Методы получения стали: Способы производства стали

Способы производства стали

С момента изобретения стали, менялись и совершенствовались способы ее производства. В настоящее время существует несколько приоритетных способов производства стали. К ним относятся кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный способы производства (или плавления) стали. В основе всех этих способов лежит окислительный процесс, направленный на снижение в чугуне некоторых веществ. Давайте остановимся на каждом способе более подробно и рассмотрим их отличия.

Кислородно-конвертерный способ

Первое использование кислородно-конвертерного способа приходится на пятидесятые годы двадцатого столетия. В процессе производства стали, чугун продувают в конвертере чистым кислородом. При этом, процесс происходит без затраты топлива. Для того, чтобы переработать 1 тонну чугуна в сталь требуется около 350 кубометров воздуха. Стоит отметить, что кислородно-конвертерный способ получения стали является наиболее актуальным на сегодняшний день. При этом, процесс не ограничивается на одном способе вдувания кислорода. Различают кислородно-конвертерный процесс с комбинированной, верхней и нижней поддувкой. Конвертерный способ производства стали с комбинированной поддувкой является наиболее универсальным.

Для осуществления этого метода необходим конвертер. Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму под давлением. В данном случае, процесс окисления является наиболее значимым. Окисление чугуна происходит под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла. далее происходит так называемое раскисление металла.

Мартеновский способ

В процессе производства стали мартеновским способом, участвует специальная отражательная печь. Для того чтобы нагреть сталь до нужной температуры (2000 градусов), в печь вводят дополнительное тепло с помощью регенераторов. Это тепло получают за счет сжигания топлива в струе нагретого воздуха. Обязательное условие – топливо должно полностью сгорать в рабочем пространстве. Особенностью мартеновского способа производства стали является то, что количество кислорода, подаваемого в печь, превышает необходимый уровень. Это позволяет создать воздействие на металл окислительной атмосферы. Сырье (чугун, железный и стальной лом) погружается в печь, где подвергается плавлению в течение 4 – 6 часов. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, путем взятия пробы. В мартеновской печи возможно получать специальные сорта стали. Для этого в сырье вводят необходимые примеси.

Электросталеплавильный способ

В результате электросталеплавильного способа, получают сталь высокого качества. Процесс этот происходит в специальных электрических печах. Основной принцип электросталеплавильного способа производства стали – использование электроэнергии для нагрева металла. Механизм производства следующий: в результате горения нагревательного элемента, выделяется тепло, за счет преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Важно отметить, что процесс выплавки связан с выработкой шлаков. Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Основной причиной образования шлаков, в процессе производства стали, является окисление шихты из оксидов.

Благодаря шлакам, происходит связь оксидов, которые образуются в процессе окисления чугуна, а так же удаление ненужных примесей. Кроме этого, шлаки являются передатчиками тепла и кислорода. Присутствие шлаков в процессе производства стали оказывает благотворное влияние на качество стали. Определенное соотношение количества шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор. Кроме вышеперечисленных способов производства стали, известны и такие способы, как производство стали в вакуумных индукционных печах, плазменно-дуговая сварка.

Давайте подробнее остановимся на способе производства особо чистой стали, а так же жаропрочных сплавов. Суть способа состоит в выплавке в вакуумных печах. После такой выплавки, сталь дополнительно переплавляют вакуумным дуговым переплавом. Что дает возможность получения качественной однородной стали. Такая сталь применяется, в основном, в авиакосмической промышленности, атомной энергетике и других важных отраслях. Мы рассмотрели основные способы производства стали. Выбор способа всегда зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и от других факторов. Естественно, что каждый способ имеет свои преимущества и свои недостатки.

Вся эта сталь применяется для производства металлопроката и спец сталей, на нашей металлобазе Вы можете найти широкий выбор и того и другого. 

Основные способы производства стали

Категория:

   Автомобильные эксплуатационные материалы

Публикация:

   Основные способы производства стали

Читать далее:

Основные способы производства стали

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, причем углерода содержится от сотых долей до двух целых четырнадцати сотых процента. В состав стали могут входить также в определенном процентном соотношении и другие элементы.

По своим механическим свойствам и химическому составу сталь значительно отличается от чугуна. Она обладает высокой вязкостью, пластичностью, легко поддается механической и термической обработкам.

Производство стали осуществляется из передельного чугуна, стального лома, металлизированных окатышей, в специальных печах. Процесс получения стали основан на окислении в чугуне избытка углерода и других примесей с помощью твердых окислителей или газообразного кислорода.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

В настоящее время применяют главным образом конверторный, мартеновский и электросталеплавильный процессы выплавки стали.

Процесс получения стали в бессемеровском конверторе заключается и заполнении конвертора жидким чугуном и продувке его воздухом через днище. Основное преимущество итого способа и дальнейших его аналогов состоит в высокой производительности и отсутствии потребности в дополнительном топливе.

Современный кислородно-конверторный способ имеет примерно ту же технологию, что и бессемеровский способ. Отличием является конструкция конвертора с глухим дном (рис. 20) и применение для продувки технически чистого кислорода.

Кислород подают в конвертор через вертикальную трубчатую водоохлаждаемую фурму, не доходящую до металлической ванны. Из-за этого кислород не вдувается в толщу металла, как в старых конверторах, а подается на поверхность металла. При этом развивается высокая температура, что дает возможность перерабатывать чугун практически любого химического состава, а также добавлять в чугун скрап (железный лом).

Началом плавки считается загрузка в конвертор железного лома. После этого заливают жидкий чугун, опускают фурму, подают в нее технический кислород и загружают шлакообразующие материалы. Весь процесс выжигания примесей и избыточного углерода, включая слив шлака, занимает 50—60 мин, а продувка кислородом продолжается 18—26 мин.

Выплавка стали в кислородном конверторе отличается достаточно высокой точностью получения заданного содержания углерода при низком содержании вредных добавок фосфора и серы.

Недостатком кислородно-конверторного способа получения стали является большое пылеобразование, что требует применения дорогих пылеочистительных установок.

Мартеновский способ выплавки стали предложен в 1865 г. французским инженером П. Мартеном, который использовал для этой цели пламенную печь с регенерацией тепла отходящих газов для подогрева, топлива -и воздуха.

По этому принципу строятся и работают современные сталеплавильные мартеновские печи. Они отапливаются обычно смесью природного газа и мазута, имеют два-четыре регенератора.

Рабочее пространство печи ограничено снизу подом, сверху сводом, а с боков — стенками. Внутренняя полость печи имеет головки, сообщающиеся каналами с регенераторами.

В передней стенке мартеновской печи расположены рабочие окна 9, ЧеРез которые загружают материал для плавки и ведут за нею контроль. Под печи наклонен в сторону задней стенки, где расположена летка для выпуска стали.

Рис. 1. Кислородный конвертор на 130 т: 1 — станина; 2 — опорный подшипник; з — корпус конвертора; 4 — механизм наклона; г — выпускное отверстие для стали; в — водоохлаждаемая форма, 7 — днище конвертора

Рис. 2. Схемы мартеновской печи (а) и регенератора (б)

В печь загружают жидкий или в виде чушек чугун и стальной лом в разных соотношениях в зависимости от разновидности мартеновского процесса.

Серьезным недостатком мартеновского процесса получения стали является его продолжительность (7—10 ч) и значительный расход топлива. С целью совершенствования и ускорения мартеновского процесса применяют кислород для обогащения воздушного дутья или непосредственного введения его в ванну с металлом через свод печи. На некоторых заводах комбинируют способы применения кислорода и даже разрабатывают для этого двухванные печи.

Получение стали в электрических печах основано на плавлении шпхты при использовании электрической энергии. Отсутствие окислительного пламени и доступа воздуха в электрических печах позволяют лучше управлять процессом плавки и получать сталь точно заданного состава.

В нашей стране этот способ применяют для выплавки высококачественных углеродистых и легированных сталей, сплавов на основе никеля и кобальта.

По принципу преобразования электрической энергии в тепловую электрические печи делятся на дуговые и индукционные. Для наклона и слива металла и шлака печь оборудована роликами с электроприводом.

В дуговых электрических печах плавят отходы сталеплавильного прокатного производства, а также привозной стальной лом. В зависимости от состава сырья и материала, а также футеровки печей процесс плавки может носить основной или кислый характер.

Выплавка стали в индукционных печах применяется реже, чем в дуговых. Такая печь состоит из индуктора в виде катушки, окружающей огнеупорный тигель, куда загружают металл для плавки. При включении электрического тока в катушке образуется магнитное силовое поле, пронизывающее металл. За счет поля в металле индуктируются вихревые токи, которые нагревают и плавят его.

В индукционных печах получают легированные стали с малым содержанием углерода и различные сложные сплавы.

Рис. 3. Схемы дуговой (а) и индукционной (б) электрических печей

Металл, залитый в ковш, выдерживают в течение 10 мин для выравнивания его состава и выделения газов и неметаллических включений. После этого ковш подают на разливку.

Изложницы представляют собой чугунные или стальные сосуды определенной формы, позволяющие получать слитки квадратного, прямоугольного, многоугольного или круглого сечения в зависимости от назначения получаемых слитков. Изложницы заполняют жидким металлом из ковша сверху через центральный литник по каналам или снизу (сифонная разливка). Разливкой сверху получают крупные слитки массой до 35—45 т для прокатки.

