Болат балқыту: технологиясы, әдістері, шикізаты

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 13:58

Темір кені кәдімгі әдіспен алынады: ашық немесе жерасты өндіру және материалды ұсақтау, жуу және өңдеу үшін бастапқы дайындау үшін кейінгі тасымалдау.

Кенді домна пешіне құйып, ыстық ауамен және жылумен үрлеп, балқытылған темірге айналдырады. Содан кейін ол пештің түбінен шошқа деп аталатын қалыптарға шығарылады, онда шойын алу үшін салқындатылады. Ол соғылған темірге айналады немесе бірнеше жолмен болатқа өңделеді.

Болат дегеніміз не?

Басында темір болған. Бұл жер қыртысындағы ең көп таралған металдардың бірі. Ол барлық жерде дерлік, көптеген басқа элементтермен қосылып, руда түрінде кездеседі. Еуропада темірден жасалған бұйымдар біздің дәуірімізге дейінгі 1700 жылдан басталады

1786 жылы француз ғалымдары Бертолле, Монж және Вандермонд шойын, шойын және болат арасындағы айырмашылық көміртегінің әртүрлі болуына байланысты екенін дәл анықтады. Соған қарамастан, темірден жасалған болат тез арада өнеркәсіптік революцияның ең маңызды металына айналды. 20 ғасырдың басында әлемдік болат өндірісі 28 болдымиллион тонна – бұл 1880 жылмен салыстырғанда алты есе көп. Бірінші дүниежүзілік соғыстың басында оның өндірісі 85 миллион тонна болды. Бірнеше ондаған жылдар бойы ол іс жүзінде темірді алмастырды.

Көміртек құрамы металдың сипаттамаларына әсер етеді. Болаттың екі негізгі түрі бар: легирленген және қоспасыз. Болат қорытпасы темірге қосылатын көміртектен басқа химиялық элементтерге жатады. Осылайша, тот баспайтын болат жасау үшін 17% хром және 8% никель қорытпасы пайдаланылады.

Қазіргі таңда жеке қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін жасалғандарды есептемегенде, 3000-нан астам каталогталған брендтер (химиялық композициялар) бар. Олардың барлығы болатты болашақ қиындықтарға ең қолайлы материал жасауға үлес қосады.

Болат балқыту шикізаты: негізгі және қосалқы

Бұл металды көптеген компоненттерді пайдаланып балқыту - кен өндірудің ең кең таралған әдісі. Зарядтау материалдары негізгі және қосымша болуы мүмкін. Шихтаның негізгі құрамы, әдетте, 55% шойын және 45% қалған металл сынықтары. Қорытпаның негізгі элементі ретінде ферроқорытпалар, конверсияланған шойын және тауарлық таза металдар пайдаланылады, әдетте, қара металдың барлық түрлері екінші реттік болып жіктеледі.

Темір рудасы шойын-болат өнеркәсібіндегі ең маңызды және негізгі шикізат болып табылады. Бір тонна шойын өндіру үшін бұл материалдың шамамен 1,5 тоннасы қажет. Бір тонна шойын өндіруге шамамен 450 тонна кокс жұмсалады. Көптеген темір бұйымдарытіпті көмір қолданылады.

Су темір-болат өнеркәсібі үшін маңызды шикізат болып табылады. Ол негізінен коксты сөндіру, домна пешін салқындату, көмір пешінің есігінің буын өндіру, гидравликалық жабдықты пайдалану және ағынды суларды жою үшін қолданылады. Бір тонна болат өндіру үшін шамамен 4 тонна ауа қажет. Флюс домна пешінде балқыту кенінен ластаушы заттарды алу үшін қолданылады. Әктас пен доломит алынған қоспалармен қосылып қож түзеді.

