headbanner

ფოლადის წარმოების ძირითადი ცოდნა

ფოლადის წარმოება იწყება რკინის წარმოებით. ფოლადი ღორის რკინისგან მოდის. რკინის საბადოდან გამდნარ ღორის რკინას აქვს მაღალი ნახშირბადის შემცველობა და ბევრი მინარევები (როგორიცაა სილიციუმი, მანგანუმი, ფოსფორი, გოგირდი და სხვა). ამრიგად, ღორის რკინას აკლია პლასტიურობა და სიმტკიცე და აქვს ცუდი მექანიკური თვისებები. მას არ შეიძლება დაექვემდებაროს წნევის დამუშავება გარდა დნობისა და ჩამოსხმისა, რაც ზღუდავს მის გამოყენებას.
იმისათვის, რომ გადავლახოთ ღორის რკინის ეს ნაკლოვანებები და გავხადოთ ის უფრო დიდი როლი ინდუსტრიაში, ასევე აუცილებელია ჟანგბადის გამოყენება სხვადასხვა წყაროებიდან მაღალ ტემპერატურაზე, რათა ღორის რკინის მინარევები გარკვეულწილად მოიხსნას გარკვეული შემადგენლობის მისაღებად და რკინა-ნახშირბადის შენადნობის ფოლადის ბუნება. ღორის რკინის მინარევების მოცილების ამ მეთოდს მაღალ ტემპერატურაზე დაჟანგვით ეწოდება ფოლადის წარმოება.

ფოლადის წარმოების ძირითადი პრინციპები
ღორის რკინის სხვადასხვა მინარევებს აქვთ უფრო მაღალი მიდრეკილება ჟანგბადთან სხვადასხვა ხარისხით მაღალი ტემპერატურის პირობებში. მაშასადამე, მათი დაჟანგვით შესაძლებელია მათი გადაქცევა თხევად, მყარ ან აირისებრ ოქსიდად. თხევადი და მყარი ოქსიდები რეაგირებენ ღუმელის უგულებელყოფასთან და ღუმელში დამატებული ნაკადი მაღალ ტემპერატურაზე, აერთიანებენ წარმოქმნიან წიდას და შლის დროს ღუმელიდან იხსნება. გაზს ასევე ღებულობენ ღუმელიდან CO- ით, როდესაც გამდნარი ფოლადი ადუღდება.
ფოლადის ღუმელში, მინარევების დაჟანგვა ძირითადად მიიღწევა FeO– ს არსებობით.
2Fe + O2 → 2FeO
1. სილიციუმის დაჟანგვა
Si- ს აქვს უფრო დიდი კავშირი ჟანგბადთან, ამიტომ სილიციუმის დაჟანგვა ძალიან სწრაფია. იგი მთლიანად დაჟანგული იქნა SiO2 წარმოქმნის დნობის ადრეულ სტადიაზე:
Si+2FeO → SiO2+2Fe
ამავე დროს SiO2 რეაგირებს FeO– სთან და ქმნის სილიკატს:
2FeO+SiO2 → 2FeO · SiO2
ამგვარი მარილი წიდის ძალიან მნიშვნელოვანი ნაწილია. ის ურთიერთქმედებს CaO– სთან, რათა წარმოქმნას სტაბილური ნაერთები 2CaO · SiO2 და FeO. პირველი მყარად არის წიდაში, ეს უკანასკნელი კი ხდება თავისუფალი წილის წილად, რაც ზრდის წიდის FeO- ს შემცველობას. უფრო ხელსაყრელია მინარევების დაჟანგვის ხელშეწყობა. პასუხი ასეთია:
2FeO · SiO2+2CaO → 2CaO · SiO2+2FeO
2. მანგანუმის დაჟანგვა
მანგანუმი ასევე არის ელემენტი, რომლის დაჟანგვაც ადვილია. მის მიერ წარმოებულ MnO– ს აქვს უფრო მაღალი დნობის წერტილი. MnO არ იხსნება გამდნარ ლითონში, მაგრამ ის ქმნის ნაერთს SiO2– ით, რომელიც მიედინება თხევადი ლითონის ზედაპირზე და ხდება წიდის ნაწილი.
Mn+FeO → MnO+Fe
2MnO+SiO2 → 2MnO · SiO2
სილიციუმის და მანგანუმის დაჟანგვის რეაქცია გამოყოფს უამრავ სითბოს, რამაც შეიძლება სწრაფად გაზარდოს ღუმელის ტემპერატურა (ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია გადამყვანი ფოლადის წარმოებისთვის) და მნიშვნელოვნად დააჩქაროს ნახშირბადის დაჟანგვის პროცესი.
3. ნახშირბადის ელემენტის დაჟანგვა
ნახშირბადის დაჟანგვას სჭირდება დიდი რაოდენობის სითბური ენერგიის შთანთქმა, ამიტომ ის უნდა განხორციელდეს უფრო მაღალ ტემპერატურაზე. ნახშირბადის დაჟანგვა არის ძალიან მნიშვნელოვანი რეაქცია ფოლადის წარმოების პროცესში:
C+FeO → CO+Fe
იმის გამო, რომ CO გაზი წარმოიქმნება ნახშირბადის დაჟანგვისას, ის მოქმედებს როგორც ძლიერი აჟიოტაჟი თხევადი ლითონისგან თავის დაღწევისას. ამ ეფექტს ეწოდება "დუღილი". დუღილის შედეგს შეუძლია ხელი შეუწყოს გამდნარი აუზის შემადგენლობისა და ტემპერატურის ერთგვაროვნებას, დააჩქაროს რეაქცია ლითონსა და წიდის ინტერფეისს შორის და ასევე ხელი შეუწყოს გაზისა და ფოლადის ჩანართების ამოღებას.
4. ფოსფორის ელემენტის დაჟანგვა
ფოსფორის დაჟანგვა შეიძლება მოხდეს ტემპერატურაზე, რომელიც არ არის ძალიან მაღალი. დეფოსფორიზაციის პროცესი შედგება რამდენიმე რეაქციის კომბინაციისგან. რეაქციები ასეთია:
2P+5FeO → P2O5+5Fe
P2O5+3FeO → 3FeO · P2O5
როდესაც ტუტე წიდაში არის საკმარისი CaO, მოხდება შემდეგი რეაქციები:
3FeO · P2O5+4CaO → 4CaO · P2O5+3FeO
4CaO · P2O5 წარმოებული არის სტაბილური ნაერთი, რომელიც მყარად ინახება წიდაში, რითაც აღწევს დეფოსფორიზაციის მიზანს.
უნდა აღინიშნოს, რომ გამდნარი ფოლადის დეოქსიდაციის პროცესში უნდა დაემატოს დეოქსიდიზატორები, როგორიცაა ფეროსილიკონი და ფერომანგანუმი. ამიტომ, დეოქსიდაციის შემდეგ, წიდა ხშირად მჟავეა და 3FeO · P2O5 განადგურებულია, ხოლო P2O5 მცირდება მისგან, ხოლო P2O5 არასტაბილურია. ოქსიდი, ის ადვილად ამცირებს ნახშირბადს მაღალ ტემპერატურაზე, რის შედეგადაც ხდება ფოსფორის აღდგენა. ეს ასევე გვიჩვენებს, რომ ძალიან ძნელია ფოსფორის ამოღება მჟავა ღუმელში. ამ ფენომენის თავიდან ასაცილებლად აუცილებელია წიდის ძირითადობის გაზრდა და წიდის რაოდენობის გაზრდა და წიდის დაჟანგვის გაუმჯობესება.
5. გოგირდის დაჟანგვა
გოგირდი არსებობს FeS სახით. როდესაც წიდაში არის საკმარისი CaO, გოგირდის ამოღებაც შესაძლებელია. რეაქცია ასეთია:
FeS+CaO → CaS+FeO
გამომუშავებული CaS არ არის ხსნადი გამდნარ ფოლადში, მაგრამ ქმნის წიდას, რომელიც მიედინება გამდნარი ფოლადის ზედაპირზე.
ზემოაღნიშნული რეაქცია შექცევადი რეაქციაა და იგი ხორციელდება FeO- ს შემცველ წიდაში. როდესაც FeO ურთიერთქმედებს CaS– თან, გოგირდი დაუბრუნდება გამდნარ ფოლადს, ამიტომ დესულფურიზაციის ეფექტურობა იზრდება წილადში FeO შემცველობის შემცირებით.
როდესაც წიდა შეიცავს საკმარის ნახშირბადს, რეაქცია განსხვავებულია:
CaO+FeS+C → CaS+Fe+CO
რადგანაც ნახშირბადი FeO- ს ჟანგბადს უკარგავს, ის კარგავს CaO– ს FeO– სთან ურთიერთქმედების შესაძლებლობას, ისე რომ რეაქცია არ გაგრძელდეს საპირისპირო მიმართულებით. ამიტომაა, რომ ელექტრო ღუმელის ფოლადის წარმოების დესულფურიზაცია უფრო სრულყოფილია, ვიდრე სხვა ორი მეთოდი.
გოგირდოვანი პროცესის დროს მანგანუმი ასევე თამაშობს როლს დესულფურიზაციის ხელშეწყობაში. პროცესი ასეთია:
FeS+MnO → MnS+FeO
გამომუშავებული MnS თითქმის არ იხსნება გამდნარ ფოლადში და შედის წიდაში. ამრიგად, მანგანუმის დაჟანგვასთან ერთად დესულფურიზაციის ეფექტი იზრდება.
6. FeO- ის დეოქსიგენურობა
ჟანგვის რეაქციების ზემოაღნიშნული სერიის შემდეგ, მიუხედავად იმისა, რომ მინარევები იჟანგება მოხსნის მიზნის მისაღწევად, მაგრამ ასევე ჟანგვის შედეგების გამო, გამდნარი ფოლადი შეიცავს მეტ FeO- ს, ანუ გამდნარში არის დიდი რაოდენობით ჟანგბადი ფოლადი, რომელიც მისცემს ფოლადის ზოლს ეს არის დიდი საფრთხე. ერთის მხრივ, ფოლადს აქვს ბევრი ბუშტი; მეორეს მხრივ, ის ასევე იწვევს ფოლადის ცხელ და ცივ მტვრევადობას და საფრთხე იზრდება ნახშირბადის შემცველობის მატებასთან ერთად.
ამიტომ, ფოლადის დამზადების პროცესის დასასრულს, ჩვენ ასევე უნდა შევეცადოთ ამოვიღოთ გამდნარ ფოლადში არსებული დიდი რაოდენობით ჟანგბადი. ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდი არის გამდნარ ფოლადზე რამდენიმე დეოქსიდიზატორის დამატება, როგორიცაა ფერომანგანუმი, ფეროსილიკონი, ალუმინი და ა.შ. ისინი ძლიერ იღებენ ჟანგბადს FeO– დან დეოქსიდაციის მიზნის მისაღწევად. რეაქცია ასეთია:
FeO+Mn → MnO+Fe
2FeO+Si → SiO2+2Fe
3FeO+2Al → Al2O3+3Fe
7. წიდის როლი
ფოლადის წარმოების მთელი პროცესი ორი პროცესისგან შედგება: დაჟანგვა და შემცირება. ნახშირბადის, სილიციუმის, მანგანუმის და ფოსფორის დაჟანგვას ჩვეულებრივ უწოდებენ რეაქციას ჟანგვის პერიოდში, ხოლო გოგირდოვანებას და დეოქსიდაციას - რეაქციას შემცირების პერიოდში. ზემოაღნიშნული რეაქციის ფორმულებიდან ჩანს, რომ ლითონში მინარევების მოსაშორებლად ბევრი ფაქტორი უნდა იქნას გათვალისწინებული, მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი არის წიდა და წიდის მოცილება.
წიდა აქვს შემდეგი მნიშვნელოვანი როლები ფოლადის წარმოების პროცესში:
Sla წიდა უნდა უზრუნველყოფდეს ფოლადის დამზადების პროცესს გარკვეული რეაქციის მიმართულებით (დაჟანგვა ან შემცირება).
Sla წიდა უნდა უზრუნველყოფდეს ლითონში მავნე მინარევების (ფოსფორისა და გოგირდის) მაქსიმალურ მოცილებას და ხელს უშლის ღუმელის აირში (აზოტი და წყალბადი) ლითონში შესვლას.
Sla წიდამ უნდა უზრუნველყოს რკინისა და სხვა ძვირფასი ელემენტების მინიმალური დანაკარგი ექსპლუატაციის დროს.

ფოლადის დამზადების ძირითადი მეთოდი
Vertკონვერტორული ფოლადის წარმოება
კონვერტორი ფოლადის დამზადების მეთოდი არის ფოლადის დამზადების მეთოდი, რომელიც იყენებს ჰაერს ან ჟანგბადს დაჟანგვის მიზნით გამდნარ რკინაში შემავალი ელემენტები განსაზღვრულ ზღვრამდე, ქვედა ფეთქვის, გვერდის და ზედა აფეთქების გამოყენებით, ფოლადის მისაღებად კვალიფიციური შემადგენლობით.

w1

② ელექტრო ღუმელის ფოლადის წარმოება
ელექტრო ღუმელი იყენებს ელექტრო ენერგიას, რომ გადაიქცეს სითბოს ენერგიად ფოლადის დასამზადებლად. არსებობს ორი ხშირად გამოყენებული ელექტრო ღუმელი: ელექტრო რკალის ღუმელი და ინდუქციური ელექტრო ღუმელი. ელექტრო რკალის ღუმელები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება და შესაფერისია მაღალი ხარისხის ფოლადისა და შენადნობის ფოლადის დნობისთვის; ინდუქციური ღუმელები გამოიყენება მაღალი ხარისხის შენადნობის ფოლადის და ფერადი შენადნობების დნობისთვის.

w2

Heart გახსენით კერა ფოლადის წარმოება
მრეწველობის განვითარებასთან ერთად ლითონის გადამამუშავებელ მრეწველობაში დაგროვდა დიდი რაოდენობით ჯართი. იმ დროს, შეუძლებელი იყო მისი გადაკეთება ფოლადში კონვერტორით, ამიტომ ფოლადის მწარმოებლები ეძებდნენ ფოლადის დამზადების მეთოდს ჯართის ნედლეულის სახით. 1864 წელს ფრანგმა მარტინმა გამოიგონა ღია კერა ფოლადის დამზადების მეთოდი.

w3

ჟანგბადის ზემოდან აფეთქებული გადამყვანი ფოლადის დამზადების მეთოდის სწრაფმა განვითარებამ თანდათან შეცვალა ღია კერა ფოლადის დამზადების მეთოდი. მეცნიერებისა და ტექნოლოგიის წინსვლასთან ერთად, კვლავაც ვლინდება ფოლადის წარმოების ახალი მეთოდები, როგორიცაა გამდნარი ფოლადის ვაკუუმური დამუშავება, ელექტროშალაგის ღუმელის დნობა და ვაკუუმ -ინდუქციური ელექტრო ღუმელის დნობა, რომლებიც სულ უფრო მეტად გამოიყენება.


გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-02-2021