Сырьем для производства стали является: Производство стали: способы, технология и сырье

Производство стали: способы, технология и сырье

Сталь – это прочный материал и основной конструкционный материал для машиностроения. Он представляет сплав железа с углеродом, содержание которого в структуре составляет 0,01–2,14%. В состав также входят в незначительных количествах кремний, марганец и сера. Этот материал обладает исключительными механическими свойствами: твердостью и ковкостью, благодаря им он считается основным конструкционным материалом в машиностроении. Трудно представить, что могло бы заменить материал. Но активное развитие производство стали и других металлов. Из стали изготавливаются самые разнообразные изделия – от канцелярских скрепок до станин многотонных прессов и обшивки корпусов морских судов.

Процесс производства

Производится сталь плавкой. Исходным сырьем служат чугун, лом самой стали или чугуна, окатыши, флюсы и ферросплавы.

Сам чугун по природе – недостаточно твердый и хрупкий материал, поэтому имеет ограниченное применение.

Однако, он незаменим в качестве сырья для получения стали. Суть плавки состоит, в случае применения передельного чугуна, в снижении процентного содержания углерода в нем до требуемого уровня.

Выводятся не предусмотренные в конечной рецептуре примеси. Традиционный состав шихты представляет 55% чугуна и 45% стального лома (скрапа). Существует также рудный процесс, когда к компонентам добавляется рудный материал или скрап-процесс для переработки отходов машиностроительного производства.

Чтобы в процессе плавки примеси и углерод легче выводился из состава компонентов, они переводятся в газы и шлак. В первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом железо окисляется, образуя закись железа FeO.

Одновременно окисляются C, Si, Mn и P, при этом происходит отдача кислорода оксидом железа химически активным примесям. К массе шихты добавляют флюс для лучшего растворения металла: известняк или известь, боксит. В качестве топлива используют каменноугольную пыль, жидкий мазут, природный или коксовый газ.

Особенности процесса

Процесс производства стали происходит последовательно в три этапа.

Первый этап – расплавление породы. На этапе его проведения формируется расплав в ванне и окисляется металл, отдавая одновременно кислород кремнию, фосфору и марганцу.

Одна и главных задач этого этапа – удаление фосфора. Для ее осуществления требуется сравнительно невысокая температура и присутствие в достаточном количестве FeO. При взаимодействии ингредиентов фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 + P2O5.

Присутствие в шлаке более стойкого основания СаО вызывает замещение FeO. В результате оно связывает фосфорный ангидрит в другое соединение (CaO)4 х P2O5 + 4 Fe, чего и требовалось добиться.

Чистый Fe высвободился в расплаве, а фосфор образовал шлак, который удаляется с зеркала металла и утилизируется за ненадобностью. Поскольку фосфорный ангидрид преобразует состав шлака, процесс должен идти непрерывно.

Поэтому FeO должен непрерывно пополняться за счет загрузки новых партий железной руды и окалины, наводящих в расплаве железистый шлак.

Особенности второго этапа

Технология производства стали на втором этапе называется кипением стали. Основное назначение заключается в процентном снижении содержания углерода за счет окисления. FeO + C = CO + Fe.

Реакция окисления происходит более интенсивно при кипении и сопровождается поглощением тепла. Поэтому необходимо создавать постоянный приток тепла в ванну, а также для выравнивания температуры в расплаве.

При такой реакции окисления интенсивно выделяется газ оксида углерода CO, что вызывает бурное кипение в жидком агрегатном состоянии, по этой причине процесс называют кипением. Чтобы излишки углерода интенсивнее преобразовывались в окись, производство качественной стали предусматривает вдувание чистого кислорода и добавление в расплавленную структуру окалины. Поэтому таким важным является качество сырья для производства стали. Все исходные материалы проходят щепетильную проверку.

Немаловажным на этом этапе является вывод серы, благодаря чему повышается качество конечной стали. Используемая в компонентах сера, присутствует не в прямом виде, а в форме сульфида железа FeS.

При высоких температурах компонент также взаимодействует с оксидом СаО, образуя сульфид кальция CaS, который растворяется в шлаке, не соединяясь с железом. Это позволяет беспрепятственно выводить сульфид за пределы ванны.

Конвертерное производство стали

Раскисление

Третий этап – раскисление металла. После добавления кислорода (на предыдущем этапе) требуется снизить его содержание в чистой стали. Использованием О2 удалось добиться окисления примесей, но его остаточное присутствие в конечном продукте снижает качественные характеристики металла. Требуется удалить или преобразовать окислы FeO, связав кислород с другими металлами.

Для этого существуют два метода раскисления:

• диффузионное;
• осаждающее.

При диффузионном методе в расплавленный состав вводят добавки: алюминий, ферромарганец и ферросилиций. Они восстанавливают оксид железа и переводит в шлак. В шлаке оксид распадается и высвобождает чистое железо, которое поступает в расплав. Второй высвободившийся элемент – кислород улетучивается в окружающую среду.

Осаждающий метод предусматривает введение добавок, имеющих большее сродство с кислородом, чем Fe. Происходит замещение этими веществами железа в окисле. Они, как менее плотные, всплывают и выводятся вместе со шлаком.

Процесс раскисления продолжается при затвердевании слитка, в кристаллической структуре которого оксид железа и углерод взаимодействуют. В результате чего вместе с пузырьками азота, водорода он выводится.

Чем больше при раскислении выводится включений различных металлов, тем выше ковкость получаемой стали. Для проверки раскаленный кусок металла подвергают ковке, на нем не должны образовываться трещины. Такая проверка пробы говорит о правильном проведении процесса раскисления.

В зависимости от степени раскисления специалисты могут получить:

• спокойную сталь полного раскисления;
• кипящую раскисленную не полностью сталь, когда процесс выведения пузырьков угарного газа СО продолжается в ковше и изложнице.

Для получения легированных сталей с добавками некоторых металлов в расплавленный металл добавляются ферросплавы или чистые металлы. Если они не окисляются (Ni, Co, Mo), то такие добавки могут вводиться на любом этапе плавки. Более чувствительные к окислению металлы Si, Mn, Cr, Ti добавляют в ковш или, что обычно и происходит, в форму для отливки металла.

Существуют основные способы получения стали в сталеплавлении.

Мартеновский способ

Этот способ применяется для производства сталей высокого качества, применяемых в особо ответственных деталях машинах и точных механизмах.

В свое время он заменил трудоемкие и малопроизводительные тигельную и пулдинговую плавки, применявшиеся ранее.

Емкость загрузки одной отражательной печи, используемой при этом методе, достигает 500 тонн. Особенностью мартеновского способа является возможность переплавки не только передельного чугуна, но и металлургических отходов, металлического лома.

