ფოლადის დნობა: ტექნოლოგია, მეთოდები, ნედლეული

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 13:57

რკინის საბადო მიიღება ჩვეულებრივი გზით: ღია კარის ან მიწისქვეშა მოპოვება და შემდგომი ტრანსპორტირება პირველადი მომზადებისთვის, სადაც ხდება მასალის დაქუცმაცება, გარეცხვა და დამუშავება.

მადანს ასხამენ აფეთქებულ ღუმელში და აფეთქდებიან ცხელი ჰაერითა და სითბოთი, რაც მას გამდნარ რკინად აქცევს. შემდეგ იგი ამოღებულია ღუმელის ძირიდან ღორების სახელით ცნობილ ყალიბებში, სადაც გაცივდება ღორის რკინის წარმოებისთვის. იგი გადაიქცევა დამუშავებულ რკინად ან გადამუშავდება ფოლადად რამდენიმე გზით.

რა არის ფოლადი?

თავიდან იყო რკინა. ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ლითონი დედამიწის ქერქში. ის გვხვდება თითქმის ყველგან, ბევრ სხვა ელემენტთან ერთად, მადნის სახით. ევროპაში რკინის სამუშაოები თარიღდება ძვ.წ 1700 წლით.

1786 წელს ფრანგმა მეცნიერებმა ბერტოლეტმა, მონჟმა და ვანდერმონდმა ზუსტად დაადგინეს, რომ განსხვავება რკინას, თუჯსა და ფოლადს შორის განპირობებულია ნახშირბადის განსხვავებული შემცველობით. მიუხედავად ამისა, რკინისგან დამზადებული ფოლადი სწრაფად გახდა ინდუსტრიული რევოლუციის ყველაზე მნიშვნელოვანი ლითონი. მე-20 საუკუნის დასაწყისში მსოფლიო ფოლადის წარმოება 28 იყომილიონი ტონა - ეს ექვსჯერ მეტია, ვიდრე 1880 წელს. პირველი მსოფლიო ომის დასაწყისისთვის მისი წარმოება 85 მილიონი ტონა იყო. რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში მან პრაქტიკულად შეცვალა რკინა.

ნახშირბადის შემცველობა გავლენას ახდენს ლითონის მახასიათებლებზე. ფოლადის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს: შენადნობი და არაშენადნობი. ფოლადის შენადნობი ეხება ქიმიურ ელემენტებს, გარდა რკინაში დამატებული ნახშირბადისა. ამრიგად, 17% ქრომის და 8% ნიკელის შენადნობი გამოიყენება უჟანგავი ფოლადის შესაქმნელად.

ამჟამად, არსებობს 3000-ზე მეტი კატალოგიზირებული ბრენდი (ქიმიური კომპოზიციები), არ ჩავთვლით მათ, რომლებიც შექმნილია ინდივიდუალური საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. ყველა მათგანი ხელს უწყობს ფოლადი გახდეს ყველაზე შესაფერისი მასალა მომავლის გამოწვევებისთვის.

ფოლადის წარმოების ნედლეული: პირველადი და მეორადი

ამ ლითონის დნობა მრავალი კომპონენტის გამოყენებით არის ყველაზე გავრცელებული სამთო მეთოდი. დამუხტვის მასალები შეიძლება იყოს როგორც პირველადი, ასევე მეორადი. მუხტის ძირითადი შემადგენლობა, როგორც წესი, არის 55% რკინა და 45% დარჩენილი ჯართი. შენადნობის ძირითად ელემენტად გამოიყენება ფეროშენადნობები, გარდაქმნილი თუჯი და კომერციულად სუფთა ლითონები, როგორც წესი, შავი ლითონის ყველა სახეობა კლასიფიცირდება როგორც მეორადი.

რკინის საბადო არის ყველაზე მნიშვნელოვანი და ძირითადი ნედლეული რკინისა და ფოლადის ინდუსტრიაში. ამ მასალის დაახლოებით 1,5 ტონა სჭირდება ერთი ტონა ღორის რკინის წარმოებას. დაახლოებით 450 ტონა კოქსი გამოიყენება ერთი ტონა ღორის რკინის წარმოებისთვის. ბევრი რკინის საწარმონახშირიც კი გამოიყენება.

