Dzīvē mēs pastāvīgi sastopamies ar sakausējumiem, no kuriem visizplatītākais ir tērauds. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka kādam rodas jautājums par to, kā tiek ražots tērauds?

Tērauds ir viens no dzelzs un oglekļa sakausējumiem, ko plaši izmanto Ikdiena. Tērauda ražošanas process ir vairākos posmos un sastāv no vairākiem posmiem: rūdas ieguve un bagātināšana, aglomerācijas ražošana, dzelzs ražošana un tērauda kausēšana.

Rūda un aglomerāts

Rūdas atradnes ļauj iegūt gan bagātus, gan nabagus iežus. Augstas kvalitātes rūdu var nekavējoties izmantot kā rūpnieciskās izejvielas. Lai varētu kausēt zemas kvalitātes rūdu, tā ir jābagātina, tas ir, jāpalielina tīra metāla saturs tajā. Lai to paveiktu, rūdu sasmalcina un, izmantojot dažādas tehnoloģijas, atdala ar metālu savienojumiem bagātas daļiņas. Piemēram, dzelzs rūdām tiek izmantota magnētiskā atdalīšana - efekts magnētiskais lauks uz izejvielu, lai atdalītu ar dzelzi bagātas daļiņas.

Rezultāts ir zemas dispersijas koncentrāts, kas tiek saķepināts lielākos gabalos. Dzelzs rūdu grauzdēšanas rezultāts ir aglomerāts. Aglomerātu veidi ir nosaukti to sastāvā iekļauto galveno izejvielu vārdā. Mūsu gadījumā tas ir dzelzsrūdas aglomerāts. Tagad, lai saprastu, kā top tērauds, ir jāizseko tālākajam tehnoloģiskajam procesam.

Dzelzs ražošana.

Čuguns tiek kausēts domnas krāsnīs, kas darbojas pēc pretstrāvas principa. Saķepināšanas, koksa un citu lādiņu materiālu iekraušana tiek veikta no augšas. No apakšas uz augšu, virzienā uz šiem materiāliem, koksa sadegšanas rezultātā paceļas karstas gāzes plūsmas. Sērija sākas ķīmiskie procesi, kā rezultātā samazinās dzelzs daudzums un tā piesātinājums ar oglekli. Temperatūra tajā pašā laikā tas saglabājas 400-500 grādu pēc Celsija apgabalā. Kurtuves apakšējās daļās, kur reducētais dzelzs tiek pakāpeniski pazemināts, temperatūra paaugstinās līdz 900-950 grādiem. Veidojas šķidrs dzelzs un oglekļa sakausējums - čuguns. Čuguna galvenās ķīmiskās īpašības ir: oglekļa saturs vairāk nekā 2,14%, obligāta sēra, silīcija, fosfora un mangāna klātbūtne. Čuguns raksturo paaugstināts trauslums.

Tērauda kausēšana.

Tagad mēs tuvojamies pēdējais posms, ļaujot uzzināt, kā tiek ražots tērauds. Ķīmiski tērauds atšķiras no čuguna ar mazāku oglekļa saturu; attiecīgi galvenais uzdevums ražošanas process– samazināt oglekļa un citu piemaisījumu saturu galvenajā dzelzs sakausējumā. Tērauda ražošanai izmanto atvērtas kurtuves krāsnis, skābekļa pārveidotājus vai elektriskās krāsnis.

Autors dažādas tehnoloģijas Izkausētais čuguns tiek iztīrīts ar skābekli ļoti augstā temperatūrā. Notiek apgriezts process - dzelzs oksidēšanās sakausējumā iekļauto piemaisījumu līmenī. Pēc tam iegūtie izdedži tiek noņemti. Skābekļa attīrīšanas rezultātā tiek samazināts oglekļa saturs un čuguns tiek pārveidots par tēraudu.

Tēraudam var pievienot leģējošus elementus, lai mainītu materiāla īpašības. Tāpēc tērauds tiek uzskatīts par dzelzs-oglekļa sakausējumu, kurā dzelzs saturs ir vismaz 45%.

Iepriekš minētie procesi izskaidroja, kā tiek izgatavots tērauds, no kādiem materiāliem un izmantojot kādas tehnoloģijas.

Dzelzs tīrā veidā ir kaļamais metāls. pelēks, viegli apstrādājams. Un tomēr cilvēkiem Fe elements ir praktiskāks kombinācijā ar oglekli un citiem piemaisījumiem, kas ļauj veidot metālu sakausējumus – tēraudu un čugunu. 95% – tieši tik daudz no visiem uz planētas ražotajiem metālizstrādājumiem satur dzelzi kā galveno elementu.

Dzelzs: vēsture

Pirmos cilvēka izgatavotos dzelzs izstrādājumus zinātnieki datējuši ar 4. gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. e., un pētījumi ir parādījuši, ka to ražošanai tika izmantots meteoriskais dzelzs, kam raksturīgs 5-30 procentu niķeļa saturs. Tas ir interesanti, bet līdz brīdim, kad cilvēce apguva Fe ieguvi, to kausējot, dzelzs tika vērtēta augstāk par zeltu. Tas tika skaidrots ar to, ka stiprāks un uzticamāks tērauds bija daudz piemērotāks instrumentu un ieroču ražošanai nekā varš un bronza.

Senie romieši iemācījās ražot pirmo čugunu: viņu krāsnis varēja paaugstināt rūdas temperatūru līdz 1400 o C, savukārt čugunam pietika ar 1100-1200 o C. Pēc tam viņi ieguva arī tīru tēraudu, kura kušanas temperatūra bija kas, kā zināms, ir 1535 grādi pēc Celsija.. Celsija.

Fe ķīmiskās īpašības

Ar ko dzelzs mijiedarbojas? Dzelzs mijiedarbojas ar skābekli, ko papildina oksīdu veidošanās; ar ūdeni skābekļa klātbūtnē; ar sērskābi un sālsskābi:

• 3Fe+2O2 = Fe3O4
• 4Fe+3O2 +6H2O = 4Fe(OH) 3
• Fe+H2SO4 = FeSO4+H2
• Fe+2HCl = FeCl2+H2

Arī dzelzs reaģē uz sārmiem tikai tad, ja tie ir spēcīgu oksidētāju kausējumi. Dzelzs nereaģē ar oksidētājiem normālā temperatūrā, bet vienmēr sāk reaģēt, kad tas palielinās.

Dzelzs izmantošana būvniecībā

Dzelzs izmantošanu būvniecības nozarē mūsdienās nevar pārvērtēt, jo metāla konstrukcijas ir absolūti jebkuras modernas ēkas pamatā. Šajā jomā Fe tiek izmantots parastajos tēraudos, čugunā un kaltā čugunā. Šis elements ir atrodams visur, sākot no kritiskām konstrukcijām līdz enkura skrūvēm un naglām.

Tērauda būvkonstrukciju būvniecība ir daudz lētāka, turklāt var runāt arī par lielākiem būvniecības tempiem. Tas ievērojami palielina dzelzs izmantošanu būvniecībā, savukārt pati nozare izmanto jaunus, efektīvākus un uzticamākus sakausējumus uz Fe bāzes.

Dzelzs izmantošana rūpniecībā

Dzelzs un tā sakausējumu - čuguna un tērauda - izmantošana ir mūsdienu darbgaldu, lidmašīnu, instrumentu un citu iekārtu ražošanas pamats. Pateicoties Fe cianīdiem un oksīdiem, funkcionē krāsu un laku rūpniecība, ūdens attīrīšanā tiek izmantoti dzelzs sulfāti. Smagā rūpniecība ir pilnīgi neiedomājama bez Fe+C sakausējumu izmantošanas. Vārdu sakot, dzelzs ir neaizstājams, bet tajā pašā laikā pieejams un salīdzinoši lēts metāls, kuram kā daļai no sakausējumiem ir gandrīz neierobežots pielietojums.

Dzelzs izmantošana medicīnā

Ir zināms, ka katrs pieaugušais satur līdz 4 gramiem dzelzs. Šis elements ir ārkārtīgi svarīgs ķermeņa funkcionēšanai, jo īpaši veselībai. asinsrites sistēma(hemoglobīns sarkanajās asins šūnās). Tur ir daudz zāles uz dzelzs bāzes, kas ļauj palielināt Fe saturu, lai izvairītos no dzelzs deficīta anēmijas attīstības.