Температура нагрева жидкой стали достигает 2 тыс. градусов. Этот результат достигается специальной конструкцией мартеновской печи:

• применением дополнительного тепла регенераторов, получаемого сжиганием коксовального или доменного газа в струе горячего воздуха;
• отражения от свода закачиваемого газа в результате сгорание топлива в нем происходит над ванной с металлом, что способствует быстрому нагреву содержимого;
• применением реверсирования нагревающего потока.

Мартеновская печь состоит из следующих элементов:

• рабочего пространства с огнеупорной футеровкой стенок и завалочными окнами;
• подины (основания) из магнезитового кирпича;
• свода печи;
• головки печи;
• шлаковика для выведения пыли;
• регенератора с перекидными клапанами.

Процесс плавки занимает от 4 до 12 часов. С целью ускорения процесса плавки объем закачиваемого кислорода превышает потребности, что повышает производительность плавки на 20–30%.

Конвертерный метод

В конверторах выплавляют сорта стали для производства автомобильного листа, инструментальной стали сварных конструкций и других стальных заготовок. По качеству они уступают мартеновскими применяются для изготовления менее ответственных изделий.

В них содержится больше примесей, чем при мартеновском изготовлении. Благодаря высокому объему загрузки одной печи до 900 тонн, способ считается самым производительным, поэтому получил широкое распространение.

Производство стали и другого вида металла этим методом основано на продувке жидкого чугуна воздухом или кислородом под давлением 0,3–0,35 МПа, при этом металл разогревается до 1600 градусов. Плавка скоротечна и длится до 20 минут. За это время происходит окисление углерода, кремния и марганца, содержащихся в сырье, которые извлекаются из ванны с расплавом шлака.

Конвертер представляет сосуд ретортообразной (грушевидной) формы, состоящий из стальных листов с футеровкой изнутри. Для заливки чугуна и выпуска готовой стали используется одно отверстие, в него также загружается чугун и скрап.

Рождение стали

Особенности процесса

Вместе с ними загружаются шлакообразующие вещества: известь и бокситы. Корпус охвачен опорным кольцом, прикрепленным к поворотным цапфам. С их помощью сосуд наклоняется и через это отверстие – летку выливается готовая сталь. Нижняя продувка осуществляется через сквозные отверстия (фурмы), сделанные в днище печи.

Исторически повелось, что используемый везде способ называется томасовским, бессемеровским. В прошлом веке преобладающим стал мартеновский процесс. Нагрев регенератора осуществляется продувкой печных газов, после чего он нагревается холодный воздух, поступающий на расплав.

В современных конструкциях чаще применяют верхний способ, при котором продувка на огромной скорости осуществляется через опускаемые к поверхности металла сопла. В России преимущественно используется именно верхняя продувка печей.

Находясь под струей воздуха, чугун интенсивно окисляется в зоне контакта. Поскольку его концентрация значительно больше других примесей, преимущественно образуется оксид железа. Но он растворяется в шлаке. Поэтому металл обогащается выделяемым кислородом.

Окисляются C, Cr и Mn, снижая процентное содержание в структуре металла. Окисление сопровождается выделением тепла. Благодаря присутствию шлаков СаО и FeO до разогрева происходит выведение фосфора в самом начале продувки.

Шлак с ним сливается и наводится новый. Производство стали сопровождается экспресс-анализами и контролем текущих изменений приборами контроля, вмонтированных в печь. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,075%.

Кислородно-конвертерный способ получения стали

Производство стали сегодня осуществляется в основном этим способом. На долю кислородно-конверторного производства совсем недавно приходилось до 60% мирового производства стали.

Однако, этот процент снижается в связи с появлением электродуговых печей (ЭДП). Продувка печей осуществляется чистым кислородом (99,5%) под высоким давлением.

Продукт кислородно-конвертерной печи представляет сталь с заданными химическими свойствами. Она поступает в машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где материал застывает в форме блюма или плиты. Для получения определенных жестких параметров металл подвергается вторичной переработке.

Электросталеплавильный способ

Производство стали электрической плавкой обладает рядом неоспоримых преимуществ. Этот способ считается основным при выплавке высококачественных легированных сталей.

Достигаемая при этом высокая температура позволяет выплавлять стали, содержащие тугоплавкие металлы:

• молибден;
• вольфрам;
• ванадий.

Высокое качество достигается практическим отсутствием в сталях фосфора, серы и кислорода. Этот способ также применяется для производства широкой номенклатуры строительных сталей.

Выделение тепла не связано с потреблением окислителя, а происходит в результате преобразования электрической энергии в тепловую. Она выделяется при прохождении электрической дуги или наведения вихревых токов. В зависимости от принципа работы печи подразделяются на электродуговые и индукционные.

Электродуговая печь способна принять одновременно от 3,5 до 270 тонн сырья:

• жидкой стали из конвертеров;
• скрапа;
• железной руды.

Она имеет несколько электродов из графитосодержащего материала, к которым подводится электрическое напряжение. Время плавки составляет до 1,5 часа, при этом температура дуги достигает 6 тыс. градусов.

Особенности электроиндукционных печей

В электроиндукционных печах сталь выплавляют в небольших по объему (4,5–60 тонн) емкостях, именуемых огнеупорными тиглями. Вокруг тигля располагается индуктор, состоящий из большого количества витков провода.

При прохождении переменного тока внутри индуцируются вихревые токи большой силы, вызывающее плавление содержимого тигля. Электромагнитные силы одновременно перемешивают расплав стали. Продолжительность плавки в таких печах не превышает 45 мин.

Электросталеплавильный способ производит мало дыма, пыли и меньше излучает световой энергии. Однако, высокая стоимость электрооборудования при малой вместительности ограничивает применение этого способа.

Схема электросталеплавильной печи

Помимо рассмотренных вариантов, существуют не только основные способы производства стали. В современном сталеплавлении используется плавка в вакуумных индукционных печах и обогащение процентного содержания железа в окатышах плазменно-дуговым переплавом.

Виды получаемых сталей по химическому составу

Производимая этими методами сталь делится, в зависимости от химического состава, на две большие группы:

• углеродистую;
• легированную.

Процентное содержание элементов в углеродистой стали:

Наименование	Fe	С	Si	Mn	S	P
Содержание в процентах	до 99,0	0,05–2,0	0,15–0,35	0,3–0,8	до 0,06	до 0,07

В углеродистых сталях прочность недостаточно сочетается с пластичностью. Недостаток устраняется введением добавок других металлов, такая сталь называется легированной.

Согласно ГОСТ 5200 выделяют три группы легированных сталей с допустимым содержанием примесей:

• низколегированная не более 2,5%;
• среднелегированная в диапазоне 2,5–10%;
• высоколегированная свыше 10%.

С каждым годом способы плавки усовершенствуются благодаря вводу в строй нового высокотехнологичного оборудования. Это позволяет получать в сталелитейной промышленности высококачественные стали с оптимальным содержанием добавок и металлов.

