Պողպատի ձուլում. տեխնոլոգիա, մեթոդներ, հումք

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Երկաթի հանքաքարը ստացվում է սովորական եղանակով՝ բաց կամ ստորգետնյա արդյունահանում և հետագա տեղափոխում նախնական պատրաստման համար, որտեղ նյութը մանրացվում է, լվանում և մշակվում։

Հանքաքարը լցնում են շիկահնոցի մեջ և պայթեցնում տաք օդով և ջերմությամբ, որը վերածում է հալած երկաթի։ Այնուհետև այն հանվում է վառարանի ներքևից՝ խոզեր անունով հայտնի կաղապարների մեջ, որտեղ այն սառչում է խոզի երկաթ արտադրելու համար: Այն վերածվում է կռած երկաթի կամ մշակվում է պողպատի մի քանի եղանակներով։

Ի՞նչ է պողպատը:

Սկզբում երկաթ կար. Այն երկրակեղևի ամենատարածված մետաղներից մեկն է։ Այն կարելի է գտնել գրեթե ամենուր, բազմաթիվ այլ տարրերի հետ միասին, հանքաքարի տեսքով։ Եվրոպայում երկաթագործությունը թվագրվում է մ.թ.ա. 1700 թ.

1786 թվականին ֆրանսիացի գիտնականներ Բերտոլեն, Մոնժը և Վանդերմոնդը ճշգրիտ որոշեցին, որ երկաթի, չուգունի և պողպատի տարբերությունը պայմանավորված է տարբեր ածխածնի պարունակությամբ: Այնուամենայնիվ, երկաթից պատրաստված պողպատը արագ դարձավ արդյունաբերական հեղափոխության ամենակարևոր մետաղը: 20-րդ դարի սկզբին պողպատի համաշխարհային արտադրությունը կազմում էր 28միլիոն տոննա, դա վեց անգամ ավելի է, քան 1880 թ. Առաջին համաշխարհային պատերազմի սկզբում դրա արտադրությունը կազմում էր 85 միլիոն տոննա։ Մի քանի տասնամյակ այն գործնականում փոխարինել է երկաթին։

Ածխածնի պարունակությունը ազդում է մետաղի բնութագրերի վրա: Պողպատի երկու հիմնական տեսակ կա՝ լեգիրված և չլեգիրված։ Պողպատե համաձուլվածքը վերաբերում է երկաթին ավելացված ածխածնից բացի քիմիական տարրերին: Այսպիսով, չժանգոտվող պողպատ ստեղծելու համար օգտագործվում է 17% քրոմ և 8% նիկելի համաձուլվածք։

Ներկայումս կա ավելի քան 3000 կատալոգավորված ապրանքանիշ (քիմիական բաղադրություն), չհաշված անհատական կարիքները բավարարելու համար ստեղծվածները: Դրանք բոլորն էլ նպաստում են պողպատը ապագա մարտահրավերների համար ամենահարմար նյութը դարձնելուն:

Պողպատի արտադրության հումք՝ առաջնային և երկրորդային

Այս մետաղի ձուլումը բազմաթիվ բաղադրիչների միջոցով հանքարդյունաբերության ամենատարածված մեթոդն է: Լիցքավորման նյութերը կարող են լինել և՛ առաջնային, և՛ երկրորդական: Լիցքի հիմնական բաղադրությունը, որպես կանոն, կազմում է 55% խոզի երկաթ և 45% մնացած մետաղի ջարդոն։ Որպես համաձուլվածքի հիմնական տարր օգտագործվում են ֆերոհամաձուլվածքները, փոխարկված չուգունը և կոմերցիոն առումով մաքուր մետաղները, որպես կանոն, սեւ մետաղների բոլոր տեսակները դասակարգվում են որպես երկրորդական։

Երկաթի հանքաքարը երկաթի և պողպատի արդյունաբերության ամենակարևոր և հիմնական հումքն է։ Մեկ տոննա խոզի երկաթ արտադրելու համար այս նյութից պահանջվում է մոտ 1,5 տոննա: Մեկ տոննա խոզի երկաթի արտադրության համար օգտագործվում է մոտ 450 տոննա կոքս։ Շատ երկաթյա գործարաններօգտագործվում է նույնիսկ փայտածուխ։