წყალი მნიშვნელოვანი ნედლეულია რკინისა და ფოლადის მრეწველობისთვის. იგი ძირითადად გამოიყენება კოქსის ჩაქრობის, აფეთქების ღუმელის გაგრილებისთვის, ქვანახშირის ღუმელის კარის ორთქლის წარმოებისთვის, ჰიდრავლიკური აღჭურვილობის ექსპლუატაციისთვის და ჩამდინარე წყლების გასატანად. ერთი ტონა ფოლადის წარმოებას დაახლოებით 4 ტონა ჰაერი სჭირდება. ფლუქსი გამოიყენება აფეთქების ღუმელში დამაბინძურებლების მოსაპოვებლად დნობის მადნიდან. კირქვა და დოლომიტი ერწყმის მოპოვებულ მინარევებს და წარმოქმნის წიდას.

როგორც საფეთქლის, ისე ფოლადის ღუმელები გაფორმებულია ცეცხლგამძლე მასალებით. ისინი გამოიყენება რკინის მადნის დნობისთვის განკუთვნილი ღუმელების მოსაპირკეთებლად. ჩამოსხმისთვის გამოიყენება სილიციუმის დიოქსიდი ან ქვიშა. ფერადი ლითონები გამოიყენება სხვადასხვა კლასის ფოლადის წარმოებისთვის: ალუმინი, ქრომი, კობალტი, სპილენძი, ტყვია, მანგანუმი, მოლიბდენი, ნიკელი, კალა, ვოლფრამი, თუთია, ვანადიუმი და ა.შ. ყველა ამ ფეროშენადნობთა შორის მანგანუმი ფართოდ გამოიყენება ფოლადის წარმოებაში.

რკინის ნარჩენები დემონტაჟი ქარხნის სტრუქტურებიდან, მანქანებიდან, ძველი მანქანებიდან და ა.შ. გადამუშავდება და ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში.

რკინა ფოლადისთვის

ფოლადის დნობა თუჯით ბევრად უფრო ხშირია, ვიდრე სხვა მასალებთან. თუჯი არის ტერმინი, რომელიც ჩვეულებრივ ეხება ნაცრისფერ რკინას, თუმცა ის ასევე იდენტიფიცირებულია ფეროშენადნობების დიდ ჯგუფთან. ნახშირბადი შეადგენს დაახლოებით 2,1-დან 4 wt%-ს, ხოლო სილიციუმი, როგორც წესი, არის 1-დან 3 wt% შენადნობაში.

რკინის და ფოლადის დნობა ხდება ტემპერატურაზედნობის წერტილი 1150-დან 1200 გრადუსამდეა, რაც დაახლოებით 300 გრადუსით დაბალია ვიდრე სუფთა რკინის დნობის წერტილი. თუჯს ასევე აქვს კარგი სითხე, შესანიშნავი დამუშავების უნარი, დეფორმაციის, დაჟანგვისა და ჩამოსხმის წინააღმდეგობა.

ფოლადი ასევე არის რკინის შენადნობი ცვლადი ნახშირბადის შემცველობით. ფოლადის ნახშირბადის შემცველობა არის 0,2-დან 2,1 მასამდე, და ეს არის რკინის ყველაზე ეკონომიური შენადნობი მასალა. თუჯისგან ფოლადის დნობა სასარგებლოა სხვადასხვა საინჟინრო და სტრუქტურული მიზნებისთვის.

რკინის საბადო ფოლადისთვის

ფოლადის დამზადების პროცესი იწყება რკინის მადნის გადამუშავებით. რკინის მადნის შემცველი კლდე დამსხვრეულია. მადნის მოპოვება ხდება მაგნიტური ლილვაკების გამოყენებით. წვრილმარცვლოვანი რკინის საბადო მუშავდება მსხვილმარცვლოვან სიმსივნეებად აფეთქების ღუმელში გამოსაყენებლად. ქვანახშირი იხვეწება კოქსის ღუმელში ნახშირბადის თითქმის სუფთა ფორმის მისაღებად. რკინის მადნისა და ნახშირის ნარევი შემდეგ თბება, რათა წარმოიქმნას გამდნარი რკინა, ან ღორის რკინა, საიდანაც მზადდება ფოლადი.