Отқа төзімді материалдармен қапталған домна және болат пештері. Олар темір рудасын балқытуға арналған пештерді қаптау үшін қолданылады. Қалыптау үшін кремний диоксиді немесе құм қолданылады. Түрлі маркалы болат алу үшін түсті металдар қолданылады: алюминий, хром, кобальт, мыс, қорғасын, марганец, молибден, никель, қалайы, вольфрам, мырыш, ванадий және т.б. Барлық осы ферроқорытпалардың ішінде марганец болат балқытуда кеңінен қолданылады..

Бөлшектелген зауыт құрылымдарынан, машиналардан, ескі көліктерден және т.б. темір қалдықтары қайта өңделеді және өнеркәсіпте кеңінен қолданылады.

Болатқа арналған темір

Болатты шойынмен балқыту басқа материалдарға қарағанда әлдеқайда жиі кездеседі. Шойын - бұл әдетте сұр темірге қатысты термин, бірақ ол ферроқорытпалардың үлкен тобымен де бірдей. Көміртегі салмағы шамамен 2,1-4% құрайды, ал кремний қорытпада әдетте 1-3 масса% құрайды.

Шойын мен болат балқыту температурада жүредібалқу температурасы 1150-ден 1200 градусқа дейін, бұл таза темірдің балқу температурасынан шамамен 300 градусқа төмен. Шойын сонымен қатар жақсы өтімділікті, тамаша өңдеуге қабілеттілігін, деформацияға, тотығуға және құюға төзімділігін көрсетеді.

Болат сонымен қатар құрамында көміртегі бар темір қорытпасы болып табылады. Болаттың көміртегі мөлшері 0,2-ден 2,1 масса% құрайды және ол темір үшін ең үнемді легирленген материал болып табылады. Шойыннан болат балқыту әртүрлі инженерлік және құрылымдық мақсаттар үшін пайдалы.

Болатқа арналған темір рудасы

Болат жасау процесі темір рудасын өңдеуден басталады. Құрамында темір кені бар тау жынысы ұсақталған. Кен магнитті роликтер арқылы өндіріледі. Ұсақ түйіршікті темір рудасын домна пешінде пайдалану үшін ірі түйіршікті кесектерге өңдейді. Көмір көміртектің дерлік таза түрін алу үшін кокс пешінде тазартылады. Содан кейін темір рудасы мен көмірдің қоспасы болат жасалатын балқытылған шойын немесе шойын алу үшін қыздырылады.

Негізгі оттегі пешінде балқытылған темір кені негізгі шикізат болып табылады және болаттың әртүрлі сорттарын алу үшін әртүрлі мөлшердегі болат сынықтары мен қорытпалармен араласады. Электр доғалы пеште қайта өңделген болат сынықтары тікелей жаңа болатқа балқытылады. Болаттың шамамен 12%-ы қайта өңделген материалдан жасалған.

Бақылау технологиясы

Бақыту - металды элемент түрінде алу процесі,әдетте ауа сияқты тотықтырғыштардың немесе кокс сияқты тотықсыздандырғыштардың қатысуымен балқу температурасынан жоғары қыздыру арқылы оның кенінен қарапайым қосылыс ретінде.

Болат балқыту технологиясында темір оксиді сияқты оттегімен қосылатын металды жоғары температураға дейін қыздырады, ал оксид отындағы көміртекпен қосылып түзіледі, ол көміртек тотығы немесе көміртек түрінде бөлінеді. диоксид. Тамырлар деп аталатын басқа қоспалар шлак түзу үшін қосылатын ағын қосу арқылы жойылады.

Заманауи болат балқытуда ревербациялық пеш қолданылады. Концентрленген руда мен ағын (әдетте әктас) жоғарыдан жүктеледі, ал балқытылған штейн (мыс, темір, күкірт және шлак қосындысы) төменнен тартылады. Үтікті күңгірт қабаттан алу үшін конвертер пешінде екінші термиялық өңдеу қажет.

