Получение железа: Получение железа — урок. Химия, 8–9 класс.

Современные процессы прямого получения железа

Прямой метод добычи железа из сырья (руды) использовали давно, еще до современных доменных печей. В настоящее время этот метод возрождается, но теперь уже с применением современных способов и новых устройств.

Есть несколько вариантов получения железа прямым способом. Они отличаются по температурному режиму, применяемому для их получения, а также по состоянию конечного продукта.

Методы получения железа прямым способом

• Производство губчатого железа

Проходит при пониженных температурных параметрах, в результате чего восстанавливаются окислы железа. Процесс плавки рудных пород отсутствует и в результате получается твердый продукт. Для выпуска губчатого железа используют туннельные, шахтные и трубчатые печи. В современном мире внедряются новейшие способы с применением специальных реакторов.

• Производство крицы

Температурный режим в этом процессе выше, применяется плавление рудных пород. В результате металлические частицы свариваются и образуют крицу, которая имеет тестообразную консистенцию. Чтобы изготовить кричное железо сейчас применяются вращающиеся печи.

• Производство жидкой стали

Жидкая сталь получается при значительно высоких температурных параметрах. При такой методике получается шлак и металл в жидком виде.

Преимущества получения железа прямым способом

• Имеется возможность не расходовать металлургический кокс, а заменить его другими разновидностями топлива.

• Возможность получать металл в чистом виде, полностью освобожденный от примесей, в т.ч. фосфора, серы.

• В концентратах высокое содержание железа (до 72 %).

• Возможность применять руду, содержащую ценные компоненты (хром, ванадий, никель).

• Эффективно для производства губчатого железа. Оно применяется в процессах выплавки стали, а также для изготовления железного порошка.

Виды используемого сырья

• Чтобы получить губчатое железо, в основном, применяют обогащенную породу, в которой отсутствуют посторонние примеси, окатыши и агломерат. А также применяются восстановители, содержащие небольшое количество серы, потому что пустая порода не изменяется и может оставаться в губчатом железе. Следовательно, сера, содержащаяся в восстановителе, перейдет в железо.

• Для изготовления кричного железа можно использовать более бедную руду и низкосортное топливо. Это возможно из-за того, что пустая руда перейдет в шлак, который впоследствии удаляется из металла.

• Чтобы получить жидкую сталь применяют обогащенное пылевидное сырье, окатыши, брикеты, которые получены из разных видов угля.

Сферы применения

Конечные продукты, имеющие различные степени чистоты находят свое применение в разных сферах производства, а именно:

• Губчатое железо необходимо при изготовлении железного порошка, а также оно может заменить железный лом при плавке стали высокого качества в мартенах и электрических печах.

• Кричное железо, так как является более загрязненным сырьем, содержащим посторонние примеси, используется в качестве железного лома в мартеновских, доменных, электродуговых печах и конвертерах.

Все вышеперечисленные способы получения железа прямым методом из породы имеют главный недостаток: низкий коэффициент полезного действия установок. Это существенно сужает область их использования.

В последние годы во многих странах растет интерес к способам прямого получения железа. Проводятся работы по улучшению имеющихся методов получения железа прямым способом. А также, разрабатываются более совершенные, более эффективные способы производства стали из руды, без использования доменных печей. Есть вероятность, что в перспективе производства железа и стали будут основаны на использовании электрической и атомной энергии, высокотемпературной плазмы.

Минералы железа и получение железа

Получение железа

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe

2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3).

Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.

В печи углерод в виде кокса окисляется до монооксида углерода. Данный оксид образуется при горении в недостатке кислорода:

В свою очередь, монооксид углерода восстанавливает железо из руды. Чтобы данная реакция шла быстрее, нагретый угарный газ пропускают через оксид железа(III):

Флюс добавляется для избавления от нежелательных примесей (в первую очередь от силикатов; например, кварц) в добываемой руде. Типичный флюс содержитизвестняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Для устранения других примесей используют другие флюсы.

Действие флюса (в данном случае карбонат кальция) заключается в том, что при его нагревании он разлагается до его оксида:

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак — метасиликат кальция:

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности — это свойство позволяет разделять шлак от металла. Шлак затем может использоваться при строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме таких случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.

Излишки углерода и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используются и для выплавки легированных сталей.

Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо:

,

при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

Минералы железа

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — вкислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe3(PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. [источник не указан 33 дня]

Содержание железа в морской воде — 1·10−5—1·10−8 %.

Другие часто встречающиеся минералы железа[14]:

  • Сидерит — FeCO3 — содержит примерно 35 % железа. Обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом. Плотность равна 3 г/см³ и твёрдость 3,5—4,5 по шкале Мооса.
  • Марказит — FeS2 — содержит 46,6 % железа. Встречается в виде жёлтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов с плотностью 4,6—4,9 г/см³ и твёрдостью 5—6 по шкале Мооса.
  • Лёллингит — FeAs2 — содержит 27,2 % железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов. Плотность равна 7—7,4 г/см³, твёрдость 5—5,5 по шкале Мооса.
  • Миспикель — FeAsS — содержит 34,3 % железа. Встречается в виде белых моноклинных призм с плотностью 5,6—6,2 г/см³ и твёрдостью 5,5—6 по шкале Мооса.
  • Мелантерит — FeSO4·7H2O — реже встречается в природе и представляет собой зелёные (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие. Плотность равна 1,8—1,9 г/см³.
  • Вивианит — Fe3(PO4)2·8H2O — встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов с плотностью 2,95 г/см³ и твёрдостью 1,5—2 по шкале Мооса.

Помимо вышеописанных минералов железа существуют, например:

  • ильменит — FeTiO3
  • магномагнетит — (Fe, Mg)[Fe2O4]
  • фиброферрит — FeSO4(OH)·4,5H2O
  • ярозит — KFe3(SO4)2(OH)6
  • кокимбит — Fe2(SO4)3·9H2O
  • рёмерит — Fe2+Fe3+2(SO4)4·14H2O
  • графтонит — (Fe, Mn)3(PO4)2
  • скородит — Fe3+AsO4·2H2O
  • штренгит — FePO4·2H2O
  • фаялит — Fe2SiO4
  • альмандин — Fe3Al2[SiO4]3
  • андрадит — Ca3Fe2[SiO4]3
  • гиперстен — (Fe, Mg)2[Si2O6]
  • геденбергит — (Ca, Fe)[Si2O6]
  • эгирин — (Na, Fe)[Si2O6]
  • шамозит — Fe2+4Al[AlSi3O10](OH)6·nH2O
  • нонтронит — (Fe3+, Al)2[Si4O10](OH)2·nH2O

Получение железосодержащей продукции из железных концентратов.

Изучение мирового рынка потребления железосодержащей продукции показывает, что помимо ее использования в черной металлургии, она имеет устойчивый спрос и в других областях промышленности. При этом наибольший спрос имеют хлорное железо и оксиды железа.

Хлорное железо (FeCl3) в виде концентрированного раствора применяется в качестве коагулянта, для травления медного проката, в фотографии, ряде синтезов и при выщелачивании различных отходов и концентратов.

Тонкодисперсный оксид железа используют для получения пигментов, для окраски резин и пластмасс. Высокочистый оксид железа находит применение в производстве ферритов различного назначения, для производства Fe-Ni аккумуляторов, высокочистых Fe-порошков и для синтеза высокочистых материалов. Стоимость всех видов этой железосодержащей продукции и, особенно, высокочистых оксидов значительно превосходит стоимость железного концентрата. Очевидно, что производство более дорогостоящей продукции может существенно поднять эффективность производства и сделать выгодной добычу железного концентрата месторождения «Зюдварангер». А снижение тоннажности производства при одновременном увеличении стоимости продаваемой продукции обеспечило бы долгосрочную деятельность предприятия. Так же возможно рассмотрение вариантов вовлечения в переработку Оленегорских или Костомукшских железных концентратов или полный переход на их использование.

В Институте химии КНЦ РАН имеются разработки по получению хлорного железа и высокочистых оксидов железа из некоторых видов железных концентратов. Конкретная технология каждого из железосодержащих продуктов зависит от его чистоты. Технология получения оксидов железа включает выщелачивание концентратов HСl, экстракционную очистку хлорного железа до необходимых кондиций и сжигание растворов хлорного железа с получением порошка оксида железа и соляной кислоты, которая направляется в оборот на растворение концентратов. Технология экологически безопасна, малоотходна и предусматривает регенерацию кислоты.

Планируемый объем производства 5 тысяч тонн по оксиду железа. Данный объем продукции, по нашим оценкам, может иметь реальный спрос и быть получен при монтаже типовой пирогидролизной установки. Полупродукт данного производства, концентрированный раствор хлорного железа, при необходимости выводится в виде готовой продукции для чего мощности экстракционного оборудования закладываются с запасом, величина которого может быть определена после уточнения объемов потребления FeCl3.

Практически проект может быть реализован в сжатые сроки, т.к. у нас имеется достаточная научная проработка этой технологии, опыт и возможность изготовления экстракционного оборудования, а также хорошая связь с разработчиками и поставщиками пирогидролизного оборудования.

Лаборатория разработки и внедрения процессов химической технологии.

<p>Изучение мирового рынка потребления железосодержащей продукции показывает, что помимо ее использования в черной металлургии, она имеет устойчивый спрос и в других областях промышленности. При этом наибольший спрос имеют хлорное железо и оксиды железа.</p>
<p>Хлорное железо (FeCl<sub>3</sub>) в виде концентрированного раствора применяется в качестве коагулянта, для травления медного проката, в фотографии, ряде синтезов и при выщелачивании различных отходов и концентратов.</p>
<p>Тонкодисперсный оксид железа используют для получения пигментов, для окраски резин и пластмасс. Высокочистый оксид железа находит применение в производстве ферритов различного назначения, для производства Fe-Ni аккумуляторов, высокочистых Fe-порошков и для синтеза высокочистых материалов. Стоимость всех видов этой железосодержащей продукции и, особенно, высокочистых оксидов значительно превосходит стоимость железного концентрата. Очевидно, что производство более дорогостоящей продукции может существенно поднять эффективность производства и сделать выгодной добычу железного концентрата месторождения «Зюдварангер». А снижение тоннажности производства при одновременном увеличении стоимости продаваемой продукции обеспечило бы долгосрочную деятельность предприятия. Так же возможно рассмотрение вариантов вовлечения в переработку Оленегорских или Костомукшских железных концентратов или полный переход на их использование.</p>
<p>В Институте химии КНЦ РАН имеются разработки по получению хлорного железа и высокочистых оксидов железа из некоторых видов железных концентратов. Конкретная технология каждого из железосодержащих продуктов зависит от его чистоты. Технология получения оксидов железа включает выщелачивание концентратов HСl, экстракционную очистку хлорного железа до необходимых кондиций и сжигание растворов хлорного железа с получением порошка оксида железа и соляной кислоты, которая направляется в оборот на растворение концентратов. Технология экологически безопасна, малоотходна и предусматривает регенерацию кислоты.</p>
<p>Планируемый объем производства 5 тысяч тонн по оксиду железа. Данный объем продукции, по нашим оценкам, может иметь реальный спрос и быть получен при монтаже типовой пирогидролизной установки. Полупродукт данного производства, концентрированный раствор хлорного железа, при необходимости выводится в виде готовой продукции для чего мощности экстракционного оборудования закладываются с запасом, величина которого может быть определена после уточнения объемов потребления FeCl<sub>3</sub>.</p>
<p>Практически проект может быть реализован в сжатые сроки, т.к. у нас имеется достаточная научная проработка этой технологии, опыт и возможность изготовления экстракционного оборудования, а также хорошая связь с разработчиками и поставщиками пирогидролизного оборудования.</p>
<p><a href=»/laboratories-and-podrazdel/lab08″>ЛАБОРАТОРИЯ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ </a></p>

Прямое получение железа — Справочник химика 21





Прямое получение железа [c.103]

    Существующие методы прямого получения железа подразделяются  [c.103]

    Железорудные окатыши представляют собой сырье для доменных печей и сталеплавильных афегатов. Они также используются в процессе прямого получения железа, их можно подвергать металлизации, т.е. частичному восстановлению. Намечается дальнейшее увеличение производства окатышей в черной металлургии, что связано [c.151]








Теоретические основы металлургии чугуна и стали создавались на протяжении нескольких столетий. К числу первых исследований в этой области следует отнести фундаментальный труд Г. Агриколы (Бауэра) 12 книг о металлах (1556 г.), обобщивший многовековой опыт извлечения металлов из руд, работу М.В. Ломоносова Первые основания металлургии или рудных дел (1763 г.), созданную им на основе изучения движения воздуха и газов в пламенных металлургических печах, разработку П.П. Аносовым теоретических основ получения высококачественной литой стали (1828 г.), метода прямого получения железа из руд и принципов микроскопического метода изучения структуры сталей. [c.49]

    Я полагаю, что придет со временем пора искать способ прямого получения железа и стали, минуя чугун.  [c.103]

    Конверсию углеводородных газов проводят для получения технологических газов (синтез-газ, АВС), используемых в производстве метанола, аммиака, высших спиртов, синтетического бензина, водорода и других продуктов органического и неорганического синтеза восстановительного газа для прямого получения железа, ацетилена. Производство ацетилена методом конверсии метана (окислительный пиролиз) рассмотрено в главе XXI. Процесс конверсии газообразного топлива осуществляется в реакторах различного типа—конвертерах, а полученный методом конверсии газ называют конвертированным газом. [c.216]

    Современная доменная печь — один из крупнейших агрегатов в металлургии, способный производить до 5 тыс. т и более чугуна в 1 сут. Ее сооружение обходится приблизительно в 30 млн. долларов. Стремление осуществить процесс получения железа более экономичным способом и в меньших по размерам установках, а также стать независимыми от кокса привело к разработке процесса прямого получения железа. В этом процессе продуктом прямого восстановления является губчатое железо. [c.306]

