelül 450 tonna kokszból készül egy tonna nyersvas. Sok vasműmég szenet is használnak.

A víz a vas- és acélipar fontos nyersanyaga. Főleg koksz oltására, nagyolvasztó hűtésére, szénkemenceajtó gőztermelésére, hidraulikus berendezések üzemeltetésére és szennyvízelvezetésre használják. Egy tonna acél előállításához körülbelül 4 tonna levegő szükséges. A folyasztószert a nagyolvasztóban használják a szennyeződések kohóércből való kinyerésére. A mészkő és a dolomit a kivont szennyeződésekkel egyesülve salakot képez.

Tűzálló anyagokkal bélelt nagyolvasztók és acélkemencék egyaránt. A vasérc olvasztására szolgáló kemencék burkolására használják. A formázáshoz szilícium-dioxidot vagy homokot használnak. A színesfémeket különböző minőségű acélok előállítására használják: alumínium, króm, kob alt, réz, ólom, mangán, molibdén, nikkel, ón, volfrám, cink, vanádium stb. A vasötvözetek közül a mangánt széles körben használják az acélgyártásban..

A leszerelt gyárszerkezetekből, gépekből, régi járművekből stb. származó vashulladékot újrahasznosítják és széles körben használják fel az iparban.

Vas acélhoz

Az öntöttvas acélolvasztás sokkal gyakoribb, mint más anyagokkal. Az öntöttvas egy kifejezés, amely általában a szürkevasra vonatkozik, de a vasötvözetek nagy csoportjával is azonosítják. A szén körülbelül 2,1-4 tömeg%, míg a szilícium jellemzően 1-3 tömegszázalék az ötvözetben.

A vas és acél olvasztása hőmérsékleten történikolvadáspontja 1150 és 1200 fok között van, ami körülbelül 300 fokkal alacsonyabb, mint a tiszta vas olvadáspontja. Az öntöttvas jó folyékonyságot, kiváló megmunkálhatóságot, deformációval, oxidációval és öntéssel szembeni ellenállást is mutat.

Az acél egyben változó széntartalmú vasötvözet is. Az acél széntartalma 0,2-2,1 tömeg%, és a vas leggazdaságosabb ötvözőanyaga. Az acél öntöttvasból történő olvasztása számos mérnöki és szerkezeti célra hasznos.

Vasérc acélhoz

Az acélgyártás folyamata a vasérc feldolgozásával kezdődik. A vasércet tartalmazó kőzet zúzódik. Az ércet mágneses hengerekkel bányászják. A finomszemcsés vasércet durva szemcsés rögökké dolgozzák fel, hogy nagyolvasztóban használják fel. A szenet kokszolókemencében finomítják, így szinte tiszta szénformát állítanak elő. A vasérc és a szén keverékét ezután hevítik, így olvadt vasat vagy nyersvasat állítanak elő, amelyből acél készül.

A fő oxigénkemencében az olvadt vasérc a fő nyersanyag, és különféle mennyiségű acélhulladékkal és ötvözetekkel keverve különböző minőségű acélokat állítanak elő. Egy elektromos ívkemencében az újrahasznosított acélhulladékot közvetlenül új acéllá olvasztják. Az acél körülbelül 12%-a újrahasznosított anyagból készül.

Olvasztási technológia

Az olvasztás egy olyan eljárás, amelynek során egy fémet elem formájában nyernek,vagy egyszerű vegyületként az ércből az olvadáspontja fölé hevítéssel, általában oxidálószerek, például levegő vagy redukálószerek, például koksz jelenlétében.

Az acélgyártási technológiában az oxigénnel kombinált fémet, például vas-oxidot, magas hőmérsékletre hevítik, és az oxid az üzemanyagban lévő szénnel együtt képződik, amely szén-monoxid vagy szén formájában szabadul fel. dioxid. Egyéb szennyeződéseket, amelyeket összefoglaló néven vénáknak nevezünk, áramlás hozzáadásával távolítanak el, amellyel salakot képeznek.

A modern acélgyártásban reverberációs kemencét használnak. A tömény érc és a patak (általában mészkő) felül, míg az olvadt matt (réz, vas, kén és salak vegyülete) alulról szívódik fel. Második hőkezelésre van szükség egy átalakító kemencében a vas eltávolításához a matt felületről.

Oxigén-konvektoros módszer

A BOF eljárás a világ vezető acélgyártási eljárása. A konverter acél világtermelése 2003-ban 964,8 millió tonnát, a teljes termelés 63,3%-át tette ki. A konvertergyártás a környezetszennyezés forrása. Ennek fő problémája a kibocsátás, a kibocsátás és a hulladékcsökkentés. Lényege a másodlagos energia és anyagi erőforrások felhasználásában rejlik.

A lefújás során oxidációs reakciók során exoterm hő keletkezik.

Az acélgyártás fő folyamata saját magunk felhasználásávalkészletek:

• A nagyolvasztó kemencéből származó megolvadt vasat (néha forró fémnek nevezik) egy nagy, tűzálló bélésű edénybe öntik, amelyet merőkanálnak neveznek.
• Az üstben lévő fém közvetlenül a fő acélgyártási vagy előkezelési szakaszba kerül.
• 700-1000 kilopascal nyomású, nagy tisztaságú oxigént fecskendeznek szuperszonikus sebességgel a vasfürdő felületére egy vízhűtéses lándzsán keresztül, amelyet egy edényben függesztenek fel, és néhány lábbal a fürdő felett tartanak.

Az előkezelési döntés a forró fém minőségétől és a kívánt végső acélminőségtől függ. A legelső leszerelhető és javítható fenék átalakítók még mindig használatban vannak. A fújáshoz használt lándzsákat cserélték. A lándzsa fújás közbeni elakadásának megakadályozására hosszú elvékonyodó rézvégű hornyolt gallérokat használtak. A hegy csúcsai égés után elégetik a CO_{2-ba fújva keletkező CO-t, és további hőt biztosítanak. Darts, tűzálló labdák és salakdetektorok a salak eltávolítására szolgálnak.}

Oxigén-konvektoros módszer: előnyei és hátrányai

Nem igényel gáztisztító berendezés költségét, mivel a porképződés, azaz a vas párolgása háromszorosára csökken. A vas hozamának csökkenése miatt a folyékony acél hozamának 1,5-2,5%-os növekedése figyelhető meg. Előnye, hogy ennél a módszernél nő a fúvás intenzitása, ami adaz átalakító teljesítményének 18%-os növelése. Az acél minősége jobb, mert az öblítési zónában alacsonyabb a hőmérséklet, ami kevesebb nitrogénképződést eredményez.

Az acélolvasztás ezen módszerének hiányosságai a fogyasztási igény csökkenéséhez vezettek, mivel az oxigénfogyasztás szintje 7%-kal növekszik a tüzelőanyag elégetésének magas fogyasztása miatt. Az újrahasznosított fémben megnövekedett a hidrogéntartalom, ezért a folyamat vége után némi időbe telik az oxigénnel történő átöblítés. Az összes módszer közül az oxigénátalakítónál van a legnagyobb salakképződés, ennek oka az, hogy nem lehet nyomon követni a berendezésen belüli oxidációs folyamatot.

Nyitott kandallós módszer

A 20. század nagy részében a kandallós eljárás volt a világon készült összes acél feldolgozásának fő része. William Siemens az 1860-as években a kohászati kemencék hőmérsékletének emelését kereste, feltámasztva egy régi javaslatot a kemence által termelt hulladékhő felhasználására. A téglát magas hőmérsékletre melegítette, majd ugyanezt az utat használta levegő bevezetésére a kemencébe. Az előmelegített levegő jelentősen megnövelte a láng hőmérsékletét.

Földgázt vagy porlasztott nehézolajokat használnak üzemanyagként; a levegőt és az üzemanyagot égés előtt felmelegítik. A kemencébe folyékony nyersvas és acélhulladék, valamint vasérc, mészkő, dolomit és folyósítószer van feltöltve.

Maga a kályha anyagaerősen tűzálló anyagok, például magnezit kandallótégla. A nyitott kandallóval rendelkező kemencék tömege eléri a 600 tonnát, és általában csoportosan telepítik őket, így a kemencék feltöltéséhez és a folyékony acél feldolgozásához szükséges hatalmas segédberendezések hatékonyan használhatók.

Bár a nyitott kandallós eljárást a legtöbb iparosodott országban szinte teljesen felváltották az alapvető oxigéneljárással és az elektromos ívkemencével, ez teszi ki a világszerte gyártott acél körülbelül 1/6-át.

A módszer előnyei és hátrányai

Az előnyök közé tartozik a könnyű használat és az ötvözött acél könnyű gyártása különféle adalékokkal, amelyek különféle speciális tulajdonságokat adnak az anyagnak. A szükséges adalékanyagokat és ötvözeteket közvetlenül az olvasztás vége előtt adják hozzá.

A hátrányok közé tartozik az oxigénátalakító módszerhez képest csökkent hatékonyság. Ezenkívül az acél minősége gyengébb, mint más fémolvasztási eljárásoknál.

Elektromos acélgyártási módszer

Az acél olvasztásának modern módszere saját tartalékaink felhasználásával egy töltött anyagot elektromos ívvel felmelegítő kemence. Az ipari ívkemencék mérete a körülbelül egy tonnás kapacitású kis egységektől (az öntödékben vastermékek előállítására használatos) a másodlagos kohászatban használt 400 tonnás egységig terjed.

Ívkemencék,a kutatólaboratóriumokban használtak kapacitása mindössze néhány tíz gramm lehet. Az ipari elektromos ívkemencék hőmérséklete elérheti az 1800 °C-ot (3 272 °F), míg a laboratóriumi berendezésekben a hőmérséklet meghaladhatja a 3000 °C-ot (5432 °F).

Az ívkemencék abban különböznek az indukciós kemencéktől, hogy a töltőanyag közvetlenül elektromos ívnek van kitéve, és a kapcsokon lévő áram áthalad a töltött anyagon. Az elektromos ívkemencét acélgyártáshoz használják, tűzálló bélésből áll, általában vízhűtéses, nagy méretű, behúzható tetővel borítva.

A sütő alapvetően három részre oszlik:

• Héj, amely oldalfalakból és alsó acéltálból áll.
• A kandalló egy tűzálló anyagból áll, amely kihúzza az alsó edényt.
• A tűzálló bélésű vagy vízhűtéses tető készülhet gömbszelvényként vagy csonkakúpként (kúpos szakasz).

A módszer előnyei és hátrányai

Ez a módszer vezető szerepet tölt be az acélgyártás területén. Az acélolvasztó módszerrel olyan kiváló minőségű fémet állítanak elő, amely vagy teljesen mentes a nem kívánt szennyeződésektől, vagy csak kis mennyiségű nem kívánt szennyeződést tartalmaz, például ként, foszfort és oxigént.

A módszer fő előnye, hogy elektromos energiát használ fel fűtésre, így könnyedén szabályozhatja az olvadási hőmérsékletet és elérheti a fém hihetetlen melegítési sebességét. Automatizált munka leszkellemes kiegészítés a kiváló lehetőséghez a különféle fémhulladékok magas színvonalú feldolgozásához.

A hátrányok közé tartozik a nagy energiafogyasztás.