Pagtunaw ng bakal: teknolohiya, pamamaraan, hilaw na materyales

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2024-01-02 14:03

Nakukuha ang iron ore sa karaniwang paraan: open pit o underground mining at kasunod na transportasyon para sa paunang paghahanda, kung saan ang materyal ay dinudurog, hinuhugasan at pinoproseso.

Ang mineral ay ibinubuhos sa isang blast furnace at sinasabog ng mainit na hangin at init, na ginagawa itong tinunaw na bakal. Pagkatapos ay aalisin ito mula sa ilalim ng hurno sa mga hulma na kilala bilang mga baboy, kung saan ito ay pinalamig upang makagawa ng baboy na bakal. Ginagawa itong wrought iron o pinoproseso sa bakal sa maraming paraan.

Ano ang bakal?

Sa simula ay may bakal. Ito ay isa sa mga pinakakaraniwang metal sa crust ng lupa. Ito ay matatagpuan halos lahat ng dako, kasama ng maraming iba pang mga elemento, sa anyo ng mineral. Sa Europe, ang gawaing bakal ay nagsimula noong 1700 BC

Noong 1786, tumpak na natukoy ng mga French scientist na sina Berthollet, Monge at Vandermonde na ang pagkakaiba sa pagitan ng iron, cast iron at steel ay dahil sa magkaibang carbon content. Gayunpaman, ang bakal, na gawa sa bakal, ay mabilis na naging pinakamahalagang metal ng Industrial Revolution. Sa simula ng ika-20 siglo, ang produksyon ng bakal sa mundo ay 28milyong tonelada - ito ay anim na beses na mas mataas kaysa noong 1880. Sa simula ng Unang Digmaang Pandaigdig, ang produksyon nito ay 85 milyong tonelada. Sa loob ng ilang dekada, halos napalitan na nito ang bakal.

Ang nilalaman ng carbon ay nakakaapekto sa mga katangian ng metal. Mayroong dalawang pangunahing uri ng bakal: alloyed at unalloyed. Ang bakal na haluang metal ay tumutukoy sa mga elemento ng kemikal maliban sa carbon na idinagdag sa bakal. Kaya, ang isang haluang metal na 17% chromium at 8% nickel ay ginagamit upang lumikha ng hindi kinakalawang na asero.

Sa kasalukuyan, mayroong higit sa 3000 na mga naka-catalog na tatak (mga kemikal na komposisyon), hindi binibilang ang mga nilikha upang matugunan ang mga indibidwal na pangangailangan. Lahat sila ay nag-aambag sa paggawa ng bakal na pinakaangkop na materyal para sa mga hamon sa hinaharap.

Paggawa ng mga hilaw na materyales: pangunahin at pangalawa

Ang pagtunaw ng metal na ito gamit ang maraming bahagi ang pinakakaraniwang paraan ng pagmimina. Ang mga materyales sa pagsingil ay maaaring pangunahin at pangalawa. Ang pangunahing komposisyon ng singil, bilang panuntunan, ay 55% ng baboy na bakal at 45% ng natitirang scrap metal. Ang mga ferroalloys, converted cast iron at commercially pure metals ay ginagamit bilang pangunahing elemento ng alloy, bilang panuntunan, lahat ng uri ng ferrous metal ay inuuri bilang pangalawa.

Ang iron ore ay ang pinakamahalaga at pangunahing hilaw na materyal sa industriya ng bakal at bakal. Ito ay tumatagal ng humigit-kumulang 1.5 tonelada ng materyal na ito upang makagawa ng isang toneladang pig iron. Humigit-kumulang 450 tonelada ng coke ang ginagamit upang makagawa ng isang toneladang pig iron. Maraming mga bakalkahit uling ay ginagamit.

Ang tubig ay isang mahalagang hilaw na materyal para sa industriya ng bakal at bakal. Pangunahing ginagamit ito para sa coke quenching, blast furnace cooling, coal furnace door steam production, hydraulic equipment operation at waste water disposal. Kailangan ng humigit-kumulang 4 na tonelada ng hangin upang makagawa ng isang toneladang bakal. Ang flux ay ginagamit sa blast furnace upang kunin ang mga kontaminant mula sa smelter ore. Ang apog at dolomite ay pinagsama sa mga nakuhang impurities upang bumuo ng slag.

Parehong blast at steel furnace na nilagyan ng refractory. Ginagamit ang mga ito para sa pagharap sa mga hurno na inilaan para sa pagtunaw ng iron ore. Silicon dioxide o buhangin ay ginagamit para sa paghubog. Ang mga non-ferrous na metal ay ginagamit upang makagawa ng bakal na may iba't ibang grado: aluminyo, kromo, kob alt, tanso, tingga, mangganeso, molibdenum, nikel, lata, tungsten, sink, vanadium, atbp. Sa lahat ng mga ferroalloy na ito, ang manganese ay malawakang ginagamit sa paggawa ng bakal.

Ang mga basurang bakal mula sa mga nalansag na istruktura ng pabrika, makinarya, lumang sasakyan, atbp. ay nire-recycle at malawakang ginagamit sa industriya.

Bakal para sa bakal

Ang pagtunaw ng bakal gamit ang cast iron ay mas karaniwan kaysa sa iba pang mga materyales. Ang cast iron ay isang termino na karaniwang tumutukoy sa gray na bakal, gayunpaman, ito ay nakilala rin sa isang malaking grupo ng mga ferroalloy. Ang carbon ay bumubuo ng humigit-kumulang 2.1 hanggang 4 wt% habang ang silicon ay karaniwang 1 hanggang 3 wt% sa haluang metal.

Ang pagtunaw ng bakal at bakal ay nagaganap sa isang temperaturanatutunaw na punto sa pagitan ng 1150 at 1200 degrees, na humigit-kumulang 300 degrees na mas mababa kaysa sa punto ng pagkatunaw ng purong bakal. Ang cast iron ay nagpapakita rin ng magandang fluidity, mahusay na machinability, paglaban sa deformation, oxidation at casting.

Ang bakal ay isa ring haluang metal na bakal na may pabagu-bagong nilalaman ng carbon. Ang carbon content ng bakal ay 0.2 hanggang 2.1 mass%, at ito ang pinakatipid na alloying material para sa bakal. Ang pagtunaw ng bakal mula sa cast iron ay kapaki-pakinabang para sa iba't ibang layunin ng engineering at istruktura.

Iron ore para sa bakal

Ang proseso ng paggawa ng bakal ay nagsisimula sa pagproseso ng iron ore. Ang batong naglalaman ng iron ore ay dinurog. Ang ore ay minahan gamit ang magnetic rollers. Pinoproseso ang pinong butil ng iron ore upang maging magaspang na bukol para magamit sa isang blast furnace. Ang karbon ay dinadalisay sa isang coke oven upang makagawa ng halos purong anyo ng carbon. Ang pinaghalong iron ore at karbon ay pinainit upang makagawa ng tinunaw na bakal, o pig iron, kung saan ginawa ang bakal.

Sa pangunahing oxygen furnace, ang molten iron ore ang pangunahing hilaw na materyal at hinahalo sa iba't ibang dami ng scrap steel at alloys upang makagawa ng iba't ibang grado ng bakal. Sa isang electric arc furnace, ang recycled steel scrap ay direktang natutunaw sa bagong bakal. Humigit-kumulang 12% ng bakal ay gawa sa recycled material.

Teknolohiya sa pagtunaw

Ang pagtunaw ay isang proseso kung saan ang isang metal ay nakukuha alinman sa anyo ng isang elemento,alinman bilang isang simpleng tambalan mula sa ore nito sa pamamagitan ng pag-init sa itaas ng punto ng pagkatunaw nito, kadalasan sa pagkakaroon ng mga oxidizing agent tulad ng hangin o mga reducing agent tulad ng coke.

Sa teknolohiya ng paggawa ng bakal, ang metal na pinagsama sa oxygen, tulad ng iron oxide, ay pinainit sa isang mataas na temperatura, at ang oxide ay nabuo kasama ng carbon sa gasolina, na inilabas bilang carbon monoxide o carbon dioxide. Ang iba pang mga dumi, na pinagsama-samang tinatawag na mga ugat, ay inaalis sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang stream kung saan sila ay pinagsama upang bumuo ng slag.

Ang modernong paggawa ng bakal ay gumagamit ng reverberatory furnace. Ang concentrated ore at stream (karaniwan ay limestone) ay kinakarga sa itaas, habang ang molten matte (compound ng tanso, bakal, sulfur, at slag) ay iginuhit mula sa ibaba. Ang pangalawang heat treatment sa isang converter furnace ay kinakailangan upang maalis ang bakal sa matte finish.