მთავარ ჟანგბადის ღუმელში, გამდნარი რკინის საბადო არის მთავარი ნედლეული და შერეულია სხვადასხვა რაოდენობის ჯართთან და შენადნობებთან, რათა წარმოიქმნას სხვადასხვა კლასის ფოლადი. ელექტრო რკალის ღუმელში გადამუშავებული ფოლადის ჯართი დნება პირდაპირ ახალ ფოლადად. ფოლადის დაახლოებით 12% მზადდება გადამუშავებული მასალისგან.

დნობის ტექნოლოგია

დნობა არის პროცესი, რომლის დროსაც ლითონი მიიღება ელემენტის სახით,როგორც მარტივი ნაერთი მისი საბადოდან მისი დნობის წერტილის ზემოთ გაცხელებით, როგორც წესი, ჟანგვის აგენტების თანდასწრებით, როგორიცაა ჰაერი ან შემცირების აგენტები, როგორიცაა კოქსი.

ფოლადის დამზადების ტექნოლოგიაში მეტალი, რომელიც შერწყმულია ჟანგბადთან, როგორიცაა რკინის ოქსიდი, თბება მაღალ ტემპერატურამდე და ოქსიდი წარმოიქმნება ნახშირბადთან ერთად საწვავში, რომელიც გამოიყოფა ნახშირბადის მონოქსიდის ან ნახშირბადის სახით. დიოქსიდი.სხვა მინარევები, რომლებსაც ერთობლივად უწოდებენ ვენებს, ამოღებულია ნაკადის დამატებით, რომლითაც ისინი შერწყმულია და წარმოქმნის წიდას.

თანამედროვე ფოლადის წარმოება იყენებს რევერბერატორულ ღუმელს. კონცენტრირებული მადანი და ნაკადი (ჩვეულებრივ კირქვა) დატვირთულია ზემოდან, ხოლო გამდნარი მქრქალი (სპილენძის, რკინის, გოგირდის და წიდის ნაერთი) ამოღებულია ქვემოდან. მეორე თერმული დამუშავება კონვერტორულ ღუმელში აუცილებელია რკინის მქრქალი საფარიდან მოსაშორებლად.

ჟანგბადის კონვექტორის მეთოდი

BOF პროცესი მსოფლიოში წამყვანი ფოლადის წარმოების პროცესია. კონვერტორული ფოლადის მსოფლიო წარმოებამ 2003 წელს შეადგინა 964,8 მლნ ტონა ანუ მთლიანი წარმოების 63,3%. კონვერტორების წარმოება გარემოს დაბინძურების წყაროა. ამის მთავარი პრობლემაა ემისიების შემცირება, ჩაშვება და ნარჩენების შემცირება. მათი არსი მდგომარეობს მეორადი ენერგიისა და მატერიალური რესურსების გამოყენებაში.

ეგზოთერმული სითბო წარმოიქმნება ჟანგვის რეაქციების შედეგად აფეთქების დროს.

ფოლადის დამზადების ძირითადი პროცესი ჩვენის გამოყენებითაქციები:

• მდნარ რკინას (ზოგჯერ მას უწოდებენ ცხელ ლითონს) აფეთქების ღუმელიდან შეედინება დიდ ცეცხლგამძლე ჭურჭელში, რომელსაც ეწოდება ლანჩი.
• სათავსოში ლითონი იგზავნება პირდაპირ ფოლადის წარმოების ან წინასწარი დამუშავების ეტაპზე.
• მაღალი სისუფთავის ჟანგბადი 700-1000 კილოპასკალის წნევით შეჰყავთ ზებგერითი სიჩქარით რკინის აბაზანის ზედაპირზე წყლის გაგრილებული შუბის მეშვეობით, რომელიც შეჩერებულია ჭურჭელში და ინახება აბანოდან რამდენიმე ფუტის ზემოთ..