Сифонная разливка применяется для получения слитков массой до 14—16 т высокого качества.

При непрерывной разливке сталь из разливочного ковша через промежуточный ковш равномерной струей заливается в кристаллизатор, представляющий короб, охлаждаемый проточной водой. Здесь быстро формируются стенки слитка, откуда он вытягивается валками с определенной скоростью, равной скорости кристаллизации. Ниже валков слиток полностью отвердевает и от него кислородной горелкой отрезаются заготовки-необходимой длины, которые автоматически направляются на транспортные тележки.

Непрерывная разливка стали обеспечивает высокое качество слитков, уменьшает потери металла и повышает производительность труда.

Качество стали повышается при разливке за счет применения ее вакуумирования. Этот метод заключается в удалении из стали растворенных газов путем вакуумной обработки стали в ковшах перед ее разливкой в изложницы и разливочную машину. В результате сталь становится более пластичной и прочной.

Разливка стали в вакууме применяется для получения высококачественных и легированных марок сталей. Этот способ требует применения дополнительного сложного оборудования.

—

Сталью называется сплав железа с углеродом и другими примесями (марганец, сера, фосфор, кремний и др.) при содержании углерода до 2%. Сталь по своим свойствам значительно отличается от чугуна. Она лучше поддается механической и термической обработке, хорошо куется, прокатывается и т. д. Детали машин, изготовленные из стали, более прочны по сравнению с чугунными деталями.

Сталь получают из чугуна или из смеси чугуна со стальным ломом при переработке их в мартеновских печах, в конвертерах и в электропечах. Сущность этих способов получения стали заключается в удалении углерода и других примесей до пределов, определяемых маркой стали. Удаление примесей происходит в результате окисления их при высоких температурах расплавленного металла с последующим переводом окислов в шлак. Удаляются примеси также в виде газообразных продуктов сгорания.

Мартеновское производство стали

Наиболее широкое применение находит производство стали в мартеновских печах. Крупнейшие в мире мартеновские печи построены в СССР. Емкость каждой из них составляет 900 т.

Сырьем служит твердый или жидкий чугун и стальной или чугунный лом. В качестве флюсов применяют: известняк, плавиковый шпат, бокситы. Топливом служит мазут, генераторный газ, смесь доменного и коксового газов, а также природный газ. Устройство мартеновской печи показано на рис. 2. Шихтусостоящую из расплавленного чугуна, холодного чугуна и флюсов, подают в рабочее пространство печи через завалочные окна. Газ и воздух поступают в рабочее пространство печи, пройдя через нагретые газовый и воздушный регенераторы (на рис. 2 — через левые).

В настоящее время широко применяют обогащение кислородом воздуха, поступающего в мартеновскую печь. Это ускоряет процесс горения, кроме того, обогащение воздуха кислородом облегчает процесс окисления примесей.

Регенераторы представляют собой камеры с насадками2 из огнеупорного кирпича. Насадки нагреваются за счет тепла отходящих из рабочего пространства газов. После того как насадки левых регенераторов достаточно охладятся газом и воздухом, а насадки правых регенераторов нагреются отходящими продуктами сгорания, клапаны 1 и шиберы 2, приводимые в движения электрическими лебедками, изменят направление газа, воздуха и продуктов сгорания на обратное, В результате газ и воздух будут нагреваться, проходя через правые, регенераторы, а левые регенераторы нагреваются отходящими продуктами сгорания.

Таким образом, применение регенераторов позволяет в результате предварительного подогрева газа и воздуха получить достаточно высокую температуру в рабочем пространстве печи и частично использовать тепло отходящих газов.

Рис. 4. Устройство мартеновской печи:
1 — клапаны; 2 — шиберы; 3 — левые регенераторы; 4 — правые регенераторы; 5 — рабочее пространство печи; 6 — дымовая труба

Подача жидкого чугуна из доменного цеха в мартеновский производится в ковшах на четырехосных чугуновозных тележках. В мартеновском цехе расплавленный чугун сливают при помощи мостового крана в миксер, который представляет собой футерованный огнеупорным кирпичом цилиндр емкостью 1,3 • 10 кг (1300 г) жидкого чугуна. Миксер обеспечивает работу мартеновских печей независимо от времени выпуска чугуна в доменном цехе и, кроме того, позволяет выравнивать состав и температуру жидкого чугуна.

В мартеновских цехах при помощи заливочных кранов заливают жидкий чугун в печь; при помощи завалочных кранов или напольных завалочных машин производят завалку в печь твердых составляющих шихты; разливочными кранами поднимают и переносят разливочные ковши и производят разливку стали в изложницы; остывшие слитки вынимают из изложниц при помощи кранов для раздевания слитков, снабженных специальным механизмом для выталкивания слитков из изложниц. Таким образом, в мартеновских цехах краны непосредственно участвуют в технологическом потоке.

Кроме перечисленных кранов, мартеновский цех, его шихтовый двор и уборочный пролет обслуживают магнитогрейферные краны и краны общего назначения. Всего в современном мартеновском цехе насчитывается 25-—30 мостовых кранов.

Производство стали в конвертерах

В современном отечественном производстве начинают применять 100-г и проектируют 250 и 500-г конвертеры.

Раньше производство стали в конвертерах заключалось в продувке воздуха через расплавленный чугун. Во время продувки сначала окисляется железо, при этом выделяется большое количество тепла, за счет которого поддерживают необходимую температуру в течение всего процесса. Образующееся за-кисное железо растворяется в металле и раскисляет содержащиеся в чугуне примеси.

Сталь, полученная по описанному способу, содержит большое количество шлаковых включений и газы (азот, кислород), что ухудшает механические качества стали и ограничивает область применения конвертерного метода .производства стали, так как по этому методу можно было получать сталь только из руд определенного состава.

В настоящее время при конвертерном производстве широко практикуют продувку через чугун, смеси воздуха с кислородом или чистого кислорода. При этом процесс идет значительно быстрей, появляется возможность использовать руды любого состава и .получать сталь то качеству такую же, как и при мартеновском способе производства. Отличительной чертой конвертерного производства является его высокая производительность: на 1 г емкости конвертера приходится более 60 т выплавленной стали в сутки.

В конвертерах, предназначенных для продувки жидкого чугуна воздухом, последний подается через керамические фурмы, расположенные в днище конвертера. Применение для продувки кислорода вместо воздуха позволяет отказаться от неудобных в эксплуатации керамических фурм, заменив их более долговечными водоохлаждаемыми подвесными фурмами.

Продувку жидкого чугуна кислородом производят сверху, для чего подвесную фурму на время продувки опускают в горловину конвертера. Для слива шлака и стали конвертер поворачивают при помощи механизма с электрическим приводом.

Для слива шлака и стали конвертер поворачивается в цапфах. Механизм поворота конвертера состоит из двух электрических двигателей, червячного редуктора и цилиндрического редуктора. Слив происходит через специальное отверстие в верхней части конвертера.

Скорость поворота конвертера регулируется в широких пределах. Максимальная скорость поворота равна приблизительно одному обороту в минуту.

Учитывая высокую производительность конвертеров на кислородном дутье и высокое качество стаЛи, выплавляемой при этом процессе, правительство Советского Союза взяло курс на значительное развитие конвертерного производства стали.

Производство стали в электрических печах

В современном отечественном сталеплавильном производстве самыми крупными являются 80-т электрические печи. В настоящее время в СССР проектируют электрические печи емкостью 120 т.

Электрические печи для выплавки стали разделяют на дуговые и индукционные.

В дуговых электропечах тепло для расплавления сообщается шихте электрической дугой, возбужденной между угольными электродами

Рис. 5. Конвертер на кислородном дутье (общий вид)

В индукционных печах металл плавится электрическим током, наведенным в шихте индукционным путем. Классическим примером индукционной печи является печь, где ванна для металла выполнена в виде кольца вокруг магнитопровода трансформатора. В этом случае ванна является коротко-замкнутой вторичной обмоткой трансформатора.

Производство стали в электропечах является самым совершенным. Но вследствие относительно высокой стоимости электрической энергии в дуговых электрических печах выплавляют только качественные, высококачественные и легированные стали и их сплавы. Индукционные же печи применяют в сравнительно редких, специальных случаях для выплавки сталей с улучшенной структурой.

Современный уровень развития техники предъявляет высокие требования к качеству стали.

С целью получения наиболее высококачественных сталей применяют вакуумирование стали. Вакуумированием жидкой стали удается в значительной степени уменьшить содержание в ней вредных газов (особенно водорода), ухудшающих ее качество.

Одной из новинок, позволяющей увеличить коэффициент использования жидкой стали, является непрерывная разливка. При этом способе жидкая сталь поступает в кристаллизатор с одного конца и, затвердевая, выходит слитком на другом конце кристаллизатора. Процесс происходит непрерывно. При непрерывной разливке стали значительно сокращаются потери металла, неизбежные при обычном способе разливки вследствие образования усадочных раковин.

Независимо от способа получения стали ее химический состав контролируют специальные лаборатории на протяжении всего технологического процесса, в результате чего стали присваивают марку, обозначающую ее химический состав и механические свойства.

Рекламные предложения:

Читать далее: Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей

Категория: — Автомобильные эксплуатационные материалы

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Современные технологии и способы производства стали

В настоящее время технологические инновации являются определяющим фактором в поддержании конкурентоспособности металлургии на мировом рынке. Каковы основные тренды отрасли на сегодняшний день и что позволит подготовиться к предстоящим вызовам на мировом рынке?

Тенденции в мировой металлургии

Металлургия на самом деле не такая уж и консервативная отрасль, как принято считать, и она не отстает от других отраслей в следовании основным мировым тенденциям.

Главный упор сегодня делается на «зеленое производство стали». Это позволит отрасли выстоять перед лицом экологических проблем и давлением со стороны регулирующих органов.

Растущий спрос на высококачественные марки стали потребует особого внимания к оборудованию как на новых, так и на модернизированных предприятиях, а диджитализация будет неотъемлемой частью всех этапов производственной деятельности.

Если говорить общими словами, то будущее производства металлов будет устойчивым, безуглеродным, безопасным, интеллектуальным, модернизированным, и оно, вероятно, приведет к созданию материалов с такими свойствами, в которые сегодня сложно поверить. Но обо всем по порядку.

Водород против углерода

Уже не нужно никому доказывать необходимость перехода на «зеленое производство стали», которое призвано сделать процесс производства более экологичным. В этом ключе есть несколько направлений. Первое из них сейчас считается наиболее перспективным — это отказ от углерода в пользу водорода. Углеродный восстановитель различными способами заменяется водородом.

Основанное на водороде решение для прямого восстановления, которое позволяет напрямую использовать любые виды железой руды, может практически исключить углеродный след при производстве железа. Выбросы углекислого газа будут близки к нулю. Побочные продукты будут переработаны, а процессы будут выполнены с максимальной энергоэффективностью.

Активно развивать эту технологию уже начали такие металлургические гиганты, как ArcelorMittal, voestAlpine, SSAB, Dillinger и ряд других производителей. Японский Nippon Steel заявлял о своих намерениях к 2025 отказаться от технологии использования углерода в пользу водорода. На данный момент промышленной установки такой нет, а когда она будет запущена, то какое-то время будет работать в малых масштабах. Тем не менее, эти разработки обнадеживают. Пилотные производственные агрегаты обещают ввести в эксплуатацию уже в 2021 году.

Прямое восстановление железа

Второе «зеленое» направление, которое уже давно применяется в металлургии — это бездоменное получение полупродукта для последующего изготовления стали путем прямого восстановления железа из высокожелезистого сырья специальными технологиями (Midrex, Arex, Hyl и т.д.). На выходе получается так называемое металлизированное сырье – горячебрикетированное железо (HBI), металлизированные окатыши DRI (Direct Reduced Iron), губчатое железо. Это металлический продукт с высоким содержанием железа, вплоть до 99%, который может сразу же использоваться в сталеплавильном переделе для получения стали. На сегодняшний день такое железо прямого восстановления является основным при производстве электростали, как замещение лома и других железосодержащих ингредиентов. Эта технология развивается уже более 30 лет. В той или иной степени ее эффективность доказана, но такая технология требует либо изначально высокочистого рудного материала – железорудного сырья с высоким содержанием железа и низким содержанием примесей, либо наличия больших энергетических мощностей.

Именно поэтому такие линии размещаются в Бразилии, Австралии в районе горнодобывающих предприятий, где имеется в наличии очень хорошая руда, а также на Ближнем Востоке, где в избытке — дешевый газ, который используется для восстановления железа из железосодержащего сырья.

Сегодня технология прямого восстановления уже достигла своего пика и является одной из самых передовых и широко используемых.

Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы

Если говорить о современных сталеплавильных технологиях, ключевыми являются кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы. Мартеновский способ выплавки стали в мировой металлургии используется все меньше. И это в большей степени связано снова же с «зеленой экологией». Как известно, мартеновская плавка длится 9 часов, а конвертерная и электросталеплавильная — 50 минут. Да, конвертер и электропечь требуют дополнительного оборудования, в то время как в мартене, по большому счету, можно сделать все в одном месте, но тем не менее – мартеновское производство более затратно с точки зрения энергоресурсов и экологии. Для него используется природный газ, в результате чего в атмосферу идут серьезные выбросы. Уже сегодня около 70% стали выплавляется в конвертерах, 29% выплавляется в электропечах и совсем немного — в мартеновских печах.

Совмещенные процессы выплавки и прокатки металла

Говоря о выплавке металла, стоит отметить, что все большее распространение получают совмещенные процессы выплавки и прокатки.

В одном цехе устанавливается плавильный агрегат – конвертер либо электропечь, происходит непрерывная разливка на МНЛЗ (машине непрерывного литья заготовок), из которой только застывшие горячие слябы, блюмы или заготовки поступают сразу же в прокатку. Эти агрегаты называются литейно-прокатными модулями или литейно-прокатными агрегатами.

Сегодня во всем мире большинство новых технологических линий стараются строить в том или ином модульном виде. Это позволяет экономить площади, сокращает логистические издержки и время выполнения заказа.

Особенностью такой технологии является наличие очень высокой культуры производства и высококвалифицированного персонала. В противном случае высок риск получения брака конечной продукции (здесь не получится «перехватить» брак на каком-то определенном этапе производства, а только лишь в финале). Все агрегаты должны работать слаженно, и персонал должен быть максимально компетентным, чтобы минимизировать риски получения брака в готовой продукции.

Сейчас уже есть такие модули, которые совмещают не только плавление, разливку и горячую прокатку, но еще и дополнительно к этому — холодную прокатку рулонов или длинномерного проката, вытяжку проволоки и пр. То есть на выходе из цеха получается не только горячекатаный прокат, но и продукция более высоких переделов.

Отдельным направлением совмещенного производства при изготовлении рулонов является так называемая валковая прокатка, при которой сталь из сталеплавильного агрегата разливается не на машине непрерывного литья, а через небольшой кристаллизатор на специальные водоохлаждаемые валки, и застывает непосредственно на них. Затем сталь смыкается в полосу и идет в горячую прокатку. Такие технологии больше развиты в цветной металлургии, особенно в алюминиевом производстве полосы и рулонов.

В черной металлургии самый популярный подобный агрегат находится в США, на заводе компании Nucor, и позволяет получать уникальные структуры, которые невозможно получить какими-либо альтернативными способами. Преимущественно такая продукция используется в автомобильной и аэрокосмической отрасли.

Упрочненные марки стали

Важной тенденцией в металлургии на сегодняшний день является переход от рядовых марок стали к высокопрочным (термомеханически упрочненным, закаленным, двухфазным, упрочняемых при сушке покрытия и др.). Особенно это заметно в автомобилестроении, где постоянно растущие нормы безопасности и экономии топлива вынуждают производителей разрабатывать более легкие, экологичные и надежные машины. Обычные высокопрочные (HSS) и прогрессивные высокопрочные (AHSS) стали в течение последних десяти лет все в большей степени заменяют мягкие аналоги в кузовах автомобилей. Типичный современный автомобиль содержит около 30% HSS и 30% AHSS с дальнейшей тенденцией к снижению доли «мягких» низкоуглеродистых низколегированных сталей. Развитие стального проката для автомобилестроения осуществляется под эгидой Международного института чугуна и стали и других профильных ассоциаций.

Цифровые технологии в металлопроизводстве

Диджитализация – еще одно важное направление в современной металлургии. Она полностью автоматизирует все установки и предполагает использование роботов в опасных рабочих зонах, что значительно повысит безопасность на рабочем месте. Системы мониторинга состояния (CMS) и дополненная реальность (AR), среди прочего, облегчат техническое обслуживание. Процессы будут оптимизированы с помощью искусственного интеллекта. Дефекты конечных продуктов станут незначительными.

Реновации наравне с инновациями

Помимо того, что имеет место определенное развитие новых технологий, традиционные тоже нельзя списывать со счетов, они модернизируются и усовершенствуются с целью повысить качество выпускаемого продукта и обеспечить его конкурентоспособность на перенасыщенном рынке.

Так, например, Метинвест с этой целью развивает несколько направлений: реконструкция существующих агрегатов и строительство новых инновационных агрегатов.

Если говорить о реконструкции — она происходит непрерывно в той или иной степени. На доменных печах предприятий компании появляются системы очистки, на аглофабриках внедряется система аспирации, модернизируются существующие прокатные станы. Значительно снизить затраты компании и улучшить качество готовой продукции помогает строительство новых агрегатов на имеющихся предприятиях.

Так, например, в 2018 году на Мариупольском металлургическом комбинате имени Ильича была установлена машина непрерывного литья №4, появилась новая печь-ковш, в 2018-2019 гг. поэтапно был модернизирован стан 1700. Благодаря этому уже сейчас производится горячекатаный рулон толщиной от 1,2 мм до 8 мм и массой до 27 тонн в соответствии с самыми современными Европейскими стандартами качества. В 2020 году на стане будет установлена еще одна моталка, которая позволит увеличить вес рулона до 32 тонн. При этом максимальная толщина сматываемой полосы достигнет 16 мм.

Если говорить о подобных проектах на других предприятиях Группы Метинвест, важно отметить запуск новой домны на «Запорожстали», реконструкцию домны на «Азовстали» и на комбинате имени Ильича. Благодаря новой степени автоматизации на предприятиях в Мариуполе и Запорожье улучшается контроль за технологическими параметрами и за выпуском чугуна из печей. Работы ведутся и по конвертерам.

