في الحياة، نواجه دائمًا سبائك، وأكثرها شيوعًا هو الفولاذ. لذلك ليس من المستغرب أن يتساءل أحد عن كيفية صناعة الفولاذ؟

الصلب هو أحد سبائك الحديد والكربون، ويستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية. عملية إنتاج الصلب متعددة المراحل وتتكون من عدة مراحل: تعدين الخام وإثراءه، وإنتاج اللبيدات، وإنتاج الحديد، وصهر الفولاذ.

خام ولبيدة

تسمح رواسب الخام باستخراج الصخور الغنية والفقيرة. يمكن استخدام الخام عالي الجودة على الفور كمواد خام صناعية. لكي تكون قادرا على صهر خام منخفض الدرجة، يجب إثراؤه، أي أنه يجب زيادة محتوى المعدن النقي فيه. للقيام بذلك، يتم سحق الخام، وباستخدام تقنيات مختلفة، يتم فصل الجزيئات الغنية بالمركبات المعدنية. على سبيل المثال، بالنسبة لخامات الحديد، يتم استخدام الفصل المغناطيسي - التأثير حقل مغناطيسيعلى المواد الخام من أجل فصل الجزيئات الغنية بالحديد.

والنتيجة هي مركز منخفض التشتت، والذي يتم تلبيده إلى قطع أكبر. نتيجة تحميص خامات الحديد هي تكتل. تتم تسمية أنواع التكتلات على اسم المواد الخام الرئيسية المدرجة في تركيبها. في حالتنا، هذا هو تلبيد خام الحديد. الآن، من أجل فهم كيفية صنع الفولاذ، من الضروري تتبع العملية التكنولوجية الإضافية.

إنتاج الحديد .

يتم صهر الحديد الخام في الأفران العالية، التي تعمل على مبدأ التيار المعاكس. يتم تحميل الملبدة وفحم الكوك ومواد الشحن الأخرى من الأعلى. ومن الأسفل إلى الأعلى، باتجاه هذه المواد، تتصاعد تيارات من الغاز الساخن الناتج عن احتراق فحم الكوك. تبدأ السلسلة العمليات الكيميائيةمما يؤدي إلى اختزال الحديد وتشبعه بالكربون. درجة حرارةوفي الوقت نفسه يبقى في منطقة 400-500 درجة مئوية. في الأجزاء السفلية من الفرن، حيث يتم خفض الحديد المختزل تدريجياً، ترتفع درجة الحرارة إلى 900-950 درجة. يتم تشكيل سبيكة سائلة من الحديد والكربون - الحديد الزهر. تشمل الخصائص الكيميائية الرئيسية للحديد الزهر ما يلي: محتوى الكربون أكثر من 2.14٪، والوجود الإلزامي للكبريت والسيليكون والفوسفور والمنغنيز. يتميز الحديد الزهر بالهشاشة المتزايدة.

صهر الصلب .

الآن نحن نقترب من اخر مرحلةمما يسمح لك بمعرفة كيفية صناعة الفولاذ. كيميائيًا، يختلف الفولاذ عن الحديد الزهر في احتوائه على نسبة أقل من الكربون؛ وفقا لذلك، المهمة الرئيسية عملية الإنتاج– تقليل محتوى الكربون والشوائب الأخرى في سبائك الحديد الرئيسية. تُستخدم أفران الموقد المفتوح أو محولات الأكسجين أو الأفران الكهربائية لإنتاج الفولاذ.

بواسطة تقنيات مختلفةيتم تطهير الحديد الزهر المنصهر بالأكسجين عند درجات حرارة عالية جدًا. تحدث العملية العكسية - أكسدة الحديد على مستوى الشوائب الموجودة في السبيكة. تتم إزالة الخبث الناتج في وقت لاحق. نتيجة لتطهير الأكسجين، يتم تقليل محتوى الكربون ويتحول الحديد الزهر إلى الفولاذ.

يمكن إضافة عناصر صناعة السبائك إلى الفولاذ لتغيير خصائص المادة. لذلك، يعتبر الفولاذ عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون تحتوي على نسبة حديد لا تقل عن 45٪.

أوضحت العمليات المذكورة أعلاه كيفية صنع الفولاذ، ومن أي مواد وباستخدام أي تقنيات.

الحديد في شكله النقي هو معدن مطاوع. رماديسهلة المعالجة. ومع ذلك، بالنسبة للبشر، يعد عنصر الحديد أكثر عملية عند دمجه مع الكربون والشوائب الأخرى التي تسمح بتكوين السبائك المعدنية - الفولاذ والحديد الزهر. 95% - هذا هو بالضبط مقدار ما تحتويه جميع المنتجات المعدنية المنتجة على الكوكب من الحديد كعنصر رئيسي.

الحديد: التاريخ

يرجع تاريخ أول منتجات الحديد التي صنعها الإنسان من قبل العلماء إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. هـ ، وقد أظهرت الدراسات أنه تم استخدام الحديد النيزكي الذي يتميز بمحتوى النيكل بنسبة 5-30 بالمائة في إنتاجها. إنه أمر مثير للاهتمام، ولكن حتى أتقنت البشرية استخراج الحديد عن طريق صهره، كانت قيمة الحديد أعلى من الذهب. وقد تم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن الفولاذ الأقوى والأكثر موثوقية كان أكثر ملاءمة لتصنيع الأدوات والأسلحة من النحاس والبرونز.

تعلم الرومان القدماء كيفية إنتاج أول حديد الزهر: يمكن لأفرانهم أن ترفع درجة حرارة الخام إلى 1400 درجة مئوية، في حين أن 1100-1200 درجة مئوية كانت كافية للحديد الزهر، وبعد ذلك حصلوا أيضًا على الفولاذ النقي، نقطة انصهار وهي كما هو معروف 1535 درجة مئوية.

الخواص الكيميائية للحديد

مع ماذا يتفاعل الحديد؟ يتفاعل الحديد مع الأكسجين الذي يصاحبه تكوين الأكاسيد. مع الماء في وجود الأكسجين. مع أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2 +6H2O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
• Fe+2HCl = FeCl2 +H2

كما أن الحديد يتفاعل مع القلويات فقط إذا كانت مصهورة بعوامل مؤكسدة قوية. لا يتفاعل الحديد مع العوامل المؤكسدة في درجات الحرارة العادية، ولكنه يبدأ دائمًا بالتفاعل عندما تزيد.

استخدام الحديد في البناء

من المستحيل المبالغة في تقدير استخدام الحديد في صناعة البناء والتشييد اليوم، لأن الهياكل المعدنية هي أساس أي مبنى حديث على الإطلاق. في هذا المجال، يتم استخدام الحديد في الفولاذ المشترك والحديد الزهر والحديد المطاوع. تم العثور على هذا العنصر في كل مكان، من الهياكل الهامة إلى مسامير التثبيت والمسامير.

إن تشييد هياكل البناء المصنوعة من الفولاذ أرخص بكثير، ويمكننا أيضًا التحدث عن معدلات بناء أعلى. وهذا يزيد بشكل ملحوظ من استخدام الحديد في البناء، في حين أن الصناعة نفسها تتبنى استخدام سبائك جديدة وأكثر كفاءة وموثوقة تعتمد على الحديد.

استخدام الحديد في الصناعة

يعد استخدام الحديد وسبائكه - الحديد الزهر والصلب - أساسًا للآلات الحديثة والطائرات وصناعة الأدوات وتصنيع المعدات الأخرى. بفضل سيانيد وأكسيدات الحديد، يتم استخدام كبريتات الحديد في معالجة المياه. الصناعة الثقيلة لا يمكن تصورها على الإطلاق دون استخدام السبائك القائمة على Fe + C. باختصار، الحديد هو معدن لا غنى عنه، ولكن في نفس الوقت يمكن الوصول إليه وغير مكلف نسبيا، والذي، كجزء من سبائكه، لديه نطاق غير محدود تقريبا من التطبيق.

استخدام الحديد في الطب

ومن المعروف أن كل شخص بالغ يحتوي على ما يصل إلى 4 جرامات من الحديد. هذا العنصر مهم للغاية لعمل الجسم، وخاصة للصحة. نظام الدورة الدموية(الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء). هناك العديد من الأدويةأساسه الحديد، والذي يسمح لك بزيادة محتوى الحديد لتجنب تطور فقر الدم بسبب نقص الحديد.

ذوبان الفراغ

تتوافق الدرجات الصناعية من الحديد التقني (نوع Armco)، التي تم الحصول عليها بطريقة المعالجة الحرارية، مع درجة نقاء تتراوح بين 99.75 و99.85% Fe. يمكن إزالة المعادن المتطايرة والشوائب غير المعدنية (C، O، S، P، N) عن طريق صهر الحديد في فراغ عالي أو التلدين في جو من الهيدروجين الجاف. عند ذوبان الحديد بالحث في الفراغ، تتم إزالة الشوائب شديدة التطاير من المعدن، ويزداد معدل التبخر من الزرنيخ إلى الرصاص بالتسلسل التالي:

كما → S → Sn → Sb → Cu → Mn → Ag → Pb.