წინასწარი დამუშავების გადაწყვეტილება დამოკიდებულია ცხელი ლითონის ხარისხზე და საბოლოო ფოლადის სასურველ ხარისხზე. პირველივე მოსახსნელი ქვედა კონვერტორები, რომელთა მოხსნა და შეკეთება შესაძლებელია, ჯერ კიდევ გამოიყენება. საფეთქლად გამოყენებული შუბები შეიცვალა. აფეთქების დროს შუბის დაჭიმვის თავიდან ასაცილებლად გამოიყენებოდა ნაჭრიანი საყელოები გრძელი სპილენძის წვერით. წვერის წვერები წვის შემდეგ იწვება CO_{2-ში წარმოქმნილი CO და უზრუნველყოფს დამატებით სითბოს. ისრები, ცეცხლგამძლე ბურთები და წიდის დეტექტორები გამოიყენება წიდის მოსაშორებლად.}

ჟანგბადის კონვექტორის მეთოდი: უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

არ საჭიროებს გაზის გამწმენდი აღჭურვილობის ღირებულებას, რადგან მტვრის წარმოქმნა, ანუ რკინის აორთქლება მცირდება 3-ჯერ. რკინის მოსავლიანობის შემცირების გამო შეინიშნება თხევადი ფოლადის მოსავლიანობის მატება 1,5 - 2,5%-ით. უპირატესობა ის არის, რომ ამ მეთოდით აფეთქების ინტენსივობა იზრდება, რაც იძლევაკონვერტორის მუშაობის 18%-ით გაზრდის შესაძლებლობა. ფოლადის ხარისხი უფრო მაღალია, რადგან გაწმენდის ზონაში ტემპერატურა დაბალია, რაც იწვევს აზოტის ნაკლებ ფორმირებას.

ფოლადის დნობის ამ მეთოდის ნაკლოვანებებმა გამოიწვია მოხმარებაზე მოთხოვნის შემცირება, რადგან საწვავის წვის მაღალი მოხმარების გამო ჟანგბადის მოხმარების დონე იზრდება 7%-ით. გადამუშავებულ ლითონში არის გაზრდილი წყალბადის შემცველობა, რის გამოც პროცესის დასრულების შემდეგ გარკვეული დრო სჭირდება ჟანგბადით გაწმენდას. ყველა მეთოდს შორის ჟანგბადის გადამყვანს აქვს ყველაზე მაღალი წიდის წარმოქმნა, მიზეზი არის აპარატის შიგნით ჟანგვის პროცესის მონიტორინგის შეუძლებლობა.

ღია კერის მეთოდი

ღია კერის პროცესი მე-20 საუკუნის უმეტესი ნაწილის განმავლობაში წარმოადგენდა მთელ მსოფლიოში წარმოებული ფოლადის დამუშავების ძირითად ნაწილს. უილიამ სიმენსი, 1860-იან წლებში, ეძებდა საშუალებას მეტალურგიულ ღუმელში ტემპერატურის ასამაღლებლად, აღადგინა ძველი წინადადება ღუმელში წარმოქმნილი ნარჩენი სითბოს გამოყენების შესახებ. მან აგური გააცხელა მაღალ ტემპერატურაზე, შემდეგ იგივე გზა გამოიყენა ღუმელში ჰაერის შესატანად. წინასწარ გახურებულმა ჰაერმა საგრძნობლად გაზარდა ალის ტემპერატურა.

საწვავად გამოიყენება ბუნებრივი აირი ან ატომირებული მძიმე ზეთები; ჰაერი და საწვავი თბება წვის წინ. ღუმელი დატვირთულია თხევადი რკინისა და ფოლადის ჯართით, რკინის მადნით, კირქვით, დოლომიტით და ნაკადით.

თავად ღუმელი დამზადებულიაუაღრესად ცეცხლგამძლე მასალები, როგორიცაა მაგნეზიტის კერის აგური. ღია კერის ღუმელები იწონის 600 ტონას და ჩვეულებრივ დამონტაჟებულია ჯგუფურად, რათა ეფექტურად გამოიყენოს ღუმელების დამუხტვისა და თხევადი ფოლადის დასამუშავებლად საჭირო მასიური დამხმარე მოწყობილობა.