В планах — установить на комбинате «Запорожсталь» современный литейно-прокатный модуль, который совместит в себе кислородно-конвертерный цех, непрерывную разливку стали и производство рулонов. Реновации затронули и зарубежные предприятия Группы «Метинвест». На Metinvest Trametal (Италия) появилась линия по дробеструйной обработке и окрашиванию толстого листа, которая помогает устранить проблему коррозии и обеспечит сохранность металла до момента его переработки в готовое изделие. И это лишь малая часть тех изменений, которые постоянно происходят на предприятиях группы.

Стремление передовых металлургических компаний удовлетворять запросы как рынка в целом, так и отдельных клиентов, разработка новых продуктов, диджитализация процессов, усовершенствование имеющихся технологий и имплементация новых «зеленых» проектов являются движущими силами в развитии как отечественной, так и мировой металлургии на сегодняшний день.

Способы производства стали — ГП Стальмаш

Справочная информация

Доменная печь (домна) — большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна, ферросплавов из железорудного сырья, работающая на противотоке.
Доменная печь представляет собой сооружение высотой до 35 м, высота ограничивается прочностью кокса, на котором держится весь столб шихтовых материалов. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду, агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Мартеновская печь (мартен) — печь для переработки передельного чугуна и лома в сталь нужного химического состава и качества.
Различают такие разновидности мартеновского способа выплавки стали:
1. Скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25—45 % чушкового передельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но расположенных в промышленных центрах, где много металлолома
2. Скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55—75 %), скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.
В настоящее время мартеновский способ производства стали практически вытеснен гораздо более эффективным кислородно-конвертерным способом и электроплавкой.

Конвертерное производство — получение стали в сталеплавильных агрегатах — конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава.
На сегодняшний день существует три основных режима работы конвертера:
с полным дожиганием окиси углерода, с частичным и без дожигания СО.
Существует много разновидностей кислородно-конвертерного процесса, предназначенного для производства стали требуемого качества из чугунов различных составов:
низкофосфористых чугунов и высокофосфористых чугунов, кремнистых чугунов, низкокремнистых чугунов, марганцовистых чугунов, высокомарганцовистых чугунов и т.п.
Наибольшее распространение получил кислородно-конвертерный способ с верхней продувкой чугуна технически чистым кислородом.

Дуговая сталеплавильная печь — электрическая печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов.
Дуговая сталеплавильная печь состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл.

Вакууматор — технологическая установка для вакуумирования стали.
Вакуумирование стали — обработка жидкой стали вакуумом с целью улучшения её качества за счет уменьшения в ней содержания газов (водород, кислород) и неметаллических включений.
Вакуум-кислородное обезуглероживание стали — обработка жидкой стали вакуумом с одновременной продувкой жидкого металла кислородом для снижения содержания углерода (менее 0,05%).

 

http://ооостальмаш.рф

Изготовление стали – основные методы

Общеизвестно, что сталь – это многокомпонентный сплав. В его состав входит в основном железо и углерод, в ряде случаев с примесями (Cr, Ni, Si, Mn, Al, Co и т.д.). Процентное содержание C должно лежать в диапазоне от 0,02 до 2,14 %. Благодаря большому содержанию углерода стали получают повышенную твердость и прочность и одновременно хрупкость.

В зависимости от конкретной добавки, тип и марка стали варьируются самым разным образом. Очевидно, что та или иная примесь по-своему воздействует на технические характеристики стали. Каждая сфера деятельности выдвигает свои требования к свойствам стали, а разные по концентрации добавки помогают стали удовлетворить их. В качестве примера рассмотрим машиностроение. Здесь важна упругость получаемых деталей, которая достигается прибавкой марганца (Mn).

При наличии или отсутствии легирующих химических компонентов стали разделяют на легированную и углеродную соответственно. Различают 4 типа качества сталей: сталь стандартного качества, качественную сталь, далее повышенного и, наконец, высокого качества. На качество стали напрямую влияет способ и условия её варки.

В настоящее время существуют следующие способы производства стали:

Кислородно-конвертерный способ

Применяется до сих пор, как правило, для производства углеродистых сталей. Его используют по всему миру. Благодаря высокому выходу готовой продукции, его считают одним из лучших (производительность 9600 т в сутки).

Мартеновский способ

Идея о возможности переварки чугуна в сталь пришла ещё немецкому учёному Ф. Сименсу в 1856 году. А. П. Мартен стал человеком, который претворил эту задумку в жизнь – с тех пор метод носит его имя. На заре прошлого века практически всю сталь производили этим способом. После изобретения кислородно-конвертерной печи способ Мартена уступил лидерство.

Вне зависимости от размеров завода, этот вариант применяется с успехом в любом случае. Метод отличается невысокими требованиями к исходному сырью, что нисколько не отражается на качестве готовой продукции. В печи происходит процесс продувки смеси горючего газа и воздуха, за счёт которых при высоких температурах происходит равномерное нагревание помещённой внутрь плавильной ванны. Конструкция печи отличается низкой крышей, от которой тепло возвращается к расплаву.

Дуговая электропечь

По принципу действия является мартеновской, но нагревание расплава в ней происходит за счёт тепла электрической дуги. В ней варят самые разные виды сталей высокого качества. В качестве сырья используется либо шихта легированных отходов, либо углеродная шихта. Из первого типа сырья варят легированную сталь, во втором случае получают конструкционные стали с повышенным содержанием углерода.

Вакуумные печи

В таких печах получаются наиболее чистые и дорогие сплавы, отличающиеся повышенной однородностью структуры. Такие печи бывают индукционные и дуговые. В печах первого типа высокое разрежение газа продолжается до окончательной готовности продукции в случае непрерывного производства. В периодических печах вакуум снимают на каждой стадии производства, что обуславливает пригодность получаемой стали только для фасонного проката.

В дуговых печах электроды, на которых получают электрическую дугу, бывают расходными или нерасходными. В первом случае печь дешевле, но её производительность меньше. Второй тип обладает повышенной производительностью, но отличается низким качеством очистки металла.

Способы производства стали

2014-06-08

Осознание содержания этого пункта позволяет:

объяснять способы производства стали и прямого восстановления железа из руды;

записывать уравнения реакций, иллюстрирующих химизм производства стали;

сравнивать различные способы получения стали, знать их достоинства и недостатки.

Сталь выплавляют из чугуна и лома. В процессе переработки чугуна в сталь в сплаве уменьшается содержание углерода (массовая доля его в стали не превышает 2%), кремния, фосфора, серы, марганца. Удаление этих примесей основан на реакциях окисления кислородом или оксидами железа в расплаве. Итак, сталь — это ковкий сплав железа с углеродом и другими примесями (металлами и неметаллами).

В процессе выплавки стали происходят сложные процессы. Кислород, содержащийся в руде, и кислород, поступающий с воздухом в печь для сжигания газообразные топлива, окисляет углерод и значительное количество железа.

Образующиеся оксиды взаимодействуют с флюсами, которые вносят в печь во время выплавки стали. При этом образуются шлаки. Они легко удаляются из печи. Для удаления феррум (II) оксида, который еще остается в стали, в расплавленную сталь добавляют розкисникы (марганец, ванадий, титан), взаимодействующих с избыточным FeО:

FeО + Mn = Fe + МnО

Образующиеся оксиды переходят в шлак.

При выплавке сталей к ним добавляют легирующие добавки — кобальт, никель, ванадий, хром, вольфрам, молибден, титан и другие металлы. Это позволяет производить стали различного состава, обладают повышенной прочностью, коррозионной стойкостью (неиржавна сталь), высокую устойчивость к износу и т.п..

Есть несколько способов добывания стали: кислородно-конвертерный, мартеновский, электротермический.

В основу конвертерного способа производства стали положена разработка английского изобретателя Генри Бессемер (1856). Он предложил перерабатывать жидкий чугун (с незначительным содержанием фосфора и серы), продувая его воздухом. Топливо в этом случае не требуется. Процесс самопроизвольно за счет теплоты экзотермических реакций и длится 12 — 15 мин. Однако из-за низкого содержания кислорода в воздухе невозможно было достичь нужных температуры и интенсивности окислительно-восстановительных процессов. Сталь была низкого качества. С развитием производства кислорода создались условия для совершенствования способа Бессемер. Во второй половине ХХ в. его заменил кислородно-конвертерный способ.

По кислородно-конвертерного способа кислород продувают сквозь расплавленный чугун в специальных аппаратах — конвертерах (рис. 138). Это высокопроизводительный способ, позволяющий добывать сталь высокого качества.

Мартеновский способ разработал французский металлург Пьер Мартен в 1864 Он сконструировал печь, в которую загружаются чугун, лом и определенное количество руды. В печь вводятся предварительно нагретые воздух и топливо, при сгорании которого образуется факел с температурой почти 1900 ° С. Металл и руда плавятся, и в расплав вводятся добавки, необходимые для выплавки стали заданного состава. Выгорания примесей происходит преимущественно за счет кислорода воздуха. Процесс плавления длится 8 — 10 час.