بعد ساعة من الذوبان في فراغ 10V-3 مم زئبق. فن. عند 1580 درجة مئوية تمت إزالته من الحديد معظمشوائب الأنتيمون والنحاس والمنغنيز والفضة والرصاص. تتم إزالة شوائب الكروم والزرنيخ والكبريت والفوسفور بشكل أسوأ، ولا تتم إزالة شوائب التنغستن والنيكل والكوبالت عمليا.
عند 1600 درجة مئوية، يكون ضغط بخار النحاس أعلى بعشر مرات من ضغط بخار الحديد؛ عند صهر الحديد في الفراغ (10 فولت -3 مم زئبق)، ينخفض ​​محتوى النحاس إلى 1 * 10 فولت -3٪ وينخفض ​​المنجنيز بنسبة 80٪ في الساعة. يتم تقليل محتوى شوائب البزموت والألمنيوم والقصدير وغيرها من الشوائب شديدة التطاير بشكل كبير. في هذه الحالة، تؤثر الزيادة في درجة الحرارة على تقليل محتوى الشوائب بشكل أكثر فعالية من زيادة مدة الصهر.
في وجود شوائب الأكسجين، يمكن أن تتشكل أكاسيد التنغستن والموليبدينوم والتيتانيوم والفوسفور والكربون المتطايرة، مما يؤدي إلى انخفاض في تركيز هذه الشوائب. وتزداد تنقية الحديد من الكبريت بشكل ملحوظ في وجود السيليكون والكربون. لذلك، على سبيل المثال، عندما يحتوي الحديد الزهر على 4.5% C و0.25% S، بعد صهر المعدن في الفراغ، ينخفض ​​محتوى الكبريت إلى 7 * 10v-3%.
يتم تقليل محتوى شوائب الغاز أثناء صهر الحديد بحوالي 30-80٪. يتم تحديد محتوى النيتروجين والهيدروجين في الحديد المنصهر عن طريق ضغط الغازات المتبقية. إذا كانت ذوبان النيتروجين في الحديد عند الضغط الجوي ~ 0.4%، ثم عند 1600 درجة مئوية وضغط متبقي قدره 1*10 فولت-3 مم زئبق. فن. فهو 4*10 فولت-5%، وللهيدروجين 3*10 فولت-6%. تتم إزالة النيتروجين والهيدروجين من الحديد المنصهر بشكل رئيسي خلال الساعة الأولى من الصهر؛ في هذه الحالة، تكون كمية الغازات المتبقية أعلى بمقدار أمرين تقريبًا من محتوى توازنها عند ضغط 10 فولت -3 مم زئبق. فن. يمكن أن يحدث انخفاض في محتوى الأكسجين الموجود على شكل أكاسيد نتيجة لتفاعل الأكاسيد مع عوامل الاختزال - الكربون والهيدروجين وبعض المعادن.

تنقية الحديد بالتقطير في الفراغ مع التكثيف على سطح ساخن

في عام 1952، استخدم أمونينكو ومؤلفون آخرون طريقة التقطير الفراغي للحديد مع تكثيفه على سطح ساخن.
تتكثف جميع الشوائب شديدة التطاير في المنطقة الباردة للمكثف، ويبقى الحديد، الذي يتمتع بضغط بخار منخفض، في المنطقة ذات درجة الحرارة الأعلى.
وللصهر، تم استخدام بوتقات مصنوعة من أكسيد الألومنيوم والبريليوم بسعة تصل إلى 3 لترات. وتكثفت الأبخرة على صفائح رقيقة من حديد الأرمكو، لأنه عند تكثيفه على السيراميك، تلبد الحديد عند درجة حرارة التكثيف مع مادة المكثف وتم تدميره عند إزالة المكثفات.
وكان وضع التقطير الأمثل كما يلي: درجة حرارة التبخر 1580 درجة مئوية، ودرجة حرارة التكثيف من 1300 (في الجزء السفلي من المكثف) إلى 1100 درجة مئوية (في الأعلى). معدل تبخر الحديد هو 1 جم/سم2*ساعة؛ العائد من المعدن النقي ~ 80٪ الرقم الإجماليالمكثفات وأكثر من 60% من وزن الحمولة. بعد التقطير المزدوج للحديد، انخفض محتوى الشوائب بشكل ملحوظ: المنغنيز والمغنيسيوم والنحاس والرصاص والنيتروجين والأكسجين. عندما صهر الحديد في بوتقة الألوندوم، أصبح ملوثا بالألمنيوم. انخفض محتوى الكربون بعد التقطير الأول إلى 3*10v-3% ولم ينخفض ​​أثناء التقطير اللاحق.
عند درجة حرارة تكثيف تبلغ 1200 درجة مئوية، تتشكل بلورات حديدية على شكل إبرة. المقاومة المتبقية لهذه البلورات، معبرًا عنها بنسبة Rt/R0°C، عند 77° K كانت 7.34 * 10v-2 وعند 4.2° K 4.37 * 10v-3. تتوافق هذه القيمة مع نقاء الحديد بنسبة 99.996%.

تكرير الحديد كهربائيا

يمكن إجراء تكرير الحديد كهربائيا في إلكتروليتات الكلوريد والكبريتات.
وفقا لإحدى الطرق، تم ترسيب الحديد من إلكتروليت بالتركيبة التالية: 45-60 جم/لتر Fe2+ (في صورة FeCl2)، 5-10 جم/لتر BaCl2 و15 جم/لتر NaHCO3. كانت صفائح حديد ارمكو بمثابة الأنودات، والألمنيوم النقي ككاثودات. عند كثافة تيار الكاثود 0.1 A/dm2 و درجة حرارة الغرفةتم الحصول على رواسب بلورية خشنة تحتوي على حوالي 1*10-2% كربون "آثار" من الفوسفور وخالية من الشوائب الكبريتية. ومع ذلك، يحتوي المعدن على كمية كبيرة من الأكسجين (1-2*10v-1%).
عند استخدام إلكتروليت الكبريتات، يصل محتوى الكبريت في الحديد إلى 15*10v-3-5*10v-2%. لإزالة الأكسجين، تمت معالجة الحديد بالهيدروجين أو صهر المعدن في فراغ في وجود الكربون. في هذه الحالة، انخفض محتوى الأكسجين إلى 2*10v-3%. يتم الحصول على نتائج مماثلة لمحتوى الأكسجين (3*10v-3%) عن طريق تلدين الحديد في تيار من الهيدروجين الجاف عند درجة حرارة 900-1400 درجة مئوية. ويتم إجراء إزالة الكبريت من المعدن في فراغ عالٍ باستخدام إضافات من القصدير والأنتيمون والبزموت، والتي تشكل الكبريتيدات المتطايرة.

إنتاج التحليل الكهربائي للحديد النقي

إحدى طرق الحصول على حديد عالي النقاء كهربائيًا (30-60 جزءًا في المليون من الشوائب) هي استخلاص كلوريد الحديديك مع الأثير من المحلول (6-N HCl) ثم اختزال كلوريد الحديديك بالحديد شديد النقاء إلى كلوريد الحديديك.
بعد تنقية إضافية لكلوريد الحديديك من النحاس عن طريق المعالجة بكاشف الكبريت والأثير، يتم الحصول على محلول نقي من كلوريد الحديديك، والذي يخضع للتحليل الكهربائي. يتم تلدين رواسب الحديد النقية الناتجة في الهيدروجين لإزالة الأكسجين والكربون. يتم إنتاج الحديد المضغوط عن طريق تعدين المساحيق - حيث يتم ضغطه في قضبان وتلبيده في جو هيدروجيني.

طريقة الكربونيل لتنقية الحديد

يتم الحصول على الحديد النقي عن طريق تحلل حديد خماسي الكربونيل Fe (CO)5 عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية. ولا يحتوي حديد الكربونيل عادةً على شوائب مصاحبة للحديد (S، P، Cu، Mn، Ni، Co، Cr، Mo، Zn و سي). ومع ذلك، فهو يحتوي على الأكسجين والكربون. يصل محتوى الكربون إلى 1%، ولكن يمكن تخفيضه إلى 3*10-2% بإضافة كمية قليلة من الأمونيا إلى بخار كربونيل الحديد أو معالجة مسحوق الحديد بالهيدروجين. في الحالة الأخيرة، يتم تقليل محتوى الكربون إلى 1*10v-2%، ويتم تقليل شوائب الأكسجين إلى "آثار".
يتمتع حديد الكربونيل بنفاذية مغناطيسية عالية تبلغ 20000 Oe وتباطؤ منخفض (6000). يتم استخدامه لتصنيع عدد من الأجزاء الكهربائية. حديد الكربونيل الملبد مرن للغاية بحيث يمكن سحبه بعمق. عن طريق التحلل الحراري لبخار كربونيل الحديد، يتم الحصول على طبقات حديدية على أسطح مختلفة يتم تسخينها إلى درجة حرارة أعلى من نقطة تحلل بخار خماسي الكربونيل.