Vakuuma kausēšana

Tehniskā dzelzs rūpnieciskās kategorijas (Armco tips), kas iegūtas ar pirometalurģisko metodi, atbilst tīrībai 99,75-99,85% Fe. Gaistošo metālu un nemetālisko piemaisījumu (C, O, S, P, N) noņemšana ir iespējama, kausējot dzelzi augstā vakuumā vai atkausējot sausa ūdeņraža atmosfērā. Indukcijas kausējot dzelzi vakuumā, no metāla tiek noņemti ļoti gaistoši piemaisījumi, kuru iztvaikošanas ātrums palielinās no arsēna līdz svinam šādā secībā:

As→S→Sn→Sb→Cu→Mn→Ag→Pb.

Pēc stundas kausēšanas 10V-3 mmHg vakuumā. Art. pie 1580°C tas tika izņemts no dzelzs Lielākā daļa antimona, vara, mangāna, sudraba un svina piemaisījumi. Sliktāk tiek noņemti hroma, arsēna, sēra un fosfora piemaisījumi, un praktiski netiek noņemti volframa, niķeļa un kobalta piemaisījumi.
1600 ° C temperatūrā vara tvaika spiediens ir 10 reizes lielāks nekā dzelzs; kausējot dzelzi vakuumā (10v-3 mm Hg), stundā vara saturs samazinās līdz 1 * 10v-3% un mangāns samazinās par 80%. Bismuta, alumīnija, alvas un citu ļoti gaistošu piemaisījumu saturs ir ievērojami samazināts; Šajā gadījumā temperatūras paaugstināšanās ietekmē piemaisījumu satura samazināšanos efektīvāk nekā kausēšanas ilguma palielināšanās.
Skābekļa ieslēgumu klātbūtnē var veidoties volframa, molibdēna, titāna, fosfora un oglekļa gaistošie oksīdi, kas izraisa šo piemaisījumu koncentrācijas samazināšanos. Dzelzs attīrīšana no sēra ievērojami palielinās silīcija un oglekļa klātbūtnē. Tā, piemēram, ja čuguns satur 4,5% C un 0,25% S, pēc metāla kausēšanas vakuumā sēra saturs samazinās līdz 7 * 10v-3%.
Gāzu piemaisījumu saturs dzelzs kausēšanas laikā tiek samazināts par aptuveni 30-80%. Slāpekļa un ūdeņraža saturu izkausētā dzelzē nosaka atlikušo gāzu spiediens. Ja pie atmosfēras spiediena slāpekļa šķīdība dzelzē ir ~0,4%, tad pie 1600° C un atlikušā spiediena 1*10v-3 mm Hg. Art. tas ir 4*10v-5%, bet ūdeņradim 3*10v-6%. Slāpekļa un ūdeņraža atdalīšana no izkausētā dzelzs tiek pabeigta galvenokārt pirmajā kausēšanas stundā; šajā gadījumā atlikušo gāzu daudzums ir aptuveni par divām kārtām lielāks nekā to līdzsvara saturs pie spiediena 10v-3 mm Hg. Art. Skābekļa satura samazināšanās oksīdu veidā var rasties oksīdu mijiedarbības rezultātā ar reducētājiem - oglekli, ūdeņradi un dažiem metāliem.

Dzelzs attīrīšana, destilējot vakuumā ar kondensāciju uz apsildāmas virsmas

1952. gadā Amoņenko un līdzautori izmantoja dzelzs vakuumdestilācijas metodi ar tās kondensāciju uz apsildāmas virsmas.
Visi ļoti gaistošie piemaisījumi kondensējas kondensatora aukstākajā zonā, un dzelzs, kam ir zems tvaika spiediens, paliek zonā ar augstāku temperatūru.
Kausēšanai tika izmantoti no alumīnija oksīda un berilija izgatavoti tīģeļi ar tilpumu līdz 3 litriem. Tvaiki kondensējās uz plānām armco dzelzs loksnēm, jo, kondensējoties uz keramikas, dzelzs kondensācijas temperatūrā saķepināja ar kondensatora materiālu un tika iznīcināta, noņemot kondensātu.
Optimālais destilācijas režīms bija šāds: iztvaikošanas temperatūra 1580 ° C, kondensācijas temperatūra no 1300 (kondensatora apakšā) līdz 1100 ° C (augšpusē). Dzelzs iztvaikošanas ātrums ir 1 g/cm2*h; tīra metāla iznākums ~ 80% no kopējais skaits kondensāts un vairāk nekā 60% no kravas svara. Pēc divkāršas dzelzs destilācijas ievērojami samazinājās piemaisījumu saturs: mangāna, magnija, vara un svina, slāpekļa un skābekļa. Kad dzelzi izkausēja alunda tīģelī, tā kļuva piesārņota ar alumīniju. Oglekļa saturs pēc pirmās destilācijas nokritās līdz 3*10v-3% un turpmākās destilācijas laikā nesamazinājās.
Kondensācijas temperatūrā 1200°C veidojās adatveida dzelzs kristāli. Šādu kristālu atlikušā pretestība, kas izteikta kā attiecība Rt/R0°C, 77°K temperatūrā bija 7,34 * 10v-2 un 4,2°K temperatūrā 4,37 * 10v-3. Šī vērtība atbilst dzelzs tīrībai 99,996%.

Elektrolītiskā dzelzs attīrīšana

Dzelzs elektrolītisko attīrīšanu var veikt hlorīda un sulfāta elektrolītos.
Pēc vienas no metodēm dzelzs tika izgulsnēts no elektrolīta ar sekojošu sastāvu: 45-60 g/l Fe2+ (FeCl2 veidā), 5-10 g/l BaCl2 un 15 g/l NaHCO3. Armco dzelzs plāksnes kalpoja kā anodi, bet tīrs alumīnijs kā katodi. Pie katoda strāvas blīvuma 0,1 A/dm2 un telpas temperatūra Tika iegūti rupji kristāliski nogulumi, kas satur aptuveni 1*10-2% oglekļa, fosfora “pēdas” un bez sēra piemaisījumiem. Taču metāls saturēja ievērojamu daudzumu skābekļa (1-2*10v-1%).
Izmantojot sulfāta elektrolītu, sēra saturs dzelzē sasniedz 15*10v-3-5*10v-2%. Lai atdalītu skābekli, dzelzi apstrādāja ar ūdeņradi vai metālu izkausēja vakuumā oglekļa klātbūtnē. Šajā gadījumā skābekļa saturs samazinājās līdz 2*10v-3%. Līdzīgus rezultātus skābekļa saturam (3*10v-3%) iegūst, atkausējot dzelzi sausa ūdeņraža plūsmā 900-1400° C. Metālu atsērošana tiek veikta augstā vakuumā, izmantojot alvas, antimona un bismuta piedevas, kas veidojas gaistošie sulfīdi.

Tīras dzelzs elektrolītiskā ražošana

Viena no metodēm, kā elektrolītiski iegūt ļoti tīru dzelzi (30–60 daļas uz miljonu piemaisījumu), ir dzelzs hlorīda ekstrakcija ar ēteri no šķīduma (6-N HCl) un pēc tam dzelzs hlorīda reducēšana ar ļoti tīru dzelzi līdz dzelzs hlorīdam.
Pēc dzelzs hlorīda papildu attīrīšanas no vara, apstrādājot ar sēra reaģentu un ēteri, iegūst tīru dzelzs hlorīda šķīdumu, kas tiek pakļauts elektrolīzei. Iegūtās ļoti tīrās dzelzs nogulsnes tiek atkvēlinātas ūdeņražā, lai atdalītu skābekli un oglekli. Kompakto dzelzi ražo pulvermetalurģijā – presējot stieņos un saķepinot ūdeņraža atmosfērā.

Dzelzs attīrīšanas karbonilmetode

Tīru dzelzi iegūst, sadaloties dzelzs pentakarbonil Fe (CO)5 200-300 ° C temperatūrā. Karbonildzelzs parasti nesatur dzelzi pavadošos piemaisījumus (S, P, Cu, Mn, Ni, Co, Cr, Mo, Zn un Si). Tomēr tas satur skābekli un oglekli. Oglekļa saturs sasniedz 1%, bet to var samazināt līdz 3*10-2%, pievienojot dzelzs karbonila tvaikiem nelielu daudzumu amonjaka vai apstrādājot dzelzs pulveri ar ūdeņradi. Pēdējā gadījumā oglekļa saturs tiek samazināts līdz 1*10v-2%, un skābekļa piemaisījums tiek samazināts līdz “pēdām”.
Karbonildzelzs ir ar augstu magnētisko caurlaidību 20 000 Oe un zemu histerēzi (6 000). To izmanto vairāku elektrisko detaļu ražošanai. Saķepinātais karbonildzelzs ir tik kaļams, ka to var dziļi stiept. Termiski sadalot dzelzs karbonila tvaikus, tiek iegūti dzelzs pārklājumi uz dažādām virsmām, kas uzkarsētas līdz temperatūrai virs pentakarbonila tvaiku sadalīšanās punkta.