Ջուրը երկաթի և պողպատի արդյունաբերության համար կարևոր հումք է: Այն հիմնականում օգտագործվում է կոքսի մարման, պայթուցիկ վառարանների հովացման, ածխի վառարանների դռների գոլորշու արտադրության, հիդրավլիկ սարքավորումների շահագործման և կեղտաջրերի հեռացման համար: Մեկ տոննա պողպատ արտադրելու համար անհրաժեշտ է մոտ 4 տոննա օդ: Flux-ն օգտագործվում է պայթուցիկ վառարանում՝ մետաղաձուլական հանքաքարից աղտոտիչներ հանելու համար: Կրաքարն ու դոլոմիտը միավորվում են արդյունահանվող կեղտերի հետ՝ առաջացնելով խարամ։

Եվ պայթուցիկ և պողպատե վառարաններ՝ պատված հրակայուն նյութերով: Դրանք օգտագործվում են երկաթի հանքաքարի ձուլման համար նախատեսված վառարանների երեսպատման համար։ Կաղապարման համար օգտագործվում է սիլիցիումի երկօքսիդ կամ ավազ։ Գունավոր մետաղներն օգտագործվում են տարբեր դասերի պողպատի արտադրության համար՝ ալյումին, քրոմ, կոբալտ, պղինձ, կապար, մանգան, մոլիբդեն, նիկել, անագ, վոլֆրամ, ցինկ, վանադիում և այլն։.

Ապամոնտաժված գործարանային կառույցների, մեքենաների, հին մեքենաների և այլնի երկաթի թափոնները վերամշակվում և լայնորեն օգտագործվում են արդյունաբերության մեջ:

Երկաթ պողպատի համար

Չուգունով պողպատի ձուլումը շատ ավելի տարածված է, քան այլ նյութերի հետ: Չուգունը տերմին է, որը սովորաբար վերաբերում է մոխրագույն երկաթին, սակայն այն նաև նույնացվում է ֆեռոհամաձուլվածքների մեծ խմբի հետ: Ածխածինը կազմում է մոտ 2,1-ից 4 wt%, մինչդեռ սիլիցիումը սովորաբար կազմում է 1-ից 3 wt% համաձուլվածքում:

Երկաթի և պողպատի ձուլումը տեղի է ունենում ջերմաստիճանումհալման կետը 1150-ից 1200 աստիճանի միջև, ինչը մոտ 300 աստիճանով ցածր է մաքուր երկաթի հալման կետից: Չուգունն օժտված է նաև լավ հոսունությամբ, գերազանց մշակելիությամբ, դիմադրություն դեֆորմացման, օքսիդացման և ձուլման:

Պողպատը նաև երկաթի համաձուլվածք է՝ փոփոխական ածխածնի պարունակությամբ: Պողպատի ածխածնի պարունակությունը կազմում է 0,2-ից 2,1 զանգված, և դա երկաթի համար ամենատնտեսող համաձուլման նյութն է: Չուգունից պողպատի ձուլումը օգտակար է տարբեր ինժեներական և կառուցվածքային նպատակների համար:

Երկաթի հանքաքար պողպատի համար

Պողպատի պատրաստման գործընթացը սկսվում է երկաթի հանքաքարի վերամշակմամբ։ Երկաթի հանքաքար պարունակող ապարը մանրացված է։ Հանքաքարը արդյունահանվում է մագնիսական գլանափաթեթների միջոցով: Մանրահատիկ երկաթի հանքաքարը վերամշակվում է խոշոր հատիկավոր կտորների՝ պայթուցիկ վառարանում օգտագործելու համար: Ածուխը զտվում է կոքսի վառարանում, որպեսզի ստացվի ածխածնի գրեթե մաքուր ձև: Երկաթի հանքաքարի և ածուխի խառնուրդն այնուհետև տաքացնում են՝ առաջացնելով հալած երկաթ կամ խոզի երկաթ, որից պատրաստվում են պողպատ։