تنقية الحديد عن طريق إعادة بلورة المنطقة

وقد أعطى استخدام ذوبان المنطقة لتنقية الحديد نتائج جيدة. أثناء تكرير الحديد في المنطقة، يتم تقليل محتوى الشوائب التالية: الألومنيوم، النحاس، الكوبالت، التيتانيوم، الكالسيوم، السيليكون، المغنيسيوم، إلخ.
تمت تنقية الحديد المحتوي على 0.3% C باستخدام طريقة المنطقة العائمة. ثمانية تمريرات للمنطقة بسرعة 0.425 مم / دقيقة بعد ذوبان الفراغ أدت إلى بنية مجهرية حديدية خالية من شوائب الكربيد. خلال ستة تمريرات للمنطقة، انخفض محتوى الفوسفور بنسبة 30 مرة.
كانت السبائك بعد ذوبان المنطقة تتمتع بقدرة عالية على الشد حتى في منطقة درجات حرارة الهيليوم. ومع زيادة نقاء الحديد، ينخفض ​​محتوى الأكسجين. أثناء عملية التكرير متعددة المناطق، كان محتوى الأكسجين 6 جزء في المليون.
وفقا للعمل، تم إجراء ذوبان منطقة الحديد كهربائيا في جو من الأرجون المنقى. كان المعدن في قارب مصنوع من أكسيد الكالسيوم. تحركت المنطقة بسرعة 6 ملم/ساعة. بعد تسعة تمريرات للمنطقة، انخفض محتوى الأكسجين من 4*10v-3% إلى 3*10v-4% في بداية السبيكة؛ الكبريت - من 15*10 فولت-4 إلى 5*10 فولت-4%، والفوسفور - من 1-2*10 فولت-4 إلى 5*10 فولت-6%. انخفضت قدرة الحديد على امتصاص هيدروجين الكاثود نتيجة ذوبان المنطقة من (10-40)*10v-4% إلى (3-5)*10v-4%.
كانت القضبان، المصنوعة من حديد الكربونيل المنقى عن طريق ذوبان المنطقة، ذات قوة إكراه منخفضة للغاية. بعد مرور واحد للمنطقة بسرعة 0.3 ملم/دقيقة، كانت القيمة الدنيا للقوة القسرية في القضبان 19 لي وبعد مرور خمس مرات كانت 16 لي.
تمت دراسة سلوك شوائب الكربون والفوسفور والكبريت والأكسجين أثناء صهر الحديد في المنطقة. تم إجراء التجارب في بيئة الأرجون في فرن أفقي، يتم تسخينه بواسطة محث، على سبيكة طولها 300 مم. وكانت القيمة التجريبية لمعامل تقسيم الكربون المتوازن 0.29؛ الفوسفور 0.18؛ الكبريت 0.05 والأكسجين 0.022.
تم تحديد معامل الانتشار لهذه الشوائب ليكون متساوياً للكربون 6*10v-4 سم21 ثانية، والفوسفور 1*10v4 سم2/ثانية، والكبريت 1*10v-4 سم2/ثانية، وللأكسجين 3*10v-4 سم2) ثانية، وبالتالي فإن سمك طبقة الانتشار يساوي 0.3؛ 0.11؛ 0.12 و 0.12 سم.

معروف للبشرية كان من أصل كوني، أو، على نحو أدق، نيزك. بدأ استخدامه كمادة مفيدة منذ حوالي 4 آلاف سنة قبل الميلاد. ظهرت تقنية صهر المعادن عدة مرات وفقدت نتيجة الحروب والاضطرابات، ولكن بحسب المؤرخين فإن الحثيين كانوا أول من أتقن الصهر.

ومن الجدير بالذكر أننا نتحدث عن سبائك الحديد مع كمية صغيرة من الشوائب. أصبح من الممكن الحصول على معدن نقي كيميائيًا فقط مع ظهور التقنيات الحديثة. ستخبرك هذه المقالة بالتفصيل عن مميزات إنتاج المعادن بالاختزال المباشر والفلاش والإسفنج والمواد الخام والحديد المقولب الساخن، وسنتطرق إلى إنتاج الكلور والمواد النقية.

أولا، يجدر النظر في طريقة إنتاج الحديد من خام الحديد. الحديد عنصر شائع جدًا. من حيث محتوى القشرة الأرضية، يحتل المعدن المرتبة الرابعة بين جميع العناصر والمرتبة الثانية بين المعادن. عادة ما يتم تقديم الحديد في الغلاف الصخري على شكل سيليكات. ويلاحظ أعلى محتوى له في الصخور الأساسية وفوق القاعدة.

تحتوي جميع خامات التعدين تقريبًا على كمية معينة من الحديد. ومع ذلك، يتم تطوير فقط تلك الصخور التي تكون فيها نسبة العنصر ذات أهمية صناعية. ولكن حتى في هذه الحالة، فإن كمية المعادن المناسبة للتنمية أكثر من كبيرة.

• أولا وقبل كل شيء، هذا خام الحديد- الأحمر (الهيماتيت)، المغناطيسي (الماجنتيت)، البني (الليمونيت). وهي عبارة عن أكاسيد حديد معقدة تحتوي على عناصر بنسبة 70-74%. يتم العثور على خام الحديد البني في كثير من الأحيان في القشور الجوية، حيث يشكل ما يسمى "القبعات الحديدية" التي يصل سمكها إلى عدة مئات من الأمتار. والباقي أساسا من أصل رسوبي.
• شائع جدًا كبريتيد الحديد– البيريت أو بيريت الكبريت ولكنه لا يعتبر من خام الحديد ويستخدم في إنتاج حامض الكبريتيك.
• سيديريت– كربونات الحديد بنسبة تصل إلى 35%، ويعتبر هذا الخام متوسط ​​المحتوى من العناصر.
• ماركاسيت- تشمل ما يصل إلى 46.6%.
• خطأ– مركب يحتوي على الزرنيخ والكبريت، يحتوي على ما يصل إلى 34.3% حديد.
• ليلينجيت– يحتوي على 27.2% فقط من العنصر ويعتبر خام منخفض الدرجة.

تصنف الصخور المعدنية حسب محتواها من الحديد على النحو التالي:

• ثري– بمحتوى معدني أكثر من 57%، بمحتوى سيليكا أقل من 8-10%، وخليط من الكبريت والفوسفور أقل من 0.15%. لا يتم إثراء هذه الخامات ويتم إرسالها على الفور إلى الإنتاج؛
• خام متوسط ​​الدرجةتحتوي على ما لا يقل عن 35% من المادة وتحتاج إلى إثرائها؛
• فقيرويجب أن تحتوي خامات الحديد على 26% على الأقل، ويتم إثرائها أيضًا قبل إرسالها إلى الورشة.

تتم مناقشة الدورة التكنولوجية العامة لإنتاج الحديد على شكل منتجات الحديد الزهر والصلب والمنتجات المدلفنة في هذا الفيديو:

التعدين

هناك عدة طرق لاستخراج الخام. يتم استخدام ما هو أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.

• طريقة التطوير المفتوحة- أو مهنة. مصممة للصخور المعدنية الضحلة. للتعدين، يتم حفر المحجر على عمق يصل إلى 500 متر وعرض يعتمد على سمك الرواسب. يتم استخراج خام الحديد من المحجر ونقله بواسطة مركبات مصممة لحمل الأحمال الثقيلة. كقاعدة عامة، يتم استخراج الخام عالي الجودة بهذه الطريقة، لذلك ليست هناك حاجة لإثرائه.
• شاختني– عندما تتشكل الصخور على عمق 600-900 متر، يتم حفر المناجم. مثل هذا التطوير أكثر خطورة لأنه يتضمن التفجير تحت الأرض: حيث يتم تفجير الطبقات المكتشفة، ومن ثم يتم نقل الخام المجمع إلى الأعلى. وعلى الرغم من مخاطرها، إلا أن هذه الطريقة تعتبر أكثر فعالية.
• التعدين المائي– في هذه الحالة يتم حفر الآبار إلى عمق معين. يتم إنزال الأنابيب إلى المنجم ويتم توفير المياه تحت ضغط عالٍ جدًا. يقوم تيار الماء بسحق الصخور، ومن ثم يتم رفع خام الحديد إلى السطح. الإنتاج الهيدروليكي للبئر ليس منتشرًا على نطاق واسع، لأنه يتطلب تكاليف عالية.

تقنيات إنتاج الحديد

وتنقسم جميع المعادن والسبائك إلى غير الحديدية (مثل، الخ) والحديدية. وتشمل الأخيرة الحديد الزهر والصلب. 95٪ من جميع العمليات المعدنية تحدث في المعادن الحديدية.

على الرغم من التنوع المذهل للفولاذ المنتج، لا يوجد الكثير من تقنيات التصنيع. الى جانب ذلك، الحديد الزهر والصلب ليسا بالضبط 2 منتجات مختلفةيعتبر الحديد الزهر مرحلة أولية إلزامية في إنتاج الفولاذ.