Видео по теме: Производство чугуна и стали

Железорудное сырье, полуфабрикаты и коксохимическая продукция

Производство и использование железорудного сырья, полуфабрикатов и коксохимической продукции

Железорудное сырье производится на горно-обогатительных комбинатах путем добычи, подготовки и обогащения железной руды. В процессе переработки руды выполняется измельчение материала, повышение в нем содержания железа путем очистки от пустой породы и вредных примесей, удаление влаги, окомкование и обжиг окатышей для обеспечения требуемых размеров и прочности данного вида ЖРС. Чугун производится в доменных печах путем восстановления железа из оксидов, содержащихся в железорудном сырье. Способствуют этому элементы, выделяющиеся при горении топлива (оксид углерода, водород, твердый углерод). В результате доменной плавки образуется жидкий сплав железа с растворенным в нем углеродом — чугун, а также шлак, который состоит из невосстановившихся окислов, золы топлива, флюса и пр.

Чугун в жидком виде поступает: 1) в сталеплавильные цеха для дальнейшего производства стали; 2) на литейные участки для изготовления отливок; 3) на разливочные машины для изготовления чугунных полуфабрикатов – чушек.

Сталь выплавляется одним из трех методов — кислородно-конвертерным, мартеновским или электросталеплавильным. Каждый из этих способов включает подготовку материалов, выплавку стали в плавильном агрегате, внепечную обработку и разливку. В качестве сырья для производства используют жидкий и твердый чугун, стальной и чугунный лом, ферросплавы. Окончательный продукт сталеплавильного передела – стальные полуфабрикаты – получают либо путем разливки на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), либо разливкой в слитки с последующим их перекатом в заготовку на обжимных станах горячей прокатки (блюмингах и слябингах). В зависимости от формы, размеров и назначения полуфабрикатов различают:

• Слябы – прямоугольные полуфабрикаты с большим отношением сторон для изготовления листового и рулонного проката;
• Блюмы – полуфабрикаты квадратного (со стороной более 200 мм) и близкого к квадратному сечения, которые используются при прокатке крупносортных профилей;
• Квадратная заготовка – полупродукт квадратного сечения со стороной до 200 мм для изготовления горячекатаных средне- и мелкосортных профилей;
• Балочная заготовка «собачья кость» — полуфабрикат для прокатки широкополочных балок;
• Круглая заготовка – изделие для последующего производства бесшовных труб и осей.

Ароматические углеводороды, полученные в результате коксования угля, поступают на химические предприятия, где из них получают ксиленолы, нафталин (технический и очищенный), фенол, ортокрезол, трикрезол, дикрезол, сольвент каменноугольный, топливо котельное и печное и другую коксохимическую продукцию. Большая часть продуктов переработки фенол- и нафталиносодержащих углеводородов потребляется химической и медицинской отраслью.

Каменноугольная смола, которая улавливается в процессе изготовления кокса, поступает в специализированные цеха смолоперегонки, где путем пиролиза получают каменноугольный пек в жидком или гранулированном состоянии. Данная продукция используется для изготовления графитовых материалов, а также анодной массы для производства первичного алюминия.

 

 

Купить сырье, полуфабрикаты, коксохимическую продукцию от производителя

Метинвест – ведущий мировой поставщик железорудного концентрата, окатышей, чушкового чугуна и стальных полуфабрикатов. Продукция производится на горно-обогатительных и металлургических комбинатах Группы в Украине. Продукцию можно приобрести через глобальную сбытовую сеть, имеющую 38 офисов продаж в Европе, Азии, Африке и Америке.

Сырьевые материалы для выплавки стали и способы ее производства

Сталью называется сплав железа с углеродом и другими элементами, где содержание углерода колеблется от 0,03 до 2 % (обычно 0,1—1,4 %). Сырьем для ее производства являются передельный чугун, ферросплавы, технически чистые металлы и вторичные черные металлы.

Из числа технически чистых металлов применяют марганец и хром металлические, кремний кристаллический. Вторичные черные металлы включают лом и отходы. Вторичные черные металлы подразделяются на виды (лом стальной, лом чугунный, доменный приезд), категории (А — нелегированный металл; Б — легированный металл) и классы (I и II в зависимости от состояния поставки, степени чистоты, габаритов и массы).

По своему химическому составу сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и таких примесей, как кремний, марганец, сера и фосфор. Следовательно, процесс передела чугуна на сталь сводится к удалению углерода и части этих примесей. Это осуществляется конвертерным, мартеновским или электроплавильным способами.

Конвертерный способ, используемый с 1854 г., в настоящее время является наиболее распространенным. На его долю приходится около половины мировой выплавки стали. Это обусловлено относительной простотой и дешевизной процесса, отсутствием расхода топлива, а также высокой производительностью труда. Однако ему присущи и некоторые недостатки: зависимость качества стали от химического состава перерабатываемого чугуна, необходимость располагать сталеплавильное производство вблизи домны, невозможность переработки большого количества металлического лома, большой угар железа (до б—9 %) и пылеобразование.

Сущность конвертерного способа производства стали заключается в продувке расплавленного чугуна воздухом или кислородом. При продувке конвертерная сталь имеет повышенное содержание азота, что ухудшает ее механические свойства. Поэтому в настоящее время применяется дутье кислородом. Такой кислородно-конвертерный способ выплавки стали впервые был применен в СССР в 1936 г.

Разновидностями конвертерного способа являются также бессемеровский и томассовский процессы.

Бессемеровский способ применяют для переработки в сталь чугуна, содержащего до 2 % кремния и до 0,1 % серы и фосфора. Из бессемеровской стали изготавливают трубы, крепежные изделия, жесткую проволоку, рельсы и т. п.

Томассовский способ используется для переработки в сталь чугуна, содержащего большое количество фосфора, серы и до 0,6 % кремния, Томассовскую сталь применяют для производства кровельного и сортового железа, мягкой проволоки и др.

В последние годы томассовский и бессемеровский способы все более вытесняются кислородно-конвертерным.

Мартеновский способ предполагает варку стали в специальных печах.

По содержанию используемой шихты различают чугунно-рудный, скрап-процесс и скрап-рудный способы мартеновской выплавки стали.

Для чугунно-рудного способа шихтой служит жидкий чугун с добавлением железной руды для окисления примесей, скрап-процесса — стальной лом (60—70 %) и твердый чушковый чугун (30—40 %),

скрап-рудного способа— стальной лом (20—50%), богатая железная руда (15—30 %) и жидкий чугун.

Окисление примесей в мартеновской печи осуществляется кислородом воздуха и специально вводимыми добавками извести, бокситов и др., а их удаление производится через шлак.

Мартеновский способ отличается рядом преимуществ и недостатков. Его преимуществами является возможность выплавки широкого ассортимента углеродистых и легированных сталей, переработки в неограниченных количествах металлического лома и твердого чушкового чугуна, а также использования чугуна любого химического состава. При этом качество мартеновской стали выше, чем конвертерной, за счет большей чистоты по вредным примесям, азоту и неметаллическим включениям. Недостатками мартеновского процесса является большая продолжительность плавки (4—8 ч против 1 ч при конвертерном способе) и соответственно более низкая производительность труда, значительный расход топлива и более высокая стоимость. Поэтому в настоящее время строительство мартеновских печей прекращено.

