Производство стали - SteelConstruction.info

1. [ Топ ] История производства стали
2. [ Топ ] Современное железо
3. [ Топ ] Переоборудование в сталь
4. [ Топ ] Основное производство кислорода из стали
5. [ Топ ] Электродуговая печь
6. [ Топ ] Вторичное производство стали
7. [ Топ ] Побочные продукты производства железа и стали
8. [ Топ ] Литье стали
9. [ Топ ] Непрерывное литье

Люди веками производили железо и сталь. Сталь способствовала промышленной революции и остается основой современной промышленно развитой экономики. Трудно представить мир без стали - будь то конструкция, транспортные средства, двигатели или машины, сталь всегда присутствует во всем, что мы делаем, и во всем, что мы делаем.

Универсальность стали, с точки зрения ее состава и свойств, ее отношения прочности к весу и ее способности быть бесконечно multicycled в новые продукты ставит сталь отдельно от других материалов и способствует ее постоянному успеху. В этой статье кратко объясняется, как делают железо и сталь. Отдельные статьи обсуждают, как материал превращается в стальные строительные изделия и основной свойства материала стали которые используются в дизайне.

• Загрузка горячего металла в печь BOS

[ Топ ] История производства стали

Еще 6000 лет назад ранние цивилизации использовали железную руду, найденную в метеоритах, для создания примитивных инструментов. Первые железные печи появились примерно в 1400 году до нашей эры. Это были очень простые округлые очаги, в которых железная руда и уголь нагревались до очень высоких температур. Разогревая металлург может забивать металл, чтобы удалить примеси и увеличить твердость. Было понято, что, делая высококачественное железо очень горячим и добавляя несколько других металлических элементов, можно получить еще более прочный материал.

Небольшие количества сырой стали были впервые изготовлены в Восточной Африке и Индии еще в 300 году до нашей эры. Европейцы и китайцы разработали процессы производства стали несколько сотен лет спустя. Промышленная революция оказала большое влияние на спрос на сталь для машин, железных дорог и других амбициозных промышленных проектов, и в 1855 году Генри Бессемер получил патент на свой процесс превращения чугуна в ковкий путем введения воздуха в жидкий металл для удаления углерода ,

История процесса производства стали в Бессемере является классическим примером военного импульса для технологического развития. Во время Крымской войны Бессемер изобрел артиллерийский снаряд нового типа. Генералы сообщили, что чугунные пушки того времени не были достаточно сильны, чтобы справиться с силами более мощного снаряда, поэтому Бессемер разработал свой улучшенный процесс выплавки чугуна, который производил большие количества стали высшего качества. Современная сталь все еще производится с использованием технологии, основанной на процессе Бессемера.

[ Топ ] Современное железо

Чугун производится в доменной печи. Сначала железную руду смешивают с коксом и нагревают, образуя богатый железом клинкер, называемый «агломерат». Спекание является важной частью всего процесса, так как оно сокращает отходы и обеспечивает эффективное сырье для производства железа.

Кокс производится из тщательно отобранных марок угля. Различные сорта угля хранятся отдельно и смешиваются перед передачей в коксовые печи. Уголь нагревается или «обугливается» в печах до тех пор, пока он не превратится в кокс. Затем его вынимают из печи, охлаждают и сортируют перед использованием в доменной печи. Угольный газ, полученный во время карбонизации, собирается и используется в качестве топлива в процессе производства, в то время как побочные продукты, такие как смола, бензол и сера, извлекаются для дальнейшей переработки.

Кокс, руда и агломерат подают или загружают в верхнюю часть доменной печи вместе с известняком. Взрыв горячего воздуха, от которого печь получила свое название, впрыскивается через форсунки, называемые «фурмы», в основании печи. Воздух дутья может быть обогащен кислородом, и иногда также вводится уголь или масло для обеспечения дополнительного тепла и снижения потребности в коксе. Взрыв раздувает тепло в печи до интенсивного раскаления, и железо в руде и агломерате выплавляется, образуя лужу расплавленного металла на дне или в очаге печи. Известняк объединяется с примесями и расплавленной породой из железной руды и агломерата, образуя жидкость. шлак «который, будучи легче металла, плавает поверх него.