تصنيف المنتجات

يتم تصنيف كل من الحديد الزهر والصلب على أنهما سبائك حديد، حيث يكون عنصر صناعة السبائك هو الكربون. حصتها صغيرة ولكنها تعطي المعدن صلابة عالية جداً وبعض الهشاشة. الحديد الزهر، لأنه يحتوي على المزيد من الكربون، أكثر هشاشة من الفولاذ. أقل من البلاستيك، ولكن لديها قدرة حرارية أفضل ومقاومة للضغط الداخلي.

يتم إنتاج الحديد الزهر عن طريق صهر الفرن العالي. هناك 3 أنواع:

• الرمادي أو الزهر– يتم الحصول عليها بطريقة التبريد البطيء. تحتوي السبيكة على 1.7 إلى 4.2٪ كربون. يمكن معالجة الحديد الزهر الرمادي بسهولة باستخدام الأدوات الميكانيكية ويملأ القوالب جيدًا، ولهذا السبب يتم استخدامه لإنتاج المسبوكات؛
• أبيض- أو التحويل، الذي يتم الحصول عليه عن طريق التبريد السريع. نسبة الكربون تصل إلى 4.5%. قد تشمل شوائب إضافية، الجرافيت، المنغنيز. الحديد الزهر الأبيض صلب وهش ويستخدم بشكل رئيسي في صناعة الفولاذ.
• طيع- يشمل من 2 إلى 2.2% كربون. يتم إنتاجه من الحديد الزهر الأبيض عن طريق تسخين المسبوكات على المدى الطويل والتبريد البطيء على المدى الطويل.

لا يمكن أن يحتوي الفولاذ على أكثر من 2% من الكربون، ويتم إنتاجه بثلاث طرق رئيسية. ولكن على أية حال، فإن جوهر صناعة الفولاذ يتلخص في تلدين الشوائب غير المرغوب فيها من السيليكون والمنغنيز والكبريت وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم إنتاج سبائك الصلب، يتم إدخال مكونات إضافية أثناء عملية التصنيع.

حسب الغرض ينقسم الفولاذ إلى 4 مجموعات:

• بناء– تستخدم في شكل تأجير بدون المعالجة الحرارية. هذه مادة لبناء الجسور والإطارات وتصنيع العربات وما إلى ذلك.
• مهندس ميكانيكى– هيكلي، ينتمي إلى فئة الفولاذ الكربوني، ولا يحتوي على أكثر من 0.75% كربون ولا يزيد عن 1.1% منجنيز. تستخدم لإنتاج مجموعة متنوعة من أجزاء الآلات.
• مفيدة– أيضا الكربون، ولكن مع محتوى منخفضالمنغنيز - لا يزيد عن 0.4٪. يتم استخدامه لإنتاج مجموعة متنوعة من الأدوات، وخاصة أدوات قطع المعادن؛
• الصلب لأغراض خاصة– تشمل هذه المجموعة جميع السبائك ذات خصائص خاصة: الفولاذ المقاوم للحرارة، الفولاذ المقاوم للصدأ، المقاوم للأحماض، وما إلى ذلك.

المرحلة الأولية

حتى الخام الغني يجب تحضيره قبل صهر الحديد الزهر - بعد تحريره من نفايات الصخور.

• طريقة التجميع- يتم سحق الخام وطحنه وسكبه مع فحم الكوك على حزام آلة التلبيد. يمر الشريط عبر الشعلات، حيث تشعل درجة الحرارة فحم الكوك. في هذه الحالة، يتم تلبيد الخام، ويحترق الكبريت والشوائب الأخرى. يتم تغذية الكتلة الناتجة في أوعية مخبأة، حيث يتم تبريدها بالماء ونفخها بتيار هوائي.
• طريقة الفصل المغناطيسي– يتم سحق الخام وتغذيته إلى فاصل مغناطيسي، حيث أن الحديد لديه القدرة على الممغنطة، وتبقى المعادن عند غسلها بالماء في الفاصل، ويتم غسل النفايات الصخرية. ثم يتم استخدام التركيز الناتج في صنع الكريات والحديد المقولب الساخن. يمكن استخدام الأخير لتحضير الفولاذ، متجاوزًا مرحلة إنتاج الحديد الزهر.

سيخبرك هذا الفيديو بالتفصيل عن إنتاج الحديد:

صهر الحديد

يتم صهر الحديد الخام من الخام في الفرن العالي:

• قم بإعداد الشحنة - الملبد، الكريات، فحم الكوك، الحجر الجيري، الدولوميت، إلخ. يعتمد التركيب على نوع الحديد الزهر.
• يتم تحميل الشحنة في الفرن العالي باستخدام رافعة تخطي. درجة الحرارة في الفرن 1600 درجة مئوية، ويتم تزويد الهواء الساخن من الأسفل؛
• عند درجة الحرارة هذه، يبدأ الحديد في الذوبان ويبدأ فحم الكوك في الاحتراق. في هذه الحالة، يحدث تخفيض الحديد: أولا، عند حرق الفحم، يتم الحصول عليها أول أكسيد الكربون. يتفاعل أول أكسيد الكربون مع أكسيد الحديد لينتج معدنًا نقيًا وثاني أكسيد الكربون؛
• التدفق - يضاف الحجر الجيري والدولوميت إلى الشحنة لتحويل الشوائب غير المرغوب فيها إلى شكل يسهل التخلص منه. على سبيل المثال، لا تذوب أكاسيد السيليكون عند درجات حرارة منخفضة ومن المستحيل فصلها عن الحديد. ولكن عند تفاعله مع أكسيد الكالسيوم الناتج عن تحلل الحجر الجيري، يتحول الكوارتز إلى سيليكات الكالسيوم. هذا الأخير يذوب عند درجة الحرارة هذه. وهو أخف من الحديد الزهر ويظل طافيا على السطح. من السهل جدًا فصلها - يتم إطلاق الخبث بشكل دوري من خلال فتحات الصنبور ؛
• يتدفق الحديد السائل والخبث عبر قنوات مختلفة إلى مغارف.

يتم نقل الحديد الزهر الناتج في مغارف إلى ورشة تصنيع الصلب أو إلى آلة الصب، حيث يتم إنتاج سبائك الحديد الزهر.

صناعة الصلب

يتم تحويل الحديد الزهر إلى فولاذ بثلاث طرق. أثناء عملية الصهر، يتم حرق الكربون الزائد والشوائب غير المرغوب فيها، ويتم إضافة المكونات الضرورية أيضًا - عند لحام الفولاذ الخاص، على سبيل المثال.

• الموقد المفتوح هو أسلوب الإنتاج الأكثر شعبية، لأنه يوفر الفولاذ عالي الجودة. يتم تغذية الحديد الزهر المنصهر أو الصلب مع إضافة الخام أو الخردة إلى فرن مفتوح ويتم صهره. تبلغ درجة الحرارة حوالي 2000 درجة مئوية، ويتم الحفاظ عليها عن طريق احتراق الوقود الغازي. يكمن جوهر العملية في حرق الكربون والشوائب الأخرى من الحديد. تتم إضافة الإضافات الضرورية، عندما يتعلق الأمر بسبائك الفولاذ، في نهاية الصهر. يُسكب المنتج النهائي في مغارف أو في سبائك في قوالب.

• طريقة غلاف الأكسجين - أو بسمر. يتميز بأداء أعلى. تتضمن هذه التقنية نفخ الهواء المضغوط عبر سماكة الحديد الزهر عند ضغط يبلغ 26 كجم/م2. سم في هذه الحالة يحترق الكربون ويتحول الحديد الزهر إلى فولاذ. يكون التفاعل طاردًا للحرارة، لذا ترتفع درجة الحرارة إلى 1600 درجة مئوية. ولتحسين جودة المنتج، يتم نفخ خليط من الهواء والأكسجين أو حتى الأكسجين النقي عبر الحديد الزهر.
• تعتبر طريقة الذوبان الكهربائي هي الأكثر فعالية. في أغلب الأحيان يتم استخدامه لإنتاج الفولاذ متعدد السبائك، لأن تقنية الصهر في هذه الحالة تقضي على دخول الشوائب غير الضرورية من الهواء أو الغاز. تصل درجة الحرارة في فرن إنتاج الحديد إلى حد أقصى حوالي 2200 درجة مئوية بسبب القوس الكهربائي.

الاستلام المباشر

منذ عام 1970، تم أيضًا استخدام طريقة الاختزال المباشر للحديد. تتيح لك هذه الطريقة تجاوز المرحلة المكلفة لإنتاج الحديد الزهر في وجود فحم الكوك. لم تكن المنشآت الأولى من هذا النوع مثمرة للغاية، ولكن اليوم أصبحت الطريقة معروفة جيدًا: فقد اتضح أنه يمكن استخدام الغاز الطبيعي كعامل اختزال.