Оттегі-конвектор әдісі

BOF процесі әлемдегі жетекші болат балқыту процесі болып табылады. Конвертерлі болаттың әлемдік өндірісі 2003 жылы 964,8 млн. тоннаны немесе жалпы өндірістің 63,3%-ын құрады. Конвертер өндірісі қоршаған ортаны ластау көзі болып табылады. Оның негізгі проблемалары шығарындыларды, төгінділерді азайту және қалдықтарды азайту болып табылады. Олардың мәні екінші реттік энергия мен материалдық ресурстарды пайдалануда жатыр.

Экзотермиялық жылу үрлеу кезінде тотығу реакциялары нәтижесінде пайда болады.

Болат балқытудың негізгі процесі өзіміздіңакциялар:

• Домна пешіндегі балқытылған темір (кейде ыстық металл деп те аталады) шөміш деп аталатын отқа төзімді, төсемі бар үлкен ыдысқа құйылады.
• Шөміштегі металл тікелей болаттың негізгі өндірісіне немесе алдын ала өңдеу сатысына жіберіледі.
• Тазалығы жоғары оттегі қысымы 700-1000 килопаскаль ыдыста ілулі тұрған және ваннадан бірнеше фут биіктікте ұсталған сумен салқындатылған найза арқылы темір ваннаның бетіне дыбыстан жоғары жылдамдықпен жіберіледі.

Алдын ала өңдеу шешімі ыстық металдың сапасына және қажетті соңғы болат сапасына байланысты. Ажыратылатын және жөндеуге болатын ең бірінші алынбалы төменгі түрлендіргіштер әлі де қолданыста. Үрлеуге қолданылатын найзалар өзгертілді. Үрлеу кезінде найзаның кептелуіне жол бермеу үшін ұзын конустық мыс ұшы бар саңылаулы жағалар пайдаланылды. Ұштың ұштары жанғаннан кейін CO_{2 күйген кезде пайда болған CO күйіп, қосымша жылу береді. Қожды кетіру үшін дарттар, отқа төзімді шарлар және шлак детекторлары қолданылады.}

Оттегі-конвектор әдісі: артықшылықтары мен кемшіліктері

Газ тазарту жабдығының құнын қажет етпейді, өйткені шаң түзілуі, яғни темірдің булануы 3 есеге азаяды. Темір шығымының төмендеуіне байланысты сұйық болат шығымының 1,5 – 2,5%-ға артуы байқалады. Артықшылығы мынада, бұл әдісте үрлеу қарқындылығы артады, бұл бередітүрлендіргіштің өнімділігін 18% арттыру мүмкіндігі. Болаттың сапасы жоғарырақ, себебі тазарту аймағындағы температура төмен, бұл азоттың аз түзілуіне әкеледі.

Болат балқытудың бұл әдісінің кемшіліктері тұтынуға деген сұраныстың төмендеуіне әкелді, өйткені оттегінің жануының көп шығыны есебінен оттегін тұтыну деңгейі 7%-ға артады. Қайта өңделген металда сутегінің мөлшері жоғарылайды, сондықтан процесс аяқталғаннан кейін оттегімен тазартуды жүзеге асыру үшін біраз уақыт қажет. Барлық әдістердің ішінде оттегі-конвертер ең жоғары шлак түзілуіне ие, себебі жабдық ішіндегі тотығу процесін бақылау мүмкін емес.

Мартен әдісі

20 ғасырдың көп бөлігінде мартен процесі әлемде жасалған барлық болатты өңдеудің негізгі бөлігі болды. Уильям Сименс 1860 жылдары металлургиялық пеште температураны көтеру құралын іздеп, пеште пайда болатын қалдық жылуды пайдалану туралы ескі ұсынысты қайта тірілтті. Ол кірпішті жоғары температураға дейін қыздырды, содан кейін пешке ауа енгізу үшін сол жолды пайдаланды. Алдын ала қыздырылған ауа жалын температурасын айтарлықтай арттырды.

