Terasesulatus: tehnoloogia, meetodid, toorained

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Rauamaak saadakse tavalisel viisil: avakaevandamine või allmaakaevandamine ja sellele järgnev transport esialgseks ettevalmistamiseks, kus materjal purustatakse, pestakse ja töödeldakse.

Maak valatakse kõrgahju ja puhutakse kuuma õhu ja kuumusega, mis muudab selle sularauaks. Seejärel eemaldatakse see ahju põhjast sigadena tuntud vormidesse, kus see jahutatakse malmi tootmiseks. See muudetakse sepiseks või teraseks mitmel viisil.

Mis on teras?

Alguses oli raud. See on üks levinumaid metalle maakoores. Seda võib leida peaaegu kõikjal, koos paljude teiste elementidega, maagi kujul. Euroopas pärineb rauatöö aastast 1700 eKr

1786. aastal tegid prantsuse teadlased Berthollet, Monge ja Vandermonde täpselt kindlaks, et raua, malmi ja terase erinevus tuleneb erinevast süsinikusisaldusest. Sellegipoolest sai rauast valmistatud teras kiiresti tööstusrevolutsiooni tähtsaimaks metalliks. 20. sajandi alguses oli maailma terasetoodang 28miljonit tonni – seda on kuus korda rohkem kui 1880. aastal. Esimese maailmasõja alguseks oli selle toodang 85 miljonit tonni. Mitu aastakümmet on see rauda praktiliselt asendanud.

Süsinikusisaldus mõjutab metalli omadusi. Terast on kahte peamist tüüpi: legeeritud ja legeerimata. Terasesulam viitab muudele keemilistele elementidele peale rauale lisatud süsiniku. Seega kasutatakse roostevaba terase valmistamiseks 17% kroomi ja 8% nikli sulamit.

Praegu on rohkem kui 3000 kataloogitud kaubamärki (keemiline koostis), arvestamata neid, mis on loodud individuaalsete vajaduste rahuldamiseks. Kõik need aitavad muuta terase tuleviku väljakutsete jaoks sobivaimaks materjaliks.

Terasetooraine: esmane ja sekundaarne

Selle metalli sulatamine paljude komponentidega on kõige levinum kaevandamismeetod. Laengumaterjalid võivad olla nii esmased kui ka sekundaarsed. Laengu põhikoostis on reeglina 55% malm ja 45% ülejäänud vanametallist. Sulami põhielemendina kasutatakse ferrosulameid, töödeldud malmi ja kaubanduslikult puhtaid metalle, reeglina klassifitseeritakse kõik mustmetallitüübid sekundaarseteks.

Rauamaak on raua- ja terasetööstuse kõige olulisem ja põhitooraine. Sellest materjalist kulub tonni malmi tootmiseks umbes 1,5 tonni. Ühe tonni malmi tootmiseks kasutatakse umbes 450 tonni koksi. Paljud rauatöökojadkasutatakse isegi sütt.

Vesi on raua- ja terasetööstuse oluline tooraine. Seda kasutatakse peamiselt koksi kustutamiseks, kõrgahju jahutamiseks, söeahju ukse auru tootmiseks, hüdrauliliste seadmete käitamiseks ja reovee ärajuhtimiseks. Ühe tonni terase tootmiseks kulub umbes 4 tonni õhku. Räbustit kasutatakse kõrgahjus saasteainete eraldamiseks sulatustehase maagist. Lubjakivi ja dolomiit ühinevad ekstraheeritud lisanditega, moodustades räbu.

Nii kõrg- kui ka terasahjud, mis on vooderdatud tulekindlate materjalidega. Neid kasutatakse rauamaagi sulatamiseks mõeldud ahjude katmiseks. Vormimiseks kasutatakse ränidioksiidi või liiva. Värvilisi metalle kasutatakse erineva klassi terase tootmiseks: alumiinium, kroom, koob alt, vask, plii, mangaan, molübdeen, nikkel, tina, volfram, tsink, vanaadium jne. Kõigist nendest ferrosulamitest kasutatakse terase tootmisel laialdaselt mangaani.

Demonteeritud tehasekonstruktsioonide, masinate, vanade sõidukite jne rauajäätmed võetakse ringlusse ja kasutatakse tööstuses laialdaselt.

Raud terase jaoks

Terase sulatamine malmiga on palju tavalisem kui muude materjalidega. Malm on termin, mis tavaliselt viitab hallile rauale, kuid seda samastatakse ka suure hulga ferrosulamitega. Süsinik moodustab sulamis umbes 2,1–4 massiprotsenti, räni aga tavaliselt 1–3 massiprotsenti.

Raua ja terase sulatamine toimub temperatuurilsulamistemperatuur vahemikus 1150–1200 kraadi, mis on umbes 300 kraadi madalam kui puhta raua sulamistemperatuur. Malmil on ka hea voolavus, suurepärane töödeldavus, vastupidavus deformatsioonile, oksüdatsioonile ja valamisele.

Teras on ka muutuva süsinikusisaldusega raua sulam. Terase süsinikusisaldus on 0,2–2,1 massiprotsenti ja see on raua jaoks kõige ökonoomsem legeermaterjal. Terase sulatamine malmist on kasulik mitmesugustel inseneri- ja ehituslikel eesmärkidel.

Rauamaak terase jaoks

Terase valmistamise protsess algab rauamaagi töötlemisega. Rauamaaki sisaldav kivim purustatakse. Maagi kaevandamine toimub magnetrullide abil. Peeneteraline rauamaak töödeldakse kõrgahjus kasutamiseks jämedateralisteks tükkideks. Süsi rafineeritakse koksiahjus, et saada peaaegu puhas süsinik. Seejärel kuumutatakse rauamaagi ja kivisöe segu sulamalmi ehk malmi saamiseks, millest valmistatakse terast.

Peamises hapnikuahjus on sula rauamaak peamine tooraine ja seda segatakse erinevas koguses vanaraua ja sulamitega, et toota erinevat klassi terast. Elektrilises kaarahjus sulatatakse taaskasutatud terase jäägid otse uueks teraseks. Umbes 12% terasest on valmistatud taaskasutatud materjalist.

Sulamistehnoloogia

Sulamine on protsess, mille käigus saadakse metall kas elemendi kujul,kas lihtsa ühendina selle maagist kuumutamisel sulamistemperatuurist kõrgemale, tavaliselt oksüdeerivate ainete (nt õhu) või redutseerivate ainete (nt koks) juuresolekul.

Terasevalmistamise tehnoloogias kuumutatakse metalli, mis on ühendatud hapnikuga, näiteks raudoksiidiga, kõrge temperatuurini ja oksiid moodustub koos kütuses sisalduva süsinikuga, mis vabaneb süsinikmonooksiidi või süsinikuna. dioksiid. Muud lisandid, mida ühiselt nimetatakse veenideks, eemaldatakse voolu lisamisega, millega need ühinevad, moodustades räbu.

Kaasaegses terasetööstuses kasutatakse reverberatory ahju. Kontsentreeritud maak ja oja (tavaliselt lubjakivi) laaditakse ülev alt, sulamatt (vase, raua, väävli ja räbu ühend) tõmmatakse aga alt. Raua mattpinn alt eemaldamiseks on vaja teist kuumtöötlust konverterahjus.

Hapnikukonvektori meetod

BOF-protsess on maailma juhtiv terase valmistamise protsess. Ülemaailmne konverterterase toodang moodustas 2003. aastal 964,8 miljonit tonni ehk 63,3% kogutoodangust. Konverteri tootmine on keskkonnasaaste allikas. Selle peamised probleemid on heitkoguste, heidete ja jäätmete vähendamine. Nende olemus seisneb teisese energia ja materiaalsete ressursside kasutamises.

Oksotermiline soojus tekib puhumise ajal oksüdatsioonireaktsioonides.

Meie oma kasutav terase valmistamise põhiprotsessvarud:

• Kõrgahjust saadud sularaud (mõnikord nimetatakse seda kuumaks metalliks) valatakse suurde tulekindla voodriga anumasse, mida nimetatakse kulbiks.
• Kulbis olev metall saadetakse otse terase põhitootmise või eeltöötlusetappi.
• Kõrge puhtusastmega hapnikku rõhul 700–1000 kilopaskalit süstitakse ülehelikiirusel raudvanni pinnale läbi vesijahutusega toru, mis riputatakse anumas ja hoitakse mõne jala kõrgusel vanni kohal.

Eeltöötlusotsus sõltub kuuma metalli kvaliteedist ja soovitud terase lõppkvaliteedist. Kõige esimesed eemaldatavad põhjamuundurid, mida saab lahti võtta ja parandada, on endiselt kasutusel. Puhumisel kasutatud odad on vahetatud. Et vältida toru kinnikiilumist puhumise ajal, kasutati pika kitseneva vasest otsaga lõhikuid. Otsa otsad põletavad pärast põlemist CO_{2 puhumisel tekkinud CO ära ja annavad lisasoojust. Räbu eemaldamiseks kasutatakse noolemängu, tulekindlaid palle ja räbudetektoreid.}

Hapnikukonvektori meetod: eelised ja puudused

Ei nõua gaasipuhastusseadmete maksumust, kuna tolmu teke, st raua aurustumine väheneb 3 korda. Raua saagise vähenemise tõttu täheldatakse vedela terase saagise suurenemist 1,5 - 2,5%. Eeliseks on see, et puhumise intensiivsus selle meetodi puhul suureneb, mis annabvõime suurendada muunduri jõudlust 18% võrra. Terase kvaliteet on kõrgem, kuna temperatuur puhastustsoonis on madalam, mistõttu tekib vähem lämmastikku.