المواد الخام للاسترداد هي الكريات. يتم تحميلها في فرن عمود، ويتم تسخينها وتطهيرها باستخدام منتج تحويل الغاز - أول أكسيد الكربون والأمونيا، ولكن بشكل أساسي الهيدروجين. يحدث التفاعل عند درجة حرارة 1000 مئوية، حيث يقوم الهيدروجين باختزال الحديد من الأكسيد.

سنتحدث عن الشركات المصنعة للحديد التقليدي (وليس الكلور وما إلى ذلك) في العالم أدناه.

الشركات المصنعة الشهيرة

وتوجد الحصة الأكبر من رواسب خام الحديد في روسيا والبرازيل – 18%، وأستراليا – 14%، وأوكرانيا – 11%. أكبر المصدرين هم أستراليا والبرازيل والهند. وقد لوحظت ذروة سعر الحديد في عام 2011، عندما قدر سعر طن المعدن بـ 180 دولارًا. وبحلول عام 2016، انخفض السعر إلى 35 دولارًا للطن.

أكبر منتجي الحديد يشمل الشركات التالية:

• Vale S.A. هي شركة تعدين برازيلية، وهي أكبر منتج للحديد و؛
• BHP Billiton هي شركة أسترالية. اتجاهها الرئيسي هو إنتاج النفط والغاز. ولكن في الوقت نفسه، فهي أيضًا أكبر مورد للنحاس والحديد؛
• مجموعة ريو تينتو هي مصدر قلق أسترالي بريطاني. تقوم مجموعة ريو تينتو باستخراج وإنتاج الذهب والحديد والماس واليورانيوم؛
• Fortescue Metals Group هي شركة أسترالية أخرى متخصصة في تعدين الخام وإنتاج الحديد.
• في روسيا، أكبر منتج هو Evrazholding، شركة المعادن والتعدين. ومن المعروف أيضًا في السوق العالمية Metallinvest وMMK؛
• Metinvest Holding LLC هي شركة التعدين والمعادن الأوكرانية.

إن انتشار الحديد كبير، وطريقة الاستخراج بسيطة للغاية، والصهر في النهاية عملية مربحة اقتصاديًا. معا مع الخصائص البدنيةالإنتاج ويوفر الحديد دور المادة الهيكلية الرئيسية.

يظهر إنتاج كلوريد الحديديك في هذا الفيديو:

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

عمل جيدإلى الموقع">

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

نشر على http://www.allbest.ru/

عمليات الاستخلاص المباشر للحديد من الخامات

• إنتاج الصلب
• جوهر العملية
• طرق صهر الفولاذ
• فهرس

إنتاج الصلب

عمليات الاستخلاص المباشر للحديد من الخامات

نعني بعمليات إنتاج الحديد المباشرة مثل هذه العمليات الكيميائية أو الكهروكيميائية أو الكيميائية الحرارية التي تجعل من الممكن الحصول على الحديد المعدني على شكل إسفنجة أو قشرة أو معدن سائل مباشرة من الخام، متجاوزًا الفرن العالي.

يتم تنفيذ مثل هذه العمليات دون استهلاك فحم الكوك المعدني، أو التدفقات، أو الكهرباء (لتحضير الهواء المضغوط)، كما تتيح الحصول على معدن نقي جدًا.

إن طرق الإنتاج المباشر للحديد معروفة منذ زمن طويل. أكثر من 70 اختبارا بطرق متعددة، ولكن لم يتم تنفيذ سوى عدد قليل منها، وعلاوة على ذلك، على نطاق صناعي صغير.

في السنوات الاخيرةلقد تزايد الاهتمام بهذه المشكلة، والتي ترتبط، بالإضافة إلى استبدال فحم الكوك بأنواع الوقود الأخرى، بتطوير طرق للتخصيب العميق للخامات، مما يضمن ليس فقط نسبة عالية من الحديد في المركزات (70...72%) ، ولكن أيضًا إطلاقه شبه الكامل من الكبريت والفوسفور.

إنتاج الحديد الإسفنجي في أفران العمود

يظهر مخطط العملية في الشكل. 1.

فرن الموقد المفتوح من الحديد الإسفنجي الفولاذي

أرز. 1. مخطط التثبيت للاختزال المباشر للحديد من الخامات وإنتاج الكريات الممعدنة

عندما يتم الحصول على الحديد الإسفنجي، يتم إثراء الخام المستخرج ويتم الحصول على الكريات. الكريات من القادوس 1 إلى الشاشة 2 أدخل الصندوق 10 من آلة تعبئة الشحنة ومن هناك إلى فرن العمود 9 ، تعمل على مبدأ التدفق المعاكس. يدخل الانسكاب من الكريات القادوس 3 بواسطة مكبس القولبة ويتم إمداده مرة أخرى إلى الغربال على شكل كريات، لاستعادة الحديد من الكريات، يتم إمداد الفرن بخليط من الغازات الطبيعية وغازات الأفران العالية، الخاضعة للتركيب 7. من خلال خط الأنابيب 8 التحويل، ونتيجة لذلك يتحلل الخليط إلى الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. في منطقة الاختزال للفرن B يتم إنشاء درجة حرارة 1000...1100 درجة مئوية، حيث يتم تحويل خام الحديد في الكريات إلى الحديد الإسفنجي الصلب. يصل محتوى الحديد في الكريات إلى 90...95%. لتبريد كريات الحديد عبر خط الأنابيب رقم 6 إلى منطقة التبريد 0 أفران توريد الهواء. يتم تسليم الكريات المبردة 5 إلى الناقل 4 ويتم إرسالها إلى صهر الفولاذ في الأفران الكهربائية.

تخفيض الحديد في طبقة مميعة

يتم وضع الخام أو المركز ذو الحبيبات الدقيقة على شبكة يتم من خلالها توفير الهيدروجين أو غاز الاختزال الآخر عند ضغط قدره 1.5 ميجا باسكال. تحت ضغط الهيدروجين، يتم تعليق جزيئات الخام، وتخضع لحركة مستمرة وتشكل طبقة "غليان" و"مميعة". في الطبقة المميعة، يتم ضمان الاتصال الجيد لغاز الاختزال مع جزيئات أكسيد الحديد. للطن الواحد من المسحوق المستعاد، استهلاك الهيدروجين هو 600...650 م3.

تحضير الحديد الإسفنجي في كبسولات بوتقة

تستخدم كبسولات كربيد السيليكون بقطر 500 ملم وارتفاع 1500 ملم. يتم تحميل الشحنة في طبقات متحدة المركز. يتم تعبئة الجزء الداخلي من الكبسولة بعامل اختزال - الوقود الصلب المسحوق والحجر الجيري (10...15%) لإزالة الكبريت. يتم تقليل الطبقة الثانية من الخام المسحوق أو المركز، ثم طبقة أخرى متحدة المركز من عامل الاختزال والحجر الجيري. تتحرك الكبسولات المثبتة على عربات ببطء في فرن نفقي يصل طوله إلى 140 مترًا، حيث يتم تسخينها وحفظها عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية وتبريدها لمدة 100 ساعة.

يتم الحصول على الحديد المخفض على شكل أنابيب سميكة الجدران، ويتم تنظيفها وسحقها وطحنها، والحصول على مسحوق الحديد بمحتوى حديد يصل إلى 99٪، والكربون - 0.1...0.2٪.

جوهر العملية

يصبح- سبائك الحديد والكربون التي تحتوي على ما يقرب من 1.5٪ من الكربون مع محتوى أعلى، تزداد صلابة وهشاشة الفولاذ بشكل كبير ولا يتم استخدامها على نطاق واسع.

المواد المصدر الرئيسية لإنتاج الصلب هي الحديد الخام وخردة الفولاذ (الخردة).

محتوى الكربون والشوائب في الفولاذ أقل بكثير منه في الحديد الزهر. لذلك، فإن جوهر أي تحويل معدني لخبث الحديد الزهر إلى فولاذ هو تقليل محتوى الكربون والشوائب عن طريق أكسدتها بشكل انتقائي وتحويلها إلى خبث وغازات أثناء عملية الصهر.

يتأكسد الحديد في المقام الأول عندما يتفاعل الحديد الزهر مع الأكسجين في أفران صناعة الصلب:

.

في وقت واحد مع الحديد والسيليكون والفوسفور والمنغنيز والكربون تتأكسد. يتخلى أكسيد الحديد الناتج عند درجات الحرارة المرتفعة عن الأكسجين الخاص به إلى شوائب أكثر نشاطًا في الحديد الزهر، مما يؤدي إلى أكسدتها.

تتم عمليات صهر الفولاذ على ثلاث مراحل.

المرحلة الأولى هي إذابة الشحنة وتسخين الحمام المعدني السائل.

درجة حرارة المعدن منخفضة نسبيا، وتحدث أكسدة الحديد بشكل مكثف، وتكوين أكسيد الحديد وأكسدة الشوائب: السيليكون والمنغنيز والفوسفور.

