Uyeyushaji wa chuma: teknolojia, mbinu, malighafi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 14:03

Madini ya chuma hupatikana kwa njia ya kawaida: shimo la wazi au uchimbaji chini ya ardhi na usafiri unaofuata kwa ajili ya maandalizi ya awali, ambapo nyenzo hiyo hupondwa, kuosha na kusindika.

Madini hayo hutiwa ndani ya tanuru ya mlipuko na kulipuliwa kwa hewa moto na joto, ambayo huigeuza kuwa chuma kilichoyeyushwa. Kisha huondolewa kutoka chini ya tanuru hadi kwenye ukungu unaojulikana kama nguruwe, ambapo hupozwa ili kutoa chuma cha nguruwe. Hubadilishwa kuwa chuma cha kusuguliwa au kusindika kuwa chuma kwa njia kadhaa.

Chuma ni nini?

Hapo mwanzo palikuwa na chuma. Ni moja ya metali ya kawaida katika ukoko wa dunia. Inaweza kupatikana karibu kila mahali, pamoja na vipengele vingine vingi, kwa namna ya ore. Huko Ulaya, kazi ya chuma ilianza 1700 BC

Mnamo 1786, wanasayansi wa Ufaransa Berthollet, Monge na Vandermonde waliamua kwa usahihi kuwa tofauti kati ya chuma, chuma cha kutupwa na chuma ilitokana na maudhui tofauti ya kaboni. Walakini, chuma, iliyotengenezwa kwa chuma, haraka ikawa chuma muhimu zaidi cha Mapinduzi ya Viwanda. Mwanzoni mwa karne ya 20, uzalishaji wa chuma ulimwenguni ulikuwa 28tani milioni - hii ni mara sita zaidi ya 1880. Mwanzoni mwa Vita vya Kwanza vya Kidunia, uzalishaji wake ulikuwa tani milioni 85. Kwa miongo kadhaa, imechukua nafasi ya chuma.

Maudhui ya kaboni huathiri sifa za chuma. Kuna aina mbili kuu za chuma: alloyed na unalloyed. Aloi ya chuma inarejelea vipengele vya kemikali zaidi ya kaboni inayoongezwa kwa chuma. Kwa hivyo, aloi ya chromium 17% na nikeli 8% hutumika kuunda chuma cha pua.

Kwa sasa, kuna zaidi ya chapa 3000 zilizoorodheshwa (miundo ya kemikali), bila kuhesabu zile zilizoundwa ili kukidhi mahitaji ya mtu binafsi. Zote huchangia katika kufanya chuma kuwa nyenzo inayofaa zaidi kwa changamoto za siku zijazo.

Malighafi ya utengenezaji wa chuma: msingi na sekondari

Kuyeyusha chuma hiki kwa kutumia viambajengo vingi ndiyo njia inayojulikana zaidi ya uchimbaji. Nyenzo za malipo zinaweza kuwa za msingi na za sekondari. Muundo kuu wa malipo, kama sheria, ni 55% ya chuma cha nguruwe na 45% ya chuma chakavu iliyobaki. Ferroalloi, chuma cha kutupwa kilichogeuzwa na metali safi za kibiashara hutumiwa kama nyenzo kuu ya aloi, kama sheria, aina zote za metali ya feri huainishwa kuwa ya pili.

Madini ya chuma ndiyo malighafi muhimu na ya msingi zaidi katika tasnia ya chuma na chuma. Inachukua takriban tani 1.5 za nyenzo hii ili kuzalisha tani ya chuma cha nguruwe. Tani 450 hivi za coke hutumiwa kutengeneza tani moja ya chuma cha nguruwe. Kazi nyingi za chumahata mkaa unatumika.

Maji ni malighafi muhimu kwa tasnia ya chuma na chuma. Inatumika hasa kwa ajili ya kuzima coke, baridi ya tanuru ya mlipuko, uzalishaji wa mvuke wa mlango wa tanuru ya makaa ya mawe, uendeshaji wa vifaa vya hydraulic na utupaji wa maji taka. Inachukua takriban tani 4 za hewa kutoa tani moja ya chuma. Flux hutumiwa kwenye tanuru ya mlipuko ili kutoa uchafu kutoka kwa madini ya kuyeyusha. Chokaa na dolomite huchanganyika na uchafu uliotolewa na kutengeneza slag.

Vyunu vya milipuko na chuma vilivyowekwa viunzi. Zinatumika kwa tanuu zinazowakabili za kuyeyusha madini ya chuma. Dioksidi ya silicon au mchanga hutumiwa kwa ukingo. Metali zisizo na feri hutumika kuzalisha chuma cha madaraja mbalimbali: alumini, kromiamu, kob alti, shaba, risasi, manganese, molybdenum, nikeli, bati, tungsten, zinki, vanadium n.k. Miongoni mwa feri hizi zote, manganese hutumika sana katika utengenezaji wa chuma..

Taka za chuma kutoka kwa miundo ya kiwanda iliyobomolewa, mashine, magari ya zamani, n.k. hurejeshwa na kutumika kwa wingi katika sekta hii.

Chuma kwa chuma

Uyeyushaji wa chuma kwa chuma cha kutupwa ni kawaida zaidi kuliko nyenzo zingine. Chuma cha kutupwa ni neno ambalo kwa kawaida hurejelea chuma cha kijivu, hata hivyo pia hutambuliwa na kundi kubwa la ferroalloys. Kaboni hutengeneza takriban 2.1 hadi 4 wt% huku silikoni kwa kawaida ni 1 hadi 3 wt% katika aloi.

Uyeyushaji wa chuma na chuma hufanyika kwa halijotokiwango myeyuko kati ya nyuzi 1150 na 1200, ambayo ni takriban digrii 300 chini ya kiwango myeyuko wa chuma safi. Iron pia huonyesha umajimaji mzuri, uwezo mzuri wa kufanya ufundi, ukinzani dhidi ya ulemavu, uoksidishaji na utupaji.

Chuma pia ni aloi ya chuma yenye maudhui tofauti ya kaboni. Maudhui ya kaboni ya chuma ni 0.2 hadi 2.1 ya molekuli%, na ni nyenzo ya kiuchumi zaidi ya aloi ya chuma. Kuyeyusha chuma kutoka kwa chuma cha kutupwa ni muhimu kwa madhumuni anuwai ya uhandisi na muundo.

Madini ya chuma kwa chuma

Mchakato wa kutengeneza chuma huanza na uchakataji wa madini ya chuma. Mwamba ulio na madini ya chuma huvunjwa. Ore huchimbwa kwa kutumia rollers magnetic. Madini ya chuma yenye punje laini husindikwa na kuwa madonge yenye punje tambarare ili kutumika katika tanuru ya mlipuko. Makaa ya mawe husafishwa katika tanuri ya coke ili kuzalisha aina karibu safi ya kaboni. Kisha mchanganyiko wa madini ya chuma na makaa hutiwa moto ili kutokeza chuma kilichoyeyuka, au chuma cha nguruwe, ambacho chuma hutengenezwa.

Kwenye tanuru kuu la oksijeni, madini ya chuma yaliyoyeyushwa ndiyo malighafi kuu na huchanganywa na viwango mbalimbali vya chuma chakavu na aloi ili kutoa viwango mbalimbali vya chuma. Katika tanuru ya arc ya umeme, chakavu cha chuma kilichorejeshwa huyeyushwa moja kwa moja kwenye chuma kipya. Takriban 12% ya chuma hutengenezwa kwa nyenzo zilizosindikwa.

Teknolojia ya kuyeyusha

Kuyeyusha ni mchakato ambao chuma hupatikana ama kwa namna ya elementi;ama kama kiwanja rahisi kutoka kwa madini yake kwa kupasha joto juu ya kiwango chake myeyuko, kwa kawaida katika uwepo wa vioksidishaji kama vile hewa au vinakisishaji kama vile coke.

Katika teknolojia ya kutengeneza chuma, chuma ambacho huunganishwa na oksijeni, kama vile oksidi ya chuma, hupashwa joto hadi joto la juu, na oksidi hiyo hutengenezwa pamoja na kaboni kwenye mafuta, ambayo hutolewa kama monoksidi kaboni au kaboni. dioksidi. Uchafu mwingine, kwa pamoja huitwa mishipa, huondolewa kwa kuongeza mkondo ambao huchanganyika nao kuunda slag.

Utengenezaji chuma wa kisasa hutumia tanuru ya kurudisha nyuma. Ore iliyokolea na mkondo (kawaida chokaa) hupakiwa juu, wakati matte ya kuyeyuka (kiwanja cha shaba, chuma, salfa na slag) hutolewa kutoka chini. Matibabu ya pili ya joto katika tanuru ya kubadilisha fedha ni muhimu ili kuondoa chuma kutoka kwenye umaliziaji wa matte.

Njia ya kibadilishaji oksijeni

Mchakato wa BOF ndio mchakato unaoongoza duniani katika utengenezaji wa chuma. Uzalishaji wa dunia wa chuma cha kubadilisha fedha mwaka 2003 ulifikia tani milioni 964.8 au 63.3% ya jumla ya uzalishaji. Uzalishaji wa kubadilisha fedha ni chanzo cha uchafuzi wa mazingira. Shida kuu za hii ni kupunguzwa kwa uzalishaji, kutokwa na upunguzaji wa taka. Asili yao iko katika matumizi ya nishati ya pili na rasilimali za nyenzo.

joto kali hutokana na athari za oksidi wakati wa kupuliza.

Mchakato mkuu wa kutengeneza chuma kwa kutumia chetuhisa:

• Pambo la chuma lililoyeyushwa (wakati fulani huitwa chuma cha moto) kutoka kwenye tanuru ya mlipuko hutiwa kwenye chombo kikubwa chenye kinzani kiitwacho ladle.
• Chuma kilicho kwenye ladi hutumwa moja kwa moja kwa uzalishaji mkuu wa chuma au hatua ya matibabu ya awali.
• Oksijeni safi ya juu kwa shinikizo la kilopaskali 700-1000 hudungwa kwa kasi ya ajabu kwenye uso wa beseni ya chuma kupitia mkuki uliopozwa na maji ambao huning'inizwa kwenye chombo na kushikiliwa futi chache juu ya bafu.

Uamuzi wa matibabu ya awali unategemea ubora wa chuma cha moto na ubora wa mwisho wa chuma unaohitajika. Vigeuzi vya kwanza kabisa vya chini vinavyoweza kuondolewa ambavyo vinaweza kutengwa na kurekebishwa bado vinatumika. Mikuki iliyotumika kupuliza imebadilishwa. Ili kuzuia mkunjo wa mkuki wakati wa kupuliza, kola zilizofungwa na ncha ndefu ya shaba ilitumiwa. Vidokezo vya kidokezo, baada ya kuwaka, huwaka CO_{2 na kutoa joto la ziada. Vishale, mipira ya kinzani na vigunduzi vya slag hutumika kuondoa slag.}

Njia ya kibadilishaji oksijeni: faida na hasara

Hahitaji gharama ya vifaa vya kusafisha gesi, kwani uundaji wa vumbi, yaani uvukizi wa chuma, hupunguzwa kwa mara 3. Kutokana na kupungua kwa mavuno ya chuma, ongezeko la mavuno ya chuma kioevu na 1.5 - 2.5% huzingatiwa. Faida ni kwamba nguvu ya kupiga kwa njia hii huongezeka, ambayo inatoauwezo wa kuongeza utendaji wa kibadilishaji kwa 18%. Ubora wa chuma ni wa juu zaidi kwa sababu halijoto katika eneo la kusafisha ni ya chini, ambayo husababisha uundaji mdogo wa nitrojeni.

Mapungufu ya njia hii ya kuyeyusha chuma yalisababisha kupungua kwa mahitaji ya matumizi, kwani kiwango cha matumizi ya oksijeni huongezeka kwa 7% kutokana na matumizi makubwa ya mwako wa mafuta. Kuna ongezeko la maudhui ya hidrojeni katika chuma kilichosindika, ndiyo sababu inachukua muda baada ya mwisho wa mchakato kutekeleza utakaso na oksijeni. Miongoni mwa njia zote, kibadilishaji oksijeni kina uundaji wa juu zaidi wa slag, sababu ni kutokuwa na uwezo wa kufuatilia mchakato wa oxidation ndani ya kifaa.

Njia ya kusikiliza-wazi

Mchakato wa kufungua sakafu kwa sehemu kubwa ya karne ya 20 ulikuwa sehemu kuu ya uchakataji wa vyuma vyote vilivyotengenezwa duniani. William Siemens, katika miaka ya 1860, alitafuta njia ya kuongeza joto katika tanuru ya metallurgiska, kufufua pendekezo la zamani la kutumia joto la taka linalotokana na tanuru. Alipasha moto tofali kwa joto la juu, kisha akatumia njia hiyo hiyo kuingiza hewa ndani ya tanuru. Hewa iliyokuwa na joto la awali iliongeza joto la mwali kwa kiasi kikubwa.