Հիմնական թթվածնային վառարանում հալված երկաթի հանքաքարը հիմնական հումքն է և խառնվում է տարբեր քանակությամբ պողպատի ջարդոնի և համաձուլվածքների հետ՝ արտադրելու տարբեր տեսակի պողպատ: Էլեկտրական աղեղային վառարանում վերամշակված պողպատի ջարդոն անմիջապես հալվում է նոր պողպատի մեջ: Պողպատի մոտ 12%-ը պատրաստված է վերամշակված նյութից։

Հալման տեխնոլոգիա

Հալումը գործընթաց է, որի միջոցով մետաղը ստացվում է կամ տարրի տեսքով,կամ որպես պարզ միացություն իր հանքաքարից՝ տաքացնելով իր հալման կետից բարձր, սովորաբար օքսիդացնող նյութերի, օրինակ՝ օդի, կամ վերականգնող նյութերի առկայության դեպքում, ինչպիսին է կոքսը։

Պողպատի արտադրության տեխնոլոգիայում մետաղը, որը զուգակցվում է թթվածնի հետ, օրինակ՝ երկաթի օքսիդը, տաքացվում է մինչև բարձր ջերմաստիճան, և օքսիդը ձևավորվում է վառելիքի ածխածնի հետ միասին, որն ազատվում է որպես ածխածնի օքսիդ կամ ածխածին։ երկօքսիդ։Այլ կեղտեր, որոնք ընդհանուր առմամբ կոչվում են երակներ, հեռացվում են՝ ավելացնելով հոսք, որի հետ դրանք միանում են՝ առաջացնելով խարամ։

Ժամանակակից պողպատի արտադրության մեջ օգտագործվում է ռեվերբերացիոն վառարան: Խտացված հանքաքարը և հոսքը (սովորաբար կրաքարը) բեռնված են վերևում, իսկ հալած փայլատը (պղնձի, երկաթի, ծծմբի և խարամի միացություն) հանվում է ներքևից: Երկրորդ ջերմային մշակումը փոխարկիչի վառարանում անհրաժեշտ է երկաթը փայլատ ծածկույթից հեռացնելու համար:

Թթվածին-կոնվեկտորի մեթոդ

BOF գործընթացը պողպատի արտադրության առաջատար գործընթացն է աշխարհում: Փոխակերպիչ պողպատի համաշխարհային արտադրությունը 2003 թվականին կազմել է 964,8 մլն տոննա կամ ընդհանուր արտադրության 63,3%-ը։ Կոնվերտորների արտադրությունը շրջակա միջավայրի աղտոտման աղբյուր է: Դրա հիմնական խնդիրներն են արտանետումների կրճատումը, արտանետումները և թափոնների կրճատումը։ Դրանց էությունը երկրորդական էներգիայի և նյութական ռեսուրսների օգտագործման մեջ է։

Էկզոտերմիկ ջերմություն առաջանում է օքսիդացման ռեակցիաների արդյունքում փչման ժամանակ:

Պողպատի արտադրության հիմնական գործընթացը՝ օգտագործելով մեր սեփականըբաժնետոմսեր:

• Հալած երկաթը (երբեմն կոչվում է տաք մետաղ) պայթուցիկ վառարանից լցվում է մեծ հրակայուն երեսպատված տարայի մեջ, որը կոչվում է շերեփ:
• Շերեփի մեջ գտնվող մետաղն ուղարկվում է անմիջապես պողպատի արտադրության հիմնական կամ նախնական մշակման փուլ:
• 700-1000 կիլոպասկալ ճնշման բարձր մաքրության թթվածինը գերձայնային արագությամբ ներարկվում է երկաթե բաղնիքի մակերեսին ջրով հովացվող նիզակի միջոցով, որը կախված է անոթի մեջ և պահվում է լոգանքից մի քանի ոտնաչափ բարձր:

Նախամշակման որոշումը կախված է տաք մետաղի որակից և վերջնական պողպատի ցանկալի որակից: Առաջին շարժական ներքևի փոխարկիչները, որոնք կարող են անջատվել և վերանորոգվել, դեռ օգտագործվում են: Փչելու համար օգտագործվող նիզակները փոխված են։ Փչելու ժամանակ նիզակի խցանումը կանխելու համար օգտագործվել են ծակ օձիքներ՝ երկար ձգվող պղնձե ծայրով: Ծայրամասի ծայրերը, այրվելուց հետո, այրում են CO_{2-ի մեջ փչելուց առաջացած CO-ն և ապահովում լրացուցիչ ջերմություն: Տեգեր, հրակայուն գնդակներ և խարամի դետեկտորներ օգտագործվում են խարամը հեռացնելու համար։}

Թթվածին-կոնվեկտորի մեթոդ. առավելություններն ու թերությունները

Չի պահանջում գազի մաքրման սարքավորումների արժեքը, քանի որ փոշու առաջացումը, այսինքն՝ երկաթի գոլորշիացումը, կրճատվում է 3 անգամ։ Երկաթի բերքատվության նվազման պատճառով նկատվում է հեղուկ պողպատի բերքատվության աճ 1,5 - 2,5%-ով։ Առավելությունն այն է, որ այս մեթոդում փչման ինտենսիվությունը մեծանում է, ինչը տալիս էփոխարկիչի աշխատանքը 18% -ով բարձրացնելու ունակություն: Պողպատի որակն ավելի բարձր է, քանի որ մաքրման գոտում ջերմաստիճանն ավելի ցածր է, ինչը հանգեցնում է ավելի քիչ ազոտի ձևավորման:

Պողպատի ձուլման այս մեթոդի թերությունները հանգեցրին սպառման պահանջարկի նվազմանը, քանի որ թթվածնի սպառման մակարդակը բարձրանում է 7%-ով՝ վառելիքի այրման բարձր սպառման պատճառով։ Վերամշակված մետաղում կա ջրածնի պարունակության ավելացում, ինչի պատճառով գործընթացի ավարտից հետո որոշ ժամանակ է պահանջվում թթվածնով մաքրում իրականացնելու համար: Բոլոր մեթոդների մեջ թթվածնի փոխարկիչն ունի ամենաբարձր խարամի ձևավորումը, պատճառը սարքավորումների ներսում օքսիդացման գործընթացը վերահսկելու անկարողությունն է։

Բաց օջախի մեթոդ

Բաց օջախի գործընթացը 20-րդ դարի մեծ մասի համար աշխարհում արտադրվող ամբողջ պողպատի վերամշակման հիմնական մասն էր: Ուիլյամ Սիմենսը, 1860-ականներին, որոնեց մետալուրգիական վառարանում ջերմաստիճանը բարձրացնելու միջոց՝ վերակենդանացնելով վառարանից առաջացած թափոնային ջերմությունը օգտագործելու հին առաջարկը: Նա տաքացրեց աղյուսը մինչև բարձր ջերմաստիճան, այնուհետև օգտագործեց նույն ճանապարհը, որպեսզի օդը մտցնի վառարան: Նախապես տաքացած օդը զգալիորեն բարձրացրել է բոցի ջերմաստիճանը։

Բնական գազը կամ ատոմացված ծանր յուղերը օգտագործվում են որպես վառելիք; օդը և վառելիքը տաքացվում են մինչև այրումը: Վառարանը լցված է հեղուկ խոզի երկաթի և պողպատի ջարդոնով՝ երկաթի հանքաքարի, կրաքարի, դոլոմիտի և հոսքերի հետ միասին։

Վառարանը ինքնին պատրաստված էբարձր հրակայուն նյութեր, ինչպիսիք են մագնեզիտային օջախի աղյուսները: Բաց օջախի վառարանները կշռում են մինչև 600 տոննա և սովորաբար տեղադրվում են խմբերով, որպեսզի կարողանան արդյունավետ օգտագործել վառարանները լիցքավորելու և հեղուկ պողպատը մշակելու համար անհրաժեշտ զանգվածային օժանդակ սարքավորումները։