Мартеновская сталь (по сравнению с конвертерной) используется для изготовления более ответственных изделий, в том числе заготовок для ковки и прокатки, рельс, сортового и листового проката и др.

Электроплавильный способ отличается тем, что обогрев ванны осуществляется с помощью электрического тока. При этом шихта состоит из стального лома, передельного чушкового чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов.

Преимуществами   электроплавки   являются возможность получения более высоких температур (до 2000°C), простота и точность их регулирования, значительное снижение угара железа и легирующих элементов, Получаемая сталь отличается высоким качеством, а слитки из нее — почти полным отсутствием газовых пузырей. Поэтому электроплавка применяется для производства жаропрочных, нержавеющих, кислотоупорных, магнитных и других видов специальных сталей.

Недостатками электроплавки являются малая производительность процесса и высокая стоимость (из-за большого расхода электроэнергии). Однако этот способ, наряду с кислородно-конвертерным, в нашей стране признан перспективным.

Тест по теме «Чугуны» | Тест на тему:

ЧУГУНЫ

1. Чугуном называется:

а) сплав железа  с  углеродом, в  котором  содержание  углерода  до 2,14%

б) сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 2,14%    

в) сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 6,67%    

2  Число после буквенного обозначения      в марке чугуна СЧ20 показывает:

          а) предел прочности при растяжении

          б) предел прочности при изгибе

          в) предел текучести

          г) относительное удлинение

3. Первая группа цифр в марке чугуна КЧ 33-8 показывает

          а) предел прочности при растяжении

          б) предел прочности при изгибе

          в) предел текучести

          г) относительное удлинение

4. Число 8 в марке чугуна  КЧ33-8 показывает:

          а) предел прочности при растяжении

          б) предел прочности при изгибе

          в) предел текучести

          г) относительное удлинение

5. Первое число в марке чугуна ВЧ 60-2 показывает .

          а) предел прочности при растяжении

          б) предел прочности при изгибе

          в) предел текучести

          г) относительное удлинение

6. Исходным сырьем для производства стали является

          а) белый чугун

          б) ковкий чугун

          в) серый чугун

          г) высокопрочный чугун

7. Исходное сырье для производства чугуна

          а) стальной лом

          б) железная руда

          в) железо

8. Назвать вредные примеси чугуна

         а) сера

         б) марганец

         в) кремний

9. Назвать вредные примеси чугуна

         а) фосфор

         б) марганец

         в) кремний

10. Белый чугун называют

          а) литейным

          б) передельным

          в) специальным

11.  По составу чугуны подразделяются

           а) белые и серые

           б) черные и цветные

           в) углеродистые и легированные

12. Серые чугуны называют

          а) передельными

          б) литейными

          в) специальными

13. Оборудование для производства чугуна

           а) конвертер

           б) мартеновская печь

           в) доменная печь

           г) электропечь

14. Белый чугун используют для производства

          а) высокопрочного чугуна

          б) ковкого чугуна

          в) серого чугуна

15. Топливо для производства чугуна

          а) электроэнергия

          б) горючие газы

          в) каменноугольный кокс

16. Шихтой при производстве чугуна называется

           а) оксиды железа  и пустая порода

           б) смесь руды, топлива, флюса

           в) смесь топлива  и флюса

17.Какой тип чугуна представлен следующей маркировкой СЧ12-28

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

18. Чугун марки КЧ37-1 2  является

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

19. Какой тип чугуна представлен следующей маркировкой ВЧ38-17

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

20. Основными свойствами чугунов являются

а) твердость и хрупкость

б) вязкость и пластичность

в) твердость и упругость

Ответы к тесту «Чугуны»

        

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
ответ	б	а	а	г	а	а	б	а	а	б	а	б	в	б	в	б	а	б	в	а

Производство стали: технология, способы, процесс

Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ. Рассмотрим особенности производства стали, а также применяемые методы и то, как проводится маркировка полученных изделий.

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

1. Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
2. Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
3. Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

1. Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
2. Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Способы производства стали

Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали:

1. Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.
2. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.
3. Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами.

Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки.

Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки.

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Схема мартеновской печи

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

1. Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
2. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
3. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

В кислородных конвертерах

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
2. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
3. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
4. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
5. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
6. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
7. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

Кислородно-конвертерный способ

Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей. Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью. Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.

В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей

Процесс ORIEN для выплавки высококачественных сталей из рудного и энергетического сырья на приципе самоэнергообеспечения

ArticleName

Процесс ORIEN для выплавки высококачественных сталей из рудного и энергетического сырья на приципе самоэнергообеспечения

ArticleAuthorData

ГК «Ферро-Технолоджи», Тула, Россия: Г. А. Дорофеев, канд. техн. наук, президент компании, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники П. Р. Янтовский, генеральный директор К. Г. Смирнов, коммерческий директор   ООО «НПП «Инновационные технологии и материалы», Тула, Россия: Я. М. Степанов, генеральный директор Эл. почта: [email protected]   В работе принимали участие: докт. техн. наук В. А. Синельников, научный консультант ГК «Ферро-Технолоджи»; докт. техн. наук Л. Н. Шевелев, главный научный сотрудник; докт. техн. наук В. М. Паршин, начальник Центра непрерывной разливки, ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина»; докт. техн. наук А. А. Протопопов, заведующий кафедрой «Сварка и литейное производство», ТулГУ и др.

Abstract

Технология ORIEN является новейшей российской разработкой в области черной металлургии: производство стали с новым уровнем свойств на качественно другой основе — использовании рудного и энергетического сырья и принципе самоэнергообеспечения. В настоящее время это первая технология получения стали, соответствующая концепции новой промышленной революции и концепции «Индустрия 4.0» и отвечающая условиям роботизации технологического процесса. Технология ORIEN относится к процессам «руда — сталь», попытки создания которых неоднократно предпринимались и за рубежом, и продолжаются до настоящего времени. Принципиальным отличием новой технологии от существующих является отказ от явления гигантомании с ее агрегатами огромной единичной мощности, большими капитальными вложениями и перевод производства стали на принципы гибкой производственной системы, включая современную концепцию крафт. С позиций металлургического производства процесс ORIEN представляет собой качественно новый тип металлургического завода, сочетающий получение железа прямого восстановления по механизму жидкофазного восстановления и преобразование его в сталь или полуфабрикат в том же агрегате на принципе самоэнергодостаточности. Технология процесса ORIEN представляет собой одностадийный совмещенный процесс с минимальным числом технологических операций. В статье рассмотрены основные моменты технологии ORIEN, включая исходное сырье, получение железа прямого восстановления и стали из него, вопросы энергообеспечения и качества металла.