მიუხედავად იმისა, რომ უმეტეს ინდუსტრიულ ქვეყნებში ღია კერის პროცესი თითქმის მთლიანად შეიცვალა ჟანგბადის ძირითადი პროცესით და ელექტრული რკალის ღუმელით, ის შეადგენს მთელ მსოფლიოში წარმოებული ფოლადის დაახლოებით 1/6-ს.

ამ მეთოდის უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

უპირატესობებში შედის გამოყენების სიმარტივე და შენადნობი ფოლადის წარმოების სიმარტივე სხვადასხვა დანამატებით, რაც მასალას აძლევს სხვადასხვა სპეციალიზებულ თვისებებს. საჭირო დანამატები და შენადნობები ემატება უშუალოდ დნობის დასრულებამდე.

ნაკლოვანებები მოიცავს შემცირებულ ეფექტურობას ჟანგბადის კონვერტორის მეთოდთან შედარებით. ასევე, ფოლადის ხარისხი უფრო დაბალია ლითონის დნობის სხვა მეთოდებთან შედარებით.

ელექტრო ფოლადის დამზადების მეთოდი

ფოლადის დნობის თანამედროვე მეთოდი ჩვენი საკუთარი რეზერვების გამოყენებით არის ღუმელი, რომელიც ათბობს დამუხტულ მასალას ელექტრული რკალით. სამრეწველო რკალის ღუმელები ზომით მერყეობს მცირე ერთეულებიდან, რომელთა სიმძლავრეა დაახლოებით ერთი ტონა (გამოიყენება სამსხმელებში რკინის პროდუქტების წარმოებისთვის) მეორადი მეტალურგიაში გამოყენებული 400 ტონა ერთეულამდე..

რკალის ღუმელები,კვლევით ლაბორატორიებში გამოყენებული შეიძლება იყოს მხოლოდ რამდენიმე ათეული გრამი. სამრეწველო ელექტრული რკალის ღუმელის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 1800 °C-მდე (3, 272 °F), ხოლო ლაბორატორიული დანადგარები შეიძლება აღემატებოდეს 3000 °C (5432 °F).

რკალის ღუმელები განსხვავდებიან ინდუქციური ღუმელებისგან იმით, რომ დამტენი მასალა პირდაპირ ექვემდებარება ელექტრო რკალს და ტერმინალებში დენი გადის დამუხტულ მასალაში. ელექტრული რკალის ღუმელი გამოიყენება ფოლადის წარმოებისთვის, შედგება ცეცხლგამძლე საფარისგან, ჩვეულებრივ წყალში გაგრილებული, დიდი ზომის, გადახურული სახურავით.

ღუმელი ძირითადად იყოფა სამ ნაწილად:

• ჭურვი, რომელიც შედგება გვერდითი კედლებისა და ქვედა ფოლადის თასისგან.
• კერა შედგება ცეცხლგამძლე მასალისგან, რომელიც გამოაქვს ქვედა თასს.
• ცეცხლგამძლე მოპირკეთებული ან წყლით გაგრილებული სახურავი შეიძლება დამზადდეს როგორც ბურთიანი განყოფილება ან ჩამოჭრილი კონუსი (კონუსური განყოფილება).

მეთოდის უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

ეს მეთოდი ლიდერობს ფოლადის წარმოების სფეროში. ფოლადის დნობის მეთოდი გამოიყენება მაღალი ხარისხის ლითონის შესაქმნელად, რომელიც ან სრულიად მოკლებულია, ან შეიცავს მცირე რაოდენობით არასასურველ მინარევებს, როგორიცაა გოგირდი, ფოსფორი და ჟანგბადი.

მეთოდის მთავარი უპირატესობა არის ელექტროენერგიის გამოყენება გათბობისთვის, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ მარტივად აკონტროლოთ დნობის ტემპერატურა და მიაღწიოთ ლითონის გაცხელების წარმოუდგენელ სიჩქარეს. ავტომატური მუშაობა გახდებასასიამოვნო დამატება სხვადასხვა ჯართის მაღალი ხარისხის დამუშავების შესანიშნავი შესაძლებლობისთვის.

მინუსები მოიცავს ენერგიის მაღალ მოხმარებას.