По мартеновским способом кислород или воздух пропускают над расплавленным чугуном. При этом железо окисляется в поверхностном слое. Преимущество мартеновского способа заключается в том, что процесс переработки чугуна в сталь можно контролировать и производить стали различных марок. Однако он менее экономичен, чем конвертерный. Поэтому в последнее время выплавка стали по этому способу сокращается.

По электротермическим способом, который известен с 1880 г., сырьем основном является лом, к которому добавляют немного чугуна. Окисления углерода, фосфора и некоторых других примесей осуществляется также кислородом и оксидами железа, содержащихся в ломе. Электропечи (рис. 139) позволяют достигать высокой температуры расплава, чем это возможно в других печах, поэтому этот способ чаще всего применяют для выплавки сталей, легированных тугоплавкими металлами.

Прямое восстановление железа из руды. Доменный процесс переработки железной руды ныне устаревшим. Все больше предприятий ориентируются на прямое восстановление, поэтому новых доменных печей в мире уже не строят.

Для прямого восстановления железа руда тщательно очищается от примесей. Как восстановитель используется водород:

Fe2O3 + 3Н2 = 2Fe + 3Н2О

Из очищенной руды и небольшого количества кокса готовят железорудные шарики (окатыши, иначе — окатышей), которые подают в цилиндрическую вращающуюся печь, имеющей небольшой уклон. Окатыши постепенно передвигаются к нижней части печи, куда по принципу противотока поступает природный газ или воздух газовать восстановителями — водяным газом (СО + Н2) и водородом Н2. Восстановление происходит при температуре ниже температуры плавления железа. Поэтому железо образуется в твердом состоянии (губчатое) в виде окатышей, переплавляются в электропечах, и, минуя стадию образования чугуна получают сталь с массовой долей Fe 98 — 99%.

Добыча железа высокой (сверхвысокой) чистоты. Во многих отраслях применяют железо только высокой степени чистоты. Его добывают карбонильным методом, в основе которого лежит реакция соединения технического железа с карбон (II) оксидом:

Fe + 5СО = [Fe (СO) 5]

Сырьем для производства стали является чугун, лом и железная руда. Сталь производят кислородно-конвертерного, мартеновским и электротермическим способами. Это позволяет уменьшить в стали содержание примесей (С, Si, P, S, Mn) при помощи их окисления — частично кислорода, который содержится в руде и ломе, а частично — кислородом воздуха или кислородного дутья, поступающего в печь для сжигания топлива.

Легирующие добавки — металлы Co, Ni, V, Cr, W, Mo, Ti — позволяют производить сталь заданного качества (неиржавну, повышенной прочности и т.д.).

Производство стали и чугуна принципиально различается: выплавки стали — это процесс окисления, направленный на уменьшение содержания углерода и других примесей; доменный — процесс восстановления.

Самым эффективным способом добычи стали являются кислородно-конвертерный, а перспективным — прямого извлечения железа из руды.

категория: Химия

Как и из чего получают сталь

Сталь — ковкий сплав железа с углеродом и другими легирующими элементами. Ее используют для изготовления металлопроката, посуды, медицинских инструментов, механизмов и различных деталей для промышленности. Сплав почти на 99 % состоит из железа. Углерод занимает от 0,1 до 2,14 % общей массы металла. Углерод, марганец, кремний, магний, фосфор и сера изменяют физико-химические свойства стали. Количество примесей определяет способы обработки металла и сферы его применения. Производство стали занимает весомую долю черной металлургии.

Из чего делают сталь?

Сталь — одна из самых востребованных в промышленности. Железо и углерод — основные компоненты для изготовления стали. Железо отвечает за пластичность и вязкость, а углерод — за твердость и прочность.

Получают деформируемый сплав железа, который поддается механической, термической, токарной и фрезерной обработке. Литьем, прессованием, резкой, шлифовкой и сверловкой добиваются нужной формы. Стальные изделия получают с точно выверенными размерами.

Железо и углерод занимают львиную долю от общей массы, но кроме них сталь всегда содержит другие примеси. Чистота по неметаллическим включениям определяет качества стали. Оксиды, сульфиды и вредные примеси делают ее хрупкой и непластичной. Их содержание снижают очисткой или вводят дополнительные компоненты, чтобы добиться нужных физико-химических свойств.

Примеси бывают полезными и вредными. Разделение условное и означает то, что элементы улучшают химический состав стали или ухудшают его свойства. К полезным элементам относятся марганец и кремний. Сера, фосфор, кислород, азот, водород — вредные примеси в составе стали.

Как влияют полезные и вредные примеси на свойства стали?

Эффект от различных элементов в сталях:

• Марганец повышает прокаливаемость металла и нейтрализует вредное воздействие серы.
• Кремний улучшает прочность и способствует раскислению сплава, удаляя оксиды и сульфиды.
• Сера ухудшает пластичность и вязкость. Ее большое содержание проявляется красноломкостью: во время горячей обработки металл трескается в области красного или желтого каления.
• Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость сплава. Повышенное содержание фосфора приводит к хладноломкости: при механической обработке металл трескается или разламывается на куски.
• Кислород и азот разрушают структуру стали, ухудшают вязкость и пластичность.
• Водород приводит к хрупкости металла.

Чтобы удалить вредные примеси и неметаллические включения, жидкую сталь рафинируют. Используют комбинированное рафинирование в печи и вне печи. К примеру, раскисление, десульфурацию, дегазацию и другое. За счет очистки структура металла становится однородной, а качество возрастает.

Почему сталь сравнивают с чугуном?

Металлы похожи составом и способом изготовления. Чугун и сталь — сплавы железа, отличающиеся по концетрации углерода. В чугуне его свыше 2,14 % от общей массы, а в стали — не больше 2,14 %. Кроме процентной доли углерода в сплаве, они различны по свойствам. Чугун жаростойкий, теплоемкий, легкий и устойчивый к коррозии. А сталь прочнее, тверже и легче поддается механической обработке.

Плюсы и минусы стали

Сталь классифицируется по химическому составу и физическим свойствам. Разным маркам металла характерны свои преимущества и недостатки.

По сравнению с другими сплавами сталь отличается:

• высокой прочностью;
• твердостью;
• устойчивостью к ударной, статической и динамической нагрузке;
• пригодностью к сварке, резке и гибке заготовок механическим или ручным способом;
• многолетней износостойкостью;
• доступной стоимостью.

К минусам стали относится нестойкость к коррозии, тяжелый вес и намагничивание. Чтобы изделия из стали не портились, изготавливают нержавеющие марки. Чтобы получить устойчивый к коррозии сплав, добавляют хром. Также в составе могут присутствовать никель, молибден, титан, сера, фосфор.

Способы производства

Используют три метода изготовления стали, у каждого из которых свои достоинства и недостатки.

Мартеновские печи

Применяемые печи выкладывают из хромо-магнезитового кирпича. В них плавят сырье, окисляют сплав и удаляют посторонние включения. Печи могут быть использованы для изготовления углеродистых и легированных сталей. Они нагреваются до температуры +2000оС, позволяют добавлять различные примеси.

Кислородно-конвертерный метод

Это способ, получивший звание универсального. Его используют в производстве ферромагнитных сплавов. Выплавляют сталь из жидкого чугуна и шихты. Задействуют конвертер, облицованный огнеупорными материалами. Чтобы ускорить процесс окисления, через него подают струю воздуха.

Электродуговой способ

Принцип производства заключается в выделении тепла при горении электрической дуги. Тепловой режим обеспечивает плавление сырья под температурой +6000оС. Благодаря нему получаются высококачественные сплавы. У этой группы больше остальных хорошо раскисленных сталей.

Как получают сталь?

Производство стали состоит из нескольких этапов. Нарушения технологии влияют на свойства металла.

Расплавление шихты железных руд и нагрев ванны жидкого металла

На первом этапе плавят сырье на низкой температуре. При постепенном повышении температуры окисляется железо, кремний, марганец, фосфор. Затем повышают содержание оксида кальция, чтобы удалить фосфор.

Кипение ванны металла

Повышение температуры и интенсивное окисление железа путем введения руды, окалины и кислорода. Введение добавок позволяет получить оксид железа. С ним будет взаимодействовать углерод. Образующиеся пузырьки оксида углерода приводят сплав в кипящее состояние. К пузырькам прилипают сторонние примеси, тем самым очищая состав стали. Также удаляют сульфид железа, чтобы избавиться от серы.

Раскисление стали

В этом процессе восстанавливают оксид железа, который был растворен в жидком металле. Когда плавят шихту, кислород окисляет примеси, но в готовой стали он не нужен. Кислород понижает механические свойства стали, поэтому его нужно восстановить и удалить. Раскисляют стали ферромарганцем, ферросилицием, алюминием. Попадая в сплав, раскислители образуют оксиды низкой плотности, а затем отходят в шлак.

Как классифицируют сталь?

Физико-механические свойства и химический состав определяют виды металла. Сталь делят по составу, методу получения, структуре и примесям. Углеродистые и легированные стали различают по содержанию углерода и легирующим элементам. Сплавы обычного и высокого качества делят по содержанию примесей. Инструментальные, конструкционные и специальные стали делят в зависимости от назначения.

Углеродистые стали

Углеродистая сталь содержит углерод от 0,1 до 2,14 %. Количество углерода определяет группы стали:

• Низкоуглеродистые содержат меньше 0,3 % углерода.
• Среднеуглеродистые — от 0,3 до 0,7 %.
• Высокоуглеродистые — более 0,7 до 2,14 %.