keywords

Процесс ORIEN, технология производства стали, рудное сырье, энергетическое сырье, синтиком, брикеты, углерод, качество металла, энергоэффективность, экология

References

1. Патент РФ № 25.1.1.41. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления. Опубл. 10.04.2014. Бюлл. № 10. 2. Патент РФ № 2539890. Способ выплавки стали в электродуговой печи и электродуговая печь. Опубл. 27.01.2015. Бюлл. № 3. 3. Dorofeev G. A., Yantovski P. R., Odorodko T. N., Kharitonova J. V., Protopopov A. A., Erofeev V. A., Arsenieva A. A., Murat S. G. New energy — metallurgical production process of direct reduced iron and electrical energy // Proceedings of International scientific and technical Conference named after Leonardo da Vinci. № 1, Wissenschaftliche Welt, e.V., 2013. Р. 54–58. 4. Дорофеев Г. А., Янтовский П. Р., Смирнов К. Г., Степанов Я. М. Металлургические особенности процесса «ORIEN» // Сб. тр. XIV Междунар. конгресса сталеплавильщиков, Москва — Электросталь, 2016. С. 615–618. 5. Бигеев А. М. Новое ресурсосберегающее направление развития производства черных металлов // Тр. VII Конгресса сталеплавильщиков, Москва, 2003. — М. : ОАО «Черметинформация», 2003. С. 61–69. 6. Капустин Е. А. Перспективы альтернативных металлургических процессов // Сталь. 1998. № 8. С. 77–81. 7. Явойский В. И., Левин С. Л., Баптизманский В. И. и др. Металлургия стали. — М. : Металлургия, 1973. — 816 с. 8. Процесс СЭР — металлургический струйно-эмульсионный реактор / под ред. В. П. Цымбала. — М. : Металлургиздат, 2014. — 488 с. 9. Юсфин Ю. С., Гиммельфарб А. А., Пашков Н. Ф. Новые процессы получения металла (металлургия железа) : учеб. для вузов. — М. : Металлургия, 1994. — 320 с. 10. Дальман П., Люнген Х. Эффективное производство стали и вклад черной металлургии в поддержание экологии планеты // Черные металлы. 2014. № 9. С. 32–41. 11. Фишер Х. Процесс Hisarna для производства чугуна с малыми выбросами углерода и с низкими энергетическими затратами // Черные металлы. 2015. № 5. С. 41–45. 12. Шахпазов Е. Х., Дорофеев Г. А. Новые синтетические композиционные материалы и технология выплавки стали с их использованием. — М. : Интерконтакт Наука, 2008. — 272 с.

Производство стали, использованием возобновляемых источников энергии, hybrit

                                           

Проект HYBRIT по производству стали с использованием водородной технологии

В 2018 году в Швеции началось строительство инновационного проекта по производству стали с использованием водорода в качестве компонента для прямого восстановления железа, вместо коксующегося угля. Основная цель данного проекта значительно снизить выбросы углекислого газа в атмосферу.

В 2017 году три крупнейшие шведские компании: SSAB (производитель стали), LKAB (крупнейший производитель ЖРС в ЕС) и Vattenfall (крупнейший производитель электроэнергии в ЕС) — выступили с инициативой решить проблему образования углекислого газа в процессе производства стали. Основная идея заключается в снижении до 0 выбросов углекислого газа и использование электричества из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в процессах восстановления железа. Уникальные природные условия Швеции позволяют использовать ВИЭ и ЖРС самого высокого качества. В июне того же года была создана совместная компания HYBRIT Development для реализации данного проекта.

По данным WSA, по результатам 2017 года суммарная выплавка стали в Швеции составила 6,5 млн тонн, из которых 4,8 млн тонн приходится на конвертерный способ производства стали.

При производстве стали конвертерным способом основным сырьем является чугун. В процессе производства чугуна используется доменный кокс, который получают из коксующегося угля. В результате образуется множество вредных веществ, таких как азот, углекислый газ, диоксид серы и тд. Часть из них очищается и повторно используется в производстве, тем не менее окружающей среде наносится невосполнимый ущерб.

Альтернативное производство, основанное на использовании водорода

Концепция HYBRIT полностью исключает использование чугуна и углеводородного топлива для восстановления железа. В концепции HYBRIT восстановление железорудных окатышей происходит с помощью водорода. Процесс восстановления происходит в твердом состоянии при более низких температурах, чем в доменной печи, в результате получается промежуточный продукт — брикетированное железо или прямо восстановленное железо. При этом выделяется водяной пар вместо углекислого газа, азота и прочих вредных выбросов. Водяной пар конденсируется и обратно поступает в производственный цикл. Водород, используемый для восстановления железа, получается путем электронизации воды в процессе генерации возобновляемой энергии (гидро- или ветряным способом), при этом побочным продуктом производства является кислород. Полученное таким образом брикетированное железо используется вместе с ломом в электропечи для дальнейшего производства стали.

Параллельно компания LKAB, которая является производителем жрс в Швеции, начнет строительство пилотного проекта по тестированию новой технологии нагрева с использованием биотоплива. Целью проекта является полный переход на использование органического топлива при производстве железорудных окатышей. По оценке компании, это полностью позволит сократить выбросы вредных веществ в атмосферу при производстве жрс. Первые испытания данной технологии пройдут в 2020-2021 годах.

Начало строительства завода

В феврале 2018 года Группа HYBRIT закончила подготовительную стадию и приступила к разработке проекта завода в Лулео, Швеция. Общая стоимость оценивается в 150 млн долларов. Участники проекта полагают, что в будущем подобный метод производства стали в Швеции, полностью заменит конвертерное производство и сократит выбросы углекислого газа при производстве стали на 25 % к 2025 году, а к 2045 году производство стали станет полностью экологически чистым. В текущих условиях себестоимость стали, произведённой по технологии HYBRIT, оценивается на 20-30 % дороже в сравнении с конвертерным способом. Однако, с учетом развития технологии и снижения стоимости электроэнергии из возобновляемых источников, а также роста пошлин в ЕС на эмиссию CO2, цена «экологической» стали будет конкурентоспособной. Эффективное использование водорода в промышленных масштабах с применением энергосберегающих технологий позволит увеличивать экономическую целесообразность проекта и конкурентоспособность готового продукта.

Популярное:

Американский филиал SSAB будет выплавлять сталь без ископаемого топлива

Производство стали в мире выросло на 4,4% с начала года

Предприятия Японии сократили производство стали в августе

ArcelorMittal и Midrex разрабатывают водородную металлургию

Сырье

Три основных вида сырья, используемых для производства передельного чугуна (который является сырьем, необходимым для производства стали) для производства первичной стали в доменной печи, — это переработанная железная руда, кокс (остатки, оставшиеся после нагрева угля в отсутствие воздуха, обычно содержащего до 90% углерода) и известняк (CaCO ₃ ) или негашеная известь (CaO), которые регулярно добавляются в доменную печь.