Отын ретінде табиғи газ немесе атомдалған ауыр мұнайлар пайдаланылады; ауа мен отын жану алдында қызады. Пешке темір рудасымен, әктаспен, доломитпен және флюстермен бірге сұйық шойын мен болат сынықтары салынады.

Пештің өзі жасалғанмагнезитті пеш кірпіштері сияқты отқа төзімді материалдар. Мартен пештерінің салмағы 600 тоннаға дейін жетеді және әдетте топпен орнатылады, осылайша пештерді зарядтауға және сұйық болатты өңдеуге қажетті массивтік қосалқы жабдықты тиімді пайдалануға болады.

Өнеркәсібі дамыған елдердің көпшілігінде ашық пеш процесі толығымен дерлік негізгі оттегі процесі мен электр доғалы пешімен ауыстырылғанымен, ол дүние жүзінде өндірілетін барлық болаттың шамамен 1/6 бөлігін құрайды.

Бұл әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері

Артықшылықтары материалға әртүрлі мамандандырылған қасиеттер беретін әртүрлі қоспалары бар легирленген болатты пайдаланудың қарапайымдылығы мен өндірісінің қарапайымдылығын қамтиды. Қажетті қоспалар мен қорытпалар балқыту аяқталғанға дейін бірден қосылады.

Кемшіліктерге оттегі-конвертер әдісімен салыстырғанда тиімділіктің төмендеуі жатады. Сондай-ақ болаттың сапасы басқа металдарды балқыту әдістерімен салыстырғанда төмен.

Электрлік болат балқыту әдісі

Өз қорымызды пайдалана отырып болатты балқытудың заманауи әдісі – зарядталған материалды электр доғасымен қыздыратын пеш. Өнеркәсіптік доғалы пештердің көлемі бір тоннаға жуық шағын қондырғылардан (темір бұйымдарын өндіру үшін құю зауыттарында пайдаланылады) екінші металлургияда қолданылатын 400 тонна бірлікке дейін болады.

Доғалық пештер,ғылыми-зерттеу зертханаларында қолданылатын сыйымдылығы бірнеше ондаған грамм ғана болуы мүмкін. Өнеркәсіптік доғалық пештің температурасы 1800 °C (3, 272 °F) дейін жетуі мүмкін, ал зертханалық қондырғылар 3000 °C (5432 °F) жоғары болуы мүмкін.

Доғалы пештердің индукциялық пештерден айырмашылығы - зарядтау материалы тікелей электр доғасының әсеріне ұшырайды, ал терминалдардағы ток зарядталған материал арқылы өтеді. Доғалық электр пеші болат өндіру үшін пайдаланылады, әдетте сумен салқындатылған, үлкен өлшемді, тартылатын шатырмен жабылған отқа төзімді төсемнен тұрады.

Пеш негізінен үш бөлікке бөлінеді:

• Бүйір қабырғалары мен төменгі болат тостағаннан тұратын қабық.
• Ошақ төменгі тостағанды шығаратын отқа төзімді бөліктен тұрады.
• Отқа төзімді төсенішпен немесе сумен салқындатылған төбені шар тәрізді немесе кесілген конус (конустық қима) түрінде жасауға болады.

Әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері

Бұл әдіс болат өндіру саласында жетекші орын алады. Болат балқыту әдісі күкірт, фосфор және оттегі сияқты қажетсіз қоспалардан толығымен айырылған немесе құрамында аз мөлшердегі жоғары сапалы металды жасау үшін қолданылады.

Әдістің басты артықшылығы - қыздыру үшін электр энергиясын пайдалану, сондықтан балқу температурасын оңай басқара аласыз және металды қыздырудың керемет жылдамдығына қол жеткізе аласыз. Автоматтандырылған жұмыс боладытүрлі металл сынықтарын жоғары сапалы өңдеуге тамаша мүмкіндікке жағымды қосымша.

Кемшіліктерге жоғары қуат тұтыну жатады.