Dzelzs attīrīšana ar zonu pārkristalizāciju

Labus rezultātus devusi zonas kausēšanas izmantošana dzelzs attīrīšanai. Dzelzs zonas rafinēšanas laikā tiek samazināts šādu piemaisījumu saturs: alumīnijs, varš, kobalts, titāns, kalcijs, silīcijs, magnijs utt.
Dzelzs, kas satur 0, 3% C, tika attīrīts, izmantojot peldošās zonas metodi. Astoņas zonas caurlaides ar ātrumu 0,425 mm/min pēc vakuuma kausēšanas radīja dzelzs mikrostruktūru bez karbīda ieslēgumiem. Sešās zonas caurbraukšanas laikā fosfora saturs samazinājās 30 reizes.
Lietoņiem pēc zonas kausēšanas bija augsta stiepes elastība pat hēlija temperatūras reģionā. Palielinoties dzelzs tīrībai, skābekļa saturs samazinājās. Vairāku zonu rafinēšanas laikā skābekļa saturs bija 6 ppm.
Saskaņā ar darbu elektrolītiskā dzelzs zonas kausēšana tika veikta attīrīta argona atmosfērā. Metāls atradās no kalcija oksīda izgatavotā laivā. Zona pārvietojās ar ātrumu 6 mm/h. Pēc deviņām zonas caurlaidēm skābekļa saturs samazinājās no 4*10v-3% līdz 3*10v-4% lietņa sākumā; sērs - no 15*10v-4 līdz 5*10v-4%, un fosfors - no 1-2*10v-4 līdz 5*10v-6%. Dzelzs spēja absorbēt katoda ūdeņradi samazinājās zonas kušanas rezultātā no (10-40) * 10v-4% līdz (3-5) * 10v-4%.
Stieņiem, kas izgatavoti no karbonildzelzs, kas attīrīts ar zonas kausēšanu, bija ārkārtīgi zema koercivitāte. Pēc vienas zonas caurbraukšanas ar ātrumu 0,3 mm/min minimālā piespiedu spēka vērtība stieņos bija 19 me un pēc piecreizējas piespēles 16 me.
Tika pētīta oglekļa, fosfora, sēra un skābekļa piemaisījumu uzvedība dzelzs zonas kausēšanas laikā. Eksperimenti tika veikti argona vidē horizontālā krāsnī, ko silda ar induktors, uz 300 mm gara lietņa. Līdzsvara oglekļa sadalījuma koeficienta eksperimentālā vērtība bija 0,29; fosfors 0,18; sērs 0,05 un skābeklis 0,022.
Šo piemaisījumu difūzijas koeficients tika noteikts vienāds ogleklim 6*10v-4 cm2/sek, fosforam 1*10v4 cm2/sek, sēram 1*10v-4 cm2/sek un skābeklim 3*10v-4 cm2)sek. difūzijas slāņa biezums attiecīgi ir vienāds ar 0,3; 0,11; 0,12 un 0,12 cm.

Cilvēcei bija zināms, ka tas bija kosmiskas izcelsmes vai, precīzāk, meteorīts. To sāka izmantot kā instrumentālo materiālu aptuveni 4 tūkstošus gadu pirms mūsu ēras. Metāla kausēšanas tehnoloģija parādījās vairākas reizes un tika zaudēta karu un nemieru rezultātā, taču, pēc vēsturnieku domām, heti bija pirmie, kas apguva kausēšanu.

Ir vērts atzīmēt, ka mēs runājam par dzelzs sakausējumiem ar nelielu daudzumu piemaisījumu. Ķīmiski tīru metālu kļuva iespējams iegūt tikai līdz ar to modernās tehnoloģijas. Šajā rakstā tiks detalizēti pastāstīts par metāla ražošanas pazīmēm, izmantojot tiešu reducēšanu, zibspuldzi, sūkli, izejmateriālu, karstu briketētu dzelzi, un mēs pieskarsimies hlora un tīru vielu ražošanai.

Pirmkārt, ir vērts apsvērt veidu, kā iegūt dzelzi no dzelzsrūdas. Dzelzs ir ļoti izplatīts elements. Pēc satura zemes garozā metāls ieņem 4.vietu starp visiem elementiem un 2.vietu starp metāliem. Litosfērā dzelzs parasti ir silikātu veidā. Vislielākais tā saturs ir novērojams pamata un ultrabāziskajos iežos.

Gandrīz visas kalnrūpniecības rūdas satur zināmu daudzumu dzelzs. Taču tiek izstrādāti tikai tie ieži, kuros elementa proporcijai ir rūpnieciska nozīme. Bet arī šajā gadījumā attīstībai piemēroto minerālvielu daudzums ir vairāk nekā liels.

• Pirmkārt, šis dzelzs rūda– sarkans (hematīts), magnētisks (magnetīts) un brūns (limonīts). Tie ir sarežģīti dzelzs oksīdi ar elementu saturu 70–74%. Brūna dzelzsrūda biežāk sastopama dēdēšanas garozā, kur tā veido tā sauktās “dzelzs cepures” līdz pat vairāku simtu metru biezumā. Pārējie galvenokārt ir nogulumiežu izcelsmes.
• Ļoti bieži sastopams dzelzs sulfīds– pirīts vai sēra pirīts, bet tas netiek uzskatīts par dzelzsrūdu un tiek izmantots sērskābes ražošanai.
• Siderite– dzelzs karbonāts, satur līdz 35%, šī rūda ir vidēja elementu satura.
• Markazīts– ietver līdz 46,6%.
• Mispickel– savienojums ar arsēnu un sēru, satur līdz 34,3% dzelzs.
• Lellingit– satur tikai 27,2% elementa un tiek uzskatīta par zemas kvalitātes rūdu.

Minerāliežus pēc to dzelzs satura klasificē šādi:

• bagāts– ar metālu saturu vairāk nekā 57 %, ar silīcija dioksīda saturu mazāku par 8–10 % un sēra un fosfora piejaukumu mazāku par 0,15 %. Šādas rūdas netiek bagātinātas un nekavējoties tiek nosūtītas uz ražošanu;
• vidējas kvalitātes rūda satur vismaz 35% vielas un ir nepieciešams bagātināt;
• nabadzīgs dzelzsrūdas satur vismaz 26%, un tās arī ir bagātinātas pirms nosūtīšanas uz darbnīcu.

Šajā video ir apskatīts vispārējais dzelzs ražošanas tehnoloģiskais cikls čuguna, tērauda un velmēto izstrādājumu veidā:

Kalnrūpniecība

Ir vairākas rūdas ieguves metodes. Tiek izmantots tas, kas tiek uzskatīts par ekonomiski izdevīgāko.

• Atvērtā izstrādes metode- vai karjera. Paredzēts sekliem minerāliem iežiem. Ieguvei tiek izrakts karjers līdz 500 m dziļumā un platumā atkarībā no atradnes biezuma. Dzelzsrūda tiek iegūta no karjera un transportēta ar transportlīdzekļiem, kas paredzēti smagu kravu pārvadāšanai. Parasti šādi tiek iegūta augstas kvalitātes rūda, tāpēc nav nepieciešams to bagātināt.
• Šahtnijs– kad iezis atrodas 600–900 m dziļumā, tiek urbtas raktuves. Šāda attīstība ir daudz bīstamāka, jo tā ietver pazemes spridzināšanu: atklātie slāņi tiek spridzināti, un pēc tam savāktā rūda tiek transportēta uz augšu. Neskatoties uz briesmām, šī metode tiek uzskatīta par efektīvāku.
• Hidro ražošana– šajā gadījumā urbumi tiek urbti līdz noteiktam dziļumam. Caurules tiek nolaistas raktuvēs, un ūdens tiek piegādāts zem ļoti augsta spiediena. Ūdens strūkla sasmalcina akmeni, un pēc tam dzelzsrūda tiek pacelta virspusē. Urbuma hidrauliskā ražošana nav plaši izplatīta, jo prasa lielas izmaksas.