Для эффективной работы печей для производства чугуна требуется руда с содержанием железа не менее 50%.Однако стоимость транспортировки железной руды означает, что она часто до определенной степени очищается перед отправкой — процесс, называемый «обогащением». Эти процессы включают дробление, грохочение, галтовку, флотацию и магнитную сепарацию. Очищенная руда обогащается этими процессами до более чем 60% железа и часто перед отгрузкой превращается в окатыши.

При вторичном производстве стали — в дуговой электропечи — основным сырьем является лом. Лом также используется в меньших количествах при первичном производстве стали, чтобы контролировать реакцию восстановления (от оксидов железа до «свободных» ионов Fe).

Есть несколько основных элементов, которые можно найти во всех коммерческих сталях.Углерод является очень важным элементом в стали, поскольку он позволяет упрочнять сталь путем термообработки. Для производства стали требуется лишь небольшое количество углерода: до 0,25% для низкоуглеродистой стали, 0,25–0,50% для среднеуглеродистой стали и 0,50–1,25% для высокоуглеродистой стали. Сталь может содержать до 2% углерода, но сверх этого количества считается чугун, в котором избыток углерода образует графит. Металлический марганец используется в небольших количествах (0,03–1,0%) для удаления нежелательного кислорода и контроля серы.Серу трудно удалить из стали, и форма, которую она принимает в стали (сульфид железа, FeS), позволяет стали становиться хрупкой или короткозернистой при ковке или прокатке при повышенных температурах. Содержание серы в товарных сталях обычно не превышает 0,05%. Присутствует небольшое количество фосфора (обычно менее 0,04%), который имеет тенденцию растворяться в чугуне, немного увеличивая прочность и твердость.

Сталь может иметь множество различных полезных свойств путем легирования железа другими металлами, такими как хром, молибден, никель, алюминий, кобальт, вольфрам, ванадий и титан, а также неметаллами, такими как бор и кремний.

Источник: https://science.jrank.org/pages/6483/Steel-Raw-materials.html

СЫРЬЕ | мировая сталь

Максимальное использование лома помогает снизить выбросы CO2

Сегодня, по оценкам, мировая сталелитейная промышленность использовала около 2 млрд тонн железной руды, 1 млрд тонн металлургического угля и 575 млн тонн стального лома для производства около 1,7 млрд тонн нерафинированной стали.

Переработанная сталь (также называемая стальным ломом) — одно из важнейших сырьевых материалов в отрасли.Это происходит из-за снесенных конструкций и отработанных транспортных средств и оборудования, а также из-за потерь урожая в процессе выплавки стали.

Каждый сталеплавильный завод также является перерабатывающим заводом, и все производство стали использует лом, до 100% в электродуговой печи (EAF) и до 30% в доменной печи (BF).

Весь собранный лом перерабатывается, и на сегодняшний день общий уровень рециркуляции оценивается примерно в 85%. Такой высокий уровень переработки означает, что возможности для улучшения ограничены.

Лом играет ключевую роль в сокращении промышленных выбросов и потребления ресурсов. Каждая тонна лома, используемого для производства стали, позволяет избежать выброса 1,5 тонн углекислого газа и потребления 1,4 тонны железной руды, 740 кг угля и 120 кг известняка.

Будущее расширение производства стали на основе лома будет зависеть от наличия высококачественного лома.

В то время как предложение железной руды может меняться вместе со спросом, доступность лома во всем мире зависит от спроса на сталь и появления лома в конце срока службы сталесодержащей продукции.

С начала 2000-х годов мировые сталеплавильные мощности пережили фазу взрывного роста, в основном за счет инвестиций в новые мощности в Китае.

Стальная продукция со средним сроком службы 40 лет, эта сталь начнет поступать на рынок лома в следующем десятилетии, что позволит значительно сократить выбросы сталелитейной промышленности.

Железная руда и металлургический уголь используются в основном в доменном процессе производства чугуна.В этом процессе коксующийся уголь превращается в кокс, почти чистую форму углерода, который используется в качестве основного топлива и восстановителя в доменной печи.

Обычно требуется 1,6 тонны железной руды и около 450 кг кокса для производства тонны передельного чугуна, сырого чугуна, получаемого из доменной печи. Часть кокса можно заменить впрыскиванием пылевидного угля в доменную печь.

Железо — обычный минерал на поверхности земли. Большая часть железной руды добывается на карьерах в Австралии и Бразилии, доставляется в специализированные порты по железной дороге, а затем отправляется на сталелитейные заводы в Азии и Европе.

Согласно статистической базе данных COMTRADE Организации Объединенных Наций, мировой экспорт железной руды в 2017 году составил около 1,5 миллиарда тонн, что является вторым по величине объемом торговли сырьевыми товарами в мире после мирового экспорта сырой нефти.

Эффективное использование природных ресурсов имеет решающее значение для устойчивого развития.

Сталелитейная промышленность использует передовые технологии и методы для увеличения производительности, снижения потребности в энергии и облегчения использования побочных продуктов.

В среднем на тонну сырой стали, произведенной во всем мире, потребляется 20 ГДж энергии. Наиболее эффективные сталелитейные компании снизили потребление энергии на тонну стали примерно на 60% с 1960 года.

Более подробную информацию о сырье для сталелитейной промышленности можно найти в нашем информационном бюллетене, доступном для загрузки справа от этого текста.

Сталь — сырье — железо, углерод, руда и кислород

Руды, используемые при производстве железа и стали, представляют собой оксиды железа, которые представляют собой соединения железа и кислорода.Основными рудами оксида железа являются гематит, который является наиболее распространенным, лимонит, также называемый коричневой рудой, таконит и магнетит, черная руда. Магнетит назван в честь его магнитных свойств и имеет самое высокое содержание железа. Таконит, названный в честь гор Таконик на северо-востоке США, представляет собой низкосортную, но важную руду, которая содержит как магнетит, так и гематит.

Для эффективной работы печей для производства чугуна требуется руда с содержанием железа не менее 50%. Кроме того, стоимость доставки железной руды из шахты на плавильный завод может быть значительно снижена, если нежелательные породы и другие примеси могут быть удалены перед отправкой.Для этого необходимо, чтобы руды прошли несколько процессов, называемых «обогащением». Эти процессы включают дробление, грохочение, галтовку, флотацию и магнитную сепарацию. Очищенная руда обогащается этими процессами до более чем 60% железа и часто перед отгрузкой превращается в окатыши. Порошок таконитовой руды после обогащения смешивается с угольной пылью и связующим и скатывается в маленькие шарики в барабанном грануляторе, где затем обжигается до твердости. На каждую тонну отгруженных гранул таконита удаляется около двух тонн нежелательного материала.