    Новейшим методом использования СНГ в процессе прямого получения железа, который находится в стадии промышленного освоения в Швеции, является способ регенерации окиси углерода восстановительного газа. [c.306]

    В настоящее время разработан бездоменный процесс получения железа в горизонтально-наклонных печах с последующей магнитной сепарацией. Этот процесс более низкотемпературный. Железо в нем получается в твердом состоянии н значительно чище, а кроме того, он позволяет использовать руды, более бедные металлом. Роль этого процесса пока невелика, но он является перспективным. В одиннадцатом и двенадцатом пятилетних планах предусмотрено развитие метода прямого получения железа из руд в крупных промышленных масштабах, [c.363]

    Эжекторы успешно применены также при прямом получении железа из руд [61] в аппаратах, где твердая фаза подается на свободную поверхность слоя. [c.557]

    Прямое получение железа, металлизация [c.10]

    Современный агрегат обжига окатышей — движущаяся решетка. Основной ее технологический недостаток — трудность регулирования температуры в слое и, как следствие, спекание и неравномерный обжиг окатышей. Этот недостаток особенно ощутим при обжиге офлюсованных окатышей, когда температурный диапазон спекания суживается до 20—30° С. Перспективными являются примененные для этой цели способы обжига в кипящем слое. Это приводит также к мысли и о получении окатышей в самом кипящем слое и, более того, к применению не просто обжига, а восстановительного обжига в кипящем слое, получению металлизованных окатышей, что уже вплотную примыкает к проблеме прямого получения железа. [c.11]

    Наряду с испытанием установки на заводе Запорожсталь необходимо продолжить создание новых схем прямого получения железа с использованием кипящего слоя. [c.12]

    Разработка процессов прямого получения железа вызвана также появлением новой технологии, так называемой порошковой металлургии. [c.413]

    Опыт организации прямого получения железа в кипяще.м слое показывает, что основной трудностью освоения этого процесса является неустойчивость слоя из-за слипаемости частиц. [c.416]

    Большинство исследований по прямому получению железа основано на использовании природного газа. Но не следует забывать, что основным топливом в настоящее время и на ближайшее будущее является твердое. Более того, развитие техники открытых разработок привело к тому, что для некоторых месторождений на востоке страны себестоимость угля примерно в 3 раза ниже (в приведении к условному топливу) по сравнению с природным газом. [c.417]

    Интересно сопоставить эти результаты с энергоемкостью способа прямого получения железа путем металлизации окатышей. По современным данным фирмы Хэтч , во всем мире производится около 600 млн. т чугуна и пока только 37 млн. т железа прямым путем. Но одновременно обнаруживается тенденция к увеличению прямого получения железа и росту числа мини-заводов. Так, на примере процесса Мидрекс (Оскольский электрометаллургический комбинат), наши расчеты [4.28] дают величину ТТЧ электростали на основе металлизированных окатышей ТТЧ я 1070 кг у.т./т продукции, т.е. такого же порядка или даже выше, чем при производстве конвертерной стали из чугуна. [c.357]

    Но прямое получение железа — наиболее сложный из всех высокотемпературных эндотермических процессов черной металлургии. Поэтому мы считаем, что его промышленное освоение следует развивать по пути максимального использования опыта освоения более простых процессов в кипящем слое (обжиг известняка, магнетизирующий обжиг и др.). Такая методика освоения процесса позволит избежать необходимости решения общих вопросов конструктивного оформления многозонных аппаратов (методы сжигания газов, конструкции подин и перетоков и т. д.). [c.418]

    Процесс восстановления окислов железа из руд не требует создания тех высоких температур, которые необходимы в доменной печи для отделения в жидком виде восстановленного железа (чугун) от пустой породы руды, кокса и флюса (шлак). В этом состоит одно из преимуществ прямого получения железа из руд без применения кокса, минуя выплавку чугуна. [c.419]

    Из сушествующих в мировой практике способов прямого получения (губчатого) железа наибольший интерес представляет восстановление в шахтных устройствах (с движущимся или подвижным слоем). В частности, большое развитие в Швеции нашел способ получения губчатого железа в движущемся слое по Вибергу, в США — метод прямого получения железа в подвижном (кипящем) слое в потоке водорода сравнительно под высоким давлением и при низких температурах и в Мексике — получение губчатого железа из кусковой руды в ретортах с неподвижным фильтрующим слоем. Другие многочисленные попытки непосредственного восстановления железа из руд или богатых железорудных концентратов различными способами в шахтных устройствах, в том числе и с подвижным слоем, пока ограничены областью экспериментальных исследований. И хотя они еще не привели к созданию промышленных технологических схем производства губчатого железа, однако представляют большой не только научный, но и практический интерес. [c.444]

    Даны характеристики рудных месторождений СССР, представляющих интерес с точки зрения прямого получения железа. Приведены результаты опытов по восстановлению во взвешенно-фонтанирующем слое. Илл. 2. Табл. 5. [c.483]

    Еще в 1932 г. Байков [4] говорил о возможности использования непосредственно метана как восстановителя для прямого получения железа. Байков писал о возможности разложения метана на углерод и водород в установке прямого получения железа, которые будут играть роль восстановителей. Байков имел в виду создание таких условий, при которых весь выделившийся при разложении метана углерод примет участие в реакциях восстановления окислов железа, в результате чего будет получено железо, содержащее незначительное количество примесей углерода. [c.72]

    Чижевский (см. статью в сб. [4]) имел иную точку зрения на возможность использования углеводородов в качестве восстановителей. Так как для разложения углеводородов требуются высокие температуры, при которых будет происходить отложение сажи, Чижевский считал, что перед установкой прямого получения железа необходимо осуществить конверсию углеводородов в смесь Нз + -f СО. При такой схеме процесса роль восстановителей будут выполнять водород и окись углерода. [c.72]

    Процессами прямого получения железа (внедоменное производство стали, безкоксовая металлургия) называются способы получения губчатого железа, металлизированного сырья, литого железа или стали непосредственно из железорудного сырья, минуя доменный процесс. Причинами, вызвавпшми появление этого нового направления в черной металлургии, являются  [c.103]

    Промышленное освоение метода прямого получения губчатого железа (гж) из железорудных окатышей, реализованное в нашей стране на Оскольском электрометаллургическом комбинате, уже позволяет давать как технологические, так и технико-экономические оценки применения природного газа для реализации этого новейшего направления в металлургии [10.9, 10.10]. Идет также промышленное освоение прямого получения железа по методу ХИЛ-Ш на Лебединском ГОКе при парогазовой конверсии природного газа и с получением металлизированных брикетов. [c.369]

    В соответствии с полученными результатами авторы предлагают двухстадийную схему прямого получения железа во взвешенном слое, что уменьшит преимущественное выделение сажи на входе газа. В первой стадии руда должна восстанавливаться метаном до степени восстановления 60%, во второй стадии должно происходить ее довосстановление водородом, полученным путем многократного пропускания газа над свежими порциями железа. [c.74]

    В черной металлургии освоен обжиг известняка в кипящем слое и ведутся исследования по прямому получению железа из руд. [c.13]

    Потребность России в металлизованных окатышах, основанная на реальных возможностях их использования, оценивалась примерно в 3,2 млн. т/год до 2000 г и 4,0 млн. т/год до 2010 г Для удовлетворения этой потребности, наряду со строительством завода прямого получения железа на Лебединском ГОКе, возможно строительство модуля металлизации в уральском регионе мощностью 400 тыс. т/год. Размещение установок металлизации возможно на металлургических предприятиях, к пло- [c.515]

    В настоящее время начинает осуществляться мечта Менделеева 6 возможности прямого получения железа и стали из руды. В некоторых странах приступили к промышленному освоению экономически более выгодного металлургического процесса получения губчатого железа, минуя чугун. Высокосортная руда в этом процессе, загруженная в обжиговую печь, восстанавливается, превращаясь в мягкое железо с небольшим содержанием серы (степень восстановления до 98%). Железо потом поступает в сталеплавильные печи, кислородные конверторы или вагранки. Ее плавка происходит в твердом состоянии без образования шлака и жидкого металла. [c.445]

    Бездомениые способы получения стали. Можно получать сталь и минуя доменное производство. В Советском Союзе (г. Старый Оскол) впервые в мире построен электрометаллургический завод-гнгант, основывающийся на процессах прямого получения железа. Процессами прямого получения железа называются химические, электрохимические или химико-термические бездоменные процессы получения из руды металлического железа. Эти процессы можно вести, не расходуя дорогостоящий кокс. [c.153]

    Как реализуется прямое получение железа С помощью железорудных окатышей. Что это такое Железная руда (например, Рез04) измельчается, подвергается магнитной сепарации, а затем спеканию с относительно небольшим количеством кокса в громадных вращающихся печах. При этом достигается большая экономия кокса по сравнению с доменным производством. Затем железорудные окатыши подвергают действию газообразных восстановителей природного газа (главным образом СН4), водяного газа (СО + Н2), водорода. Например  [c.120]

    ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ЖЕЛЕЗО — железо с незначительным количеством примесей. Используется о 20-х гг. 20 в. Содержит 0,02— 0,04% С 0,20% Мп, 0,20% 8 , 0,03% 8, 0,025% Р и 0,3% Сп. Характеризуется высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, электропроводностью, магнитной проницае-.иостью и незначительным остаточным магнетизмом. Т. ч. ж. выплавляют в основных мартеновских печах небольшой емкости, где легко регулировать окислительные процессы и проводить десульфурацию, а также в кислородных конверторах. Качество железа повышают вакуумной обработкой жидкого металла и использованием рафинирующих переплавов (электрошлакового, вакуумно-дугового и плазменно-дугового). Т. ч. ж. используют при произ-ве сталей п сплавов со спец. физико-мех. св-вами, применяемых в электронной, приборостроительной и других отраслях пром-сти. Иногда им заменяют медь, напр, в шинах распределительных устройств, сердечниках и полюсах электромагнитов, в электровакуумных приборах. Кроме того, его применяют в качестве электротехнической стали, сочетающей низкую коэрцитивную силу и высокую магп. проницаемость с хорошей штампуе-мостью. Низкоуглеродистую электротехническую сталь поставляют в виде листа толщиной 0,5—6,0 м.ч или в виде сортового проката. Перспективно прямое полученне железа из руд с последующим расплавлением и до-водко11. Хим. состав Т. ч. ж. приведен в ГОСТе 11036-64. [c.557]

    Металлизация ванадийсодержащих окатышей. Проблема производства и применения губчатого железа рассматривается, главным образом, в связи с дефицитом кокса, у>удшением качества металлолома и ускоренным развитием электросталеплавильного производства. Тем не менее, возникают и новые технологические аспекты, связанные с прямым получением железа. Так, производство ванадийсодержащего губчатого железа из ванадийсодержащих окатышей, полученных из титаномагнетитовых руд Урала, позволяет одновременно решать три задачи 1) провести легирование металла ванадием 2) повысить качество металла за счет применения исходной шихты с низким содержанием примесей (фосфор, сера) 3) за счет сокращения количества переделов титаномагнетитовых руд резко увеличить сквозное извлечение ванадия [10.3, [c.385]

    Как уже указывалось, применительно к переработке ванадийсодержапщх титаномагнетитов в этом процессе удается значительно снизить потери ванадия по сравнению с традиционным процессом легирования стали феррованадием. При повышении содержания ванадия в стали отмечается значительное снижение энергоемкости процесса по сравнению с традиционным методом легирования. Процесс бескоксовый, по существу, безотходный и, кроме того, обеспечивает снижение вредных выбросов в атмосферу Аналогичные схемы могут быть использованы и при других видах легирования, в частности, при выплавке ферроникеля из окисленных никелевых руд [11.98]. Отметим, что идея гибкого сочетания процесса жидкофазного восстановления Корекс с процессом прямого получения железа Мидрекс и дуговой электропечи высказывалась и в зарубежной литературе [11.29]. При этом отмечалось преимущество перед кислородным конвертером, связанное с меньшими капитальными затратами и уменьшением или полным исключением использования лома. [c.485]

    Прямое получение железа Дуговая Рафиниро- вание.  [c.538]

    В металлургии нет более сложной и более старой проблемы, чем проблема прямого получения железа. Несмотря на очевидные недостатки, связанные с потреблением дорогостоящего кокса, загрязняющего серой продукт (чугун), пока нет агрегатов, конкурирующих с доменной печью по совокупности технико-экономических показателей. Число предложенных и запатентованных способов прямого получения давно превысило тысячу, но проблема еще не рещена. [c.12]

    К сожалению, приходится констатировать, что СССР ощутимо отстал в исследовании прямого получения железа в кипящем слое от США, где уже есть промышленные установки, работающие по схеме Н — Iron и испытана печь производительностью 300 т в сутки по схеме Фиор. [c.12]

    Уменьшение склеивающего усилия поверхности гранул. Решение этого вопроса зависит часто от конкретных технологических условий. Например, при прямом получении железа можно получить чистое легко свариваемое железо, но можно получить и карбид железа, который будет истираться и уноситься из слоя. Очевидно, одной из задач обеспечения устойчивости кипящего слоя при прямом получении железа является определение оптимальной степени науглероживания, обеспечивающего при установленной температуре процесса и достаточной степени восстановления неслипание восстановленного продукта. [c.20]

    Проанализированы перспективы применения кипящего слоя в черной металлургии для обжига известняка, огнеупорного сырья, магнети-зиру.ющего обжига руд, обжига окатышей, прямого получения железа и термообработки проката. [c.475]

    Изложена история развития способов прямого получения железа, описаны способы прямого получения железа в кипящем слое, в том числе два способа, предложенные ДОННИИЧЕРМЕТом. [c.483]

    Исследованию процессов восстановления окислов железа метаном без отложения углерода значительное внимание уделили металлурги, разрабатывающие методы прямого получения железа. Анализ этих исследований представляет для нас значительный интерес, так как позволяет определить направление работ по пра- вилвной организации восстановительной стадии металло-паровых процессов с применением метана. Это тем более необходимо, поскольку изучением методов получения водорода на основе окислоь металлов и метана занимались мало. [c.72]


Прямое получение железа — БРЭКС

   Технология жёсткой вакуумной экструзии мелкодисперсных техногенных и природных материалов металлургии за последние несколько лет приобрела репутацию проверенной технологии изготовления брикетов экструзии (брэксов) для металлургических печей (доменных, руднотермических, ДСП и др.).

   В 2013 г. Бижановым А.М. с коллегами были получены убедительные результаты промышленного эксперимента по оценке возможности металлизации брэксов в реакторах прямого получения железа. Эксперименты были проведены в промышленном реакторе Мидрекс компании Qatar Steel (Катар, Доха). Компания Qatar Steel импортирует ежегодно 3,5 млн т железорудных окатышей для производства 2,35 млн т ГБЖ. Во время разгрузки, складирования и последующей загрузки окатышей в реакторы металлизации, выгрузки металлизованных окатышей и их брикетирования ежегодно образуются десятки тысяч тонн мелкодисперсных отходов. Для испытаний были использованы брэксы, произведенные из смеси отсева окатышей –55,6% (92% крупностью не более 6,3 мм), металлизированного шлама – 27,8% (92% крупностью не более 6,3 мм) и прокатной окалины – 16,6% (99% крупностью не более 10 мм). Основными целями исследования являлись оценка металлургических свойств брэксов применительно к процессу Мидрекс и выбор связующего, обеспечивающего их прочность и максимальную степень металлизации. Смесь перед брикетированием дополнительно измельчили на валковой дробилке. Опытные брикеты четырёх типов, незначительное отличие химического состава которых определялось только типом и величинами содержания связующего, были изготовлены в компании J.C.Steele&Sons, Inc. на лабораторном экструдере.

   Было проведено две серии ящичных испытаний по восстановлению брэксов в промышленном реакторе Мидрекс. В первой серии упрочнённые брэксы (по 25–30 шт.) помещали внутрь жестких стальных корзин, которые загружали в реактор вместе с окатышами, а по окончании процесса извлекали из реактора. Это позволило визуально оценить состояние восстановленных брикетов, изучить их состав и свойства. В этом случае механическая прочность брэксов не играла существенной роли, поскольку они не подвергались давлению столба шихты. Жёсткость корзины полностью устранила давление слоя окатышей на брэксы и, как следствие, возможную деформацию или разрушение брэксов. Во второй серии испытаний брэксы помещали в деформируемые газопроницаемые стальные пакеты, что позволило изучить их поведение в условиях, приближенных к условиям внутри слоя окатышей в реакторе Мидрекс.

   После извлечения из реактора брэксы, полученных с использованием цементной связки растрескались, причём трещин оказалось больше на брэксах с более высоким содержанием связующего. Можно сделать вывод о связи горячей прочности брэксов с их прочностью на раздавливание. Менее прочные и менее плотные в холодном состоянии брэксы проявили и меньшую горячую прочность, что выразилось в образовании поверхностных трещин, что согласуется с хорошо известными результатами исследования горячей прочности железорудных окатышей. Для окатышей также наблюдалась и негативная зависимость горячей прочности от соотношения Al2O3/SiO2, увеличение которого снижает горячую прочность окатышей. Эти брэксы, показавшие меньшую горячую прочность по сравнению с брэксами на известковом связующем, имели самые высокие величины модуля из-за значительного содержания глинозема в цементе и, особенно, в бентоните. Наличие в брэксах извести и гематита (отсев окатышей и окалина) благоприятствовало во время их нагрева в реакторе Мидрекс быстрому образованию уже при температурах выше 400–500 °С ферритов кальция, имеющих низкую температуру плавления и размягчения, упрочняющих структуру брэкса и повышающих его восстановимость. Часть брэксов на цементной основе слиплась в процессе их восстановления. Такое слипание могло иметь тот же механизм, что обусловливает слипание безобжиговых окатышей на цементной связке.

   После извлечения брэксов из жестких стальных корзин были определены их химический состав, общее содержание железа, содержание металлического железа и степень металлизации. Максимальную степень металлизации имели брэксы с содержанием известкового связующего (5%), а минимальную – брэксы с максимальным (8%) содержанием цементной связки.

   Результаты первой серии испытания брэксов, изготовленных из смеси отсева окатышей, прокатной окалины и дисперсных отходов производства ГБЖ, в промышленном реакторе Мидрекс показали возможность эффективной их металлизации с сохранением целостности.

   Во второй серии испытаний брэксы аналогичного состава с применением трёх различных типов связующего (портландцемент, известь и новое магнезиальное связующее) помещались в деформируемые стальные пакеты. Исследование состава и структуры извлечённых брэксов показало, что наилучшие результаты по горячей прочности и восстановимости продемонстрировали брэксы на магнезиальном связующем. Более подробно эти результаты будут рассмотрены в отдельной статье Бижанова А.М. с коллегами. Основываясь на результатах опытно-промышленных плавок руководство Qatar Steel приняло решение о строительстве брикетной фабрики для производства брэксов по методу жёсткой экструзии.

Реконструкция древнего способа выплавки железа « Саровский краевед

Автор: Михайлов Леонид

11 класс

 Руководители:

 А.М. Подурец

В.Ф. Кузнецова

2011

Введение

Нас давно интересовала история развития металлургии в нашем крае, эта история связана, в основном, с братьями Баташовыми, которые владели заводами в нашем округе. В предыдущие годы мы занимались исследованием их заводов в Илёве [1], Сноведи [2], а также в Рязанской и Владимирской областях [3]. Известно, что на заводах Баташовых существовал полный металлургический цикл: от добычи руды до изготовления железных изделий. В процессе изучения истории заводов нас очень интересовал вопрос о развитии технологии металлургии, и данную работу мы посвятили древнему процессу получения железа.

Развитие металлургии железа

Первые известные археологам железные предметы относятся к 10 веку до н.э. Первое железо ценилось очень дорого и не сразу использовалось для изготовления орудий труда. Самым древним способом получения железа из руды был, так называемый, сыродутный способ, при котором в горн или печь загружают железную руду и уголь, при горении которого происходит частичное восстановление железа из руды. В горн нагнетали «сырой», не подогретый воздух, откуда и произошло название самой техники. Плавление в горне измельченной железной руды в смеси с древесным углем происходило при высокой температуре. По мере выгорания угля твердые зерна железа, восстановленные из руды, опускались в низ печи и, свариваясь, образовывали губчатый сгусток, называемый крицей. Для уплотнения металла вынутую из горна застывшую крицу многократно проковывали, получая монолитный кусок железа весом до 5-6 кг. Товарным крицам металлургии придавали округлую лепешкообразную форму.

Впоследствии, при производстве железа примитивные кричные горны были заменены доменными печами: эти печи имеют больший размер, производительность, а также в них достигается большая температура. Продукцией домны является чугун (железо с высоким содержанием углерода), который потом перерабатывается в железо или сталь [4-6].

Цели и задачи работы

Цель работы: реконструировать сыродутный способ получения железа в современных условиях.

Задачи:

1) Найти руду, необходимую для выплавки железа.

2) Соорудить печь, максимально соответствующую древним образцам.

3) Провести процесс плавки.

4) Проанализировать полученные образцы.

Описание получения железа в литературе

Одним из источников по которому мы восстанавливали древний способ получения железа была книга Жюля Верна “Таинственный остров” [7]. В книге описывается, как несколько людей попали на необитаемый остров в одной одежде и постепенно сами создавали себе разные удобства, в том числе они выплавляли железо для собственных нужд.

Их способ выплавки назывался “каталонским”. Он заключался в следующем. ”Каталонский способ в собственном смысле требует постройки печей и тиглей, в которые укладываются пластами руда и уголь.” Но герой книги инженер Сайрес Смит предполагал обойтись без этих конструкций. Он возвёл «кубическое сооружение из угля и руды и направил в центр него струю воздуха». “Каменный уголь, так же как и руду, удалось без труда собрать поблизости прямо с поверхности земли. Сначала руду искрошили на мелкие куски и очистили руками от грязи. Затем уголь и руду слой за слоем сложили в кучу, как делает угольщик с деревом, которое он хочет обжечь. Таким образом, под действием воздуха, нагнетаемого мехами, уголь должен был превратиться в углекислоту и затем в окись углерода, которой предстояло восстановить магнитный железняк, то есть отнять от него кислород”. Воздушное дутьё было организовано с помощью мехов из тюленьих шкур.

Железо было получено, но “это оказалось трудным делом. Понадобилось всё терпение, вся изобретательность колонистов, чтобы успешно его осуществить. В конце концов, оно удалось, и была получена железная болванка в губчатом состоянии, которую надо было ещё ковать, чтобы выгнать из неё жидкий шлак. Таким образом, был получен грубый, но годный к употреблению металл”.

Мы пытались воплотить в реальность то, что было описано Жюлем Верном. Основным отличием нашего способа являлось то, что мы использовали печь.

Процесс получения железа

Добыча руды

3 июня 2010 года мы поехали исследовать окрестности села Елизарьева, где, как нам было известно, находились дудки-шахты по добыче железной руды. От Сарова мы добрались до места примерно за 20 минут. Добравшись до места, мы пошли на поиск руды, которая должна была располагаться в области старых шахт. Больше всего руды мы нашли там, где не было травы и был снят (траншея антипожарная) или утрамбован (дорога) слой грунта. Именно в траншее мы и нашли большинство руды разных размеров, вплоть до 15*10*10 см (приблизительно). В основном руда была серого и бурого цвета. Преобладает руда бурого цвета. Мы набрали ведро руды. Также мы увидели около десятка остатков дудок, которые засыпаны и уже заросли травой.

Старая дудка вблизи села Елизарьева

Железная руда

Измельчение руды

Мы решили дробить руду до размеров не более 1см3 , чтобы её было легче расплавить. Мы раздробили всю руду, находящуюся в ведре и получили примерно 3/5 ведра дроблёной руды.

Процесс измельчения руды автором работы

 Кладка печи

Для печи были использованы обломки силикатных кирпичей. Кладка печи осуществлялась с помощью смеси цемента с песком. Мы намесили раствор и ряд за рядом складывали кирпичи в печь, скрепляя их раствором.

Приготовление раствора

Наша печь

 Плавка

Печь предварительно нагрели, сжигая в ней дрова в течение полутора часов.

В прогретую печь мы засыпали руду, а затем древесный уголь, приобретённый в магазине, слоями. Нам надо было добиться температуры в 900 градусов по Цельсию, поэтому помимо условий, предоставленных нам природой, нам пришлось использовать пылесосы для дутья (имитация мехов). Пылесосов было два и включались они поочерёдно, работая по 30 минут без перерыва. Но уже через час плавки печь начала трескаться, так как силикатный кирпич не выдерживал столь высокой температуры. Но при том, что она трескалась, за 2ч30мин плавки не рассыпалась. В процессе плавки мы измеряли температуру внутри печи с помощью специального прибора. Она колебалась от 800 до 1300 градусов по Цельсию. Весь процесс с подготовкой занял 4ч.

Воздушное дутьё. На фото — Валентина Фёдоровна Кузнецова — хозяйка пылесоса

Загрузка руды и угля

Измерение температуры при помощи пирометра проводит Алексей Ковалёв

 Результат плавки

После разборки печи на следующий день мы извлекли из неё серые кусочки со слабо выраженным металлическим блеском.

Разборка печи

Образцы полученного металла

Видимо, металлургическая реакция имела место (до и после)

Попытка проковать полученный металл

Следуя способу, описанному Жюлем Верном, образцы полученного металла следовало проковать. Для этого мы их отнесли в кузницу, там кузнец раскалил их в горне, но под его молотком наш металл рассыпался. Экспертиза, проделанная в одной из лабораторий ВНИИЭФ, показала, что полученное вещество состоит на 20% из железа, а остальное — оксиды железа.

Заключение

Металл мы получили, но он оказался не годным для изготовления каких-либо изделий.

В чём же была наша возможная ошибка? Мы разместили описание нашего опыта в интернете и получили множество комментариев [8], некоторые из которых оказались ценными.

В частности, пользователь с ником 3meys подсказал нам:

“При кричной плавке из руды температура должна быть ~900 градусов и как можно меньше не сгоревшего кислорода, чтоб он не окислял обратно металл”.

Из этого мы делаем вывод, что у нас была температура несколько выше необходимой, и восстановленное железо окислилось, что объясняет хрупкость и пористость полученных нами образцов.

Тем не менее, мы считаем, что добились поставленных целей — провели плавку, в результате которой был осуществлён металлургический процесс. С помощью нашего эксперимента мы приблизились к пониманию древнего металлургического производства.

Благодарности

            Автор и руководители благодарят сотрудников Института Физики Взрыва РФЯЦ-ВНИИЭФ Алексея Евгеньевича Ковалёва за измерения температуры при помощи пирометра и Михаила Игоревича Ткаченко за проведение рентгеноструктурного анализа руды и металла.

Список литературы

  1. Колоярцева Н. (руководитель В.Ф. Кузнецова). Село Илёв. История, отлитая в чугуне. Доклад на VII конференции ЦВР «Открытие родной земли». Саров, 2004.
  2. Михайлов Л. (руководители А.М. Подурец, В.Ф. Кузнецова). История Сноведского металлургического завода. Доклад на городской эколого-краеведческой конференции, Саров, 2008.
  3. Михайлов Л. (руководители А.М. Подурец, В.Ф. Кузнецова). Унженские заводы Баташёвых. Доклад на Школьных Харитоновских чтениях, Саров, 2010.
  4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. Москва, 2002.
  5. http://erzya.ru/culture/57-krichniki.html
  6. http://termist.com/bibliot/popular/mezenin/mezenin_018.htm
  7. Верн Ж. Таинственный остров. Минск, 1984.
  8. http://leprosorium.ru/comments/948169.

Приложение

Сравнение технологии сегодня, в XVII — XVIII веках (вчера) и нашей

Добыча руды:

Измельчение руды:

Получение угля:

Печи:

Плавка:

Дутьё:

Результат:

Современные технологии и способы производства стали


В настоящее время технологические инновации являются определяющим фактором в поддержании конкурентоспособности металлургии на мировом рынке. Каковы основные тренды отрасли на сегодняшний день и что позволит подготовиться к предстоящим вызовам на мировом рынке?

Тенденции в мировой металлургии


Металлургия на самом деле не такая уж и консервативная отрасль, как принято считать, и она не отстает от других отраслей в следовании основным мировым тенденциям.


Главный упор сегодня делается на «зеленое производство стали». Это позволит отрасли выстоять перед лицом экологических проблем и давлением со стороны регулирующих органов.


Растущий спрос на высококачественные марки стали потребует особого внимания к оборудованию как на новых, так и на модернизированных предприятиях, а диджитализация будет неотъемлемой частью всех этапов производственной деятельности.


Если говорить общими словами, то будущее производства металлов будет устойчивым, безуглеродным, безопасным, интеллектуальным, модернизированным, и оно, вероятно, приведет к созданию материалов с такими свойствами, в которые сегодня сложно поверить. Но обо всем по порядку.


Водород против углерода


Уже не нужно никому доказывать необходимость перехода на «зеленое производство стали», которое призвано сделать процесс производства более экологичным. В этом ключе есть несколько направлений. Первое из них сейчас считается наиболее перспективным — это отказ от углерода в пользу водорода. Углеродный восстановитель различными способами заменяется водородом.


Основанное на водороде решение для прямого восстановления, которое позволяет напрямую использовать любые виды железой руды, может практически исключить углеродный след при производстве железа. Выбросы углекислого газа будут близки к нулю. Побочные продукты будут переработаны, а процессы будут выполнены с максимальной энергоэффективностью.


Активно развивать эту технологию уже начали такие металлургические гиганты, как ArcelorMittal, voestAlpine, SSAB, Dillinger и ряд других производителей. Японский Nippon Steel заявлял о своих намерениях к 2025 отказаться от технологии использования углерода в пользу водорода. На данный момент промышленной установки такой нет, а когда она будет запущена, то какое-то время будет работать в малых масштабах. Тем не менее, эти разработки обнадеживают. Пилотные производственные агрегаты обещают ввести в эксплуатацию уже в 2021 году.



Прямое восстановление железа


Второе «зеленое» направление, которое уже давно применяется в металлургии — это бездоменное получение полупродукта для последующего изготовления стали путем прямого восстановления железа из высокожелезистого сырья специальными технологиями (Midrex, Arex, Hyl и т.д.). На выходе получается так называемое металлизированное сырье – горячебрикетированное железо (HBI), металлизированные окатыши DRI (Direct Reduced Iron), губчатое железо. Это металлический продукт с высоким содержанием железа, вплоть до 99%, который может сразу же использоваться в сталеплавильном переделе для получения стали. На сегодняшний день такое железо прямого восстановления является основным при производстве электростали, как замещение лома и других железосодержащих ингредиентов. Эта технология развивается уже более 30 лет. В той или иной степени ее эффективность доказана, но такая технология требует либо изначально высокочистого рудного материала – железорудного сырья с высоким содержанием железа и низким содержанием примесей, либо наличия больших энергетических мощностей.


Именно поэтому такие линии размещаются в Бразилии, Австралии в районе горнодобывающих предприятий, где имеется в наличии очень хорошая руда, а также на Ближнем Востоке, где в избытке — дешевый газ, который используется для восстановления железа из железосодержащего сырья.


Сегодня технология прямого восстановления уже достигла своего пика и является одной из самых передовых и широко используемых.


Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы


Если говорить о современных сталеплавильных технологиях, ключевыми являются кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы. Мартеновский способ выплавки стали в мировой металлургии используется все меньше. И это в большей степени связано снова же с «зеленой экологией». Как известно, мартеновская плавка длится 9 часов, а конвертерная и электросталеплавильная — 50 минут. Да, конвертер и электропечь требуют дополнительного оборудования, в то время как в мартене, по большому счету, можно сделать все в одном месте, но тем не менее – мартеновское производство более затратно с точки зрения энергоресурсов и экологии. Для него используется природный газ, в результате чего в атмосферу идут серьезные выбросы. Уже сегодня около 70% стали выплавляется в конвертерах, 29% выплавляется в электропечах и совсем немного — в мартеновских печах.



Совмещенные процессы выплавки и прокатки металла


Говоря о выплавке металла, стоит отметить, что все большее распространение получают совмещенные процессы выплавки и прокатки.


В одном цехе устанавливается плавильный агрегат – конвертер либо электропечь, происходит непрерывная разливка на МНЛЗ (машине непрерывного литья заготовок), из которой только застывшие горячие слябы, блюмы или заготовки поступают сразу же в прокатку. Эти агрегаты называются литейно-прокатными модулями или литейно-прокатными агрегатами.


Сегодня во всем мире большинство новых технологических линий стараются строить в том или ином модульном виде. Это позволяет экономить площади, сокращает логистические издержки и время выполнения заказа.


Особенностью такой технологии является наличие очень высокой культуры производства и высококвалифицированного персонала. В противном случае высок риск получения брака конечной продукции (здесь не получится «перехватить» брак на каком-то определенном этапе производства, а только лишь в финале). Все агрегаты должны работать слаженно, и персонал должен быть максимально компетентным, чтобы минимизировать риски получения брака в готовой продукции.


Сейчас уже есть такие модули, которые совмещают не только плавление, разливку и горячую прокатку, но еще и дополнительно к этому — холодную прокатку рулонов или длинномерного проката, вытяжку проволоки и пр. То есть на выходе из цеха получается не только горячекатаный прокат, но и продукция более высоких переделов.


Отдельным направлением совмещенного производства при изготовлении рулонов является так называемая валковая прокатка, при которой сталь из сталеплавильного агрегата разливается не на машине непрерывного литья, а через небольшой кристаллизатор на специальные водоохлаждаемые валки, и застывает непосредственно на них. Затем сталь смыкается в полосу и идет в горячую прокатку. Такие технологии больше развиты в цветной металлургии, особенно в алюминиевом производстве полосы и рулонов.


В черной металлургии самый популярный подобный агрегат находится в США, на заводе компании Nucor, и позволяет получать уникальные структуры, которые невозможно получить какими-либо альтернативными способами. Преимущественно такая продукция используется в автомобильной и аэрокосмической отрасли.


Упрочненные марки стали


Важной тенденцией в металлургии на сегодняшний день является переход от рядовых марок стали к высокопрочным (термомеханически упрочненным, закаленным, двухфазным, упрочняемых при сушке покрытия и др.). Особенно это заметно в автомобилестроении, где постоянно растущие нормы безопасности и экономии топлива вынуждают производителей разрабатывать более легкие, экологичные и надежные машины. Обычные высокопрочные (HSS) и прогрессивные высокопрочные (AHSS) стали в течение последних десяти лет все в большей степени заменяют мягкие аналоги в кузовах автомобилей. Типичный современный автомобиль содержит около 30% HSS и 30% AHSS с дальнейшей тенденцией к снижению доли «мягких» низкоуглеродистых низколегированных сталей. Развитие стального проката для автомобилестроения осуществляется под эгидой Международного института чугуна и стали и других профильных ассоциаций.



Цифровые технологии в металлопроизводстве


Диджитализация – еще одно важное направление в современной металлургии. Она полностью автоматизирует все установки и предполагает использование роботов в опасных рабочих зонах, что значительно повысит безопасность на рабочем месте. Системы мониторинга состояния (CMS) и дополненная реальность (AR), среди прочего, облегчат техническое обслуживание. Процессы будут оптимизированы с помощью искусственного интеллекта. Дефекты конечных продуктов станут незначительными.


Реновации наравне с инновациями


Помимо того, что имеет место определенное развитие новых технологий, традиционные тоже нельзя списывать со счетов, они модернизируются и усовершенствуются с целью повысить качество выпускаемого продукта и обеспечить его конкурентоспособность на перенасыщенном рынке.


Так, например, Метинвест с этой целью развивает несколько направлений: реконструкция существующих агрегатов и строительство новых инновационных агрегатов.


Если говорить о реконструкции — она происходит непрерывно в той или иной степени. На доменных печах предприятий компании появляются системы очистки, на аглофабриках внедряется система аспирации, модернизируются существующие прокатные станы. Значительно снизить затраты компании и улучшить качество готовой продукции помогает строительство новых агрегатов на имеющихся предприятиях.


Так, например, в 2018 году на Мариупольском металлургическом комбинате имени Ильича была установлена машина непрерывного литья №4, появилась новая печь-ковш, в 2018-2019 гг. поэтапно был модернизирован стан 1700. Благодаря этому уже сейчас производится горячекатаный рулон толщиной от 1,2 мм до 8 мм и массой до 27 тонн в соответствии с самыми современными Европейскими стандартами качества. В 2020 году на стане будет установлена еще одна моталка, которая позволит увеличить вес рулона до 32 тонн. При этом максимальная толщина сматываемой полосы достигнет 16 мм.



Если говорить о подобных проектах на других предприятиях Группы Метинвест, важно отметить запуск новой домны на «Запорожстали», реконструкцию домны на «Азовстали» и на комбинате имени Ильича. Благодаря новой степени автоматизации на предприятиях в Мариуполе и Запорожье улучшается контроль за технологическими параметрами и за выпуском чугуна из печей. Работы ведутся и по конвертерам.


В планах — установить на комбинате «Запорожсталь» современный литейно-прокатный модуль, который совместит в себе кислородно-конвертерный цех, непрерывную разливку стали и производство рулонов. Реновации затронули и зарубежные предприятия Группы «Метинвест». На Metinvest Trametal (Италия) появилась линия по дробеструйной обработке и окрашиванию толстого листа, которая помогает устранить проблему коррозии и обеспечит сохранность металла до момента его переработки в готовое изделие. И это лишь малая часть тех изменений, которые постоянно происходят на предприятиях группы.


Стремление передовых металлургических компаний удовлетворять запросы как рынка в целом, так и отдельных клиентов, разработка новых продуктов, диджитализация процессов, усовершенствование имеющихся технологий и имплементация новых «зеленых» проектов являются движущими силами в развитии как отечественной, так и мировой металлургии на сегодняшний день.


Производство железа — Chemistry LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Введение
  2. Внешние ссылки
  3. Ссылки

Производство железа из руды включает окислительно-восстановительную реакцию, проводимую в доменной печи.Железная руда обычно представляет собой смесь железа и большого количества примесей, таких как песок и глина, называемых пустой породой. Железо, содержащееся в железных рудах, находится в форме оксидов железа. В результате этих примесей железо необходимо сначала отделить от пустой породы, а затем преобразовать в чистое железо. Это достигается методом пирометаллургии, высокотемпературного процесса. Высокие температуры необходимы для восстановления железа и окисления известняка, что будет видно ниже.

Введение

Производство железа из руды включает окислительно-восстановительную реакцию, проводимую в доменной печи.Сверху печь заполнена оксидом железной руды, чаще всего гематитом (\ (Fe_2O_3 \)), но может также магнетитом (\ (Fe_3O_4 \)), углеродом, называемым коксом, и известняком (\ (CaCO_3 \)). Для целей этого обсуждения будет показан гематит из оксида железной руды (\ (Fe_2O_3 \)). Кстати, гематит получил свое название от греческого слова, означающего кровь, из-за цвета одной из форм его порошка. Древние греки считали, что большие залежи гематита образовались в результате сражений, и кровь из этих сражений текла в землю.

Чтобы начать процесс, в нижнюю часть печи нагнетается поток горячего воздуха, который помогает создать большие колебания температуры: нижняя часть составляет 2273 K, а верхняя — 473 K. Количество кислорода строго контролируется, так что оксид углерода является основным продуктом, как показано:

\ [2C (s) + O_2 \; (g) \ longrightarrow 2CO (g) + \ rm {heat} \]

Подобным образом углерод и монооксид углерода участвуют в восстановлении оксида железа (III) с образованием нечистого металла, как показано:

\ [Fe_2O_3 \ ; (s) + 3C \, (s) \ longrightarrow 2Fe (l) + 3CO_2 (g) \]

\ [Fe_2O_3 \; (s) + 3CO_2 (g) \ longrightarrow 2Fe (l) + 3CO_2 \; (g) \]

Одной из наиболее интересных частей этой окислительно-восстановительной реакции является то, что большая часть образовавшейся двуокиси углерода сама восстанавливается, когда дело доходит до контакта с несгоревшим коксом и образования большего количества восстановителя.По мере продолжения процесса расплавленный чугун течет вниз через печь и собирается на ее дне, откуда удаляется через отверстие сбоку. При охлаждении нечистое железо становится хрупким, а в некоторых случаях — мягким из-за присутствия мелких примесей, таких как сера и фосфор.

Таким образом, грязное железо, поступающее со дна печи, подвергается дополнительной очистке. Самый распространенный метод — кислородная печь. В печи загрязненное железо вдувается кислородом. Это очень важно, потому что кислород окисляет фосфор и серу, что проявляется в следующих окислительно-восстановительных реакциях:

\ [P_4 (s) + 5O_2 \; (g) \ longrightarrow P_4O_ {10} \; (г) \]

\ [S_8 (s) + 8O_2 \; (ж) \ longrightarrow 8SO_2 \; (g) \]

Оксиды либо улетучиваются в виде газов, либо вступают в реакцию с основными оксидами, которые добавляются или используются для заполнения печи.Эта заключительная стадия очистки удаляет большую часть примесей, и в результате получается обычная углеродистая сталь. Таким образом, железо получают в процессе окисления-восстановления.

Ссылки

  1. Коц, Джон К. Трейчел, Пол-младший. Химия и химическая реакционная способность: четвертое издание. Издательство Saunders College Publishing, 1999.
  2. Housecroft, Catherine E. Sharpe, Alan G. Неорганическая химия: второе издание. Пирсон Прентис Холл, 2005.

Обработка железа | Britannica

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали.

Железная руда — один из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений — производство стали.В сочетании с углеродом железо полностью меняет характер и становится легированной сталью.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотрите все видеоролики к этой статье.

Обработка железа, использование процесса плавки для превращения руды в форму, из которой можно вылепить продукты. В эту статью также входит обсуждение добычи чугуна и его подготовки к плавке.

Железо (Fe) — это относительно плотный металл серебристо-белого цвета с отличительными магнитными свойствами.Он составляет 5 процентов от веса земной коры и является четвертым по распространенности элементом после кислорода, кремния и алюминия. Он плавится при температуре 1538 ° C (2800 ° F).

Железо аллотропно, то есть существует в разных формах. Его кристаллическая структура является объемно-центрированной кубической (ОЦК) или гранецентрированной кубической (ГЦК), в зависимости от температуры. В обеих кристаллографических модификациях основная конфигурация представляет собой куб с атомами железа, расположенными по углам. Есть дополнительный атом в центре каждого куба в модификации ОЦК и в центре каждой грани в ГЦК.При комнатной температуре чистое железо имеет ОЦК структуру, называемую альфа-ферритом; это сохраняется до тех пор, пока температура не поднимется до 912 ° C (1674 ° F), когда он трансформируется в структуру с ГЦК, известную как аустенит. При дальнейшем нагревании аустенит остается до тех пор, пока температура не достигнет 1394 ° C (2541 ° F), после чего снова появляется ОЦК-структура. Эта форма железа, называемая дельта-ферритом, сохраняется до тех пор, пока не будет достигнута точка плавления.

Чистый металл податлив и ему легко придать форму путем удара молотком, но, помимо специализированных электрических применений, он редко используется без добавления других элементов для улучшения его свойств.В основном он появляется в сплавах железа с углеродом, таких как стали, которые содержат от 0,003 до примерно 2 процентов углерода (большая часть находится в диапазоне от 0,01 до 1,2 процента), и чугуны с содержанием углерода от 2 до 4 процентов. При содержании углерода, типичном для сталей, образуется карбид железа (Fe 3 C), также известный как цементит; это приводит к образованию перлита, который в микроскоп можно увидеть как состоящий из чередующихся пластин альфа-феррита и цементита. Цементит тверже и прочнее феррита, но он гораздо менее податлив, поэтому за счет изменения количества углерода можно получить очень разные механические свойства.При более высоком содержании углерода, типичном для чугунов, углерод может выделяться либо как цементит, либо как графит, в зависимости от условий производства. Опять же, получается широкий спектр свойств. Эта универсальность железоуглеродистых сплавов приводит к их широкому использованию в технике и объясняет, почему железо на сегодняшний день является наиболее важным из всех промышленных металлов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

История

Есть свидетельства того, что метеориты использовались в качестве источника железа до 3000 г. до н. Э., Но извлечение металла из руд датируется примерно 2000 г. до н. Э.Производство, по-видимому, началось в медеплавильных регионах Анатолии и Персии, где использование соединений железа в качестве флюсов для облегчения плавления могло случайно привести к накоплению металлического железа на дне медеплавильных печей. Когда производство чугуна было должным образом налажено, вошли в употребление два типа печей. Чашечные печи были сконструированы путем выкапывания небольшого отверстия в земле и обеспечения подачи воздуха из сильфона через трубу или фурму. С другой стороны, каменные шахтные печи полагались на естественную тягу, хотя иногда и использовали фурмы.В обоих случаях плавка включала создание слоя раскаленного угля, в который добавляли железную руду, смешанную с большим количеством древесного угля. Затем произошло химическое восстановление руды, но, поскольку примитивные печи не могли достичь температуры выше 1150 ° C (2100 ° F), нормальным продуктом был твердый кусок металла, известный как блюм. Он мог весить до 5 килограммов (11 фунтов) и состоял из почти чистого железа с некоторым уловленным шлаком и кусками древесного угля. Затем для изготовления железных артефактов потребовалась операция формования, которая включала нагревание цветов в огне и удары молотком по раскаленному металлу для изготовления желаемых объектов.Изготовленное таким образом железо известно как кованое железо. Иногда кажется, что было использовано слишком много древесного угля, и сплавы железа с углеродом, которые имеют более низкие температуры плавления и могут быть отлиты в простые формы, были изготовлены непреднамеренно. Применение этого чугуна было ограничено из-за его хрупкости, и в раннем железном веке, похоже, только китайцы использовали его. В других странах кованое железо было предпочтительным материалом.

Хотя римляне построили печи с ямой, в которую можно было сливать шлак, до средневековья мало что изменилось в методах производства чугуна.К 15 веку многие блюмеры использовали невысокие шахтные печи с водяной силой для приведения в действие сильфонов, а блюм, который мог весить более 100 килограммов, извлекался через верхнюю часть шахты. Последней версией такого цветущего очага стала каталонская кузница, просуществовавшая в Испании до 19 века. Другая конструкция, высокая печь для обжига, имела более высокую шахту и превратилась в 3-метровую (10 футов) высоту Stückofen, которая производила такие большие блюмэны, что их приходилось удалять через переднее отверстие в печи.

Каталонский очаг или кузница, до недавнего времени использовавшаяся для плавки железной руды. Показаны способ загрузки топлива и руды и примерное положение сопла, снабжаемого воздухом через сильфон.

От H.E. МакГаннон (ред.), Изготовление, формование и обработка стали, 9-е изд., Авторское право 1985 Ассоциацией инженеров черной металлургии

Доменная печь появилась в Европе в 15 веке, когда стало ясно, что чугун может использоваться для изготовления моноблочных ружей с хорошими характеристиками сохранения давления, но было ли ее появление связано с китайским влиянием или было самостоятельной разработкой, неизвестно. .Сначала разница между доменной печью и Stückofen была незначительной. Оба имели квадратное поперечное сечение, и основными изменениями, необходимыми для работы доменной печи, были увеличение соотношения древесного угля и руды в шихте и летка для удаления жидкого чугуна. Продукт доменной печи стал известен как чугун из-за метода литья, который включал пропускание жидкости в главный канал, соединенный под прямым углом с рядом более коротких каналов. Все это напоминало свиноматку, кормящую свой помет, и поэтому отрезки твердого железа из более коротких каналов были известны как свиньи.

Несмотря на военный спрос на чугун, для большинства гражданских применений требовался ковкий чугун, который до этого производился непосредственно в цехе. Однако появление доменных печей открыло альтернативный производственный путь; это включало преобразование чугуна в кованое железо с помощью процесса, известного как чистовая обработка. Кусочки чугуна помещали на очаг для украшений, на котором сжигали древесный уголь с обильным притоком воздуха, так что углерод из чугуна удалялся путем окисления, оставляя после себя полутвердое ковкое железо.Начиная с 15 века, этот двухэтапный процесс постепенно вытеснил прямое производство чугуна, которое, тем не менее, сохранилось до 19 века.

К середине 16 века доменные печи в юго-восточной Англии эксплуатировались более или менее непрерывно. Увеличение производства чугуна привело к нехватке древесины для древесного угля и к его последующей замене углем в форме кокса — открытие, которое обычно приписывают Аврааму Дарби в 1709 году. Поскольку более высокая прочность кокса позволила ему поддерживать большую загрузку, стали возможны печи гораздо большего размера, и еженедельно производилось от 5 до 10 тонн чугуна.

Затем появление паровой машины для привода выдувных цилиндров означало, что доменная печь могла быть снабжена большим количеством воздуха. Это создало потенциальную проблему, заключающуюся в том, что производство чугуна намного превысит возможности процесса оклейки. Ряд изобретателей предприняли попытки ускорить преобразование чугуна в ковкий чугун, но наиболее успешным из них был англичанин Генри Корт, который запатентовал свою печь для лужения в 1784 году. Корт использовал отражательную печь на угле для плавления шихты чугуна. к которому был добавлен оксид железа для получения шлака.Перемешивание образовавшейся «лужи» металла привело к удалению углерода путем окисления (вместе с кремнием, фосфором и марганцем). В результате температура плавления металла повысилась, так что он стал полутвердым, хотя шлак оставался довольно жидким. Затем металл формуют в шарики и освобождают от максимально возможного количества шлака, затем его извлекают из печи и сжимают молотком. В течение короткого времени пудлинговые печи могли обеспечивать достаточно железа, чтобы удовлетворить потребности в оборудовании, но снова мощность доменных печей резко возросла в результате изобретения шотландцем Джеймсом Бомонтом Нильсеном в 1828 году печи горячего дутья для предварительного нагрева дутья. воздух и осознание того, что круглая печь работает лучше, чем квадратная.

Окончательное сокращение использования кованого железа было вызвано рядом изобретений, которые позволили печи работать при температурах, достаточно высоких, чтобы плавить железо. Тогда стало возможно производить сталь, которая является превосходным материалом. Сначала в 1856 году Генри Бессемер запатентовал свой конвертерный процесс для продувки воздухом расплавленного чугуна, а в 1861 году Уильям Сименс получил патент на свою регенеративную мартеновскую печь. В 1879 году Сидней Гилкрист Томас и Перси Гилкрист адаптировали преобразователь Бессемера для использования с фосфорным чугуном; в результате основной процесс Бессемера или Томаса получил широкое распространение на европейском континенте, где было много железных руд с высоким содержанием фосфора.В течение примерно 100 лет мартеновские и бессемеровские процессы совместно обеспечивали большую часть производимой стали, прежде чем они были заменены кислородными и электродуговыми печами.

Помимо впрыска части топлива через фурмы, в доменной печи с начала 19 века использовались те же принципы работы. Однако размер печи заметно увеличился, и одна большая современная печь может снабжать сталеплавильный завод до 10 000 тонн жидкого чугуна в день.

На протяжении 20-го века было предложено много новых процессов производства чугуна, но только в 1950-х годах появились потенциальные заменители доменной печи. Прямое восстановление, при котором железная руда восстанавливается при температурах ниже точки плавления металла, берет свое начало в таких экспериментах, как процесс Виберга-Содерфорса, введенный в Швеции в 1952 году, и процесс HyL, введенный в Мексике в 1957 году. Некоторые из этих методов выжили. а те, что сделали, были значительно изменены.Другой альтернативный метод производства чугуна, восстановительная плавка, был предшественником электрических печей, используемых для производства жидкого чугуна в Швеции и Норвегии в 1920-х годах. В эту технологию вошли методы, основанные на кислородных конвертерах для производства стали, использующих уголь в качестве источника дополнительной энергии, и в 1980-х годах она стала центром обширных исследований и разработок в Европе, Японии и США.

Изменения в производстве чугуна | История западной цивилизации II

25.4.2: Изменения в производстве железа

Технологический прогресс в металлургии, в первую очередь в плавке с использованием угля или кокса, увеличил предложение и снизил цену на железо, что помогло ряду отраслей промышленности и сделало железо обычным в быстрорастущих секторах машиностроения и двигателей.

Цель обучения

Узнайте, как изменилось производство чугуна во время промышленной революции

Ключевые моменты

  • В начале выплавки чугуна древесный уголь использовался как в качестве источника тепла, так и в качестве восстановителя.К 18 веку доступность древесины для производства древесного угля ограничивала расширение производства железа, поэтому Англия становилась все более зависимой от импорта из Швеции и России. Плавка с использованием угля (или его производного кокса) была долгожданной целью, с некоторыми ранними достижениями, достигнутыми в 17 веке. Спрос Великобритании на железо и сталь в сочетании с большим капиталом и энергичными предпринимателями быстро сделал ее мировым лидером в металлургии.
  • Основным изменением в металлургической промышленности в эпоху промышленной революции стала замена древесины и других видов биотоплива углем.Использование угля в плавке началось несколько до промышленной революции, основанной на нововведениях сэра Клемента Клерка и других из 1678 года, с использованием угольных отражательных печей, известных как вагранки. При использовании куполов примеси из угля не переходили в металл.
  • Авраам Дарби добился больших успехов, используя кокс в качестве топлива для своих доменных печей в Коулбрукдейле в 1709 году. Однако коксовый чугун практически не использовался для производства кованого железа в кузнях до середины 1750-х годов, когда его сын Авраам Дарби II построил печи Horsehay и Ketley.Поскольку чугун становился все более дешевым и доступным, он стал конструкционным материалом после постройки новаторского Железного моста в 1778 году Авраамом Дарби III.
  • Кованое железо, которое кузнецы использовали для изготовления товаров народного потребления, все еще производилось в кузницах для украшений, как и раньше. Однако в последующие годы были приняты новые процессы. Первый сегодня называют заливкой и штамповкой, но его заменил процесс лужения Генри Корта. Корт разработал два важных процесса производства чугуна: прокатку в 1783 году и лужение в 1784 году.Прокатка заменила молоток для уплотнения кованого железа и удаления некоторого количества окалины. Прокатка была в 15 раз быстрее, чем удар молотком.
  • Горячий дутье, запатентованный Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году, был самым важным достижением 19 века в области экономии энергии при производстве чугуна. За счет использования отработанного тепла выхлопных газов для предварительного нагрева воздуха для горения количество топлива для изготовления единицы чугуна было уменьшено.
  • Поставки более дешевого железа помогли ряду отраслей промышленности.Развитие станков позволило улучшить обработку чугуна, расширив его использование в быстрорастущих машиностроительной и моторной промышленности. Цены на многие товары снизились, что сделало их более доступными и распространенными.

Ключевые термины

отражательные печи
Металлургическая или технологическая печь, которая изолирует обрабатываемый материал от контакта с топливом, но не от контакта с дымовыми газами. Термин «реверберация» используется здесь в общем смысле отражения или отражения, а не в акустическом смысле эха.
Железный мост
Мост через реку Северн в Шропшире, Англия. Открытый в 1781 году, это был первый арочный мост в мире, сделанный из чугуна и получивший широкую известность после постройки.
чугун
Промежуточный продукт черной металлургии. Он имеет очень высокое содержание углерода, обычно 3,5–4,5%, наряду с диоксидом кремния и другими составляющими шлака, что делает его очень хрупким и непригодным в качестве материала, за исключением ограниченного применения.Его получают путем плавления железной руды в транспортируемый слиток неочищенного железа с высоким содержанием углерода в качестве ингредиента для дальнейших этапов обработки. Это жидкий чугун из доменной печи, большой печи цилиндрической формы, загруженной железной рудой, коксом и известняком.
кокс
Топливо с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода, обычно производимое из угля. Это твердый углеродсодержащий материал, полученный в результате деструктивной перегонки малозольного битуминозного угля с низким содержанием серы. Хотя он может быть сформирован естественным путем, обычно используется форма, созданная руками человека.

В начале выплавки чугуна древесный уголь использовался как в качестве источника тепла, так и в качестве восстановителя. К 18 веку доступность древесины для производства древесного угля ограничила расширение производства железа, поэтому Англия становилась все более зависимой от Швеции (с середины 17 века), а затем примерно с 1725 года от России в получении железа, необходимого для промышленности. Плавка с использованием угля (или его производного кокса) была долгожданной целью. Производство чугуна с коксом, вероятно, было осуществлено Дадом Дадли в 1620-х годах, а производство смешанного топлива из угля и древесины снова произошло в 1670-х годах.Однако это был скорее технологический, чем коммерческий успех. Shadrach Fox, возможно, плавил железо с коксом в Coalbrookdale в Шропшире в 1690-х годах, но только для изготовления пушечных ядер и других изделий из чугуна, таких как снаряды. В мирное время они не пользовались большим спросом.

Спрос Великобритании на железо и сталь в сочетании с большим капиталом и энергичными предпринимателями быстро сделали ее мировым лидером в металлургии. В 1875 году на Великобританию приходилось 47% мирового производства чугуна и почти 40% стали.Сорок процентов британской продукции экспортировалось в США, которые быстро строили железнодорожную и промышленную инфраструктуру. Рост производства чугуна был резким. В Великобритании объем производства увеличился с 1,3 миллиона тонн в 1840 году до 6,7 миллиона в 1870 году и 10,4 миллиона тонн в 1913 году.

Основным изменением в металлургической промышленности в эпоху промышленной революции стала замена древесины и других видов биотоплива углем. При заданном количестве тепла для добычи угля требовалось гораздо меньше труда, чем для рубки древесины и преобразования ее в древесный уголь, а угля было больше, чем древесины.Использование угля в плавке началось до промышленной революции на основе нововведений сэра Клемента Клерка и других из 1678 года с использованием угольных отражательных печей, известных как вагранки. Они работали с пламенем, воздействующим на смесь руды и древесного угля или кокса, восстанавливая оксид до металла. Это имеет то преимущество, что примеси, такие как серная зола в угле, не мигрируют в металл. Эта технология применялась к свинцу с 1678 года и к меди с 1687 года. Она также применялась в чугунолитейных работах в 1690-х годах, но в этом случае отражательная печь была известна как воздушная печь.Литейный купол — отдельная (и более поздняя) новинка.

Отражательная печь. Отражательная печь могла производить чугун из добытого угля. Горящий уголь оставался отделенным от железной руды и поэтому не загрязнял железо такими примесями, как сера и зола. Это открыло путь к увеличению производства чугуна.

Авраам Дарби добился больших успехов в использовании кокса в качестве топлива для своих доменных печей в Коулбрукдейле в 1709 году. Однако полученный им чугун из кокса использовался в основном для производства чугунных изделий, таких как котлы и котлы.У него было преимущество перед конкурентами в том, что его кастрюли, отлитые по его запатентованной технологии, были тоньше и дешевле, чем у них. Коксовый чугун практически не использовался для производства кованого железа в кузнях до середины 1750-х годов, когда его сын Авраам Дарби II построил печи Horsehay и Ketley. К тому времени коксохимический чугун был дешевле, чем чугун на древесном угле. Поскольку чугун становился все более дешевым и доступным, он стал конструкционным материалом после постройки новаторского Железного моста в 1778 году Авраамом Дарби III.

Железный мост, открытый в 1781 г.

Железный мост пересекает реку Северн в Шропшире, Англия, и является первым мостом в мире, сделанным из чугуна. Зимой 1773–1774 годов местные газеты рекламировали предложение подать прошение в парламент о разрешении построить железный мост с одним пролетом в 120 футов (37 м). В 1775 году казначеем проекта был назначен Авраам Дарби III, внук Авраама Дарби I и мастер по металлу, работавший в Coalbrookdale.

Кованое железо, которое кузнецы использовали для изготовления потребительских товаров, все еще производилось в кузницах для украшений, как и раньше. Однако в последующие годы были приняты новые процессы. Первый сегодня называют заливкой и штамповкой, но его заменил процесс лужения Генри Корта. Корт разработал два важных процесса производства чугуна: прокатка в 1783 году и лужение в 1784 году. Прокатка заменила молоток для уплотнения кованого железа и удаления некоторого количества окалины. Прокатка была в 15 раз быстрее, чем удар молотком.Валковые мельницы сначала использовались для изготовления листов, но также прокатывались конструкционные формы, такие как уголки и рельсы.

Puddling производит конструкционное железо по относительно низкой цене. Это был способ обезуглероживания чугуна путем медленного окисления с использованием железной руды в качестве источника кислорода, поскольку железо вручную перемешивалось с помощью длинного стержня. Обработка луж производилась в отражательной печи, что позволяло использовать уголь или кокс в качестве топлива. Обезуглероженный чугун, имеющий более высокую температуру плавления, чем чугун, разбрасывался лужей на шарики.Когда шарик становился достаточно большим, лужица удаляла его. Лужа была изнурительной и очень жаркой работой. Мало кто из лужиц дожил до 40 лет. Этот процесс продолжался до конца 19 века, когда железо было вытеснено сталью. Поскольку лужа требовала от человека навыков распознавания железных шариков, механизация никогда не была успешной.

Горячий дутье, запатентованный Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году, был самым важным достижением XIX века в области энергосбережения при производстве чугуна. За счет использования отработанного тепла для предварительного нагрева воздуха для горения количество топлива для производства чушкового чугуна было сначала уменьшено на одну треть при использовании угля или на две трети при использовании кокса.Однако повышение эффективности продолжалось по мере совершенствования технологии. Горячий дутье также повысил рабочую температуру печей, увеличив их мощность. Использование меньшего количества угля или кокса означало внесение меньшего количества примесей в чугун. Это означало, что уголь более низкого качества или антрацит можно было использовать в районах, где коксующийся уголь был недоступен или слишком дорог.

Поставки более дешевого железа помогли ряду отраслей, например, производству гвоздей, петель, проволоки и других металлических изделий. Развитие станков позволило улучшить обработку чугуна, что привело к увеличению его использования в быстрорастущих отраслях машиностроения и двигателестроения.Железо использовалось в сельскохозяйственных машинах, что делало сельскохозяйственный труд более эффективным. Новые технологические достижения также имели решающее значение для развития железных дорог. Цены на многие товары, такие как утюг для приготовления пищи, снизились, что сделало их более доступными и широко используемыми.

Атрибуция

  • Изменения в производстве чугуна

Железо в период промышленной революции

Железо было одним из основных требований быстро индустриализирующейся британской экономики, и у страны, безусловно, было много сырья.Однако в 1700 году железная промышленность была неэффективной, и большая часть железа была импортирована в Великобританию. К 1800 году, после технических достижений, черная металлургия стала нетто-экспортером.

Железо в 18 веке

Дореволюционная металлургическая промышленность была основана на небольших локализованных производственных мощностях, расположенных рядом с основными ингредиентами, такими как вода, известняк и древесный уголь. Это привело к появлению нескольких небольших монополий на производство и нескольких небольших областей производства железа, таких как Южный Уэльс.Хотя в Великобритании были хорошие запасы железной руды, производимое железо было низкого качества с большим количеством примесей, что ограничивало его использование. Спрос был большим, но производилось не так много, потому что кованое железо, в котором было выбито много примесей, требовало много времени для изготовления и было доступно в более дешевой импортной продукции из Скандинавии. Таким образом, промышленники должны были решить проблему. На этом этапе все методы выплавки чугуна были старыми и традиционными, и ключевым методом была доменная печь, которая использовалась с 1500 года.Это было относительно быстро, но производилось хрупкое железо.

Разве железная промышленность подвела Британию?

Существует традиционное мнение, что металлургическая промышленность не могла удовлетворить британский рынок с 1700 по 1750 год, который вместо этого должен был полагаться на импорт и не мог развиваться. Это произошло потому, что железо просто не могло удовлетворить спрос, и более половины используемого железа поступало из Швеции. В то время как британская промышленность была конкурентоспособной на войне, когда стоимость импорта росла, мир был проблематичным.

В ту эпоху размеры печей оставались небольшими, их мощность была ограниченной, а технология зависела от количества древесины в этом районе.Поскольку транспорт был плохим, все должно было быть близко друг к другу, что еще больше ограничивало производство. Некоторые мелкие железные мастера пытались объединиться, чтобы обойти эту проблему, но с некоторым успехом. Кроме того, британской руды было много, но она содержала много серы и фосфора, которые делали железо хрупким. Технологии для решения этой проблемы отсутствовали. Эта отрасль также была очень трудоемкой, и, хотя предложение рабочей силы было хорошим, это приводило к очень высоким затратам. Следовательно, британское железо использовалось для изготовления дешевых предметов низкого качества, таких как гвозди.

Развитие отрасли

По мере развития промышленной революции развивалась и металлургическая промышленность. Набор инноваций, от различных материалов до новых технологий, позволил значительно расширить производство чугуна. В 1709 году Дарби стал первым человеком, выплавившим железо из кокса (который получают из отопительного угля). Хотя это была важная дата, воздействие было ограниченным — железо все еще было хрупким. Примерно в 1750 году паровая машина была впервые использована для перекачки воды в водяное колесо.Этот процесс длился недолго, поскольку промышленность стала лучше двигаться, когда уголь захватил рынок. В 1767 году Ричард Рейнольдс помог снизить расходы и продвинуть сырье дальше, разработав первые железные рельсы, хотя на смену им пришли каналы. В 1779 году был построен первый полностью железный мост, который действительно продемонстрировал, что можно сделать с достаточным количеством железа, и вызвал интерес к материалу. При строительстве использовались столярные изделия. Паровая машина роторного действия Ватта в 1781 году помогла увеличить размер печи и использовалась для изготовления сильфонов, что помогло увеличить производство.

Вероятно, ключевое событие произошло в 1783-1754 годах, когда Генри Корт ввел методы лужения и катания. Это были способы избавления от всех примесей из железа и возможность крупномасштабного производства и огромного его увеличения. Металлургическая промышленность начала перемещаться на угольные месторождения, поблизости от которых обычно находилась железная руда. Разработки в других местах также помогли увеличить производство железа за счет стимулирования спроса, например, увеличение количества паровых двигателей (для которых требовалось железо), что, в свою очередь, способствовало развитию инноваций в производстве железа, поскольку одна отрасль рождала новые идеи в других местах.

Другим важным событием стали наполеоновские войны из-за возросшего спроса со стороны военных на железо и последствий попытки Наполеона блокировать британские порты в континентальной системе. С 1793 по 1815 год производство железа в Великобритании увеличилось в четыре раза. Домны стали больше. В 1815 году, когда разразился мир, цены на железо и спрос упали, но к тому времени Великобритания стала крупнейшим производителем железа в Европе.

Новый железный век

1825 год был назван началом нового железного века, поскольку металлургическая промышленность испытала мощный стимул из-за высокого спроса на железные дороги, который нуждался в железных рельсах, железном складе, мостах, туннелях и многом другом.Между тем, гражданское использование увеличилось, так как все, что можно было сделать из железа, стало востребованным, даже оконные рамы. Великобритания прославилась железнодорожным железом. После того, как первоначально высокий спрос в Великобритании упал, страна экспортировала железо для строительства железных дорог за границу.

Железная революция в истории

Британское производство железа в 1700 году составляло 12 000 метрических тонн в год. К 1850 году их число превысило два миллиона. Хотя Дарби иногда называют главным новатором, именно новые методы Корта оказали наибольшее влияние, и его принципы используются до сих пор.Расположение отрасли претерпело не меньшие изменения, чем производство и технологии, поскольку предприятия смогли переехать на угольные месторождения. Но влияние инноваций в других отраслях на производство чугуна (а также угля и пара) невозможно переоценить, равно как и влияние разработок чугуна на них.

Как было сделано железо — Национальный исторический комплекс Saugus Iron Works (Служба национальных парков США)

Введение

Производство железа развивалось в течение нескольких тысяч лет.Используя древний метод «цветения», железную руду превращали непосредственно в кованое железо путем нагревания руды, в то же время плавления примесей руды и выдавливания их ручными молотками. Это также называется «прямым процессом». К 1100-м годам гидравлические молоты заменили ручные молоты для ковки железных прутков.

В конце 1300-х годов некоторые предполагают, что из-за разрушительного воздействия чумы на рабочую силу в Европе гидроэнергетика начала заменять человеческую или животную силу, направленную на нагнетание воздуха в печи для производства чугуна.Используя сильфоны с водным приводом, большой и постоянный объем воздуха создавал достаточно тепла, чтобы полностью расплавить руду, из которой было сделано железо. Эта технология привела к двум крупным достижениям в производстве чугуна. Во-первых, доменные печи теперь могли производить чугун для производства полых изделий, таких как горшки и чайники. Во-вторых, в новом «непрямом процессе» чугун можно было преобразовать в кованое железо с более высоким выходом железа из руды, чем при прямом процессе.

Это косвенный процесс, который был привезен в Массачусетс и распространился по Северной Америке квалифицированными металлургами / производителями чугуна, прибывшими в Saugus.С усовершенствованиями продолжился и прямой процесс, и несколько заводов по производству чугуна второго поколения после Saugus преуспели в сельской экономике, используя более старый метод цветения.

Эта страница последовательно проведет вас через процессы плавки, рафинирования, ковки, прокатки, продольной резки и кузнечного дела, которые выполнялись в Saugus.

Плавка

В 1646 году оригинальная доменная печь ожила, зажженная огнем в 3000 градусов, который продолжался 24 часа в сутки в течение нескольких месяцев.В доменной печи выплавлялась болотная руда для создания чугунных «чушек», названных так потому, что жидкий чугун подавался из траншеи большего размера в траншеи меньшего размера в качестве маточной свиноматки для поросят-поросят. Для производства чугуна по загрузочному мосту были перенесены три вида сырья и загружены в дымовую трубу печи.

Древесный уголь разжигал огонь, который горел достаточно сильно, чтобы плавить руду. Производство древесного угля было очень трудоемким и требовало работы многих лесорубов, возчиков и угольщиков, которые наблюдали за переработкой выдержанной древесины в древесный уголь.

Болотная руда — это богатая железом осадочная порода, добываемая на местном уровне из болот и аналогичных водоемов. Его также находили на полях и лугах, которые раньше были болотами. Болотная руда часто содержит менее 50% железа. Остальная часть породы состояла из примесей, которые рабочие должны были удалить.

Габбро использовался как флюс, способ очистки руды. Он был заминирован на близлежащем Наханте и перевезен на лодке вверх по реке Согус.

На дне печи разожгли дров, чтобы высушить раствор между новыми облицовочными камнями и кирпичом.Постепенно сначала в верхнюю часть печи слоями загружались древесный уголь, железная руда и габбро. Основатель тщательно управлял «ношей». Основатель также отвечал за управление потоком воздуха из сильфонов.

Шихта удерживалась на месте над тиглем (где собирался расплавленный чугун) на дне печи за счет сужения футеровки печи, называемого «бушей». Воздух закачивался в печь над тиглем, но ниже чаш.

Воздух, хотя и невидимый, также был сырьем и вдувался в печь с помощью больших водяных сильфонов. Кислород в воздухе разогрел огонь и (при правильном управлении) создал соответствующие условия для угарного газа, чтобы удалить кислород из железной руды. Когда воздух проходил вверх через ношу, он сначала натолкнулся на древесный уголь. Когда уголь горел, воздух превращался в окись углерода. Окись углерода продолжала расти. Он зацепился за атомы кислорода в руде и унесся дальше вверх и из дымовой трубы в виде углекислого газа.

Высокая температура, вызванная огнем, заставила габбро расплавиться и образовать флюс. Flux выполнял несколько функций. Поскольку оно плавилось при более низкой температуре, чем железо в руде, оно облегчало выход силикатов и других примесей из руды. Стекловидный флюс также покрыл железо при его плавлении. Он образовывал защитный барьер между жидким чугуном и кислородом печных газов и предохранял железо от окисления.

По мере преобразования заряда поток с его примесями спускался мимо пустот в тигель.Жидкое железо, покрытое флюсом, просачивалось мимо пустот, через шлак и оседало на дно тигля. Вытесненный жидкий шлак плавал поверх расплавленного чугуна вместе с несгоревшими частицами древесного угля, золой и другим шлаком.

Чугун был классифицирован как серый, белый или крапчатый и был проверен испытанием на излом, то есть разрушением чугуна для визуального контроля того, как углерод проникает в чугун. Кристаллизация, в результате которой были получены различные сорта, сознательно контролировалась основателем.Обладая большими знаниями и навыками, он регулировал скорость руды, топлива, воздуха, флюса и даже охлаждения для создания желаемых свойств чугуна.

Кастинг

Литейный сарай в основании печи — это место, где из печи удалялись отходы чугуна и шлака. Формы были специально подготовлены и ждали расплавленного металла.

Серый чугун разливали в формы, состоящие из смеси глины и песка «суглинок» для изготовления чугунной посуды, такой как кастрюли, чайники, поснецы и сковороды.Формы необходимо тщательно сушить, чтобы снизить риск взрыва паровых карманов, когда влажная форма постоянно попадает в расплавленное железо. Серый чугун также выливали в песок для изготовления костров. При заливке в формы необходимо было отделить шлак от чугуна, чтобы шлак не застрял в чугуне. Перед тем, как отнести посуду к реке для отправки, ее запилили и очистили.

Пестрое железо также было отлито в песок в виде длинных прутков. В этом случае чугун будет отливаться со шлаком, и весь шлак всплывет к верху прутков, где он отломится.Затем железо превратилось в тяжелые слитки или «свиней». Чугун был промежуточным этапом в производстве кованого железа. Свиньи слитки тащили в кузницу на волах.

Отходы шлака при охлаждении затвердевают и иногда напоминают стекло. Шлак утилизировали на набережной, сбрасывая его через переборку. Со временем куча шлака росла. Куча шлака сохранилась и сегодня, и когда археолог искал печь, он проследил ее происхождение от печи.

Рафинирование в кованое железо

Рабочие кузницы превратили «свиней» и «свиней» из хрупкого чугуна в ковкое кованое железо путем тщательного удаления излишков углерода в двух отдельных процессах: очистке и ковке.

Подробностей относительно оригинальной конструкции очагов для украшений еще предстоит узнать. Как правило, они были специально построены из камня и облицованы чугунными пластинами. Возможно, что и серый чугун, и белый чугун обрабатывались путем позиционирования железных пластин и направления потока воздуха из сильфонов с приводом от воды. Разведен костер на древесном угле, достаточно большой, чтобы накрыть конец свиноматки.

Чтобы превратить чугун в кованое железо, тяжелых свиней и свиней тащили из печи в кузницу на волах.Их помещали в парадный очаг через отверстие в боковой стенке дымохода. Ролики направляли свиноматок в огонь, где они медленно плавились. Для работы с расплавленным железом использовались длинные железные прутья или «звонари». Расплавленное железо. Железо снова и снова поднимали в поток воздуха, пока углерод в достаточной степени не восстановился. По мере снижения содержания углерода температура плавления повышалась. Возможно, это был индикатор того, что железо достигло желаемого содержания углерода.В процессе образовалось больше шлака, и возможно, что некоторое количество шлака могло быть добавлено намеренно, чтобы способствовать процессу уменьшения углерода.

Утюг вынули из убранного очага в виде «петли». Излишки древесного угля удаляли с внешней поверхности петли, после чего начиналась забивка. Первоначальная забивка производилась кувалдой с длинной ручкой. Затем его перетащили к 500-фунтовому отбойному молотку для более сильных ударов.

Молотобойцы завершили изготовление прутков из кованого железа, выковав их между молотом и наковальней.Петля забивалась в блок или «блум». Оттуда цветок систематически выковывался от середины к одному концу. Пруток многократно нагревали в «жгутом очаге» для поддержания тепла при сварке. Пруток поворачивали встык в щипцах, и молоточник вытягивал другой конец штанги, снова из середины, наружу.

На стадии петли железо имело форму губчатой ​​массы кристаллов железа с карманами шлака по всей поверхности. В процессе ковки кристаллы железа сваривались и удлинялись.Как и в доменной печи, шлак действовал как флюс для уменьшения окисления, пока чугун сваривали. Работая от центра наружу, излишки шлака выдавливались к концам стержней. Результатом стал основной продукт металлургического завода — купеческие слитки из кованого железа.

Большинство торговых слитков было доставлено в реку Саугус для отправки купцам или кузнецам. В конце концов, именно кузнецы за пределами строительной площадки смогли превратить кованое железо в исправные инструменты и оборудование.

Изготовление лыски и стержня гвоздя

Торговые слитки были переработаны для создания других полуфабрикатов, которые могли использовать кузнецы. В отличие от доменной и кузнечной печи, в начале 1950-х годов об археологических основах прокатного и продольного стана практически ничего не известно. Многое из того, что известно о прокатном и продольно-продольном стане, основано на описаниях и отчетах об оригинальных чугунолитейных заводах и гравюрах 17-го и 18-го веков с аналогичным оборудованием.

В то время как доменная печь и кузня были чудесами химического и металлургического машиностроения, прокатные и продольно-резательные станки представляют собой относительно новое применение точности в машиностроении. Когда-то в 1580-х годах шестерни (аналогичные тем, которые можно было увидеть в мельницах или лесопильных заводах) применялись на прокатных станах для правки железа.

Прокатный стан состоял из пары чугунных валков, поддерживаемых прочным каркасом из кованого железа.Машина была связана с водяными колесами железными муфтами. Верхние и нижние ролики вращались в противоположных направлениях, так что пруток можно было втянуть в машину.

Торговые прутки из кованого железа предварительно нагревали в отражательной печи с дровяной печью, чтобы довести железо до красного / оранжевого цвета. Когда железо было ковким, его подавали в ролики. Крутящий момент водяных колес на роликах создавал высокое давление и сплющивал железные стержни. Вероятно, существовал механизм регулировки расстояния между роликами, чтобы можно было делать лыски различной толщины.Плоский пруток был отправлен, чтобы кузнецы имели кованый инвентарь для изготовления покрышек для повозок, топоров, пильных полотен и петель.

Некоторый плоский пруток можно также обрабатывать с помощью продольно-резательного оборудования. Археологические находки свидетельствуют о том, что продольно-резательная машина делала железный пруток размером «X ¼» для изготовления гвоздей. Оборудование для продольной резки состояло из двух квадратных стальных прутков с цилиндрическими подшипниками. В случае продольно-резательных станков толщиной дюйма стальные [?] Режущие диски и проставочные диски толщиной ¼ дюйма поочередно устанавливались на квадратный вал и скреплялись вместе болтами.Аналогичный, но взаимосвязанный набор фрез и распорок был установлен на другом квадратном валу. Они также были соединены с водяными колесами и вращались в противоположных направлениях. Вода подавалась над режущими пластинами, чтобы прецизионные резаки охлаждались и подвергались надлежащей термообработке. Железные плоские листы нагревали до красно-оранжевого цвета и подавали в устройства для продольной резки. Плоские бруски протягивали через режущие устройства и нарезали продольно. Таким образом, плоский стержень толщиной четверть дюйма, проходящий через четвертьдюймовые прорези, давал стержень с прорезью размером 3/4 дюйма.

Возможно, что резцы могли быть большего размера, например, толщиной 1 дюйм. Плоскость толщиной 1/4 дюйма, прошедшая через резаки толщиной 1 дюйм, даст плоские прорези ¼ «X 1», которые могут быть полезны для изготовления обуви для лошадей или волов. .

И плоские, и гвоздевые стержни были из полуфабриката из размерного железа, что помогло кузнецу сэкономить много времени. Раньше плоский стержень и щелевой стержень нужно было измельчить до размеров с помощью серии гидравлических молотов. «батарея» или, возможно, чаще, с использованием ручных молотков.

Сайт кузнечной мастерской Джозефа Дженкеса

В кузнечной мастерской Джозефа Йенкеса полуфабрикаты из кузнечно-прессового и продольно-продольного цехов превращались в готовую продукцию. Дженкес был независимым кузнецом, напрямую связанным с металлургическим заводом. Он построил свой цех на отводе доменной печи и использовал его силу воды, чтобы запустить молот и волочильный стан, прежде чем вода вернулась в реку.

Его молотковое колесо было небольшим водяным колесом, то есть вода проходила по колесу.Кулачки врезались в вал водяного колеса, и кулачки ударяли по задней части молота, который поддерживался в середине руля. Вероятно, это был молоток с «хвостовой опорой», который производил быстрые удары, чтобы использовать тепло в тонких частях железа. Между молотком и наковальней Дженкес выковывал топоры, пилы, косы и брелся.

Чтобы сделать топор, плоский пруток прокатного стана сначала нагревали до необходимой температуры (обозначенной визуальным наблюдением до ярко-оранжевого цвета) и выковывали вручную или с помощью его молотка в симметричную форму бабочки.Крылья бабочки складывались и сваривались молотком. Поскольку Дженкесу заплатили за «стальные топоры» для металлургического завода, мы знаем, что он приваривал более твердую и долговечную (импортную) стальную коронку к корпусу топора из кованого железа. Лезвие стального топора будет выковано в форму клина, отшлифовано, закалено, отпущено и заточено. Закалка и отпуск были специализированными металлургическими процессами, которые контролировали свойства стали. Инструмент был нагрет до точки, при которой он перестает быть магнитным (это можно было сделать визуально), и закалился в специальной смеси воды или масла, которая могла быть усилена другими присадками.Сталь стала твердой, но очень хрупкой. Чтобы контролировать хрупкость, топор (особенно сталь) закаляли, медленно нагревая корпус топора и наблюдая за продвижением лезвия через ряд окисляющих цветов. Отводя сталь от источника тепла после достижения желаемого цвета, опытный кузнец контролировал твердость своего готового инструмента, таким образом уравновешивая твердость и долговечность для конкретной функции, например, резки дуба по сравнению с сосновой древесиной.