• Доменная печь

Система загрузки в верхней части печи также действует как клапанный механизм, предотвращающий утечку газа, который отводится через трубы большого диаметра на газоочистную установку. Важной особенностью производства железа является то, что процесс непрерывен. Когда в очаге доменной печи накапливается достаточное количество расплавленного железа, его выпускают в ковши для производства стали. Когда шлак накапливается на поверхности расплавленного металла, он также отводится через регулярные промежутки времени через отдельную выемку или отверстие. Тем временем сырье продолжает загружаться в верхнюю часть печи, а нагретый воздух вдувается внизу. Этот процесс продолжается в течение всего «срока службы» печи, который может составлять 10 лет и более, прежде чем жаропрочная кирпичная футеровка начинает разрушаться. Печь затем перераспределяется.

Переработка железной руды для доменной печи

Делать железо

[ Топ ] Переоборудование в сталь

Основным сырьем для производства стали является либо горячий металл из доменная печь стальной лом или смесь того и другого. Пропорции используемого материала варьируются в зависимости от процесса и типа требуемой стали. Сталь можно описать в общих чертах как железо с большей частью удаленного углерода, чтобы сделать его жестче и больше пластичный , Существует множество форм (сортов) стали, каждая из которых имеет свой специфический химический состав и свойства для удовлетворения потребностей множества различных применений. Сегодня в Великобритании используются два основных процесса производства стали.

[ Топ ] Основное производство кислорода из стали

Горячий металл из доменная печь и стальной лом являются основными материалами, используемыми при производстве основных кислородных сталей (BOS). Современные печи, или «конвертеры», загружают до 350 тонн и превращают его в сталь примерно за 15 минут. Кислородный наконечник с водяным охлаждением опускается в конвертер, а кислород высокой чистоты дует на металл под очень высоким давлением. Кислород соединяется с углеродом и другими нежелательными элементами, удаляя их из расплавленного заряда. Эти реакции окисления производят тепло, а температура металла контролируется количеством добавленного лома.

• Лом загружается в печь BOS

• Загрузка горячего металла в печь BOS

Основные шаги в процессе ЛС

Углерод покидает конвертер в виде газа, оксида углерода, который после очистки можно собирать для повторного использования в качестве топлива. Во время «удара» известь добавляется в виде флюса, чтобы помочь унести другие окисленные примеси в виде плавающего слоя шлак , Количество лома, горячего металла, извести и других флюсов рассчитывается для обеспечения правильной температуры и состава стали. На многих заводах процессу очистки способствуют нагнетание газов, включая аргон, азот и углекислый газ, через основание печи. После рафинирования стали и отбора проб для проверки температуры и состава конвертер наклоняется и сталь выливается в ковш. Обычно содержание углерода в стали в конце рафинирования составляет около 0,04%. Во время постукивания могут быть добавлены сплавы, чтобы отрегулировать окончательный состав стали.

Когда вся сталь была выпущена, конвертер переворачивается вверх дном, а остаток шлак опрокидывается в ожидающий шлаковый ковш для удаления в пруд охлаждения шлака, откуда он дополнительно обрабатывается для утилизации любого материала, который может быть возвращен в процесс.

Процесс ЛС

[ Топ ] Электродуговая печь

Электродуговая печь (ЭДП)

Электродуговая печь (EAF) использует только холодный металлолом. Первоначально этот процесс использовался исключительно для производства высококачественной стали, например, для станков и пружинной стали, поскольку он давал более точный контроль над составом. Сегодня, однако, он также используется в производстве более широко используемых сталей, в том числе сплавов и нержавеющий марок, а также некоторые специальные углеродистые и низколегированные стали. Современные электродуговые печи могут производить до 150 тонн стали в одном расплаве.

Электродуговая печь состоит из круглой ванны с подвижной крышей, через которую можно поднимать или опускать три графитовых электрода. В начале процесса электроды извлекаются и крыша раскачивается. Затем стальной лом загружается в печь из большой стальной корзины, опускаемой с помощью мостового крана. Когда зарядка завершена, крыша возвращается в исходное положение и электроды опускаются в печь. Через заряд проходит мощный электрический ток, создается дуга, а выделяемое тепло плавит лом. Известь и плавиковый шпат добавляются в виде флюсов, а кислород поступает в расплав. В результате примеси в металле объединяются с образованием жидкости шлак ,

Электродуговая печь (ЭДП)

Образцы стали отбираются и анализируются до их контрольного состава, и, когда правильный состав и температура достигнуты, печь быстро выпускается в ковш. Окончательные корректировки для точной спецификации клиента могут быть сделаны путем добавления сплавов во время выпуска или, впоследствии, в вторичное производство стали Блок.

(Поскольку сталь EAF изготавливается из 100% лома, существует соблазн указать это предпочтение BOS сталь в разумных усилиях по снижению воздействия на окружающую среду. Это не поощряется металлургической промышленностью, а причины объясняются в Ресурсы раздел).

Основные шаги в процессе EAF

[ Топ ] Вторичное производство стали

После того, как расплавленный металл выпущен в ковш из BOS печь или EAF часто проводится одна или несколько дополнительных обработок в зависимости от требуемой марки стали. Эти дополнительные стадии рафинирования известны под общим названием вторичного производства стали и могут включать перемешивание в ковше с инжекцией аргона, порошка или проволоки, вакуумную дегазацию и нагрев дуги в ковше. Некоторые высококачественные стали объединяют все эти обработки. Эти процессы улучшают гомогенизацию температуры и состава, позволяют аккуратно подгонять их под точные композиции, удаляют вредные и нежелательные газы, такие как водород, и снижают содержание элементов, таких как сера, до очень низких уровней.

Вторичное производство стали

[ Топ ] Побочные продукты производства железа и стали

Как и во всех масштабных производственных процессах, при производстве чугуна и стали образуются побочные продукты. В среднем при производстве 1 тонны стали получается от 200 кг (EAF) до 400 кг (BF / BOF) побочных продуктов.

Основными побочными продуктами, производимыми при производстве чугуна и стали, являются шлаки (90%), пыль и шламы. Мировая средняя степень извлечения шлака варьируется от более 80% для сталеплавильного шлака до почти 100% для металлургического шлака.

Существуют три основных типа поступающего в продажу чугуна или шлаков BF, которые классифицируются по способу их охлаждения - с воздушным охлаждением, гранулированием и гранулированием (или расширением).

Шлак с воздушным охлаждением является твердым и плотным и особенно подходит для использования в качестве строительного заполнителя. Он также используется в готовом бетоне, бетонных изделиях, асфальтобетоне, дорожных основаниях и поверхностях, заполнителе, клинкерном сырье, железнодорожном балласте, кровле, минеральной вате (для использования в качестве изоляции) и кондиционере почвы.

Гранулированный шлак образует частицы стекла размером с песок и в основном используется для производства цементного материала. Бетоны, содержащие гранулированный шлак, обычно развивают прочность медленнее, чем бетоны, которые содержат только портландцемент - наиболее распространенный тип цемента - но могут иметь лучшую долговременную прочность, выделяют меньше тепла во время гидратации, имеют меньшую проницаемость и, как правило, демонстрируют лучшую устойчивость к химическим веществам. атака.

Гранулированный или вспененный шлак имеет везикулярную текстуру (например, вулканическую породу) и чаще всего используется в качестве легкого заполнителя. Тонко измельченный, он также обладает цементными свойствами.

Сталеплавильный шлак (BOF и EAF) охлаждают аналогично шлаку с воздушным охлаждением BF и используют для большинства тех же целей. Поскольку производственный процесс варьируется на этой стадии в зависимости от типа производимой стали, получающиеся в результате шлаки также имеют различные химические свойства, что делает их более сложными в использовании, чем шлаки для производства железа. Часть извлеченного шлака используется внутри сталеплавильной печи или агломерационной установки, в то время как приблизительно 50% извлеченного шлака используется снаружи в строительных приложениях, главным образом на дорогах.

Газы от производства железа и стали после очистки почти полностью используются внутри страны. Коксовый газ содержит около 55% водорода и может оказаться важным источником водорода в будущем. Он полностью используется на сталеплавильном заводе и может обеспечить до 40% мощности завода.

Пыль и шлам собираются в оборудовании для удаления загрязнений (фильтрах), подключенном к процессам производства чугуна и стали.

Шлам образуется из пыли или мелких частиц при различных процессах выплавки стали и прокатки и имеет высокое содержание влаги.

Пыль и шлам, удаляемые из газов, состоят в основном из железа и в основном могут снова использоваться при выплавке стали. Оксиды железа, которые не могут быть переработаны внутри страны, могут быть проданы другим отраслям промышленности для различных применений, от портландцемента до сердечников электродвигателей.

[ Топ ] Литье стали

Прежде чем расплавленную сталь можно будет прокатывать или формовать в готовые изделия, она должна затвердеть и сформоваться в стандартные полуфабрикаты для литья, которые доступны в основных формах, называемых заготовками, блюмами или слябами. До развития непрерывное литье В процессе, эти формы всегда были получены путем «разливки» (разливки) расплавленной стали в изложницы. Слитки помещают в ямы для смачивания (печи для разогрева слитков), чтобы довести их до однородной температуры перед тем, как передать их на первичные мельницы, которые затем начинают свернуть их в требуемые формы. Однако большинство современных сталей теперь непрерывно разливаются.

Для литья прядей разного поперечного сечения используются разные принципы проектирования. Ролики заготовок затвердевают от 80 до 175 мм квадратов или витков, ролики Блюма затвердевают секции размером 300 на 400 мм, а ролики заготовок балок дают большие, похожие на собачьи кости секции, которые непосредственно подаются в прокатный стан с двутавровой или двутавровой балкой. Огромные ролики для слябов при производстве укрепляют секции толщиной до 250 мм и шириной 2600 мм.

[ Топ ] Непрерывное литье

Процесс непрерывного литья

В процессе непрерывной разливки расплавленный металл заливается непосредственно в разливочную машину для производства заготовок, блюмов или слябов. Непрерывное литье устраняет необходимость в первичных и промежуточных прокатных станах, в пропиточных ямах, а также в хранении и использовании большого количества пресс-форм для слитков. Это также увеличивает выход годного к употреблению продукта из данного веса стали и перерабатывает сталь в полуфабрикатную форму, более близкую к таковой у готового продукта.

При этом ковш из стали доставляется на установку непрерывного литья с помощью мостового крана, и после предварительной обработки, которая может включать перемешивание путем впрыскивания инертного газа (аргона), открытая горловина ковша закрывается изолирующим материалом. крышка для уменьшения потерь тепла. Весь блок поднимается краном на вращающуюся башню. Это делает возможным последовательную разливку - разливку нескольких ковшей из стали одинаковой марки без остановки машины. Это также важный фактор снижения затрат. Перед операцией разливки газонепроницаемая огнеупорная труба устанавливается с внешней стороны сопла ковша. Это устройство предотвращает поглощение жидкой стали избыточного количества кислорода и азота из атмосферы. Затем открывается сопло ковша, что позволяет стали вытекать из ковша в разливочное устройство, резервуар, который подает охлаждаемую водой медную форму литейной машины через другую газонепроницаемую трубу с контролируемой скоростью. Когда затвердевает только ее внешняя оболочка, сталь вытягивается вниз из нижней части пресс-формы посредством изогнутого расположения опорных валков и струй воды, пока она не выйдет горизонтально в виде твердого стального сляба со стороны выгрузки машины, где она автоматически сократить до требуемой длины.

Процесс непрерывного литья

• Полуфабрикат из стали, выходящий из непрерывного литья

Этот сайт поддерживается Сталь для жизни с финансированием, предоставленным многими Членами Промышленности BCSA. Спонсоры, имеющие отношение к этой статье:

Серебряный

[ Топ ] Ресурсы

[ Топ ] Ресурсы

[ Топ ] Дальнейшее чтение

[ Топ ] Смотрите также

Похожие