أهم مهمة في المرحلة هي إزالة الفسفور. ولهذا الغرض، يُنصح بإجراء الصهر في الفرن الرئيسي الذي يحتوي على الخبث. يشكل أنهيدريد الفوسفوريك مركبًا غير مستقر مع أكسيد الحديد. أكسيد الكالسيوم هو قاعدة أقوى من أكسيد الحديد، وبالتالي عند درجات الحرارة المنخفضة فإنه يرتبط ويحوله إلى خبث:

.

لإزالة الفوسفور، هناك حاجة إلى درجات حرارة منخفضة للحمام المعدني والخبث ومحتوى كافٍ في الخبث. لزيادة محتوى الخبث وتسريع أكسدة الشوائب، تتم إضافة خام الحديد والحجم إلى الفرن، مما يؤدي إلى إدخال الخبث الحديدي. ومع إزالة الفسفور من المعدن إلى الخبث، يزداد محتوى الفسفور في الخبث. لذلك، من الضروري إزالة هذا الخبث من السطح المعدني واستبداله بآخر جديد مع إضافات جديدة.

تبدأ المرحلة الثانية - غليان الحمام المعدني - عندما يسخن إلى درجات حرارة أعلى.

مع ارتفاع درجة الحرارة، يحدث تفاعل أكسدة الكربون بشكل أكثر كثافة، ويحدث مع امتصاص الحرارة:

.

لأكسدة الكربون، يتم حقن كمية صغيرة من الخام أو الحجم أو الأكسجين في المعدن.

عندما يتفاعل أكسيد الحديد مع الكربون، تنطلق فقاعات أول أكسيد الكربون من المعدن السائل، مما يسبب "غليان الحمام". أثناء "الغليان"، يتم تقليل محتوى الكربون في المعدن إلى المستوى المطلوب، ويتم معادلة درجة الحرارة في جميع أنحاء حجم الحمام، ويتم إزالة الشوائب غير المعدنية الملتصقة بالفقاعات العائمة، وكذلك الغازات التي تخترق الفقاعات، جزئيًا . كل هذا يساعد على تحسين جودة المعدن. وبالتالي فإن هذه المرحلة هي المرحلة الرئيسية في عملية صهر الفولاذ.

يتم أيضًا تهيئة الظروف لإزالة الكبريت. الكبريت الموجود في الفولاذ يكون على شكل كبريتيد ()، والذي يذوب أيضًا في الخبث الرئيسي. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كمية كبريتيد الحديد الذي يذوب في الخبث ويتفاعل مع أكسيد الكالسيوم:

يذوب المركب الناتج في الخبث، لكنه لا يذوب في الحديد، لذلك تتم إزالة الكبريت في الخبث.

المرحلة الثالثة، إزالة أكسدة الفولاذ، تتضمن اختزال أكسيد الحديد المذاب في المعدن السائل.

عند الذوبان، تكون زيادة محتوى الأكسجين في المعدن ضرورية لأكسدة الشوائب، ولكن في الفولاذ النهائي يكون الأكسجين النجاسة الضارةلأنه يقلل من الخواص الميكانيكية للصلب، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة.

تتم إزالة الأكسدة من الفولاذ بطريقتين: الترسيب والانتشار.

تتم عملية إزالة الأكسدة عن طريق إدخال مزيلات الأكسدة القابلة للذوبان في الفولاذ السائل (الحديد والمنغنيز والفيروسيليكون والألمنيوم) التي تحتوي على عناصر لها ميل أكبر للأكسجين من الحديد.

نتيجة لإزالة الأكسدة، يتم تقليل الحديد وتتكون أكاسيد: ذات كثافة أقل من الفولاذ ويتم إزالتها إلى خبث.

تتم إزالة الأكسدة الانتشارية عن طريق إزالة الأكسدة من الخبث. يتم تحميل الحديد والمنغنيز والفيروسيليكون والألومنيوم في شكل مسحوق على سطح الخبث. تعمل مزيلات الأكسدة عن طريق تقليل أكسيد الحديد على تقليل محتواه في الخبث. ونتيجة لذلك، يتحول أكسيد الحديد المذاب في الفولاذ إلى خبث. تبقى الأكاسيد المتكونة خلال هذه العملية في الخبث، ويمر الحديد المختزل إلى الفولاذ، بينما يتناقص محتوى الشوائب غير المعدنية في الفولاذ وتزداد جودته.

اعتمادًا على درجة إزالة الأكسدة، يتم صهر الفولاذ:

هدوء

ب) الغليان،

ج) شبه هادئة.

يتم الحصول على الفولاذ الهادئ عن طريق إزالة الأكسدة الكاملة في الفرن والمغرفة.

لا يتم إزالة الأكسدة من الفولاذ المغلي تمامًا في الفرن. تستمر عملية إزالة الأكسدة في القالب أثناء تصلب السبيكة، بسبب تفاعل أكسيد الحديد والكربون:

يتم إطلاق أول أكسيد الكربون الناتج من الفولاذ، مما يساعد على إزالة النيتروجين والهيدروجين من الفولاذ، وتنطلق الغازات على شكل فقاعات، مما يؤدي إلى غليانه. لا يحتوي الفولاذ المغلي على شوائب غير معدنية، وبالتالي فهو يتمتع بمرونة جيدة.

يتمتع الفولاذ شبه الهادئ بعملية إزالة أكسدة متوسطة بين الهدوء والغليان. يتم إزالة الأكسدة جزئيًا في الفرن وفي المغرفة، وجزئيًا في القالب، بسبب تفاعل أكسيد الحديد والكربون الموجود في الفولاذ.

يتم تصنيع سبائك الفولاذ عن طريق إدخال السبائك الحديدية أو المعادن النقية بالكمية المطلوبة في المصهور. عناصر صناعة السبائك، التي لها ألفة أقل للأكسجين من الحديد ()، لا تتأكسد أثناء الصهر والصب، لذلك يتم إدخالها في أي وقت أثناء الصهر. يتم إدخال عناصر صناعة السبائك التي لها صلة أكبر بالأكسجين من الحديد () في المعدن بعد إزالة الأكسدة أو في وقت واحد معها في نهاية الذوبان، وأحيانًا في المغرفة.

طرق صهر الفولاذ

يتم تحويل الحديد الزهر إلى فولاذ في الوحدات المعدنية ذات مبادئ التشغيل المختلفة: أفران الموقد المفتوح، ومحولات الأكسجين، والأفران الكهربائية.

إنتاج الصلب في أفران الموقد المفتوح

عملية مارتن (1864-1865، فرنسا). حتى السبعينيات كانت الطريقة الرئيسية لإنتاج الصلب. تتميز هذه الطريقة بإنتاجية منخفضة نسبيًا وإمكانية استخدام خردة معدنية ثانوية - خردة فولاذية. تبلغ قدرة الفرن 200...900 طن. هذه الطريقة تجعل من الممكن إنتاج الفولاذ عالي الجودة.

فرن الموقد المفتوح (الشكل) في التصميم ومبدأ التشغيل هو فرن تجديد عاكس اللهب. يتم حرق الغاز الغازي في مكان الصهر

الوقود أو زيت الوقود. يتم توفير درجة الحرارة المرتفعة للحصول على الفولاذ في الحالة المنصهرة عن طريق استرداد الحرارة من غازات الفرن.

فرن الموقد المفتوح الحديث عبارة عن غرفة ممدودة أفقيًا مصنوعة من الطوب الحراري. مساحة الانصهار العاملة محدودة من الأسفل بالموقد 12، ومن الأعلى بالقوس 11 , وعلى الجانبين 5 جدران أمامية و 10 جدران خلفية. الموقد له شكل حوض الاستحمام مع منحدرات باتجاه جدران الفرن. يوجد في الجدار الأمامي نوافذ تحميل 4 لتزويد الشحن والتدفق، وفي الجدار الخلفي يوجد فتحة 9 لتحرير الفولاذ النهائي.

أرز. 2. مخطط فرن الموقد المفتوح

من سمات مساحة العمل مساحة قاع الفرن، والتي يتم حسابها على مستوى عتبات نوافذ التحميل. يوجد على طرفي مساحة الصهر رؤوس فرن عدد 2 تعمل على خلط الوقود بالهواء وتزويد هذا الخليط إلى مساحة الصهر. ويستخدم الغاز الطبيعي وزيت الوقود كوقود.

لتسخين الهواء والغاز عند التشغيل على غاز منخفض السعرات الحرارية، يحتوي الفرن على متجددين 1.

المجدد - الغرفة التي توضع فيها الفوهة - لبنة حرارية موضوعة في قفص مصمم لتسخين الهواء والغازات.

تبلغ درجة حرارة الغازات الخارجة من الفرن 1500...1600 درجة مئوية. عند دخول المجدد، تقوم الغازات بتسخين الفوهة إلى درجة حرارة 1250 درجة مئوية. يتم توفير الهواء من خلال أحد المولدات، التي تمر عبر الفوهة، يسخن حتى 1200 درجة مئوية ويدخل إلى رأس الفرن حيث يمتزج بالوقود، ويتكون عند مخرج الرأس شعلة 7 موجهة نحو الشحنة 6.