Gesi asilia au mafuta mazito ya atomi hutumika kama kuni; hewa na mafuta huwashwa kabla ya mwako. Tanuru limepakiwa na chuma kioevu cha nguruwe na chakavu cha chuma pamoja na madini ya chuma, chokaa, dolomite na fluxes.

Jiko lenyewe limetengenezwa kwavifaa vya kinzani sana kama vile matofali ya makaa ya magnesite. Tanuu za kuoshea moto zilizo wazi huwa na uzito wa hadi tani 600 na kwa kawaida husakinishwa kwa vikundi, ili vifaa vikubwa vya usaidizi vinavyohitajika kuchaji tanuru na kusindika chuma kioevu vinaweza kutumika kwa ufanisi.

Ingawa mchakato wa kufungua makaa umekaribia kubadilishwa kabisa katika nchi nyingi zilizoendelea na mchakato wa oksijeni wa msingi na tanuru ya arc ya umeme, inafanya takriban 1/6 ya chuma vyote vinavyozalishwa duniani kote.

Faida na hasara za njia hii

Faida zake ni pamoja na urahisi wa kutumia na urahisi wa kutengeneza chuma cha aloi chenye viambajengo mbalimbali vinavyoipa nyenzo sifa mbalimbali maalum. Viungio muhimu na aloi huongezwa mara moja kabla ya kuyeyusha kumalizika.

Hasara ni pamoja na kupunguza ufanisi ikilinganishwa na mbinu ya kubadilisha oksijeni. Pia, ubora wa chuma ni wa chini ikilinganishwa na mbinu nyingine za kuyeyusha chuma.

Njia ya kutengeneza chuma cha umeme

Njia ya kisasa ya kuyeyusha chuma kwa kutumia hifadhi zetu wenyewe ni tanuru inayopasha joto nyenzo iliyochajiwa kwa safu ya umeme. Tanuu za tanuu za viwandani hutofautiana kwa ukubwa kutoka kwa vitengo vidogo vyenye uwezo wa takriban tani moja (hutumika katika vituo vya uzalishaji wa bidhaa za chuma) hadi tani 400 zinazotumiwa katika madini ya pili.

vinu vya tao,inayotumika katika maabara za utafiti inaweza kuwa na ujazo wa makumi chache tu ya gramu. Viwango vya joto vya tanuu ya umeme ya viwanda vinaweza kufikia 1800 °C (3, 272 °F), ilhali uwekaji wa maabara unaweza kuzidi 3000 °C (5432 °F).

Tanuu za tao hutofautiana na viunzi vya utangulizi kwa kuwa nyenzo ya kuchaji inaonyeshwa moja kwa moja kwenye safu ya umeme, na mkondo wa umeme kwenye vituo hupitia nyenzo iliyochajiwa. Tanuru ya arc ya umeme hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa chuma, inajumuisha bitana ya kinzani, kwa kawaida kilichopozwa na maji, ukubwa mkubwa, kufunikwa na paa inayoweza kutolewa.

Tanuri imegawanywa katika sehemu tatu:

• Sheli inayojumuisha kuta za pembeni na bakuli la chini la chuma.
• makaa yanajumuisha kinzani kinachotoa bakuli la chini.
• Kianzio kilichowekwa mstari au paa iliyopozwa kwa maji inaweza kutengenezwa kama sehemu ya mpira au koni iliyokatwa (sehemu ya koni).

Faida na hasara za mbinu

Njia hii inachukua nafasi ya kwanza katika uga wa uzalishaji wa chuma. Mbinu ya kuyeyusha chuma hutumika kutengeneza chuma cha ubora wa juu ambacho hakina kabisa, au kina kiasi kidogo cha uchafu usiohitajika kama vile salfa, fosforasi na oksijeni.

Faida kuu ya njia hiyo ni matumizi ya umeme kwa kupasha joto, hivyo unaweza kudhibiti kwa urahisi kiwango cha kuyeyuka na kufikia kiwango cha ajabu cha kupasha joto kwa chuma. Kazi ya kiotomatiki itakuwanyongeza ya kupendeza kwa fursa bora ya usindikaji wa hali ya juu wa vyuma mbalimbali chakavu.

Hasara ni pamoja na matumizi ya juu ya nishati.