Три вида сырья, используемые для производства чугуна (который является сырьем, необходимым для производства стали), — это переработанная железная руда, кокс (остаток, оставшийся после нагревания угля в отсутствие воздуха, обычно содержащий до 90% углерода) и известняк. (CaCO ₃ ) или негашеная известь (CaO), которые добавляют в доменную печь через определенные промежутки времени, делая процесс непрерывным. Известняк или негашеная известь используются в качестве флюсового материала, который образует шлак поверх жидкого металла. Это оказывает окисляющее действие на находящийся под ним жидкий металл, что помогает удалять загрязнения.Для производства одной тонны железа требуется примерно две тонны руды, одна тонна кокса и полтонны известняка.

Есть несколько основных элементов, которые можно найти во всех коммерческих сталях. Углерод является очень важным элементом в стали, поскольку он позволяет упрочнять сталь с помощью термической обработки и . Для производства стали требуется лишь небольшое количество углерода: до 0,25% для низкоуглеродистой стали, 0,25–0,50% для среднеуглеродистой стали и 0,50–1,25% для высокоуглеродистой стали. Сталь может содержать до 2% углерода, но сверх этого количества считается чугун, в котором избыток углерода образует графит.Металлический марганец используется в небольших количествах (0,03–1,0%) для удаления нежелательного кислорода и контроля серы. Серу трудно удалить из стали, и форма, которую она принимает в стали (сульфид железа, FeS), позволяет стали становиться хрупкой, или , горячекатаной , при ковке или прокатке при повышенных температурах. Содержание серы в товарных сталях обычно не превышает 0,05%. Присутствует небольшое количество фосфора (обычно менее 0,04%), который имеет тенденцию растворяться в чугуне, немного увеличивая прочность и твердость.Фосфор в больших количествах снижает пластичность или формуемость стали и может вызвать растрескивание материала при холодной обработке на прокатном стане, что делает его коротким в холодном состоянии . Кремний — еще один элемент, присутствующий в стали, обычно его содержание составляет 0,5-0,3%. Кремний растворяется в чугуне и увеличивает прочность и ударную вязкость стали без значительного снижения пластичности. Кремний также раскисляет расплавленную сталь за счет образования диоксида кремния (SiO ₂ ), что делает отливки более прочными и менее пористыми.Еще один элемент, который играет важную роль при обработке стали, — это кислород. Некоторые крупные сталелитейные заводы установили собственные кислородные установки, расположенные рядом с кислородными печами. Кислород, вводимый в смесь или «шихту» печи, улучшает и ускоряет производство стали.

Стали

можно придать множество различных полезных свойств путем легирования железа другими металлами, такими как хром, молибден, никель, алюминий, , кобальт, вольфрам, ванадий и титан , а также неметаллами, такими как бор и кремний.

сырье Добыча и контроль качества для стального производства

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республику ofCook IslandsCosta RicaCote D» ИвуарХорватияКубаКипрЧешская РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЭгипетЭль-СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские острова (Мальвинские острова) Фарерские островаФиджиФинляндияФермания Югославия ФранцияГермания Гвинея ГвинеяФранцузская Республика МакедонияФранция aGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-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 МикелонСамоаСа п MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra 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.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве

Сырье — Джернконторет

Руда железная

Железо в чистом виде в земной коре встречается очень редко. С другой стороны, существует много железа, которое химически связано с другими элементами, такими как кислород и сера. Наиболее распространенные элементы в земной коре в указанном порядке: кислород, кремний, алюминий и железо.

При извлечении металлического железа соединения, образующиеся между железом и кислородом, так называемые оксиды, играют полностью доминирующую роль.Минерал железной руды называется магнетитом (черная руда) или гематитом (руда кровавого камня), в зависимости от типа оксида, из которого он состоит.

Магнетит получил свое название благодаря своим магнитным свойствам. При царапании неокрашенной поверхности образуется черная полоса. Его химическая формула часто записывается как Fe ₃ O ₄ , но, поскольку это смешанный оксид, правильнее написать FeO • Fe ₂ O ₃ . Гематитовая или кровавая руда, Fe ₂ O ₃ , получила свое название из-за кроваво-красной полосы, которая образуется при царапинах.

В Швеции железная руда добывается в Кируне и Мальмбергет компанией LKAB, которая является крупнейшим производителем железной руды в Европе.

После добычи материал измельчается, а затем руда отделяется от пустой породы в процессе, известном как обогащение руды. В случае магнетитовой руды это происходит посредством магнитной сепарации. Переработанный продукт называется обогащенной рудой или концентратом. Затем обогащенная руда может быть сформирована и агломерирована в окатыши, маленькие шарики, похожие на мрамор, с определенным составом, размером и прочностью.В качестве альтернативы обогащенную руду можно использовать для производства агломерата, обогащенного железом, то есть полурасплавленных и затвердевших кусков оксида железа.

Раньше у рудных сталелитейных заводов в Швеции были собственные аглофабрики, но в настоящее время окатыши в основном используются в качестве сырья при производстве стали на основе руды. Последняя в Швеции аглофабрика была остановлена ​​в 1995 году.

Окатыши являются основным сырьем при производстве рудной стали в Швеции. Фото: Фредрик Альм для LKAB.

Шведская железная руда в основном состоит из магнетита, преимущество которого состоит в том, что при производстве окатышей она может использовать химическую энергию, содержащуюся в магнетитовой руде.Когда гранулы сжигаются, магнетит окисляется до гематита, который выделяет энергию. До 70 процентов энергии, необходимой для этого процесса, фактически поступает из железной руды. Готовые окатыши содержат около 65 процентов железа.

Металлолом

Лом чугуна и стали используется в качестве вторичного сырья для производства стали как из лома, так и из руды. Лом сортируется по разным классам, и сталелитейные заводы используют смесь видов лома, которые лучше всего подходят для той стали, которую он предназначен для производства.
Подробнее о классах лома читайте в разделе «Переработка»

Металлолом — ценное вторичное сырье.

Лом можно разделить на три категории в зависимости от происхождения:

• Внутренний лом — это лом, который падает на пол на заводах во время производства стали и который непосредственно восстанавливается для производственного процесса. Преимущество этого лома в том, что его точное содержание известно.
• Лом машиностроительных цехов — это лом, возникающий при обработке стали в цехах, в строительной отрасли, при строительстве мостов и т. Д.
• Сбор металлолома — это лом, собранный от продуктов с истекшим сроком службы, например по сносу строений и сооружений и из домовладений. В лом может быть все, от мостовых балок до домашней утвари.

Уголь

Древесный уголь изначально использовался для производства железа. Древесный уголь производился путем сжигания древесины в печах (дровяных штабелях). Сегодня в основном используется минеральный уголь, но его нельзя утилизировать непосредственно в доменных печах.По этой причине уголь обугливается, что подразумевает удаление воды и летучих веществ. Таким образом кокс (обугленный уголь) приобретает прочность, необходимую в доменной печи.

