Сталеплавильное производство - Steelmaking

Металлургический комбинат с двумя дуговые печи

Сталеплавильное производство это процесс производства стали из железная руда и / или лом. В сталеплавильном производстве примеси такие как азот, кремний, фосфор, сера и избыток углерод (наиболее важные примеси) удаляются из полученного железа, а легирующие элементы, такие как марганец, никель, хром, углерод и ванадий добавлены для производства различных марки стали. Ограничение растворенных газов, таких как азот и кислород и захваченные примеси (так называемые «включения») в стали также важны для обеспечения качества изделий, отлитых из жидкая сталь.[1]

Сталелитейное производство существовало тысячелетия, но его не было. коммерциализированный на массивный масштаб до конца 14 век. Древний процесс выплавки стали был тигельный процесс. В 1850-х и 1860-х гг. Бессемеровский процесс и Процесс Сименс-Мартин превратил сталеплавильное производство в тяжелая промышленность. Сегодня существует два основных промышленных процесса производства стали, а именно: кислородное производство стали, который имеет жидкий чугун из доменной печи и стальной лом в качестве основного сырья, и электродуговая печь (EAF) сталеплавильное производство, в котором используется стальной лом или железо прямого восстановления (DRI) в качестве основного сырья. Производство стали с использованием кислорода происходит преимущественно за счет экзотермического характера реакций внутри емкости; Напротив, в сталеплавильном производстве из ДСП электрическая энергия используется для плавления твердого скрапа и / или материалов прямого восстановления. В последнее время технология сталеплавильного производства в ЭДП приблизилась к производству стали в кислородной печи, поскольку в процесс вводится больше химической энергии.[2]

История

Вифлеемская сталь (Вифлеем, Пенсильвания предприятие) было одним из крупнейших в мире производителей стали до закрытия в 2003 году.

Сталелитейное производство сыграло решающую роль в развитии древних, средневековых и современных технологических обществ. Ранние процессы производства стали производились в классическую эпоху в Древний Иран, Древний Китай, Индия, и Рим но процесс древнего производства стали был утерян в Запад после падение Западной Римской Империи в 5 веке нашей эры.[3]

Чугун представляет собой твердый, хрупкий материал, с которым трудно работать, тогда как сталь является ковкой, относительно легко формируемой и универсальным материалом. На протяжении большей части истории человечества сталь производилась в небольших количествах. С момента изобретения Бессемеровский процесс в 19 ​​веке и последующие технологические разработки в технологии впрыска и контроль процесса, массовое производство стали стало неотъемлемой частью мировой экономики и ключевым показателем современного технологического развития.[4] Самый ранний способ производства стали был в цветущий.

Ранние современные методы производства стали часто требовали больших затрат труда и требовали высокой квалификации. Увидеть:

Важный аспект Индустриальная революция была разработка крупномасштабных методов производства кованого металла (пруток железа или сталь). В пудлинговая печь изначально был средством производства кованое железо но позже был применен к производству стали.

Настоящая революция в современном производстве стали началась только в конце 1850-х годов, когда бессемеровский процесс стал первым успешным методом производства стали в больших количествах, за которым последовал мартеновская печь.

Современные процессы

Современные сталеплавильные процессы можно разделить на две категории: первичные и вторичные.

Первичное производство стали включает переработку жидкого чугуна из доменная печь и стальной лом в сталь через кислородное производство стали, или плавка стального лома или железо прямого восстановления (DRI) в электродуговой печи.

Вторичное производство стали включает рафинирование необработанной стали перед разливкой, а различные операции обычно выполняются в ковшах. Во вторичной металлургии добавляются легирующие агенты, количество растворенных газов в стали уменьшается, а включения удаляются или химически изменяются, чтобы гарантировать получение высококачественной стали после литья.[5]

Первичное производство стали

Основные статьи: Производство стали в кислородной среде и Электродуговая печь

Производство стали в кислородной среде это метод первичной выплавки стали, при котором обогащенный углеродом расплав чугун превращается в сталь. Продувка кислородом через расплавленный чугун снижает содержание углерода в чугуне. сплав и превращает его в сталь. Процесс известен как базовый из-за химической природы огнеупоры —оксид кальция и оксид магния - которые выстилают сосуд, чтобы выдерживать высокую температуру и коррозионную природу расплавленного металла и шлак в сосуде. В химия шлаков процесса также контролируется, чтобы гарантировать удаление из металла примесей, таких как кремний и фосфор.

Процесс был разработан в 1948 г. Роберт Дуррер, используя уточнение Бессемеровский конвертер где продувка воздухом заменена продувкой кислород. Это снизило капитальные затраты заводов и время плавки, повысило производительность труда. Между 1920 и 2000 годами потребность в рабочей силе в отрасли снизилась в 1000 раз, с более чем 3 человеко-часов на тонну до всего 0,003 человеко-часов. Подавляющее большинство стали, производимой в мире, производится с использованием кислородной печи; в 2011 году на его долю приходилось 70% мирового производства стали. Современные печи загружают до 350 тонн чугуна и превращают его в сталь менее чем за 40 минут по сравнению с 10–12 часами в печи. мартеновская печь.[6]

Электродуговая печь Производство стали - это производство стали из лома или железа прямого восстановления, выплавленного электрические дуги. В электродуговой печи партию стали («нагрев») можно запустить загрузкой лома или железа прямого восстановления в печь, иногда с помощью «горячей пятки» (расплавленной стали после предыдущего плавления). Газовые горелки могут использоваться для облегчения плавления груды лома в печи. Как и при производстве стали с кислородным азотом, флюсы также добавляют для защиты футеровки корпуса и улучшения удаления примесей. При производстве стали в электродуговых печах обычно используются печи емкостью около 100 тонн, которые производят сталь каждые 40–50 минут для дальнейшей обработки.[6]

Вторичное производство стали

Вторичная выплавка стали чаще всего осуществляется в ковши. Некоторые из операций, выполняемых в ковшах, включают деокисление (или «гашение»), вакуумную дегазацию, добавление сплава, удаление включений, модификацию химического состава включений, десульфуризацию и гомогенизацию. В настоящее время стали обычным делом выполнять металлургические операции в ковше в ковшах с газовой мешалкой с электродуговым нагревом в крышке печи. Жесткий контроль ковшевой металлургии связан с производством стали высокого качества с узкими допусками по химическому составу и консистенции.[5]

Производство стали HIsarna

Основная статья: Процесс производства чугуна HIsarna

В процессе производства чугуна в Хисарне, железная руда перерабатывается почти прямо в жидкость утюг или горячий металл. Процесс основан на типе доменной печи, называемой циклонная конвертерная печь, что позволяет отказаться от производства чугунных окатышей, необходимых для кислородное производство стали процесс. Без необходимости этого подготовительного этапа процесс HIsarna более энергоэффективен и имеет более низкую углеродный след чем традиционные сталеплавильные процессы.

Выбросы углекислого газа

По состоянию на 2020 год на производство стали приходится от 7 до 9 процентов всего прямого ископаемого топлива. парниковый газ выбросы.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Део, Брахма; Бум, Роб (1993). Основы сталеплавильного производства и металлургии. Нью-Йорк: Prentice Hall International. ISBN  9780133453805. LCCN  92038513. OCLC  473115765.
  2. ^ Туркдоган, Э. (1996). Основы сталеплавильного производства. Лондон: Институт материалов. ISBN  9781907625732. OCLC  701103539.
  3. ^ Пал, Рон (2002). Отрыв от учебника: предыстория 1600 г.. Scarecrow Press Inc. стр.53. ISBN  978-0810837591.
  4. ^ Сасс, Стивен Л. (август 2011 г.). Субстанция цивилизации: материалы и история человечества от каменного века до эпохи кремния. Нью-Йорк: Издательство Аркады. ISBN  9781611454017. OCLC  1078198918.
  5. ^ а б Гош, Ахиндра. (13 декабря 2000 г.). Вторичное производство стали: принципы и применение (1-е изд.). Бока-Ратон, Fla.: CRC Press. ISBN  9780849302640. LCCN  00060865. OCLC  664116613.
  6. ^ а б Фруэн, Ричард Дж., Изд. (1998). Производство, формовка и обработка стали: объемы производства и рафинирования стали (11-е изд.). Питтсбург: АИСТ. ISBN  978-0-930767-02-0. LCCN  98073477. OCLC  906879016.
  7. ^ «Европа лидирует в« озеленении »производства стали». www.ft.com. Получено 2020-11-20.

внешняя ссылка