Չնայած արդյունաբերական զարգացած երկրներում բաց օջախի գործընթացը գրեթե ամբողջությամբ փոխարինվել է հիմնական թթվածնային գործընթացով և էլեկտրական աղեղային վառարանով, այն կազմում է ամբողջ աշխարհում արտադրվող պողպատի մոտ 1/6-ը:

Այս մեթոդի առավելություններն ու թերությունները

Առավելությունները ներառում են օգտագործման հեշտությունը և լեգիրված պողպատի արտադրության հեշտությունը տարբեր հավելումներով, որոնք նյութին տալիս են տարբեր մասնագիտացված հատկություններ: Անհրաժեշտ հավելումները և համաձուլվածքները ավելացվում են հալման ավարտից անմիջապես առաջ։

Թերությունները ներառում են նվազեցված արդյունավետություն՝ համեմատած թթվածնի փոխարկիչի մեթոդի հետ: Բացի այդ, պողպատի որակն ավելի ցածր է մետաղի ձուլման այլ մեթոդների համեմատ:

Էլեկտրական պողպատի պատրաստման մեթոդ

Պողպատի հալման ժամանակակից մեթոդը՝ օգտագործելով մեր սեփական պաշարները, վառարան է, որը տաքացնում է լիցքավորված նյութը էլեկտրական աղեղով: Արդյունաբերական աղեղային վառարանների չափսերը տատանվում են փոքր միավորներից՝ մոտ մեկ տոննա տարողությամբ (օգտագործվում են ձուլարաններում երկաթե արտադրանքի արտադրության համար) մինչև երկրորդային մետալուրգիայում օգտագործվող 400 տոննա միավոր։

աղեղային վառարաններ,Հետազոտական լաբորատորիաներում օգտագործվող կարող է ունենալ ընդամենը մի քանի տասնյակ գրամ տարողություն: Արդյունաբերական էլեկտրական աղեղային վառարանների ջերմաստիճանը կարող է հասնել մինչև 1800 °C (3, 272 °F), մինչդեռ լաբորատոր կայանքները կարող են գերազանցել 3000 °C (5432 °F):

Արկային վառարանները տարբերվում են ինդուկցիոն վառարաններից նրանով, որ լիցքավորող նյութն ուղղակիորեն ենթարկվում է էլեկտրական աղեղի, և տերմինալների հոսանքն անցնում է լիցքավորված նյութի միջով: Էլեկտրական աղեղային վառարանը օգտագործվում է պողպատի արտադրության համար, բաղկացած է հրակայուն երեսպատումից, սովորաբար ջրով սառեցված, մեծ չափսերով, ծածկված քաշվող տանիքով։

Վառարանը հիմնականում բաժանված է երեք մասի.

• Շելլ՝ բաղկացած կողային պատերից և ստորին պողպատե թասից։
• Օջախը բաղկացած է հրակայուն նյութից, որը դուրս է հանում ստորին թասը:
• Հրակայուն երեսպատված կամ ջրով սառեցված տանիքը կարող է պատրաստվել որպես գնդիկավոր հատված կամ կտրված կոն (կոնաձև հատված):

Մեթոդի առավելություններն ու թերությունները

Այս մեթոդը առաջատար դիրք է զբաղեցնում պողպատի արտադրության ոլորտում։ Պողպատի ձուլման մեթոդը օգտագործվում է բարձրորակ մետաղ ստեղծելու համար, որը կամ ամբողջովին զուրկ է կամ պարունակում է փոքր քանակությամբ անցանկալի կեղտեր, ինչպիսիք են ծծումբը, ֆոսֆորը և թթվածինը:

Մեթոդի հիմնական առավելությունը ջեռուցման համար էլեկտրաէներգիայի օգտագործումն է, այնպես որ կարող եք հեշտությամբ կառավարել հալման ջերմաստիճանը և հասնել մետաղի տաքացման անհավատալի արագության։ Ավտոմատացված աշխատանքը կդառնահաճելի հավելում տարբեր մետաղների ջարդոնի բարձրորակ մշակման հիանալի հնարավորության համար:

Թերությունները ներառում են էներգիայի մեծ սպառումը: