headbanner

Základní znalosti ocelářství

Ocelářství začíná výrobou železa. Ocel pochází ze surového železa. Surové železo tavené ze železné rudy má vysoký obsah uhlíku a mnoho nečistot (jako je křemík, mangan, fosfor, síra atd.). Surové železo proto postrádá plasticitu a houževnatost a má špatné mechanické vlastnosti. Nelze jej podrobit tlakovému zpracování s výjimkou tavení a lití, což omezuje jeho použití.
Aby se tyto nedostatky surového železa překonaly a aby v průmyslovém odvětví hrála větší roli, je také nutné použít kyslík z různých zdrojů při vysokých teplotách, aby se do určité míry odstranily nečistoty ze surového železa, aby se získalo určité složení a jistý Povaha slitiny železa a uhlíku. Tento způsob odstraňování nečistot ze surového železa oxidací za vysokých teplot se nazývá ocelářství.

Základní principy výroby oceli
Různé příměsi surového železa mají v prostředí s vysokou teplotou v různé míře větší afinitu ke kyslíku. Proto je lze oxidací zpracovat na kapalné, pevné nebo plynné oxidy. Kapalné a pevné oxidy reagují s vyzdívkou pece a tavivem přidávaným do pece za vysokých teplot, spojují se za vzniku strusky a během strusky se z pece odstraňují. Plyn je také odebírán z pece CO, když se roztavená ocel vaří.
V ocelářské peci je oxidace nečistot dosažena hlavně přítomností FeO.
2Fe + O2 → 2FeO
1. Oxidace křemíku
Si má větší afinitu ke kyslíku, takže oxidace křemíku je velmi rychlá. V rané fázi tavení byl zcela oxidován na SiO2:
Si+2FeO → SiO2+2Fe
Současně SiO2 reaguje s FeO za vzniku křemičitanu:
2FeO+SiO2 → 2FeO · SiO2
Tento druh soli je velmi důležitou součástí strusky. Interaguje s CaO za vzniku stabilních sloučenin 2CaO · SiO2 a FeO. První z nich je pevně ve strusce a druhý se stává volnou složkou strusky, což zvyšuje obsah FeO ve strusce. Je výhodnější podporovat oxidaci nečistot. Odpověď je následující:
2FeO · SiO2+2CaO → 2CaO · SiO2+2FeO
2. Oxidace manganu
Mangan je také prvek, který se snadno oxiduje. Jím vyrobený MnO má vyšší teplotu tání. MnO se v roztaveném kovu nerozpouští, ale tvoří sloučeninu se SiO2, která plave na povrchu tekutého kovu a stává se součástí strusky.
Mn+FeO → MnO+Fe
2MnO+SiO2 → 2MnO · SiO2
Oxidační reakce křemíku a manganu uvolňuje velké množství tepla, které může rychle zvýšit teplotu pece (to je zvláště důležité při výrobě konvertorové oceli) a výrazně urychlit proces oxidace uhlíku.
3. Oxidace uhlíkového prvku
Oxidace uhlíku potřebuje absorbovat velké množství tepelné energie, proto musí probíhat při vyšší teplotě. Oxidace uhlíku je velmi důležitou reakcí v procesu výroby oceli:
C+FeO → CO+Fe
Protože při oxidaci uhlíku vzniká plyn CO, působí při úniku z tekutého kovu jako silné míchání. Tento efekt se nazývá „vroucí“. Výsledek varu může podpořit rovnoměrnost složení a teploty roztaveného poolu, urychlit reakci mezi kovem a rozhraním strusky a také pomoci odstranit plyn a vměstky z oceli.
4. Oxidace prvku fosforu
K oxidaci fosforu může dojít při teplotě, která není příliš vysoká. Proces defosforizace spočívá v kombinaci několika reakcí. Reakce jsou následující:
2P+5FeO → P2O5+5Fe
P2O5+3FeO → 3FeO · P2O5
Když je v zásadité strusce dostatek CaO, dojde k následujícím reakcím:
3FeO · P2O5+4CaO → 4CaO · P2O5+3FeO
4CaO · P2O5 produkovaný je stabilní sloučeninou, která je pevně držena ve strusce, čímž je dosažen účel defosforizace.
Je třeba poznamenat, že během deoxidačního procesu roztavené oceli musí být přidána deoxidační činidla, jako je ferosilicium a ferromangan. Po deoxidaci je proto struska často kyselá a 3FeO · P2O5 je zničena a P2O5 je z ní redukován a P2O5 je nestabilní. Oxid je při vysoké teplotě snadno redukován uhlíkem, což má za následek obnovu fosforu. To také ukazuje, že je velmi obtížné odstranit fosfor v kyselé peci. Aby se tomuto jevu předešlo, je nutné vhodně zvýšit zásaditost strusky a množství strusky a zlepšit oxidaci strusky.
5. Oxidace síry
Síra existuje ve formě FeS. Když je ve strusce dostatek CaO, lze také odstranit síru. Reakce je následující:
FeS+CaO → CaS+FeO
Vytvořený CaS není rozpustný v roztavené oceli, ale tvoří strusku plovoucí na povrchu roztavené oceli.
Výše uvedená reakce je reverzibilní reakce a provádí se ve strusce obsahující FeO. Když FeO interaguje s CaS, síra se vrátí do roztavené oceli, takže účinnost odsiřování se zvyšuje se snižováním obsahu FeO ve strusce.
Když struska obsahuje dostatek uhlíku, reakce je odlišná:
CaO+FeS+C → CaS+Fe+CO
Protože uhlík připravuje FeO o kyslík, ztrácí možnost interakce CaS s FeO, takže reakce nemůže probíhat v opačném směru. Proto je odsíření výroby oceli v elektrické peci úplnější než u ostatních dvou metod.
V procesu odsíření hraje mangan také roli při podpoře odsíření. Postup je následující:
FeS+MnO → MnS+FeO
Vytvořený MnS je téměř nerozpustný v roztavené oceli a vstupuje do strusky. Účinek odsíření se proto zvyšuje s oxidací manganu.
6. Deoxygenace FeO
Po výše uvedené sérii oxidačních reakcí se sice nečistoty oxidují, aby se dosáhlo účelu odstranění, ale také díky oxidačním výsledkům obsahuje roztavená ocel více FeO, to znamená, že v roztaveném stavu je velké množství kyslíku ocel, která poskytne ocelový pás Toto je velké nebezpečí. Na jedné straně má ocel spoustu bublin; na druhé straně také způsobuje, že ocel vypadá křehce za tepla a za studena a nebezpečí se zvyšuje se zvýšením obsahu uhlíku.
Proto se na konci procesu výroby oceli musíme také pokusit odstranit velké množství kyslíku přítomného v roztavené oceli. Běžně používanou metodou je přidání některých deoxidátorů, jako je ferromangan, ferosilicium, hliník atd., Do roztavené oceli. Silně extrahují kyslík z FeO, aby dosáhli účelu deoxidace. Reakce je následující:
FeO+Mn → MnO+Fe
2FeO+Si → SiO2+2Fe
3FeO+2Al → Al2O3+3Fe
7. Role strusky
Celý proces výroby oceli se skládá ze dvou procesů: oxidace a redukce. Oxidace uhlíku, křemíku, manganu a fosforu se obvykle nazývá reakce v oxidačním období a desulfurizace a deoxidace se nazývá reakce v redukčním období. Z výše uvedených reakčních vzorců je zřejmé, že k odstranění nečistot z kovu je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, ale nejdůležitějším faktorem je struska a odstraňování strusky.
Struska má v procesu výroby oceli následující důležité role:
① Struska by měla zajistit, aby proces výroby oceli probíhal v určitém reakčním směru (oxidace nebo redukce).
Sla Struska by měla zajistit maximální odstranění škodlivých nečistot (fosforu a síry) z kovu a zabránit vstupu plynu v peci (dusík a vodík) do kovu.
Sla Struska by měla zajistit minimální ztrátu železa a dalších cenných prvků během provozu.

Základní metoda výroby oceli
①Měnič oceli
Konvertorová metoda výroby oceli je metoda výroby oceli, která využívá vzduch nebo kyslík k oxidaci prvků v roztaveném železe na stanovenou mez přijetím spodního, bočního a horního foukání za účelem získání oceli s kvalifikovaným složením.

w1

② Výroba oceli v elektrické peci
Elektrická pec využívá elektrickou energii k přeměně na tepelnou energii k výrobě oceli. Existují dvě běžně používané elektrické pece: elektrická oblouková pec a indukční elektrická pec. Elektrické obloukové pece jsou nejpoužívanější a jsou vhodné pro tavení vysoce kvalitní oceli a legované oceli; Indukční pece se používají k tavení vysoce kvalitní legované oceli a barevných slitin.

w2

HearOtevřená výroba ohniště
S rozvojem průmyslu se v kovospracujícím průmyslu nahromadilo velké množství šrotu. V té době to nebylo možné znovu vyfouknout na ocel konvertorem, proto oceláři hledali způsob výroby oceli využívající jako surovinu šrot. V roce 1864 Francouz Martin vynalezl metodu výroby oceli s otevřeným krbem.

w3

Rychlý vývoj metody výroby oceli s kyslíkovým svrchně foukaným konvertorem postupně nahradil metodu výroby oceli s otevřeným ohništěm. S rozvojem vědy a technologie se stále objevují některé nové metody výroby oceli, jako je vakuové zpracování roztavené oceli, tavení v elektrolytové peci a vakuové indukční tavení v elektrické peci, které se používají stále více.


Čas odeslání: 2. srpna-2021