تمر غازات العادم من خلال الرأس المقابل (يسار)، وأجهزة التنظيف (خزانات الخبث)، والتي تعمل على فصل جزيئات الخبث والغبار عن الغاز وإرسالها إلى جهاز التجديد الثاني.

تخرج الغازات المبردة من الفرن من خلال المدخنة 8.

بعد التبريد، تقوم فوهات المولد الأيمن بتبديل الصمامات، ويتغير اتجاه تدفق الغازات في الفرن.

تصل درجة حرارة اللهب إلى 1800 درجة مئوية. تعمل الشعلة على تسخين مساحة عمل الفرن والشحن. تعمل الشعلة على تعزيز أكسدة شوائب الشحنة أثناء الصهر.

مدة الذوبان هي 3...6 ساعات، للأفران الكبيرة - حتى 12 ساعة. يتم تحرير الذوبان النهائي من خلال ثقب موجود فيه الجدار الخلفيعلى المستويات الدنيابودا. يتم سد الثقب بإحكام بمواد مقاومة للحرارة منخفضة التكتل، والتي يتم التخلص منها عند إطلاق المادة المصهورة. تعمل الأفران بشكل مستمر حتى يتم إيقافها لإجراء إصلاحات كبيرة - 400...600 درجة حرارة.

اعتمادًا على تركيبة الشحنة المستخدمة في الصهر، هناك أنواع مختلفة من عملية الموقد المفتوح:

عملية الخردة، حيث تتكون الشحنة من خردة الفولاذ (الخردة) و25...45% من الحديد الخام، وتستخدم العملية في المصانع التي لا يوجد بها أفران صهر، ولكن يوجد بها الكثير من الخردة المعدنية.

عملية خام الخردة، حيث تتكون الشحنة من الحديد السائل (55...75٪)، والخردة وخام الحديد، وتستخدم العملية في مصانع المعادن ذات الأفران العالية.

يمكن أن تكون بطانة الفرن قاعدية أو حمضية. إذا كانت الأكاسيد الأساسية هي السائدة في الخبث أثناء عملية صهر الفولاذ، فسيتم استدعاء العملية رئيسيعملية الموقد المفتوح، وإذا كانت حمضية - حامِض.

يتم إنتاج أكبر كمية من الفولاذ من خلال معالجة خام الخردة في أفران الموقد المفتوحة ذات البطانة الرئيسية.

يتم تحميل خام الحديد والحجر الجيري في الفرن، وبعد التسخين، يتم تغذية الخردة. بعد تسخين الخردة، يتم سكب الحديد الزهر السائل في الفرن. خلال فترة الانصهار، بسبب أكاسيد الخام والخردة، تتأكسد شوائب الحديد الزهر بشكل مكثف: السيليكون والفوسفور والمنغنيز والكربون جزئيا. أكاسيد تشكل الخبث مع محتوى عاليأكاسيد الحديد والمنغنيز (خبث الحديد). بعد ذلك، يتم تنفيذ فترة "غليان" الحمام: يتم تحميل خام الحديد في الفرن ويتم تطهير الحمام بالأكسجين الذي يتم توفيره عبر الأنابيب 3. في هذا الوقت، يتم إيقاف إمداد الفرن بالوقود والهواء وإزالة الخبث.

ولإزالة الكبريت يتم إنشاء خبث جديد عن طريق وضع الجير مع إضافة البوكسيت إلى سطح المعدن لتقليل لزوجة الخبث. المحتوى في الخبث يزيد وينقص.

خلال فترة "الغليان"، يتأكسد الكربون بشكل مكثف، لذلك يجب أن يحتوي الخليط على الكربون الزائد. في هذه المرحلة، يتم جلب المعدن إلى المستوى المحدد التركيب الكيميائيويتم إزالة الغازات والشوائب غير المعدنية منه.

ثم يتم إزالة الأكسدة من المعدن على مرحلتين. أولاً، تحدث عملية إزالة الأكسدة عن طريق أكسدة كربون المعدن، مع الإمداد المتزامن بعوامل إزالة الأكسدة - الحديد والمنغنيز والفيروسيليكون والألومنيوم - إلى الحمام. تتم عملية إزالة الأكسدة النهائية للألمنيوم والفيروسيليكون في مغرفة عندما يتم إطلاق الفولاذ من الفرن. بعد أخذ عينات المراقبة، يتم إطلاق الفولاذ في المغرفة.

في أفران الموقد المفتوحة الرئيسية، يتم صهر الفولاذ الهيكلي الكربوني والفولاذ ذو السبائك المنخفضة والمتوسطة (المنغنيز والكروم)، باستثناء الفولاذ والسبائك العالية السبائك، التي يتم إنتاجها في أفران الصهر الكهربائية.

يتم صهر الفولاذ عالي الجودة في أفران الموقد الحمضية المفتوحة. يتم استخدام خليط يحتوي على نسبة منخفضة من الكبريت والفوسفور.

يحتوي الفولاذ على كمية أقل من الهيدروجين والأكسجين والشوائب غير المعدنية. ونتيجة لذلك، يتمتع الفولاذ الحمضي بخصائص ميكانيكية أعلى، وخاصة قوة التأثير والليونة، ويستخدم في الأجزاء المهمة بشكل خاص: أعمدة الكرنك في المحركات الكبيرة، ودوارات التوربينات القوية، والمحامل الكروية.

المؤشرات الفنية والاقتصادية الرئيسية لإنتاج الصلب في أفران الموقد المفتوح هي:

· إنتاجية الفرن - إزالة الفولاذ من 1 م 2 من منطقة الموقد يوميًا (طن / م 2 يوميًا)، في المتوسط ​​10 طن / م 2؛ ر

· يبلغ استهلاك الوقود لكل طن من الفولاذ المنتج في المتوسط ​​80 كجم/طن.

وكلما أصبحت الأفران أكبر، زادت كفاءتها الاقتصادية.

إنتاج الصلب في محولات الأكسجين

عملية تحويل الأكسجين هي صهر الفولاذ من الحديد الزهر السائل في محول ببطانة رئيسية ونفخ الأكسجين من خلال أنبوب مبرد بالماء.

التجارب الأولى في 1933-1934 - موزجوفوي.

على المستوى الصناعي - في 1952-1953 في المصانع في لينز ودوناويتز (النمسا) - كانت تسمى عملية LD. حاليًا، هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية في الإنتاج الضخم للصلب.

محول الأكسجين عبارة عن وعاء على شكل كمثرى مصنوع من صفائح الفولاذ ومبطن بالطوب الأساسي.

قدرة المحول 130...350 طن من حديد الزهر السائل. أثناء التشغيل، يمكن تدوير المحول 360 درجة لتحميل الخردة، صب الحديد الزهر، تصريف الفولاذ والخبث.

المواد المشحونة في عملية تحويل الأكسجين هي الحديد الخام السائل، وخردة الفولاذ (لا تزيد عن 30%)، والجير لإزالة الخبث، وخام الحديد، بالإضافة إلى البوكسيت والفلورسبار لتسييل الخبث.

يتم عرض تسلسل العمليات التكنولوجية عند صهر الفولاذ في محولات الأكسجين في الشكل. 3.

أرز. 3. تسلسل العمليات التكنولوجية عند صهر الفولاذ في محولات الأكسجين

بعد ذوبان الفولاذ التالي، يتم إغلاق فتحة المخرج بكتلة مقاومة للحرارة ويتم فحص البطانة وإصلاحها.

قبل الذوبان، يتم إمالة المحول ويتم تحميل بقايا الأرز باستخدام آلات الشحن. (3. أ)، يُسكب الحديد الزهر عند درجة حرارة 1250...1400 درجة مئوية (الشكل 3. ب).

بعد ذلك، يتم تحويل المحول إلى وضع التشغيل (الشكل 3. ج)، ويتم إدخال رمح مبرد بالداخل ويتم توفير الأكسجين من خلاله عند ضغط قدره 0.9...1.4 ميجا باسكال. بالتزامن مع بدء النفخ، يتم تحميل الجير والبوكسيت وخام الحديد. يخترق الأكسجين المعدن، مما يؤدي إلى دورانه في المحول وخلطه مع الخبث. تتطور درجة حرارة 2400 درجة مئوية تحت القصبة الهوائية ويتأكسد الحديد في منطقة تلامس نفاثة الأكسجين مع المعدن. يذوب أكسيد الحديد في الخبث والمعادن، مما يؤدي إلى إثراء المعدن بالأكسجين. يؤدي الأكسجين المذاب إلى أكسدة السيليكون والمنغنيز والكربون الموجود في المعدن، فينخفض ​​محتواها. يتم تسخين المعدن بواسطة الحرارة المنبعثة أثناء الأكسدة.

تتم إزالة الفوسفور في بداية تطهير الحمام بالأكسجين عندما تكون درجة حرارته منخفضة (يجب ألا يتجاوز محتوى الفوسفور في الحديد الزهر 0.15٪). في زيادة المحتوىلإزالة الفوسفور، من الضروري استنزاف الخبث وإدخال واحدة جديدة، مما يقلل من إنتاجية المحول.

تتم إزالة الكبريت طوال عملية الصهر بأكملها (يجب أن يصل محتوى الكبريت في الحديد الزهر إلى 0.07٪).

يتوقف إمداد الأكسجين عندما يتوافق محتوى الكربون في المعدن مع القيمة المحددة. بعد ذلك، يتم تشغيل المحول وإطلاق الفولاذ في مغرفة (الشكل 3. د)، حيث تتم إزالة الأكسدة منه باستخدام طريقة الترسيب باستخدام الحديد والمنغنيز والفيروسيليكون والألومنيوم، ثم يتم تصريف الخبث (الشكل 3. هـ). .

في محولات الأكسجين، يتم صهر الفولاذ الذي يحتوي على محتويات مختلفة من الكربون، والغليان والهدوء، وكذلك الفولاذ منخفض السبائك. يتم إدخال عناصر صناعة السبائك في شكل منصهر في المغرفة قبل إطلاق الفولاذ فيها.

الصهر في المحولات بسعة 130...300 طن ينتهي في 25...30 دقيقة.

فهرس

1. علوم المواد وتكنولوجيا المعادن: كتاب مدرسي للجامعات في تخصصات الهندسة الميكانيكية / G.P. فيتيسوف، م.ج. كاربمان، في.م. ماتيونين وآخرون - م: تخرج من المدرسه، 2000. - 637 ص: مريض.

2. علم المواد: كتاب مدرسي للتدريس في الجامعات في مجال التدريب والتخصص في مجال الهندسة والتكنولوجيا / ب.ن. أرزاماسوف ، ف. ماكاروفا، ج.ج. موخين وآخرون – الطبعة الخامسة، الصورة النمطية. - م: دار النشر MSTU im. ن. بومان، 2003. - 646 ص: مريض.

3. لاختين يو.إم، ليونتييفا ف.ن. علم المواد. كتاب مدرسي للجامعات التقنية. متخصص. - الطبعة الثالثة. - ماجستير هندسة ميكانيكية 2000. - 528 ص.

4. تكنولوجيا المواد الإنشائية: كتاب مدرسي لطلاب جامعات الهندسة الميكانيكية / أ.م. دالسكي، تي.إم. بارسوكوفا، إل.إن. بوخاركين وآخرون؛ تحت العام إد.م. دالسكي. - الطبعة الخامسة، مراجعة. - ماجستير هندسة ميكانيكية 2003. - 511 ص: مريض.

5. تكنولوجيا المواد الإنشائية. كتاب مدرسي لطلاب تخصصات الهندسة الميكانيكية في الجامعات في 4 ساعات حرره د.م. سوكولوفا، س. فاسين، جي جي دوبنسكي. - تولا. دار النشر جامعة ولاية تولا. - 2007.

6. علم المواد وتكنولوجيا المواد الإنشائية. كتاب مدرسي للجامعات / Yu.P. سولنتسيف، ف. فيسيلوف ، ف.ب. ديميانتسيفيتش، أ.ف. كوزين، د. تشاشنيكوف. - الطبعة الثانية، منقحة، إضافية. - م.ميسيس، 2006. - 576 ص.

7. بوغودوخوف إس. دورة علم المواد في الأسئلة والأجوبة: Proc. دليل للجامعات والتعليمية. في اتجاه التحضير. درجة البكالوريوس في "التكنولوجيا والمعدات وإنتاج الآلات الأوتوماتيكية" والتخصص. "تكنولوجيا الهندسة الميكانيكية"، "آلات وأدوات قطع المعادن"، إلخ. / S.I. بوغودوخوف، ف. غريبينيوك، أ.ف. سينيوخين. - م: الهندسة الميكانيكية، 2003. - 255 ص: مريض.

8. كوليسوف إس.إن. علوم المواد وتكنولوجيا المواد الإنشائية: كتاب مدرسي لطلاب الهندسة الكهربائية والمتخصصين الكهروميكانيكية. الجامعات / س.ن. كوليسوف، إ.س. كوليسوف. - م.الثانوية العليا 2004. - 518 ص: مريض.

9. علم المواد. تكنولوجيا مواد البناء: درس تعليميلطلاب الجامعات والتدريب. على سبيل المثال "الهندسة الكهربائية والكهروميكانيكية والتكنولوجيا الكهربائية" / أ.ف. شيشكين وآخرون؛ تم تحريره بواسطة ف.س. Cherednichenko. - الطبعة الثالثة، محذوفة. - م: أوميغا-إل، 2007. - 751 ص: مريض. (التعليم الفني العالي). - (درس تعليمي)

10. دريتس إم إي، موسكاليف إم إيه تكنولوجيا المواد الإنشائية وعلوم المواد: Proc. لطلبة التخصصات الهندسية غير الميكانيكية. الجامعات. - م: الثانوية العامة 2005. - 446 ص، ص.

11. تاراسوف ف. تكنولوجيا المواد الإنشائية: كتاب مدرسي. للجامعات حسب الاحتياجات الخاصة "تكنولوجيا النجارة" / موسكو. ولاية جامعة الغابات. - م: دار نشر موسك. ولاية جامعة الغابات، 2006. - 326 ص: مريض.

تم النشر على موقع Allbest.ru

...

وثائق مماثلة

أساسيات إنتاج المعادن. إنتاج الحديد والصلب. عمليات الاستخلاص المباشر للحديد من الخامات. مزايا أفران الصهر. طرق تحسين جودة الفولاذ. اختيار طريقة وطريقة الحصول على قطعة الشغل. المبادئ العامةاختيار الشغل.

دورة المحاضرات، أضيفت في 20/02/2010


ملامح تكنولوجيا صهر الصلب. تطوير طرق إنتاج الصلب من الحديد الزهر. عملية صهر الفولاذ المحول للأكسجين. العمليات التكنولوجية لذوبان محول الأكسجين. إنتاج الصلب في الموقد المفتوح والأفران الكهربائية.

محاضرة، أضيفت في 12/06/2008


هيكل وخصائص الصلب والمواد المصدر. إنتاج الصلب في المحولات، وأفران الموقد المفتوح، وأفران القوس الكهربائي. صهر الفولاذ في أفران الحث. تكرير الصلب خارج الفرن. صب الصلب. أنواع خاصةتعدين الصلب الكهربائي.

الملخص، تمت إضافته في 22/05/2008


المواد الأولية لصهر الحديد. بناء فرن الانفجار. صهر الفولاذ في محولات الأكسجين والموقد المفتوح والأفران الكهربائية. منتجات الفرن العالي. إنتاج النحاس والألومنيوم. المعالجة الحرارية والكيميائية الحرارية للصلب.

دليل التدريب، تمت إضافته في 04/11/2010


تصنيف ووضع علامات على الفولاذ. خصائص طرق إنتاج الصلب. أساسيات تكنولوجيا صهر الفولاذ في أفران الموقد المفتوح والقوس والأفران الحثية. الوحدة العالمية "كونارك". وحدات أفران المغرفة المحلية لمعالجة الفولاذ خارج الفرن.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 08/11/2012


التصنيف الصناعي للمعادن. المواد الأولية لصهر الفرن العالي. إنتاج الصلب في محولات الأكسجين، وأفران الموقد المفتوح وأفران الحمام المزدوج. منتجات الفرن العالي. العمليات المعدنية الحرارية والمائية.

الملخص، تمت إضافته في 22/10/2013


إنتاج الحديد والصلب. طرق التحويل والموقد المفتوح لإنتاج الفولاذ، جوهر صهر الأفران العالية. إنتاج الفولاذ في الأفران الكهربائية. المؤشرات الفنية والاقتصادية و الخصائص المقارنة الأساليب الحديثةالحصول على الصلب.

الملخص، تمت إضافته في 22/02/2009


صهر الفولاذ في الأفران الكهربائية. تنظيف غاز العادم. جهاز الخلط الكهرومغناطيسي للمعادن. صهر الفولاذ في فرن القوس الكهربائي الرئيسي. طرق تكثيف عملية صناعة الصلب الكهربائية. استخدام الخبث الاصطناعي.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 06/07/2009


الإنتاج المعدني الحديث للحديد والصلب. مخطط إنتاج المعادن الحديثة. منتجات المعادن الحديدية. المتداول (إنتاج الحبيبات). تكوين سبيكة من الحديد والكربون عند درجة حرارة منخفضة. استعادة لي

محاضرة، أضيفت في 12/06/2008


الخواص الميكانيكية للحديد. التآصل كخاصية مهمة للحديد. مخطط حالة الحديد. مخطط التغيرات في الطاقات الحرة للتعديلات البلورية للحديد. الطريقة الحرارية للتحليل. منحنى تبريد الحديد . النقاط الحرجة للحديد النقي.