Dzelzs ražošanas tehnoloģijas

Visi metāli un sakausējumi ir sadalīti krāsainajos (piemēram, utt.) un melnajos. Pēdējie ietver čugunu un tēraudu. 95% no visiem metalurģijas procesiem notiek melnajā metalurģijā.

Neskatoties uz neticamo ražoto tēraudu daudzveidību, ražošanas tehnoloģiju nav tik daudz. Turklāt čuguns un tērauds nav tieši 2 dažādi produkti, čuguns ir obligāts priekšējais posms tērauda ražošanā.

Produktu klasifikācija

Gan čuguns, gan tērauds tiek klasificēti kā dzelzs sakausējumi, kur leģējošā sastāvdaļa ir ogleklis. Tā daļa ir maza, taču tas piešķir metālam ļoti augstu cietību un zināmu trauslumu. Čuguns, jo tajā ir vairāk oglekļa, ir trauslāks nekā tērauds. Mazāk plastmasas, bet tam ir labāka siltumietilpība un izturība pret iekšējo spiedienu.

Čuguns tiek ražots, kausējot domnā. Ir 3 veidi:

• pelēks vai liets– iegūts ar lēnas dzesēšanas metodi. Sakausējums satur no 1,7 līdz 4,2% oglekļa. Pelēkais čuguns ir viegli apstrādājams ar mehāniskiem instrumentiem un labi aizpilda veidnes, tāpēc to izmanto lējumu ražošanā;
• balts– vai pārveidošana, ko iegūst, ātri atdzesējot. Oglekļa daļa ir līdz 4,5%. Var saturēt papildu piemaisījumus, grafītu, mangānu. Baltais čuguns ir ciets un trausls, un to galvenokārt izmanto tērauda ražošanai;
• kaļams– satur no 2 līdz 2,2% oglekļa. Ražots no baltā čuguna, ilgstoši karsējot lējumus un lēni, ilgstoši atdzesējot.

Tērauds var saturēt ne vairāk kā 2% oglekļa, to ražo 3 galvenajos veidos. Bet jebkurā gadījumā tērauda ražošanas būtība ir saistīta ar nevēlamu silīcija, mangāna, sēra un tā tālāk piemaisījumu atkausēšanu. Turklāt, ja tiek ražots leģētais tērauds, ražošanas procesā tiek ieviestas papildu sastāvdaļas.

Pēc mērķa tēraudu iedala 4 grupās:

• celtniecība– izmanto nomas veidā bez termiskā apstrāde. Tas ir materiāls tiltu, karkasu celtniecībai, ratiņu ražošanai un tā tālāk;
• mehāniskā inženierija– strukturāls, pieder pie oglekļa tērauda kategorijas, satur ne vairāk kā 0,75% oglekļa un ne vairāk kā 1,1% mangāna. Izmanto dažādu mašīnu detaļu ražošanai;
• instrumentāls– arī ogleklis, bet ar zems saturs mangāns - ne vairāk kā 0,4%. To izmanto dažādu instrumentu ražošanai, jo īpaši metāla griešanai;
• īpašam mērķim tērauds– šajā grupā ietilpst visi sakausējumi ar īpašas īpašības: karstumizturīgs tērauds, nerūsējošais tērauds, izturīgs pret skābēm un tā tālāk.

Iepriekšējais posms

Pat bagātīga rūda ir jāsagatavo pirms dzelzs kausēšanas, kas jāattīra no atkritumiem.

• Aglomerācijas metode– rūdu sasmalcina, samaļ un kopā ar koksu uzlej uz saķepināšanas iekārtas lentes. Lente iziet cauri degļiem, kur temperatūra aizdedzina koksu. Šajā gadījumā rūda tiek saķepināta, un sērs un citi piemaisījumi izdeg. Iegūtais aglomerāts tiek ievadīts bunkura bļodās, kur to atdzesē ar ūdeni un izpūš ar gaisa plūsmu.
• Magnētiskās atdalīšanas metode– rūdu sasmalcina un ievada magnētiskajā separatorā, jo dzelzs spēj magnetizēties, minerālvielas, mazgājot ar ūdeni, paliek separatorā, un atkritumi tiek izskaloti. Pēc tam iegūtais koncentrāts tiek izmantots granulu un karstās briketēšanas dzelzs ražošanai. Pēdējo var izmantot tērauda sagatavošanai, apejot čuguna ražošanas posmu.

Šis video detalizēti pastāstīs par dzelzs ražošanu:

Dzelzs kausēšana

Čuguns tiek kausēts no rūdas domnā:

• sagatavot lādiņu - aglomerātu, granulas, koksu, kaļķakmeni, dolomītu utt. Sastāvs ir atkarīgs no čuguna veida;
• Lādiņu iekrauj domnā, izmantojot pacēlāju. Temperatūra cepeškrāsnī ir 1600 C, karstais gaiss tiek piegādāts no apakšas;
• Šajā temperatūrā dzelzs sāk kust un kokss sāk degt. Šajā gadījumā notiek dzelzs samazināšana: pirmkārt, sadedzinot ogles, tās iegūst oglekļa monoksīds. Oglekļa monoksīds reaģē ar dzelzs oksīdu, veidojot tīru metālu un oglekļa dioksīdu;
• plūsma - kaļķakmens, dolomīts, tiek pievienots lādiņam, lai nevēlamos piemaisījumus pārvērstu vieglāk izvadāmā formā. Piemēram, silīcija oksīdi nekūst tik zemās temperatūrās, un tos nav iespējams atdalīt no dzelzs. Bet, mijiedarbojoties ar kalcija oksīdu, kas iegūts, sadaloties kaļķakmenim, kvarcs pārvēršas kalcija silikātā. Pēdējais šajā temperatūrā kūst. Tas ir vieglāks par čugunu un paliek peldošs uz virsmas. To atdalīšana ir pavisam vienkārša - izdedži periodiski tiek izlaisti caur krāna caurumiem;
• Šķidrais dzelzs un izdedži pa dažādiem kanāliem ieplūst kausos.

Iegūtais čuguns tiek transportēts kausos uz tērauda ražošanas cehu vai liešanas iekārtu, kur tiek ražoti čuguna lietņi.

Tērauda ražošana

Čuguna pārvēršana tēraudā tiek veikta 3 veidos. Kausēšanas procesā tiek sadedzināts liekais ogleklis un nevēlamie piemaisījumi, kā arī tiek pievienotas nepieciešamās sastāvdaļas - piemēram, metinot speciālos tēraudus.

• Atvērts pavards ir vispopulārākā ražošanas metode, jo nodrošina augstas kvalitātes tēraudu. Izkausētu vai cietu čugunu, pievienojot rūdu vai lūžņus, ievada martena krāsnī un izkausē. Temperatūra ir aptuveni 2000 C, ko uztur gāzveida kurināmā sadegšana. Procesa būtība ir saistīta ar oglekļa un citu piemaisījumu sadedzināšanu no dzelzs. Nepieciešamās piedevas, ja runa ir par leģēto tēraudu, tiek pievienotas kausēšanas beigās. Gatavo produktu lej kausos vai lietņos veidnēs.

• Skābekļa aploksnes metode - vai Bessemer. Piedāvā augstāku veiktspēju. Tehnoloģija ietver saspiesta gaisa pūšanu cauri čuguna biezumam ar spiedienu 26 kg/kv. cm Šajā gadījumā ogleklis sadeg, un čuguns kļūst par tēraudu. Reakcija ir eksotermiska, tāpēc temperatūra paaugstinās līdz 1600 C. Produkta kvalitātes uzlabošanai caur čugunu tiek izpūsts gaisa un skābekļa maisījums vai pat tīrs skābeklis.
• Elektriskā kausēšanas metode tiek uzskatīta par visefektīvāko. Visbiežāk to izmanto daudzleģētu tēraudu ražošanai, jo kausēšanas tehnoloģija šajā gadījumā novērš nevajadzīgu piemaisījumu iekļūšanu no gaisa vai gāzes. Maksimālā temperatūra dzelzs ražošanas krāsnī elektriskā loka dēļ ir aptuveni 2200 C.

Tiešā saņemšana

Kopš 1970. gada tiek izmantota arī dzelzs tiešās reducēšanas metode. Metode ļauj apiet dārgo čuguna ražošanas posmu koksa klātbūtnē. Pirmās šāda veida iekārtas nebija īpaši produktīvas, taču mūsdienās šī metode ir kļuvusi diezgan plaši pazīstama: izrādījās, ka dabasgāzi var izmantot kā reducētāju.