Oxygen-convector method

Ang proseso ng BOF ay ang nangungunang proseso ng paggawa ng bakal sa mundo. Ang pandaigdigang produksyon ng converter steel noong 2003 ay umabot sa 964.8 milyong tonelada o 63.3% ng kabuuang produksyon. Ang produksyon ng converter ay pinagmumulan ng polusyon sa kapaligiran. Ang mga pangunahing problema nito ay ang pagbabawas ng mga emisyon, mga discharge at pagbabawas ng basura. Ang kanilang kakanyahan ay nakasalalay sa paggamit ng pangalawang enerhiya at materyal na mapagkukunan.

Ang exothermic na init ay nabubuo ng mga reaksyon ng oksihenasyon sa panahon ng blowdown.

Ang pangunahing proseso ng paggawa ng bakal gamit ang sarili naminmga stock:

• Ang tinunaw na bakal (minsan ay tinatawag na mainit na metal) mula sa isang blast furnace ay ibinubuhos sa isang malaking refractory lined na lalagyan na tinatawag na ladle.
• Ang metal sa sandok ay direktang ipinadala sa pangunahing produksyon ng bakal o yugto ng pre-treatment.
• Ang mataas na kadalisayan ng oxygen sa presyon na 700-1000 kilopascals ay itinuturok sa supersonic na bilis papunta sa ibabaw ng iron bath sa pamamagitan ng isang water-cooled lance na nakabitin sa isang sisidlan at nakataas ng ilang talampakan sa ibabaw ng paliguan.

Ang desisyon bago ang paggamot ay nakasalalay sa kalidad ng mainit na metal at sa nais na panghuling kalidad ng bakal. Ginagamit pa rin ang pinakaunang naaalis na bottom converter na maaaring tanggalin at ayusin. Ang mga sibat na ginagamit sa paghihip ay binago. Upang maiwasan ang pag-jam ng sibat habang hinihipan, ginamit ang mga slotted collar na may mahabang patulis na dulo ng tanso. Ang mga dulo ng tip, pagkatapos masunog, masusunog ang CO na nabuo kapag hinipan sa CO_{2 at nagbibigay ng karagdagang init. Ginagamit ang mga darts, refractory ball at slag detector para alisin ang slag.}

Paraan ng oxygen-convector: mga pakinabang at disadvantages

Hindi nangangailangan ng halaga ng kagamitan sa paglilinis ng gas, dahil ang pagbuo ng alikabok, ibig sabihin, ang pagsingaw ng bakal, ay nababawasan ng 3 beses. Dahil sa pagbaba sa ani ng bakal, ang pagtaas sa ani ng likidong bakal sa pamamagitan ng 1.5 - 2.5% ay sinusunod. Ang kalamangan ay ang pamumulaklak intensity sa paraan na ito ay nagdaragdag, na nagbibigayang kakayahang taasan ang pagganap ng converter ng 18%. Mas mataas ang kalidad ng bakal dahil mas mababa ang temperatura sa purge zone, na nagreresulta sa mas kaunting nitrogen formation.

Ang mga pagkukulang ng pamamaraang ito ng pagtunaw ng bakal ay humantong sa pagbaba ng demand para sa pagkonsumo, dahil ang antas ng pagkonsumo ng oxygen ay tumataas ng 7% dahil sa mataas na pagkonsumo ng pagkasunog ng gasolina. Mayroong tumaas na nilalaman ng hydrogen sa recycled na metal, kaya naman tumatagal ng ilang oras pagkatapos ng proseso upang magsagawa ng paglilinis gamit ang oxygen. Sa lahat ng mga pamamaraan, ang oxygen-converter ay may pinakamataas na pagbuo ng slag, ang dahilan ay ang kawalan ng kakayahang subaybayan ang proseso ng oksihenasyon sa loob ng kagamitan.

Open-hearth na paraan

Ang open-hearth na proseso para sa halos lahat ng ika-20 siglo ay ang pangunahing bahagi ng pagproseso ng lahat ng bakal na gawa sa mundo. Si William Siemens, noong 1860s, ay naghanap ng paraan ng pagtaas ng temperatura sa isang metalurgical furnace, na muling binuhay ang isang lumang panukala na gamitin ang waste heat na nabuo ng furnace. Pinainit niya ang ladrilyo sa isang mataas na temperatura, pagkatapos ay ginamit ang parehong landas upang ipasok ang hangin sa tapahan. Ang preheated air ay tumaas nang malaki sa temperatura ng apoy.