По процентному содержанию углерода определяют структуру сплава. Сталь с 0,8 % углерода сохраняет ферритно-перлитную структуру, с повышением меняет ее на перлит и цементит. Преобразования каждой фазы отражаются на прочностных характеристиках. Также углеродистые стали разделяют на группы А, Б, В, которые в свою очередь делятся на категории и марки.

Легированные

Сталь обогащают марганцем, хромом, никелем, молибденом и другими легирующими элементами. Количество примесей считают суммарно. В зависимости от их содержания различают:

• низколегированные — до 2,5 % примесей;
• среднелегированные — от 2,5 до 10 %;
• высоколегированные — более 10 %.

Марганцем повышают прочность и твердость материала, хромом — стойкость к ударам, жаропрочность и устойчивость к коррозии. Никель делает сталь упругим и стойким к высоким температурам.

Марки стали отличаются сложной структурой. Обязательно указывают их состав в порядке убывания. Начинают с доли углерода, а затем прописывают меньшие доли легирующих добавок.

Спокойные, полуспокойные и кипящие

Стали классифицируют по степени раскисления. Чем меньше в сплаве газов, тем равномернее его структура и чище состав. Спокойные стали содержат меньше закиси железа, а кипящие — большое количество оксидов. Пузырьки оксида углерода ухудшают прочностные и пластичные свойства металла. Спокойные стали стабильны, их используют в изделиях ответственного назначения. Полуспокойные марки — среднепрочные, их задействуют как конструкционный материал. Кипящие разрушаются, трескаются и плохо поддаются сварке, поэтому и стоят меньше. Они разрешены в простых конструкциях.

Строительные

Низколегированные сплавы обычного качества. Они обладают удовлетворительными механическими свойствами, выдерживают статические и динамические нагрузки, пригодны к сварке.

Инструментальные

Высокоуглеродистые или высоколегированные сплавы. Их используют для изготовления штампов, режущего и измерительного инструмента. Разделяют соответственно на штамповые металлы, сплавы для режущего и измерительного инструмента. Названия группы зависит от назначения сталей. К примеру, штамповую сталь используют для изготовления инструментов, которыми будут обрабатывать металлы под давлением.

Конструкционные

Стали с низким содержанием марганца. Их делят на цементируемые, высокопрочные, автоматные, шарико-подшипниковые и другие. Используют для изготовления узлов механизмов или конструкций.

Стали специального назначения

Эти сплавы относятся к конструкционным сталям. Они бывают жаропрочными, жаростойкими, кислотоупорными, криогенными, электротехническими, парамагнитными, немагнитными.

шагов в современном сталеплавильном процессе

Сталь — самый популярный строительный материал в мире благодаря уникальному сочетанию прочности, обрабатываемости и стоимости. Это железный сплав, содержащий 0,2-2% углерода по весу.

По данным Всемирной ассоциации производителей стали, одними из крупнейших стран-производителей стали являются Китай, Индия, Япония и США. На долю Китая приходится примерно 50% этого производства. К крупнейшим мировым производителям стали относятся ArcelorMittal, China Baowu Group, Nippon Steel Corporation и HBIS Group.Взаимодействие с другими людьми

Современный процесс производства стали

Способы производства стали значительно изменились с тех пор, как в конце 19 века началось промышленное производство. Однако современные методы все еще основаны на той же предпосылке, что и исходный бессемеровский процесс, который использует кислород для снижения содержания углерода в железе.

Сегодня в производстве стали используются переработанные материалы, а также традиционное сырье, такое как железная руда, уголь и известняк. Практически все производство стали приходится на два процесса: кислородное производство стали (BOS) и электродуговые печи (EAF).Взаимодействие с другими людьми

Производство чугуна, первый шаг в производстве стали, включает сырье в виде железной руды, кокса и извести, плавящихся в доменной печи. Полученный расплавленный чугун, также называемый чугуном, по-прежнему содержит 4-4,5% углерода и других примесей, которые делают его хрупким.

Первичная выплавка стали осуществляется двумя методами: BOS (кислородная печь) и более современные методы EAF (электродуговая печь). Метод BOS добавляет переработанный стальной лом к ​​расплавленному чугуну в конвертере. При высоких температурах через металл продувается кислород, что снижает содержание углерода до 0-1.5%.

Однако при использовании метода EAF переработанный стальной лом подается через электрические дуги большой мощности (с температурой до 1650 градусов по Цельсию) для плавления металла и его превращения в высококачественную сталь.

Вторичное производство стали включает в себя обработку жидкой стали, полученной как из BOS, так и из EAF, для корректировки состава стали. Это делается путем добавления или удаления определенных элементов и / или изменения температуры и производственной среды. В зависимости от требуемых типов стали могут использоваться следующие вторичные процессы выплавки стали:

• Перемешивание
• Ковш-печь
• Ковш для впрыска
• Дегазация
• CAS-OB (регулировка состава герметичным барботированием аргона с продувкой кислородом)

При непрерывном литье расплавленная сталь заливается в охлажденную форму, в результате чего тонкая стальная оболочка затвердевает.Стренга оболочки снимается с помощью направляющих валков, затем она полностью охлаждается и затвердевает. Далее прядь разрезается в зависимости от применения — плиты для плоских изделий (лист и полоса), блюмы для профилей (балки), заготовки для длинномерных изделий (проволока) или тонкие полосы.

При первичной формовке литой стали затем придают различные формы, часто путем горячей прокатки — процесса, который устраняет дефекты литья и обеспечивает необходимую форму и качество поверхности. Горячекатаный прокат подразделяется на плоский, сортовой, бесшовные трубы и специализированный прокат.

Наконец, пришло время для изготовления, изготовления и отделки. Вторичные методы формовки придают стали окончательную форму и свойства. Эти методы включают:

• Формовка (холодная прокатка), которая выполняется ниже точки рекристаллизации металла, что означает механическое напряжение, а не нагрев, влияет на изменение
• Обработка (сверление)
• Соединение (сварка)
• Покрытие (цинкование)
• Термическая обработка (отпуск)
• Обработка поверхности (цементация)

6 Сталелитейная промышленность | Технологии разделения для отраслей будущего

автомобилей и материалы, из которых они изготовлены, такие как использование подключаемых электрических компонентов, которые могут быть восстановлены перед измельчением, могут иметь большее влияние, чем улучшенные методы разделения лома измельчителя.

Железо прямого восстановления

С самого начала «революции мини-заводов» более 30 лет назад большое внимание уделялось прямому восстановлению железа (DRI). Все изученные процессы были направлены на удаление кислорода из железной руды в твердом состоянии. К 1960-м годам было построено несколько заводов, использующих процессы на основе угля и природного газа. Некоторые из них находились в местах, где было бы оправдано строительство небольшого сталелитейного завода, а лом для более традиционной установки EAF был недоступен (например, Новая Зеландия).В Соединенных Штатах лом был предпочтительнее из-за затрат, как капитальных, так и эксплуатационных. В 1970-х годах реформированный газ стал предпочтительным топливом / восстановителем, хотя некоторые угольные электростанции уже работали, и продолжалась разработка некоторых технологических процессов с использованием угля.

Существует сильный положительный стимул для использования высококачественного сырья для прямого восстановления, поскольку шлакообразующие жильные минералы в DRI накладывают дополнительную нагрузку на EAF. Подходящее сырье в идеале содержит не более 3 процентов диоксида кремния плюс оксид алюминия, но очень немногие природные руды достигают этого уровня чистоты.Поэтому сырье обычно тонко измельчается, обогащается магнитной сепарацией, флотацией или обоими способами и восстанавливается в виде обожженных оксидных гранул перед восстановлением. После восстановления продукт обычно содержит 88 процентов или более металлического железа, 8 процентов или менее невосстановленного оксида железа и около 2 процентов кремнезема и других компонентов.

Готовые гранулы DRI очень реактивны. Он имеет большую внутреннюю площадь поверхности, повторно окисляется при контакте с влажным воздухом и может даже гореть при контакте с водой.Гранулы DRI, очевидно, создают проблемы при хранении и транспортировке, и производители пробовали множество различных средств их устранения. Наиболее широко используемым средством сегодня является горячее брикетирование, процесс, при котором окатыши прямого восстановления в защитной атмосфере брикетируются для уменьшения площади их поверхности и герметизации внутренних поверхностей. Брикеты DRI можно обрабатывать, хранить и отправлять даже через океаны.

Более свежей альтернативой, имеющей свои преимущества, является производство карбида железа (Fe ₃ C).Сырьем для этого метода также должна быть высококачественная руда или окатыши, а в качестве топлива используется реформированный природный газ, но продукт стабилен и не требует брикетирования. В настоящее время создаются первые твердосплавные заводы, но еще предстоит увидеть, насколько хорошо карбид железа будет конкурировать с более традиционным DRI.

DRI (и карбид) имеют несколько преимуществ перед ломом. Во-первых, они могут разбавлять примеси, например медь. Во-вторых, они являются стабильными и предсказуемыми источниками высококачественных кормов.В-третьих, они являются средством «импорта» дешевой энергии из мест, где легко доступен природный газ. Наконец, они могут выступать в качестве защиты от роста цен на металлолом. Однако они требуют капитальных вложений, которые не связаны с использованием лома.