Reģenerācijas izejvielas ir granulas. Tos iekrauj šahtas krāsnī, karsē un iztīra ar gāzes pārveidošanas produktu - oglekļa monoksīdu, amonjaku, bet galvenokārt ūdeņradi. Reakcija notiek 1000 C temperatūrā, ūdeņraža reducējot dzelzi no oksīda.

Par tradicionālās (ne hlora u.c.) dzelzs ražotājiem pasaulē runāsim tālāk.

Slaveni ražotāji

Lielākais dzelzsrūdas atradņu īpatsvars ir Krievijā un Brazīlijā – 18%, Austrālijā – 14%, Ukrainā – 11%. Lielākie eksportētāji ir Austrālija, Brazīlija un Indija. Dzelzs cenas maksimums tika novērots 2011. gadā, kad tonna metāla tika lēsta 180 dolāru apmērā. Līdz 2016. gadam cena bija nokritusies līdz 35 USD par tonnu.

Lielākie dzelzs ražotāji ir šādi uzņēmumi:

• Vale S.A. ir Brazīlijas kalnrūpniecības uzņēmums, lielākais dzelzs un;
• BHP Billiton ir Austrālijas uzņēmums. Tās galvenais virziens ir naftas un gāzes ieguve. Bet tajā pašā laikā tas ir arī lielākais vara un dzelzs piegādātājs;
• Rio Tinto Group ir Austrālijas un Lielbritānijas koncerns. Rio Tinto Group iegūst un ražo zeltu, dzelzi, dimantus un urānu;
• Fortescue Metals Group ir vēl viens Austrālijas uzņēmums, kas specializējas rūdas ieguvē un dzelzs ražošanā;
• Krievijā lielākais ražotājs ir metalurģijas un kalnrūpniecības uzņēmums Evrazholding. Pasaules tirgū pazīstami arī Metallinvest un MMK;
• Metinvest Holding LLC ir Ukrainas kalnrūpniecības un metalurģijas uzņēmums.

Dzelzs izplatība ir liela, ieguves metode ir diezgan vienkārša, un galu galā kausēšana ir ekonomiski izdevīgs process. Kopā ar fiziskās īpašības ražošanu un nodrošina dzelzi ar galvenā strukturālā materiāla lomu.

Dzelzs hlorīda ražošana ir parādīta šajā video:

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Labs darbs uz vietni">

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

Procesi tiešai dzelzs ieguvei no rūdām

• Tērauda ražošana
• Procesa būtība
• Tērauda kausēšanas metodes
• Bibliogrāfija

Tērauda ražošana

Procesi tiešai dzelzs ieguvei no rūdām

Tiešie dzelzs ražošanas procesi ir tādi ķīmiski, elektroķīmiski vai ķīmiski termiski procesi, kas dod iespēju iegūt metālisku dzelzi sūkļa, garozas vai šķidrā metāla veidā tieši no rūdas, apejot domnu.

Šādi procesi tiek veikti, nepatērējot metalurģisko koksu, plūsmas vai elektrību (saspiesta gaisa sagatavošanai), kā arī ļauj iegūt ļoti tīru metālu.

Metodes tiešai dzelzs ražošanai ir zināmas jau ilgu laiku. Vairāk nekā 70 pārbaudīti dažādos veidos, bet tikai daži ir ieviesti un turklāt nelielā rūpnieciskā mērogā.

IN pēdējie gadi ir augusi interese par šo problēmu, kas papildus koksa aizstāšanai ar citu kurināmo ir saistīta ar rūdu dziļās bagātināšanas metožu izstrādi, nodrošinot ne tikai augstu dzelzs saturu koncentrātos (70...72%). , bet arī tā gandrīz pilnīga atbrīvošanās no sēra un fosfora.

Sūkļa dzelzs ražošana šahtas krāsnīs

Procesa diagramma ir parādīta attēlā. 1.

tērauda sūklis dzelzs atvērtā pavarda krāsns

Rīsi. 1. Uzstādīšanas shēma tiešai dzelzs reducēšanai no rūdām un metalizētu granulu ražošanai

Iegūstot sūkļa dzelzi, tiek bagātināta iegūtā rūda un iegūtas granulas. Granulas no tvertnes 1 uz sietu 2 ievadiet lādiņa uzpildes iekārtas 10. ailē un no turienes šahtas krāsnī 9 , kas darbojas pēc pretplūsmas principa. Granulu izšļakstīšanās ar briketēšanas presi nonāk piltuvē 3 un atkal granulu veidā tiek padots uz sietu.Lai no granulām atgūtu dzelzi, kurtuvē tiek padots 7. iekārtā pakļautais dabisko un domnas gāzu maisījums. caur cauruļvadu 8 konversija, kuras rezultātā maisījums sadalās ūdeņradi un oglekļa monoksīdā. Krāsns B reducēšanas zonā tiek radīta 1000...1100 0 C temperatūra, pie kuras dzelzsrūda granulās tiek reducēta par cietu sūkļa dzelzi. Dzelzs saturs granulās sasniedz 90...95%. Dzelzs granulu atdzesēšanai caur cauruļvadu 6 uz dzesēšanas zonu 0 krāsnis pievada gaisu. Atdzesētas granulas 5 tiek piegādātas uz konveijera 4 un tiek nosūtītas uz tērauda kausēšanu elektriskās krāsnīs.

Dzelzs samazināšana verdošā gultnē

Smalki graudainu rūdu vai koncentrātu novieto uz režģa, caur kuru tiek piegādāts ūdeņradis vai cita reducējoša gāze ar spiedienu 1,5 MPa. Zem ūdeņraža spiediena rūdas daļiņas tiek suspendētas, nepārtraukti kustoties un veidojot “vārošu”, “šķidrinātu” slāni. Verdošā slānī tiek nodrošināts labs reducējošās gāzes kontakts ar dzelzs oksīda daļiņām. Uz vienu tonnu reģenerētā pulvera ūdeņraža patēriņš ir 600...650 m3.

Dzelzs sūkļa sagatavošana tīģeļa kapsulās

Tiek izmantotas silīcija karbīda kapsulas ar diametru 500 mm un augstumu 1500 mm. Lādiņa tiek ielādēta koncentriskos slāņos. Kapsulas iekšpuse ir piepildīta ar reducētāju - smalcinātu cieto kurināmo un kaļķakmeni (10...15%) sēra atdalīšanai. Otrais slānis ir reducēts sasmalcinātas rūdas vai koncentrāta, skalas, pēc tam vēl viens koncentrisks slānis no reducētāja un kaļķakmens. Uz ratiņiem uzstādītās kapsulas lēnām pārvietojas līdz 140 m garā tuneļkrāsnī, kur tās tiek uzkarsētas, turētas 1200 0 C un atdzesētas 100 stundas.

Reducētu dzelzi iegūst biezsienu cauruļu veidā, tās attīra, sasmalcina un samaļ, iegūstot dzelzs pulveri ar dzelzs saturu līdz 99%, oglekli - 0,1...0,2%.

Procesa būtība

Kļūsti- dzelzs-oglekļa sakausējumi, kas satur gandrīz 1,5% oglekļa; ar lielāku saturu tēraudu cietība un trauslums ievērojami palielinās, un tie netiek plaši izmantoti.

Tērauda ražošanas galvenie izejmateriāli ir čuguns un tērauda lūžņi (lūžņi).

Oglekļa un piemaisījumu saturs tēraudā ir ievērojami mazāks nekā čugunā. Tāpēc jebkuras čuguna metalurģiskās pārvēršanas tēraudā būtība ir samazināt oglekļa un piemaisījumu saturu, tos selektīvi oksidējot un kausēšanas procesā pārvēršot izdedžos un gāzēs.

Dzelzs oksidējas galvenokārt tad, kad čuguns reaģē ar skābekli tērauda ražošanas krāsnīs:

.

Vienlaicīgi ar dzelzi oksidējas silīcijs, fosfors, mangāns un ogleklis. Iegūtais dzelzs oksīds augstā temperatūrā atdod savu skābekli aktīvākiem čuguna piemaisījumiem, tos oksidējot.

Tērauda kausēšanas procesi tiek veikti trīs posmos.

Pirmais posms ir lādiņa kausēšana un šķidrā metāla vannas karsēšana.

Metāla temperatūra ir salīdzinoši zema, intensīvi notiek dzelzs oksidēšanās, veidojas dzelzs oksīds un oksidējas piemaisījumi: silīcijs, mangāns un fosfors.