Natural gas o atomized heavy oils ang ginagamit bilang panggatong; ang hangin at gasolina ay pinainit bago ang pagkasunog. Ang furnace ay puno ng likidong pig iron at steel scrap kasama ng iron ore, limestone, dolomite at fluxes.

Ang mismong kalan ay gawa samataas na matigas ang ulo materyales tulad ng magnesite hearth brick. Ang mga open hearth furnace ay tumitimbang ng hanggang 600 tonelada at kadalasang inilalagay sa mga pangkat, upang ang napakalaking kagamitang pantulong na kailangan para mag-charge ng mga furnace at magproseso ng likidong bakal ay maaaring epektibong magamit.

Bagaman ang proseso ng open hearth ay halos ganap na napalitan sa karamihan ng mga industriyalisadong bansa ng pangunahing proseso ng oxygen at ng electric arc furnace, gumagawa ito ng humigit-kumulang 1/6 ng lahat ng bakal na ginawa sa buong mundo.

Mga kalamangan at kawalan ng pamamaraang ito

Ang mga bentahe ay kinabibilangan ng kadalian ng paggamit at kadalian ng paggawa ng haluang metal na bakal na may iba't ibang mga additives na nagbibigay sa materyal ng iba't ibang espesyal na katangian. Ang mga kinakailangang additives at haluang metal ay idinaragdag kaagad bago matapos ang smelting.

Kabilang sa mga disadvantage ang pagbabawas ng kahusayan kumpara sa paraan ng oxygen-converter. Gayundin, mas mababa ang kalidad ng bakal kumpara sa iba pang paraan ng pagtunaw ng metal.

Paraan ng paggawa ng de-kuryenteng bakal

Ang modernong paraan ng pagtunaw ng bakal gamit ang sarili nating mga reserba ay isang furnace na nagpapainit sa isang naka-charge na materyal gamit ang electric arc. Ang mga Industrial arc furnace ay may iba't ibang laki mula sa maliliit na unit na may kapasidad na humigit-kumulang isang tonelada (ginagamit sa mga pandayan para sa produksyon ng mga produktong bakal) hanggang 400 toneladang yunit na ginagamit sa pangalawang metalurhiya.

Mga arc furnace,na ginagamit sa mga laboratoryo ng pananaliksik ay maaaring may kapasidad na ilang sampung gramo lamang. Maaaring umabot ng hanggang 1800 °C (3, 272 °F) ang temperatura ng Industrial electric arc furnace, habang ang mga pag-install sa laboratoryo ay maaaring lumampas sa 3000 °C (5432 °F).

Ang mga arc furnace ay naiiba sa mga induction furnace dahil ang charging material ay direktang nakalantad sa isang electric arc, at ang current sa mga terminal ay dumadaan sa naka-charge na materyal. Ang electric arc furnace ay ginagamit para sa paggawa ng bakal, na binubuo ng isang refractory lining, kadalasang pinalamig ng tubig, malaking sukat, na natatakpan ng maaaring iurong na bubong.

Ang oven ay pangunahing nahahati sa tatlong seksyon:

• Shell na binubuo ng mga dingding sa gilid at mas mababang bakal na mangkok.
• Ang apuyan ay binubuo ng isang refractory na humihila sa ibabang mangkok.
• Ang refractory lined o water cooled roof ay maaaring gawin bilang ball section o truncated cone (conical section).

Mga kalamangan at kawalan ng pamamaraan

Ang pamamaraang ito ay sumasakop sa isang nangungunang posisyon sa larangan ng produksyon ng bakal. Ang paraan ng pagtunaw ng bakal ay ginagamit upang lumikha ng mataas na kalidad na metal na maaaring ganap na wala, o naglalaman ng kaunting mga hindi gustong impurities gaya ng sulfur, phosphorus at oxygen.

Ang pangunahing bentahe ng pamamaraan ay ang paggamit ng kuryente para sa pagpainit, kaya madali mong makontrol ang temperatura ng pagkatunaw at makamit ang hindi kapani-paniwalang rate ng pag-init ng metal. Ang awtomatikong trabaho ay magigingisang magandang karagdagan sa magandang pagkakataon para sa mataas na kalidad na pagproseso ng iba't ibang scrap metal.

Kasama sa mga disadvantage ang mataas na pagkonsumo ng kuryente.