Производство стали и рафинирование | Введение в химию

Цель обучения

• Напомним, что сталь производится из железной руды.

---

Ключевые моменты

• Производство стали — это второй этап производства стали из железной руды, при котором из сырого железа удаляются примеси и добавляются легирующие элементы для получения необходимой стали.
• Современные процессы производства стали делятся на две категории: первичная и вторичная выплавка стали.
• В первичном сталеплавильном производстве в качестве сырья используется в основном новый чугун, обычно из доменной печи.
• Вторичная выплавка стали осуществляется в дуговой электропечи с использованием стального лома в качестве основного сырья.
• Рафинирование заключается в очистке нечистого металла.
• Кованое и рафинированное железо — продукты переработки чугуна.

---

Условия

• Электродуговая печь Печь, в которой загружаемый материал нагревается с помощью электрической дуги.
• Нефтепереработка Рафинирование (как в неметаллургических целях) заключается в очистке загрязненного материала, в данном случае металла.
Производство стали
• Второй этап производства стали из железной руды

---

Обзор сталеплавильного производства

Сталеплавильное производство — это второй этап производства стали из железной руды. На этом этапе из сырого железа удаляются такие примеси, как сера, фосфор и избыточный углерод, и добавляются легирующие элементы, такие как марганец, никель, хром и ванадий, для получения необходимой стали.

Современные процессы производства стали делятся на две категории: первичная и вторичная выплавка стали.В первичном сталеплавильном производстве в качестве сырья используется в основном новый чугун, обычно из доменной печи. Вторичное производство стали использует в качестве первичного сырья стальной лом. Газы, образующиеся при производстве стали, можно использовать в качестве источника энергии.

Первичное производство стали

Производство стали с кислородным азотом — это метод первичной выплавки стали, при котором обогащенный углеродом жидкий чугун (чугун, полученный в доменной печи) превращается в сталь. Продувка кислородом расплавленного чугуна снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь.Процесс называется «основным» из-за pH огнеупоров и оксидов кальция и оксида магния, которые покрывают емкость для защиты от высокой температуры расплавленного металла.

Вторичное производство стали

Вторичная выплавка стали чаще всего выполняется в дуговой электропечи. Печь состоит из футерованного огнеупором сосуда, часто с водяным охлаждением и закрытого раздвижной крышей. Именно через этот сосуд в печь попадает один или несколько графитовых электродов.Как только печь загружается металлоломом, начинается плавление. Электроды опускаются на лом, зажигается дуга, и электроды устанавливаются так, чтобы врезаться в слой измельченного материала в верхней части печи. Когда электроды достигают тяжелого расплава у основания печи и дуги экранируются ломом, напряжение повышается, а электроды слегка приподнимаются, увеличивая мощность, подаваемую на расплав. Кислород вдувается в металлолом, воспламеняя или разрезая сталь, что ускоряет плавление лома.

Электродуговая печь Электродуговая печь (большой цилиндр) выпускная.

Образование шлака, который плавает на поверхности жидкой стали, является важной частью сталеплавильного производства. Шлак обычно состоит из оксидов металлов и служит местом назначения окисленных примесей. Он действует как тепловое одеяло, останавливая чрезмерные потери тепла и помогая уменьшить эрозию огнеупорной футеровки.

Когда лом полностью расплавится и ванна станет плоской, в печь можно загрузить еще одно ведро лома и расплавить его.Как только температура и химический состав будут правильными, сталь выгружается в предварительно нагретый ковш путем наклона печи. В печах с простой углеродистой сталью, как только шлак обнаруживается во время выпуска, печь быстро наклоняется назад в сторону удаления шлака, что сводит к минимуму унос шлака в ковш.

Сталеплавильное производство в Исарне

Процесс производства стали в Хисарне — это процесс первичного производства стали, при котором железная руда перерабатывается почти непосредственно в сталь. Процесс основан на новом типе доменной печи, называемой циклонной конвертерной печью, которая позволяет пропустить процесс производства чугунных окатышей, необходимый этап основного процесса производства стали в кислородном конвертере.Поскольку этот этап пропускается, процесс HIsarna более энергоэффективен и имеет меньший углеродный след, чем традиционные процессы производства стали.

Нефтепереработка

Рафинирование заключается в очистке нечистого материала, в данном случае металла. При очистке конечный материал обычно химически идентичен исходному, но чище. Существует множество различных способов рафинирования, включая пирометаллургические и гидрометаллургические методы.

Кованое железо

Продукция доменной печи — чугун, содержащий 4-5 процентов углерода и обычно некоторое количество кремния.Для производства ковочного продукта требовался дополнительный процесс, обычно называемый «очисткой», а не «рафинированием». ”Начиная с 16 века этот процесс осуществлялся в кузнице для украшений. В конце 18 века его начали заменять лужением в печи для лужения, которое, в свою очередь, постепенно вытеснялось производством мягкой стали по бессемеровскому процессу.

Эйфелева башня Эйфелева башня построена из кованого железа в лужах.

Термин «переработка» используется в более узком контексте.Первоначальный процесс пудлинга Генри Корта работал только тогда, когда сырьем служил белый чугун, а не серый чугун, который был обычным сырьем для кузниц изысканных украшений. Чтобы серый чугун можно было использовать, был разработан процесс предварительного рафинирования для удаления кремния. Чугун плавился в вытяжной печи, а затем сливался в желоб. Этот процесс окислял кремний с образованием шлака, который плавал по железу и был удален путем опускания перемычки в конце желоба. Продуктом этого процесса был белый металл, известный как тонкий металл или очищенное железо.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Процесс производства стали — как производится сталь?

Процесс производства стали — как производится сталь?

10 апреля 2020

Производство стали — важная отрасль, оказывающая значительное влияние на нашу мировую экономику.С середины 1800-х годов сталь стала одним из наиболее востребованных материалов во всем мире, обслуживая бесчисленные производственные и строительные рынки. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, мировое производство стали поддерживает или способствует мировой экономической деятельности на 2,9 триллиона долларов, что делает его важным материалом для поддержки миллионов рабочих мест во всем мире.

Сталь

может показаться не товаром, связанным с передовыми технологиями, но процесс ее производства прошел долгий путь. В этом руководстве по процессу производства стали мы исследуем историю стали и сравним ее с тем, как сталь производится и используется в современных приложениях.

История производства стали

Сталь — это открытие железного века, периода, начавшегося около 1200 г. до н. Э. Железная руда впервые была добыта в Центральной Азии и Европе, и люди в то время использовали железо для изготовления инструментов и оружия в практике, называемой черной металлургией. Изделия из железа развивались в это время, начиная с кузнецов, производящих изделия из кованого железа. Эти торговцы научились нагревать железную руду, и, используя процесс молотка и наковальни, кузнецы удаляли примеси из металла и производили прочный и ковкий конечный железный продукт.

Железо приняло несколько других форм, прежде чем в конечном итоге появилось то, что сегодня считается сталью. В Китае металлурги железного века нагревали железо в больших печах, эффективно плавя вещество в жидкость и смешивая ее с древесным топливом. Затем расплавленную жидкость разливали в формы, которые затем оставляли для затвердевания, в конечном итоге принимая форму кухонных инструментов и других предметов из форм. Этот процесс, известный как чугун, дает более прочный продукт, чем кованое железо, но он был хрупким, что затрудняло его формирование и изгиб.

После литья чугуна кузнецы Центральной Европы начали покрывать кованые изделия древесным углем, чтобы улучшить прочность чугуна при сохранении его гибкости. После этого железо прошло последнюю итерацию, которая больше всего напоминает сегодняшнюю сталь. В Индии металлурги разработали процесс плавки чугуна, сочетающий в себе идеальное соотношение железа и углерода. Используя тигли или глиняные контейнеры, мастера по металлу смешивали куски железа и древесного угля в высокотемпературной печи.Во время приготовления железо плавится и поглощает атомы углерода из древесного угля. После охлаждения тигли содержали то, что мы теперь называем сталью — сплав железа с углеродом.

После открытия сплавов железа с углеродом, различные цивилизации начали расширять свои методы производства стали, позволяя им изготавливать улучшенное оружие, инструменты и конструкции. Начиная с железного века, люди стремились усовершенствовать процесс производства стали не только для того, чтобы производить ее в больших количествах, но и для более эффективного производства.Постоянное совершенствование производства стали является причиной того, что сегодня сталь стала таким важным глобальным товаром.

Как сегодня производится сталь?

Современный процесс производства стали начался в 1856 году по технологии, известной как Бессемеровский процесс. Считается, что это первый процесс массового производства стали. По словам историков, два разных изобретателя, один из Великобритании и один из Питтсбурга, одновременно разработали процесс производства стали, который включал удаление примесей железа с помощью воздушного потока.

С этим открытием другие производители стали начали совершенствовать процесс, в конечном итоге открыв способ использования струйной обработки воздуха для сохранения содержания углерода при полном удалении примесей. Наконец, этот процесс превратился в очень рентабельный способ массового производства высококачественной стали, которую мы используем до сих пор.

Сегодняшнюю сталь обычно производят одним из двух способов:

1. Доменная печь: Доменный процесс, также известный как кислородно-кислородный процесс (BOP), объединяет сырую железную руду с небольшим количеством стального лома в печи.Затем в печь вдувают чистый кислород, повышая ее температуру. Металлолом не только плавится в жидкость при этой температуре, но и примеси железа также окисляются, полностью испаряясь. Кроме того, высокая температура снижает содержание углерода до идеального соотношения, в результате чего получается жидкая сталь.
2. Электродуговые печи: В электродуговых печах (EAF) сильноточные электрические дуги от электродов плавят большие количества стальных отходов в жидкость.Пока стальной лом плавится, техники добавляют другие ферросплавы до тех пор, пока жидкий металл не достигнет желаемого отношения стали к другим сплавам, таким как хром и никель, которые образуют нержавеющую сталь. Затем для очистки стали печь продувают кислородом и добавляют известь и плавиковый шпат. Эти вещества соединяются с примесями стали, превращаясь в шлак. Затем шлак всплывает в верхнюю часть расплавленной стали, где он удаляется, оставляя после себя чистую сталь.

ДСП на сегодняшний день является наиболее распространенным методом производства стали.Современные сталеплавильные печи из ДСП производят 150 тонн стали за плавку, что занимает примерно 90 минут.

Производство металлов на заказ

Сталь

— это универсальный, доступный и доступный в большом количестве материал, что делает его идеальным материалом для использования в бесчисленных производственных мощностях. Производители оригинального оборудования и другие производственные компании полагаются на стоимость стали при производстве своих оригинальных компонентов и продуктов.

По всему миру компании закупают сталь и металлы и сплавы, чтобы создавать свои продукты и воплощать свои проекты в жизнь.Изготовление и проектирование металлических изделий на заказ — критически важная профессиональная услуга в мировой экономике, потому что это то, что позволяет предприятиям изобретать новые и полезные товары и рисковать, создавая инновационные конструкции, которые помогают формировать и улучшать нашу повседневную жизнь.

Производство и проектирование металлов объединяет целый ряд экспертов, от дизайнеров, инженеров и консультантов до сварщиков, слесарей и монтажников. Каждый эксперт должен сыграть свою роль в обеспечении того, чтобы сталь и металлические материалы превратились в хорошо спроектированные, высококачественные компоненты и конечные продукты, которые в дальнейшем будут играть важную роль на нашем мировом рынке.

Выберите Summit Steel для контрактного производства металла на заказ

Производителям и OEM-производителям требуются надежные, профессиональные и знающие партнеры по контрактному производству металла, которые помогли бы им производить стальную и металлическую готовую продукцию эффективно и в соответствии с высочайшими стандартами. Если вы ищете компанию по производству высокоточного металла для удовлетворения уникальных потребностей вашего бизнеса, выберите Summit Steel.

Более 25 лет Summit Steel помогает предприятиям эффективно производить детали с помощью передовых производственных и производственных процессов.Наши услуги по контрактному производству металла варьируются от первоначального проектирования и инженерной поддержки до лазерной резки, трехмерной обработки и сварки стали и металлов. Наши гибкие предложения услуг могут быть адаптированы к любому объему производства, необходимому вашему бизнесу. Summit Steel может поставлять высококачественные изделия из металла и стали, а также детали для вашей отрасли — от единого источника до крупных заказов.

Для получения дополнительной информации о заключении контракта с Summit Steel на производство металла на заказ, свяжитесь с нами сегодня.Позвоните нам по телефону (610) 921-1119 или запросите расценки онлайн.

Брайан Рид — вице-президент по продажам и развитию бизнеса Summit Steel & Manufacturing Inc.

Процесс меткомбинат Производство

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) острова Фарерские островаФиджиФинляндияМорская Республика Югославия МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГуадель oupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская Ара biaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.С.) Уоллис и Футуна IslandsWestern SaharaYemenYugoslaviaZambiaZimbabwe

Как улучшить стали производственные процессы и методы производства

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, The ДР ч PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto Рико, Катар, Реюньон, Румыния, Российская Федерация, Руанда, Saint He lenaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint Пьер и MiquelonSamoaSan MarinoSao Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальный Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited KingdomUruguayUS Экваторияльная IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin Острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве

Производство стали — обзор

2.5.3 Улавливание CO

₂ улавливание в черной металлургии

Мировое производство стали в значительной степени зависит от угля, который используется для производства кокса. сжигание в доменной печи, для производства агломерата, для производства пара и электроэнергии, в качестве источника углерода для добавки в процессах производства стали и в процессах прямой плавки чугуна. Примерно 0.На 1 млн т произведенной стали требуется 44 млн т угля.

Сектор черной металлургии является одним из основных источников выбросов CO ₂ за пределами сектора энергетики, где можно было бы установить CCS, что в значительной степени способствовало бы усилиям по смягчению последствий. Большая часть выбросов CO ₂ возникает в результате потребления угля в доменной печи, хотя есть и другие крупные источники CO ₂ на сталелитейном заводе: внутренняя электростанция, доменная печь, коксовая печь и т. Д. Toshiba проанализировала возможность модернизации китайского сталелитейного завода для поставки 300 т / д CO ₂ для повышения нефтеотдачи на близлежащем нефтяном месторождении с использованием химического поглощения.Дымовой газ из печи горячего дутья был определен как лучший источник тепла для выработки пара для отпарной колонны (см. Рис. 2.6). Были оценены два источника CO ₂ : газ из печи для обжига извести (рис. 2.6a) с высокой концентрацией CO ₂ и дымовой газ из печи горячего дутья (рис. 2.6b). Согласно исследованию, стоимость улавливания CO ₂ на сталелитейном заводе аналогична стоимости из других источников (Toshiba, 2015).

Рисунок 2.6. Схема возможных реализаций улавливания CO ₂ на металлургическом заводе.DCC, охладитель прямого контакта.

Первая в мире промышленная установка по улавливанию углерода на сталеплавильном заводе была запущена в комплексе Emirates Steel Industries в Муссафе, Объединенные Арабские Эмираты, в 2016 году. В проекте CCS в Абу-Даби используется процесс прямого восстановления железа с H ₂ и CO производится паровой конверсией метана. В установке для улавливания углерода используется растворитель на основе амина (технология BASF OASE® white) для улавливания 90% произведенного CO ₂ (0,8 Мт / год).Продукт CO ₂ сжимается, обезвоживается и перекачивается по 50-километровому трубопроводу для закачки в наземное нефтяное месторождение национальной нефтяной компании Абу-Даби для повышения нефтеотдачи пластов.

Хотя сталелитейная промышленность Японии является лидером в мире по эффективности, ее выбросы CO ₂ по-прежнему составляют 15% от общего объема. Японская федерация черной металлургии в рамках проекта COURSE 50 нацелена на разработку передовых технологий для сокращения выбросов CO ₂ на 30%, их внедрения к 2030 году и их индустриализации и передачи к 2050 году.Применяется двойной подход: (1) ожидается снижение на 10% за счет восстановления железной руды с помощью риформированного коксового газа и (2) на 20% за счет улавливания CO ₂ из доменного газа (BFG) с использованием химической абсорбции. методы физической адсорбции и неиспользованное отходящее тепло (Tonomura et al., 2016). В рамках проекта разрабатываются передовые технологии использования неиспользованного отходящего тепла для улавливания CO ₂ . Усовершенствованные растворители, испытанные с реальным BFG на пилотных установках CAT1, 1 т / день и CAT30, 30 т / день, показали снижение энергии регенерации на 2.5 ГДж / т на более 2000 часов эксплуатации в 2011 году при коэффициенте улавливания 90% (Тономура, 2013). Усовершенствованная система разделения путем адсорбции оксида углерода ( ASCOA ) была протестирована на небольшой экспериментальной установке ASCOA-3 с производительностью извлечения CO ₂ 3 т / день на заводе JFE Steel в Западной Японии. Работает в Фукуяме, Япония. BFG сжимают, охлаждают и осушают с помощью диоксида кремния и геля оксида алюминия до точки росы -60 ° C. Затем сухой газ сжимается до 0,15–0,3 МПа, охлаждается до 10 ° C и подается в установку PSA, в которой в качестве адсорбента используется цеолит (цеол F9).Технология прошла валидацию с извлечением CO ₂ до 6,3 т / день при стоимости 63% от первоначальной стоимости извлечения (Saima et al., 2013a) и соответствующем потреблении энергии 0,44 ГДж / т (GCCSI, 2014 ). Общая стоимость коммерческой установки мощностью 1 млн т / год составляет всего 20 долларов США за тонну CO ₂ (Saima et al., 2013b).

Европейский проект STEPWISE продемонстрирует технологию SEWGS с использованием доменного газа на сталеплавильном заводе в масштабе 15 т CO ₂ / день в Лулео, Швеция.Пилотная версия состоит из секции сжатия, расширенной секции WGS и секции SEWGS. Хотя SEWGS представляет собой многоколоночный реактивный процесс горячего PSA, в пилотном проекте будет использоваться одна колонка для демонстрации разделения H ₂ / CO ₂ в противоточном PSA с использованием 2,5 т K-промотированного MgO – Al ₂ О ₃ Сорбент на основе гидроталькита. Работа будет сосредоточена на потребности в паре для достижения заданной эффективности разделения, конструкции цикла, управлении теплом и взаимодействии между секциями WGS и SEWGS.