Svarīgākais posma uzdevums ir fosfora atdalīšana. Šim nolūkam ir vēlams veikt kausēšanu galvenajā krāsnī, kurā ir izdedži. Fosfora anhidrīds ar dzelzs oksīdu veido nestabilu savienojumu. Kalcija oksīds ir stiprāka bāze nekā dzelzs oksīds, tāpēc zemā temperatūrā tas saistās un pārvērš to izdedžos:

.

Lai atdalītu fosforu, nepieciešama zema metāla un izdedžu vannas temperatūra un pietiekams daudzums izdedžu sastāvā. Lai palielinātu izdedžu saturu un paātrinātu piemaisījumu oksidēšanos, krāsnī tiek pievienota dzelzsrūda un katlakmens, ieviešot dzelzs izdedžus. Tā kā fosfors no metāla tiek noņemts izdedžos, fosfora saturs izdedžos palielinās. Tāpēc ir nepieciešams noņemt šo izdedžu no metāla virsmas un aizstāt to ar jaunu ar svaigām piedevām.

Otrais posms - metāla vannas vārīšana - sākas, kad tā sasilst līdz augstākai temperatūrai.

Temperatūrai paaugstinoties, oglekļa oksidācijas reakcija notiek intensīvāk, kas notiek ar siltuma absorbciju:

.

Lai oksidētu oglekli, metālā tiek ievadīts neliels daudzums rūdas, skalas vai skābekļa.

Kad dzelzs oksīds reaģē ar oglekli, no šķidrā metāla izdalās oglekļa monoksīda burbuļi, izraisot "vannas vārīšanu". “Vārīšanās” laikā oglekļa saturs metālā tiek samazināts līdz vajadzīgajam līmenim, temperatūra tiek izlīdzināta visā vannas tilpumā un daļēji tiek noņemti nemetāliskie ieslēgumi, kas pielipuši peldošajiem burbuļiem, kā arī gāzes, kas iekļūst burbuļos. . Tas viss palīdz uzlabot metāla kvalitāti. Līdz ar to šis posms ir galvenais tērauda kausēšanas procesā.

Tiek radīti apstākļi arī sēra atdalīšanai. Sērs tēraudā ir sulfīda formā (), kas arī izšķīst galvenajos izdedžos. Jo augstāka temperatūra, jo lielāks dzelzs sulfīda daudzums izšķīst sārņos un mijiedarbojas ar kalcija oksīdu:

Iegūtais savienojums izšķīst sārņos, bet nešķīst dzelzī, tāpēc sērs tiek noņemts izdedžos.

Trešais posms, tērauda deoksidācija, ietver šķidrajā metālā izšķīdinātā dzelzs oksīda reducēšanu.

Kūstot, piemaisījumu oksidēšanai nepieciešams palielināt skābekļa saturu metālā, bet gatavajā tēraudā skābeklis ir kaitīgs piemaisījums, jo tas samazina tērauda mehāniskās īpašības, īpaši augstā temperatūrā.

Tērauds tiek deoksidēts divos veidos: nokrišņu un difūzijas veidā.

Nokrišņu deoksidāciju veic, šķidrā tēraudā ievadot šķīstošos deoksidētājus (feromangānu, ferosilīciju, alumīniju), kas satur elementus, kuriem ir lielāka afinitāte pret skābekli nekā dzelzi.

Deoksidācijas rezultātā tiek reducēts dzelzs un veidojas oksīdi: kuriem ir mazāks blīvums nekā tēraudam un tie tiek izvadīti izdedžos.

Difūzijas deoksidāciju veic ar izdedžu deoksidāciju. Feromangāns, ferosilīcijs un alumīnijs sasmalcinātā veidā tiek uzkrauti uz izdedžu virsmas. Deoksidētāji, samazinot dzelzs oksīdu, samazina tā saturu sārņos. Līdz ar to tēraudā izšķīdinātais dzelzs oksīds pārvēršas izdedžos. Šajā procesā izveidotie oksīdi paliek izdedžos, un reducētā dzelzs pāriet tēraudā, savukārt nemetālisko ieslēgumu saturs tēraudā samazinās un tā kvalitāte palielinās.

Atkarībā no deoksidācijas pakāpes tēraudus kausē:

a) mierīgs

b) vārot,

c) daļēji mierīgs.

Mierīgu tēraudu iegūst, pilnībā deoksidējot krāsnī un kausā.

Vārošs tērauds krāsnī netiek pilnībā deoksidēts. Tā deoksidācija turpinās veidnē lietņa sacietēšanas laikā, pateicoties dzelzs oksīda un oglekļa mijiedarbībai:

Iegūtais oglekļa monoksīds tiek atbrīvots no tērauda, ​​palīdzot izvadīt no tērauda slāpekli un ūdeņradi, gāzes izdalās burbuļu veidā, liekot tam vārīties. Verdošais tērauds nesatur nemetāliskus ieslēgumus, tāpēc tam ir laba elastība.

Daļēji klusajam tēraudam ir starpposma deoksidācija starp klusumu un vārīšanu. Dzelzs oksīda un tēraudā esošā oglekļa mijiedarbības dēļ tas tiek daļēji deoksidēts krāsnī un kausā, bet daļēji veidnē.

Tērauda leģēšanu veic, kausējumā ievadot ferosakausējumus vai tīrus metālus vajadzīgajā daudzumā. Leģējošie elementi, kuriem ir zemāka afinitāte pret skābekli nekā dzelzs (), kausēšanas un liešanas laikā neoksidējas, tāpēc tie tiek ievadīti jebkurā kušanas laikā. Leģējošie elementi, kuriem ir lielāka afinitāte pret skābekli nekā dzelzs (), tiek ievadīti metālā pēc deoksidācijas vai vienlaikus ar to kausējuma beigās un dažreiz kausā.

Tērauda kausēšanas metodes

Čuguns tiek pārveidots par tēraudu dažādu darbības principu metalurģijas vienībās: martena krāsnīs, skābekļa pārveidotājos, elektriskās krāsnīs.

Tērauda ražošana atvērtā kamīna krāsnīs

Mārtiņa process (1864-1865, Francija). Līdz septiņdesmitajiem gadiem tā bija galvenā tērauda ražošanas metode. Metodi raksturo salīdzinoši zema produktivitāte un iespēja izmantot otrreizējo metālu - tērauda lūžņus. Krāsns jauda ir 200…900 tonnas Metode ļauj ražot augstas kvalitātes tēraudu.

Atvērta kamīna krāsns (Zīm.) pēc konstrukcijas un darbības principa ir liesmas reverberācijas reģeneratīvā krāsns. Kausēšanas telpā tiek sadedzināta gāzveida gāze

degviela vai mazuts. Augsto temperatūru tērauda iegūšanai kausētā stāvoklī nodrošina siltuma atgūšana no krāsns gāzēm.

Mūsdienīga martena krāsns ir horizontāli iegarena kamera, kas izgatavota no ugunsizturīga ķieģeļa. Darba kušanas telpu no apakšas ierobežo pavards 12, no augšas ar arku 11 , un sānos ir 5 priekšējās un 10 aizmugurējās sienas. Kurtuvei ir vannas forma ar nogāzēm pret krāsns sienām. Priekšējā sienā ir iekraušanas logi 4 lādiņa un plūsmas padevei, bet aizmugurējā sienā ir caurums 9 gatavā tērauda atbrīvošanai.

Rīsi. 2. Atvērta pavarda krāsns shēma

Darba telpas īpašība ir krāsns dibena laukums, kas tiek aprēķināts iekraušanas logu sliekšņu līmenī. Abos kausēšanas telpas galos ir kurtuves galviņas 2, kas kalpo degvielas sajaukšanai ar gaisu un šī maisījuma ievadīšanai kausēšanas telpā. Kā degvielu izmanto dabasgāzi un mazutu.

Lai sildītu gaisu un gāzi, strādājot ar zemas kaloritātes gāzi, krāsnī ir divi reģeneratori 1.

Reģenerators - kamera, kurā ievietota sprausla - būrī ielikts ugunsizturīgs ķieģelis, kas paredzēts gaisa un gāzu sildīšanai.

Gāzēm, kas iziet no krāsns, temperatūra ir 1500...1600 0 C. Ieejot reģeneratorā, gāzes uzsilda sprauslu līdz temperatūrai 1250 0 C. Caur vienu no reģeneratoriem tiek padots gaiss, kas, izejot caur sprauslu, tiek piegādāts gaiss. uzsilst līdz 1200 0 C un nonāk krāsns galvā, kur sajaucas ar degvielu, pie izejas no galvas veidojas deglis 7, kas vērsts uz lādiņu 6.