Основная функция углерода в производстве железа — действовать как восстановитель, превращая оксид железа в железо. Но кокс имеет и другие функции: действовать как физический поддерживающий материал для шихты доменной печи, повышать содержание углерода в чугуне и обеспечивать энергию.

Известняк

Известняк используется в качестве шлакообразователя в производстве чугуна и стали.Шлак выполняет несколько функций, но в основном он является активным компонентом металлургических процессов. Шлак служит для связывания нежелательных веществ в производимой стали. Это позволяет контролировать состав и тем самым придавать стали улучшенные свойства.
Подробнее про шлак читайте в разделе «Процессы».

Известняк используется в качестве шлакообразователя при производстве чугуна и стали.

Легирующие элементы

Сталь — это сплав с железом в качестве основного материала.Вся сталь включает небольшие количества, например, углерод, кремний и марганец.

В процессе производства добавляются легирующие элементы. хром, никель, молибден и ванадий, часто в виде сплавов железа (ферросилиций, ферромарганец, феррохром и феррованадий и т. д.). Таким образом создаются предпосылки для придания стали желаемых свойств: например, коррозионной стойкости, твердости, стойкости к истиранию (износу) и ударной вязкости. Поиск оптимального сплава для каждой специализированной области применения стали — это наука, которая постоянно развивается благодаря исследованиям, проводимым в Швеции и за рубежом.

Добавление легирующих элементов больше для высоколегированных сталей, например нержавеющая сталь. Обычная нержавеющая сталь содержит 18-20 процентов хрома и 8-10 процентов никеля. Столовые приборы, кастрюли и кухонные мойки / сливные доски часто производятся из этой марки стали, которую обычно называют «сталь 18/8».

Когда металлический лом используется при производстве сырой стали, по возможности используется лом, содержащий легирующие элементы, из которых должна состоять новая сталь.В процессе производства выплавленная сталь анализируется; Чтобы гарантировать, что он имеет правильный состав, также добавляются легирующие элементы.

Легирующие элементы, то есть различные металлы и сплавы черных металлов, используются для придания стали желаемых свойств.

Сырье для сталеплавильного производства | SpringerLink

• Sujay Kumar Dutta
• Yakshil B. Chokshi

Chapter

First Online: 03 марта 2020

Abstract

Основным сырьем для процессов производства пневматической или автогенной стали является чугун, чугун и / или лом губчатое железо предназначено для неавтогенных процессов выплавки стали.Окислителями, используемыми при выплавке стали, являются воздух, кислород и оксид железа. Известь обычно добавляют во время выплавки стали, чтобы сделать шлак достаточно основным, чтобы удерживать фосфор и серу в фазе шлака. Предварительная обработка чугуна проводится для повышения рентабельности сталеплавильного производства за счет уменьшения объема шлака. Предварительная обработка чугуна проводится для десилицирования (до Si <0,15%), десульфуризации и дефосфоризации перед загрузкой в ​​сталеплавильную печь.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Возможные вопросы

1. 1.

   В чем разница между шведским железом и утюгом Thomas?

2. 2.

   Каковы основные источники стального лома?

3. 3.

   Каковы вторичные источники железа в сталеплавильных процессах? Обсуждать.

4. 4.

   Какие достоинства и недостатки губчатого железа?

5. 5.

   «Железная руда в сталеплавильном производстве обладает большей охлаждающей способностью, чем лом».Объяснять.

6. 6.

   «Лом содержит большое количество остаточных элементов». Какие проблемы это может создать при выплавке стали? Как уменьшить количество этих элементов в стальном изделии?

7. 7.

   Какие источники кислорода используются в сталеплавильных процессах?

8. 8.

   Какую роль играет шлак в сталеплавильных процессах?

9. 9.

   Что вы понимаете под «окислительной способностью шлака» и «влажным и сухим шлаком»?

10. 10.

    Почему проводится предварительная обработка чугуна? Обсудите процессы (i) десилицирования и (ii) десульфуризации.

11. 11.

    Каковы физико-химические условия дефосфоризации? Обсудите преимущества предварительной обработки чугуна.

12. 12.

    Почему необходимо проводить внешнее десульфуризацию чугуна перед выплавкой стали? Какой флюс используется для десульфуризации?

Ссылки

1. 1.

2. 2.

   S.K. Датта, А. Lele, Iron & Steel Review

   55

   (3), 162 (2011)

   Google Scholar

3. 3.

   Американский институт черной металлургии и Министерство энергетики (AISE / DOE)

   , Программа дорожной карты технологий, 31 марта 2004 г.

   Google Scholar

4. 4.

5. 5.

   Р. Х. Тупкари,

   Введение в современное производство стали

   (Khanna Publishers, Дели, 1991)

   Google Scholar

Информация об авторских правах

© Springer Nature Singapore Pte Ltd.2020

Авторы и аффилированные лица

1. 1. Кафедра металлургии и материаловедения, Технологический и инженерный факультет, Университет им. Махараджи Саяджирао, Барода, Вадодара, Индия,
2. , 2. Кафедра металлургической инженерии, Государственный политехнический институт, Райкот, Райкот, Индия,
   , Индия,
, Производство стали. Сегодня доступный лом составляет примерно 30% спроса на новую сталь, это означает, что мы зависим как от стали, производимой из лома, так и от стали, изготовленной из первичного материала, так называемого рудного производства в доменных печах.По оценкам, в 2050 году сталь на основе лома будет удовлетворять 50% спроса, а это означает, что 50% спроса будет по-прежнему удовлетворяться за счет стали, изготовленной из первичного материала.

В SSAB мы производим сталь из железной руды в Скандинавии и из лома в США. В целом по SSAB в 2018 году в производстве стали использовалось в среднем 45% лома. SSAB использует примерно 20% лома в связи с производством стали в Скандинавии и 100% в США. У процессов совершенно разные экологические предпосылки.

1. Сталь на основе железной руды в Швеции и Финляндии

Производство стали SSAB в Северной Европе осуществляется на доменных печах. Чугун производится восстановлением железной руды путем добавления кокса и угля в доменные печи. В результате этого процесса образуется двуокись углерода.

При современной технологии невозможно производить сталь без образования диоксида углерода. Этот процесс постоянно совершенствовался и совершенствовался, чтобы стать чрезвычайно эффективным, с технологическими газами и отходами энергии, используемыми для производства электроэнергии и централизованного теплоснабжения.

Международные сравнения показывают, что доменные печи SSAB находятся на переднем крае с точки зрения низкого уровня выбросов диоксида углерода на тонну чугуна. Этому есть несколько причин: использование высококачественного сырья в виде железорудных окатышей, высококачественного кокса и эффективных процессов, в которых доменные печи работают без сбоев.

Большое количество остаточных продуктов, таких как отопление, газ, шлак и пыль, утилизируется для минимизации отходов.

2. Стальной лом в США.

Сталь — один из наиболее перерабатываемых материалов в мире.