Selle terase sulatusmeetodi puudused tõid kaasa tarbimisnõudluse vähenemise, kuna kütuse põlemisel tekkiva suure kulu tõttu suureneb hapnikutarbimise tase 7%. Ringlussevõetud metallis on suurenenud vesiniku sisaldus, mistõttu kulub pärast protsessi lõppu hapnikuga läbipuhumine veidi aega. Kõigist meetoditest moodustub hapnikukonverter kõige rohkem räbu, põhjuseks võimetus jälgida oksüdatsiooniprotsessi seadme sees.

Avatud kolde meetod

Enamus 20. sajandist oli avatud koldeprotsess kogu maailmas valmistatud terase töötlemise põhiosa. William Siemens otsis 1860. aastatel vahendeid metallurgiaahju temperatuuri tõstmiseks, taaselustades vana ettepaneku kasutada ahjus tekkivat heitsoojust. Ta kuumutas tellise kõrge temperatuurini, seejärel kasutas sama teed õhu ahju sisestamiseks. Eelsoojendatud õhk tõstis leegi temperatuuri oluliselt.

Kütusena kasutatakse maagaasi või pihustatud raskeid õlisid; õhk ja kütus kuumutatakse enne põlemist. Ahju on täidetud vedela malmi ja terase jääkidega ning rauamaagi, lubjakivi, dolomiidi ja räbustitega.

Pliit ise on valmistatudväga tulekindlad materjalid, nagu magnesiidist koldetellised. Avatud koldega ahjud kaaluvad kuni 600 tonni ja paigaldatakse tavaliselt rühmadena, et saaks tõhus alt kasutada ahjude laadimiseks ja vedela terase töötlemiseks vajalikke massiivseid abiseadmeid.

Kuigi avatud koldega protsess on enamikus tööstusriikides peaaegu täielikult asendatud hapniku põhiprotsessi ja elektrikaarahjuga, moodustab see ligikaudu 1/6 kogu maailmas toodetavast terasest.

Selle meetodi eelised ja puudused

Eelisteks on legeerterase kasutuslihtsus ja tootmise lihtsus koos erinevate lisanditega, mis annavad materjalile erinevaid spetsiifilisi omadusi. Vajalikud lisandid ja sulamid lisatakse vahetult enne sulatamise lõppu.

Puuduste hulka kuulub vähenenud efektiivsus võrreldes hapnikukonverteri meetodiga. Samuti on terase kvaliteet teiste metallisulatusmeetoditega võrreldes madalam.

Elektriline terase valmistamise meetod

Kaasaegne meetod terase sulatamiseks meie enda varusid kasutades on ahi, mis soojendab laetud materjali elektrikaare abil. Tööstuslikud kaarahjud ulatuvad väikestest umbes ühetonnise võimsusega agregaatidest (kasutatakse valukodades rauatoodete tootmiseks) kuni 400 tonnise ühikuni, mida kasutatakse teisese metallurgias.

Kaarahjud,uurimislaborites kasutatavate vahendite maht võib olla vaid mõnikümmend grammi. Tööstuslike elektrikaarahjude temperatuur võib ulatuda kuni 1800 °C (3 272 °F), samas kui laboriseadmetes võib temperatuur ületada 3000 °C (5432 °F).

Kaarahjud erinevad induktsioonahjudest selle poolest, et laadimismaterjal puutub vahetult kokku elektrikaarega ja klemmides olev vool läbib laetud materjali. Elektrikaarahju kasutatakse terase tootmiseks, see koosneb tulekindlast vooderdist, tavaliselt vesijahutusega, suuremõõtmeline, kaetud ülestõstetava katusega.

Ahi jaguneb peamiselt kolmeks osaks:

• Kest, mis koosneb külgseintest ja alumisest teraskausist.
• Kamin koosneb tulekindlast materjalist, mis tõmbab alumise kausi välja.
• Tulekindla vooderdusega või vesijahutusega katust saab valmistada kuulsektsioonina või tüvikoonusena (koonusosa).

Meetodi eelised ja puudused

See meetod on terase tootmise valdkonnas juhtival kohal. Terase sulatusmeetodit kasutatakse kvaliteetse metalli loomiseks, milles puuduvad täielikult soovimatud lisandid, nagu väävel, fosfor ja hapnik, või see sisaldab vähesel määral.

Meetodi peamiseks eeliseks on elektrienergia kasutamine kütmiseks, nii et saate hõlps alt reguleerida sulamistemperatuuri ja saavutada metalli uskumatu kuumenemiskiirus. Automatiseeritud töö muutubmeeldiv täiendus suurepärasele võimalusele erinevate vanametalli kvaliteetseks töötlemiseks.

Puuduste hulka kuulub suur energiatarve.