Izplūdes gāzes iet caur pretējo galvu (pa kreisi), tīrīšanas ierīcēm (izdedžu tvertnēm), kas kalpo izdedžu un putekļu daļiņu atdalīšanai no gāzes un tiek nosūtītas uz otro reģeneratoru.

Atdzesētās gāzes iziet no krāsns caur skursteni 8.

Pēc atdzesēšanas labā reģeneratora sprauslas pārslēdz vārstus, un gāzu plūsma krāsnī maina virzienu.

Liesmas temperatūra sasniedz 1800 0 C. Deglis uzsilda krāsns darba telpu un lādiņu. Deglis veicina lādiņa piemaisījumu oksidēšanos kausēšanas laikā.

Kušanas ilgums ir 3...6 stundas, lielām krāsnīm - līdz 12 stundām. Gatavo kausējumu izlaiž caur caurumu, kas atrodas iekšā aizmugurējā siena ieslēgts zemāks līmenis Poda. Caurums ir cieši aizsprostots ar zemas salipšanas ugunsizturīgiem materiāliem, kas tiek izsisti, kad kausējums tiek atbrīvots. Krāsnis darbojas nepārtraukti līdz to apstādināšanai uz kapitālo remontu - 400...600 sild.

Atkarībā no kausēšanā izmantotā lādiņa sastāva ir dažādi martena procesa veidi:

lūžņu process, kurā lādiņš sastāv no tērauda lūžņiem (lūžņiem) un 25...45% čuguna, procesu izmanto rūpnīcās, kur nav domnu, bet daudz metāllūžņu.

lūžņu-rūdas process, kurā lādiņš sastāv no šķidrās dzelzs (55...75%), lūžņiem un dzelzsrūdas, procesu izmanto metalurģijas rūpnīcās ar domnām.

Krāsns oderējums var būt bāzisks vai skābs. Ja tērauda kausēšanas procesā sārņos dominē bāzes oksīdi, tad procesu sauc galvenais martena process, un, ja tas ir skābs, skābs.

Lielākais tērauda daudzums tiek ražots rūdas lūžņu procesā atklātās kurtuves krāsnīs ar galveno oderi.

Dzelzsrūda un kaļķakmens tiek iekrautas krāsnī, un pēc karsēšanas tiek ievadīti lūžņi. Pēc lūžņu karsēšanas krāsnī ielej šķidru čugunu. Kušanas periodā rūdas oksīdu un lūžņu ietekmē intensīvi oksidējas čuguna piemaisījumi: silīcijs, fosfors, mangāns un daļēji ogleklis. Oksīdi veido izdedžus ar augsts saturs dzelzs un mangāna oksīdi (dzelzs izdedži). Pēc tam tiek veikts vannas “vārīšanās” periods: krāsnī tiek ievietota dzelzsrūda un vanna tiek iztīrīta ar skābekli, kas tiek piegādāts caur caurulēm 3. Šajā laikā kurināmā un gaisa padeve krāsnī tiek izslēgta un izdedži tiek noņemti.

Sēra atdalīšanai tiek radīti jauni izdedži, uz metāla virsmas uzklājot kaļķi, pievienojot boksītu, lai samazinātu izdedžu viskozitāti. Izdedžu saturs palielinās un samazinās.

“Vārīšanās” periodā ogleklis intensīvi oksidējas, tāpēc maisījumam jāsatur lieko oglekli. Šajā posmā metāls tiek nogādāts norādītajā līmenī ķīmiskais sastāvs, no tā tiek noņemtas gāzes un nemetāliski ieslēgumi.

Pēc tam metāls tiek deoksidēts divos posmos. Pirmkārt, deoksidācija notiek, oksidējot metāla oglekli, vienlaikus pievadot vannai deoksidējošus līdzekļus - feromangānu, ferosilīciju, alumīniju. Galīgo deoksidāciju ar alumīniju un ferosilīciju veic kausā, kad tērauds tiek atbrīvots no krāsns. Pēc kontroles paraugu ņemšanas tērauds tiek izlaists kausā.

Galvenajās martena krāsnīs kausē oglekļa konstrukciju tēraudus, mazleģētus un vidēji leģētus tēraudus (mangānu, hromu), izņemot augsti leģētos tēraudus un sakausējumus, kurus ražo elektriskās kausēšanas krāsnīs.

Augstas kvalitātes tēraudus kausē skābās martena krāsnīs. Tiek izmantots maisījums ar zemu sēra un fosfora saturu.

Tērauds satur mazāk ūdeņraža un skābekļa un nemetālisku ieslēgumu. Līdz ar to skābajam tēraudam ir augstākas mehāniskās īpašības, īpaši triecienizturība un elastība, un to izmanto īpaši kritiskām detaļām: lielu dzinēju kloķvārpstām, jaudīgu turbīnu rotoriem, lodīšu gultņiem.

Galvenie tērauda ražošanas tehniskie un ekonomiskie rādītāji atvērtā kamīna krāsnīs ir:

· krāsns produktivitāte - tērauda izņemšana no 1m2 pavarda laukuma dienā (t/m2 dienā), vidēji 10 t/m2; R

· degvielas patēriņš uz 1 tonnu saražotā tērauda ir vidēji 80 kg/t.

Krāsnīm kļūstot lielākām, palielinās to ekonomiskā efektivitāte.

Tērauda ražošana skābekļa pārveidotājos

Skābekļa pārveidotāja process ir tērauda kausēšana no šķidrā čuguna pārveidotājā ar galveno oderējumu un skābekļa izpūšana caur ūdens dzesēšanas cauruli.

Pirmie eksperimenti 1933.-1934.gadā - Mozgovojs.

Rūpnieciskā mērogā - 1952.-1953. gadā rūpnīcās Lincā un Donavicā (Austrija) - to sauca par LD procesu. Pašlaik šī metode ir galvenā tērauda masveida ražošanā.

Skābekļa pārveidotājs ir bumbierveida trauks, kas izgatavots no tērauda loksnes, izklāts ar pamatķieģeļu.

Pārveidotāja jauda ir 130…350 tonnas šķidrā čuguna. Darbības laikā pārveidotāju var pagriezt par 360°, lai iekrautu lūžņus, ielej čugunu, notecinātu tēraudu un izdedžus.

Skābekļa pārveidotāja procesa lādēšanas materiāli ir šķidrais čuguns, tērauda lūžņi (ne vairāk kā 30%), kaļķi izdedžu noņemšanai, dzelzsrūda, kā arī boksīts un fluoršpats izdedžu sašķidrināšanai.

Tehnoloģisko darbību secība, kausējot tēraudu skābekļa pārveidotājos, ir parādīta attēlā. 3.

Rīsi. 3. Tehnoloģisko operāciju secība, kausējot tēraudu skābekļa pārveidotājos

Pēc nākamās tērauda kausēšanas izplūdes atveri aizzīmogo ar ugunsizturīgu masu un pārbauda un salabo oderi.

Pirms kausēšanas pārveidotājs tiek sasvērts un rīsu lūžņi tiek iekrauti, izmantojot uzlādes iekārtas. (3. a), čugunu ielej 1250...1400 0 C temperatūrā (3. b att.).

Pēc tam pārveidotājs tiek pagriezts darba stāvoklī (3.c att.), iekšpusē tiek ievietota atdzesēta lance un caur to tiek piegādāts skābeklis ar spiedienu 0,9...1,4 MPa. Vienlaikus ar pūšanas sākumu tiek iekrauts kaļķis, boksīts un dzelzsrūda. Skābeklis iekļūst metālā, liekot tam cirkulēt pārveidotājā un sajaukties ar izdedžiem. Zem tuyere veidojas temperatūra 2400 0 C. Dzelzs oksidējas skābekļa strūklas saskares zonā ar metālu. Dzelzs oksīds izšķīst sārņos un metālā, bagātinot metālu ar skābekli. Izšķīdušais skābeklis oksidē metālā esošo silīciju, mangānu un oglekli, un to saturs samazinās. Metālu silda oksidācijas laikā izdalītais siltums.

Fosfors tiek noņemts vannas attīrīšanas ar skābekli sākumā, kad tās temperatūra ir zema (fosfora saturs čugunā nedrīkst pārsniegt 0,15%). Plkst palielināts saturs Lai atdalītu fosforu, nepieciešams novadīt izdedžus un ieviest jaunu, kas samazina pārveidotāja produktivitāti.

Sērs tiek noņemts visā kausēšanas procesā (sēra saturam čugunā jābūt līdz 0,07%).

Skābekļa padeve tiek pārtraukta, kad oglekļa saturs metālā atbilst norādītajai vērtībai. Pēc tam pārveidotāju pagriež un tēraudu izlaiž kausā (3. att. d), kur to deoksidē, izmantojot nogulsnēšanas metodi ar feromangānu, ferosilīciju un alumīniju, pēc tam izdedžus novada (3. e att.) .

Skābekļa pārveidotājos tiek kausēti tēraudi ar dažādu oglekļa saturu, verdoši un mierīgi, kā arī mazleģētie tēraudi. Leģējošie elementi izkausētā veidā tiek ievadīti kausā, pirms tajā tiek izlaists tērauds.

Kausēšana konverteros ar jaudu 130...300 tonnas beidzas 25...30 minūtēs.

Bibliogrāfija

1. Materiālzinātne un metāla tehnoloģija: mācību grāmata augstskolām par mašīnbūves specialitātēm / G.P. Fetisovs, M.G. Karpmans, V.M. Matjuņins un citi - M.: pabeigt skolu, 2000. - 637 lpp.: ill.

2. Materiālzinātne: Mācību grāmata universitātēm, kas māca apmācības un specializācijas jomā inženierzinātņu un tehnoloģiju jomā / B.N. Arzamasovs, V.I. Makarova, G.G. Mukhin et al. - 5. izd., stereotips. - M.: Izdevniecība MSTU im. N.E. Bauman, 2003. - 646 lpp.: ill.

3. Lahtins Ju.M., Ļeontjeva V.N. Materiālzinātne. Mācību grāmata tehniskajām universitātēm. speciālists. - 3. izdevums. - M. Mašīnbūve, 2000. - 528 lpp.

4. Konstrukciju materiālu tehnoloģija: Mācību grāmata mašīnbūves augstskolu studentiem / A.M. Daļskis, T.M. Barsukova, L.N. Bukharkins un citi; Ģenerāļa vadībā ed.A.M. Dalskis. - 5. izd., red. - M. Mašīnbūve, 2003. - 511 lpp.: ill.

5. Konstrukciju materiālu tehnoloģija. Mācību grāmata augstskolu mašīnbūves specialitāšu studentiem 4 stundās Rediģēja D.M. Sokolova, S.A. Vasins, G. G. Dubenskis. - Tula. Tulas Valsts universitātes izdevniecība. - 2007. gads.

6. Materiālzinātne un konstrukciju materiālu tehnoloģija. Mācību grāmata augstskolām / Yu.P. Solncevs, V.A. Veselovs, V.P. Demjancevičs, A.V. Kuzins, D.I. Čašņikovs. - 2. izdevums, pārskatīts, papildu. - M. MISIS, 2006. - 576 lpp.

7. Bogodukhovs S.I. Materiālzinātnes kurss jautājumos un atbildēs: Proc. rokasgrāmata universitātēm, izglītības. sagatavošanas virzienā. Bakalaura grāds "Tehnoloģijas, iekārtu un automātisko mašīnbūves ražošana" un specializācija. “Mašīnbūves tehnoloģija”, “Metāla griešanas mašīnas un instrumenti” utt. / S.I. Bogoduhovs, V.F. Grebenjuks, A.V. Sinjukins. - M.: Mašīnbūve, 2003. - 255 lpp.: ill.

8. Koļesovs S.N. Materiālzinātne un būvmateriālu tehnoloģija: Mācību grāmata elektrotehnikas un elektromehānikas speciālistu studentiem. Universitātes / S.N. Koļesovs, I.S. Koļesovs. - M. Augstskola, 2004. - 518 lpp.: ill.

9. Materiālzinātne. Būvmateriālu tehnoloģija: pamācība augstskolu studentiem, apmācība. piemēram "Elektrotehnika, elektromehānika un elektrotehnika" / A.V. Šiškins un citi; rediģēja V.S. Čeredņičenko. - 3. izdevums, dzēsts. - M.: OMEGA-L, 2007. - 751 lpp.: ill. (Augstākā tehniskā izglītība). - (Pamācība)

10. Drits M.E., Moskalev M.A. Konstrukciju materiālu tehnoloģija un materiāli zinātne: Proc. nemašīnbūves specialitāšu studentiem. Universitātes. - M.: Augstskola, 2005. - 446 lpp., ill.

11. Tarasovs V.L. Konstrukciju materiālu tehnoloģija: Mācību grāmata. augstskolām atbilstoši īpašajām vajadzībām "Kokapstrādes tehnoloģija" / Maskava. Valsts Meža universitāte. - M.: Izdevniecība Mosk. Valsts Meža universitāte, 2006. - 326 lpp.: ill.

Ievietots vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Metalurģijas ražošanas pamati. Dzelzs un tērauda ražošana. Procesi tiešai dzelzs ieguvei no rūdām. Kausēšanas krāšņu priekšrocības. Metodes tērauda kvalitātes uzlabošanai. Metodes un metodes izvēle sagataves iegūšanai. Visparīgie principi sagataves izvēle.

lekciju kurss, pievienots 20.02.2010


Tērauda kausēšanas tehnoloģijas iezīmes. Metožu izstrāde tērauda ražošanai no čuguna. Skābekļa pārveidotāja tērauda kausēšanas process. Skābekļa pārveidotāja kausēšanas tehnoloģiskās darbības. Tērauda ražošana atklātās kurtuvēs un elektriskajās krāsnīs.

lekcija, pievienota 06.12.2008


Tērauda uzbūve un īpašības, izejmateriāli. Tērauda ražošana pārveidotājos, martena krāsnīs un elektriskās loka krāsnīs. Tērauda kausēšana indukcijas krāsnīs. Tērauda rafinēšana ārpus krāsns. Tērauda liešana. Īpaši veidi tērauda elektrometalurģija.

abstrakts, pievienots 22.05.2008


Sākotnējie materiāli dzelzs kausēšanai. Domnas celtniecība. Tērauda kausēšana skābekļa pārveidotājos, martena un elektriskās krāsnīs. Domnu izstrādājumi. Vara, alumīnija ražošana. Tērauda termiskā un ķīmiski-termiskā apstrāde.

apmācības rokasgrāmata, pievienota 04/11/2010


Tērauda klasifikācija un marķēšana. Tērauda ražošanas metožu raksturojums. Tērauda kausēšanas tehnoloģijas pamati martena, loka un indukcijas krāsnīs. Universāls agregāts "Conarc". Sadzīves kausu-krāsns bloki tērauda apstrādei ārpus krāsns.

kursa darbs, pievienots 11.08.2012


Metālu rūpnieciskā klasifikācija. Izejmateriāli domnas kausēšanai. Tērauda ražošana skābekļa pārveidotājos, martena un dubultvannas krāsnīs. Domnu izstrādājumi. Pirometalurģiskie un hidrometalurģiskie procesi.

abstrakts, pievienots 22.10.2013


Dzelzs un tērauda ražošana. Konvertora un martena metodes tērauda ražošanai, domnas kausēšanas būtība. Tērauda ražošana elektriskajās krāsnīs. Tehniskie un ekonomiskie rādītāji un Salīdzinošās īpašības modernas metodes tērauda iegūšana.

abstrakts, pievienots 22.02.2009


Tērauda kausēšana elektriskajās krāsnīs. Izplūdes gāzu tīrīšana. Ierīce metāla elektromagnētiskai sajaukšanai. Tērauda kausēšana galvenajā elektriskā loka krāsnī. Metodes elektrotērauda ražošanas procesa intensificēšanai. Sintētisko izdedžu izmantošana.

kursa darbs, pievienots 06.07.2009


Mūsdienu dzelzs un tērauda metalurģiskā ražošana. Mūsdienu metalurģijas ražošanas shēma. Melnās metalurģijas izstrādājumi. Velmēšana (granulu ražošana). Dzelzs un oglekļa sakausējuma veidošanās zemā temperatūrā. Atjauno mani

lekcija, pievienota 06.12.2008


Dzelzs mehāniskās īpašības. Allotropija kā svarīga dzelzs īpašība. Dzelzs stāvokļa diagramma. Dzelzs kristālisko modifikāciju brīvo enerģiju izmaiņu shēma. Termiskā analīzes metode. Dzelzs dzesēšanas līkne. Tīras dzelzs kritiskie punkti.