Jenckes производил полотна для ручных пил и полотна для пил.Возможно, он сделал их своим силовым молотом, но более вероятно, что он купил прокатное железо на металлургическом заводе. Пока не будет проведен дальнейший анализ, похоже, что для изготовления лезвий Дженкес использовал кованое железо, а не сталь. Для ручной пилы на двоих в концах лезвия будут пробиты отверстия, которые позволят приклепанным хвостовикам удерживать деревянные ручки. В случае полотна фрезерной пилы в концах пилы должны быть прорезаны отверстия, на концах которых полотно будет установлено в его водоприводной возвратно-поступательной раме.«Новоизобретенная лесопилка» Дженкеса, возможно, была способом вырезания зубьев на его лезвиях. Из корпуса пилы был вырезан треугольник для образования каждого зуба. Затем в ручной или фрезерной пиле нужно было «установить» зубья. Каждый зуб нужно было согнуть так, чтобы режущая кромка лезвия была чуть шире задней части лезвия. Это предотвратит заклинивание задней части лезвия в пропиле (прорези) пропила. Затем каждый зуб затачивался опиливанием. Если пилу повторно затачивали, то и лезвие перетягивалось.Металлургический завод заплатил Дженкесу за изготовление «выдергивания пилы», инструмента с прорезями, который использовался для сгибания зубов.

В свои 60 лет Джозеф Дженкес тянул медную и железную проволоку в своей мастерской Saugus. Для протяжки проволоки тонкие полоски металла закруглялись и сужались на концах. Проволока пропускалась через «вытяжную пластину». Тяговая пластина была сделана из стали с рядом отверстий все меньшего размера и подверглась термообработке для повышения твердости. Тяговая пластина крепко удерживалась в каркасе. В выдвижном ящике для проволоки использовались специальные щипцы, которые зажимались кожаным ремешком и прикреплялись к механизму, который тянул с большой силой.Чем сильнее натянут ремешок, тем крепче зажимаются щипцы. Латунную проволоку, скорее всего, тянули с помощью ручного шпиля или лебедки для получения механического преимущества.

Оборудование для волочения железной проволоки Jenckes основывалось на гидроэнергетике. Железная рукоятка крепилась непосредственно к водяному колесу. На половине оборота рукоятка повернулась в сторону от выдвижного ящика для проволоки. На другой половине оборота рукоятка повернулась в сторону выдвижного ящика для проволоки. Чтобы протянуть железную проволоку, нужно было время и ритм. Ящик для проволоки удерживал щипцы и при вращении в сторону захватывал проволоку в наиболее удаленной точке, рядом с волочильной пластиной.Щипцы вонзаются в проволоку и протягивают утюг через вытяжную пластину по направлению вращения. Когда они провисли, ящик освободил щипцы и снова схватился за проволоку. Движения повторялись снова и снова, пока вся проволока не была протянута через волочильную пластину. Проволоку постепенно делали тоньше и длиннее, повторяя процесс через все меньшие отверстия.

После одного или двух протягиваний через пластину проволока станет «наклеенной». Это похоже на то, что происходит, когда вы несколько раз сгибаете плечики, чтобы сломать их.Металл становится хрупким. Для снятия напряжений металлическая проволока была «отожжена» для ее размягчения. Железную проволоку помещали в уголь и доводили до оранжевого огня. Огонь уложили, и железу дали медленно остыть, пока огонь не погас. Проволока была готова к еще двум протяжкам через прижимную пластину.

Чтобы протянуть железную проволоку, железо нужно было изготовить с особой тщательностью. При рафинировании чугуна процесс должен был устранить карманы стекловидного шлака, потому что, если шлак попадет на волочильную пластину, проволока сломается.Дженкес обратился в суд штата Массачусетс с ходатайством о деньгах на постройку сарая над его волочильным домом. Получил ли он деньги — неизвестно. Он намеревался использовать проволоку для изготовления рыболовных крючков и деталей для прялок. В ходе археологических исследований его лавки в 1952 году археологи обнаружили более 900 латунных булавок. Для изготовления булавки понадобится проволока двух толщин. Для изготовления стержня используется более тяжелая проволока. Более легкий провод плотно наматывается на стержень, а головка выкована круглая с помощью очень небольшого набора прецизионных «обжимок», каждая из которых имеет полусферическую полость, которая используется для придания головке круглой формы.Затем штифт имел точечную заточку на конце, и вполне вероятно, что штифты были погружены в горячее олово, чтобы предохранить их от коррозии и сплавить головку с хвостовиком. Возможно, один из самых больших вкладов Дженкеса. В 1646 году Дженкес подал прошение в Общий суд Массачусетса с просьбой защитить свои права интеллектуальной собственности. Он собирался построить свой цех на отводе доменной печи. Генеральный суд признал ценность наличия кузнеца, который мог бы превращать полуфабрикаты в готовую продукцию, которая могла бы удовлетворить потребности зарождающейся отрасли Новой Англии, такой как сельское хозяйство (косы), деревообработка и судостроение (пилы и топоры) и рыболовство. (крючки).

Составлено и написано Кертисом Уайтом, бывшим инспектором парка национального исторического памятника Saugus Iron Works, 2015.

Геологическая служба Вирджинии — Железо гражданской войны

Во время Гражданской войны в США железо служило сырьем для пистолетов, винтовок, пушек, мин, сабель и ножей, а также для железнодорожных локомотивов и бронированных военных кораблей, приводимых в движение паром. Iron давал не только штыки и уздечки, но и сковороды, котлы, консервы, топоры, пилы, лопаты, цепи, хирургические инструменты и бесчисленное множество разного оборудования.В конфликте участвовало около пяти миллионов лошадей и мулов, для чего требовалось двадцать миллионов железных подков. За это время железо заново определило войну, сверху донизу.

В начале гражданской войны Вирджиния и Теннесси были единственными крупными производителями железа на юге. Теннесси был захвачен в самом начале боевых действий, поэтому без железа Вирджинии Конфедерация была бы до абсурда превзойдена. Металлургической промышленности Вирджинии удавалось производить до конца войны, несмотря на то, что она оказалась в эпицентре боя.

Железо встречается в виде различных минералов на территории штата Вирджиния, но при добыче полезных ископаемых до гражданской войны использовалась исключительно руда, известная как лимонит. Лимонит — это гидратированный оксид железа с общей формулой FeO (OH) · nh3O, обычно являющийся побочным продуктом выветривания богатых железом сульфидных или силикатных минералов.

Добыча железа в Вирджинии началась вскоре после основания поселения Джеймстаун, в 1619 году, когда первая железная печь в английской Америке была построена на Фоллинг-Крик, в нескольких милях к югу от современного Ричмонда.Только несколько пробных запусков были завершены, когда объекты были разрушены во время восстания индейцев Поухатана в 1622 году. Фоллинг-Крик, а также несколько других последующих операций по добыче железа на прибрежной равнине Вирджинии эксплуатировали тип лимонита, известного как болотная руда, который образуется, когда Богатые железом грунтовые воды выходят из источников в болота или болота, а железо выпадает в осадок по мере его окисления. Эти ранние операции на Прибрежной равнине были плохими производителями и недолговечными.

Стратегические минеральные ресурсы Вирджинии во время гражданской войны в США — Iron

Намного позже, в 1716 году, Александр Спотсвуд основал Germanna Furnace примерно в пяти милях к западу от Фредериксбурга, и в следующие несколько десятилетий поблизости возникли другие предприятия по производству железа.В этих печах использовалась руда из золото-пиритового пояса, полосы горных пород, простирающейся вниз по Пьемонту от графства Принс-Уильям на севере до графства Бэкингем на юге, породы, содержащие большое количество пирита (сульфид железа, FeS2), который превратился в лимонит. . Этот тип руды известен как госсан и является результатом интенсивного окисления и выщелачивания сульфидных залежей, которые, как полагают, изначально образовались в результате подводных вулканогенно-гидротермальных процессов (Good, 1981; Duke, 1983).Золото-колчеданный пояс был важным производителем в колониальные времена, но потерял значение по мере того, как более богатые руды начали разрабатываться дальше вглубь страны.

Дальше на запад от Пьемонта лежит другой рудный пояс, примерно совпадающий с долиной реки Джеймс снизу Линчбурга на северо-восток. Здесь лимонит сконцентрирован в виде остаточных отложений, образовавшихся в результате глубокого выветривания пластов известняка (Furcron, 1935). Этот район был ведущим производителем чугуна в Вирджинии во времена Томаса Джефферсона.

Во время американской революции металлургическая промышленность Вирджинии внесла значительный вклад в военные действия. Рудники Нью-Кантон в округе Бэкингем открылись во время войны, и Джефферсон сообщил, что печь Росс в округе Кэмпбелл ежегодно производила 1600 тонн чугуна. Между тем, к западу от Голубого хребта, печь Миллера в округе Огаста и печь Зейна в округе Фредерик производили по 600 тонн каждая (Джефферсон, 1785). Пушечный завод работал на берегу реки Джеймс в Вестхэме, но в январе 1781 года британская кавалерия Бенедикта Арнольда разграбила завод, сбросив оборудование в реку.

Первая лимонитовая железная руда Вирджинии, так называемая руда Орискани, находится в провинции Валли и Ридж. Обычно железо встречается там, где толстый слой сланца, содержащий вкрапленный пирит, покрывает известняк. Железо выветривается из пирита в кислый раствор, который просачивается вниз в поры известняка, где резкое изменение pH вызывает его осаждение в виде лимонита (Gooch, 1954). Рудные тела варьируются от небольших изолированных карманов до пористых масс длиной 700 футов.Хорошо развитые месторождения Орискани встречаются в районе Грейт-Норт-Маунтин в округе Шенандоа, в горах Массануттен и в районе Клифтон-Фордж, охватывающем округа Аллегани, Бат, Боттурт и Крейг. Этот тип руды широко использовался в угольных печах до, во время и вскоре после Гражданской войны и в то время считался относительно высоким содержанием.

Другой крупный источник лимонита в долине и хребте встречается в виде неглубоких залежей остаточной глины, иногда известной как «горная руда».«Железо представляет собой крупную крошку и комки, разбросанные по массивным слоям остатков глины, которые образовались в результате полного выветривания значительной толщины загрязненного известняка. Подземные воды удалили большую часть исходного известняка, оставив густой остаток глины и еще больше сконцентрировав железо. Этот тип руды находится на полосе протяженностью тридцать миль и шириной три мили, которая охватывает округа Пуласки, Уайт и Смит на юго-западе Вирджинии. Некоторые рудные тела занимают сплошные участки в несколько акров.Месторождения «горной руды» интенсивно разрабатывались с 1760-х по 1907 год, и в Вирджинии уступали по значимости рудам только Орискани.

В первые десятилетия существования новой нации Вирджиния занимала третье место по производству чугуна в Соединенных Штатах, уступая только Нью-Йорку и Пенсильвании. Многие печи в Вирджинии взорвались в это время, эксплуатируя месторождения типа Орискани вдоль западной окраины Великой долины, особенно в районе Шенандоа (Колумбия Печь, 1810; Либерти Печь, 1817; и Тейлор Печь, 1845), а также Clifton Forge District (Люси Селина Печь, 1827; Ревущая печь, 1832; Клифтонская печь, 1846; Долли Энн Печь, 1848; и Грейс Печь, 1849).К 1840 году в Вирджинии было сорок две печи, производящие 18 810 тонн железа в год (перепись США, 1840 г.).

Тредегарский металлургический завод, 1865 г., фото Александра Гарднера

Однако примерно в это время экономика и политический статус Старого Доминиона начали ослабевать. Промышленность Вирджинии отставала от быстро развивающейся северной промышленности, которая географически была благословлена ​​обилием угля и легкодоступной гидроэнергетикой. В 1850 году производство железа в Вирджинии упало на седьмое место в стране и теперь уступает Теннесси на юге.Годовая стоимость железа, производимого в штате, резко упала с 528 249 долларов, произведенных на 34 печах в 1850 году, до 308 173 долларов на шестнадцати печах в 1860 году, накануне войны.

Когда судьбы истории вовлекли Вирджинию в гражданскую войну, металлургическая промышленность штата должна была выйти из ступора. Конфедерации придется во многом полагаться на металлургический завод Тредегар на северном берегу реки Джеймс в Ричмонде. Когда первые выстрелы войны были произведены по форту Самтер, Тредегар был третьим по величине производителем железа в стране, специализирующимся на тяжелых боеприпасах и полной линейке железнодорожной продукции, включая локомотивы, грузовые вагоны, колеса, оси, шипы и даже железные мосты (Национальный регистр исторических мест).Кроме того, они производили паровые машины для кораблей и сахарных заводов. Печи снабжались чугуном, перевозимым на конных лодках, курсирующих по реке Джеймс и каналу Канава. Первый выстрел, кстати, был произведен из 10-дюймового миномета, изготовленного в Тредегаре.

Когда Тредегар готовился к войне, железные рудники Вирджинии не могли производить достаточное количество чугуна, и предприятие работало только на одну треть мощности (Brady, 1991). Владелец Тредегара Джозеф Андерсон заметил в письме от июля 1862 года (цитируется по Dew, 1966): «Все должно остановиться, если мы не пойдем в горы и не купим доменные печи для производства чугуна и не будем их эксплуатировать.Андерсону с финансовой помощью правительства Конфедерации удалось приобрести десять печей к западу от Голубого хребта (Brady, 1991). Четыре из них — Кловердейл, Грейс, Гленвуд и Колумбия — были в ужасном состоянии, когда были приобретены. Пятеро из них — Австралия, Кэролайн, Катоба, Ребекка и Джейн — нуждались в ремонте, в то время как Элизабет Фернэйс была в конечном счете слишком близка к деятельности армии Союза и не была возвращена в строй. Андерсону пришлось найти компетентных менеджеров, приобрести бригады и вагоны для перевозки руды и чугуна, а также обеспечить едой сотни рабочих, которые восстанавливали стеллажи и заменяли оборудование на печах, давно вышедших из строя (Dew, 1966).

Оксфордская печь, бывшая печь Олд Росс, производила железо во время войны, а правительство Конфедерации работало на рудниках Бремо-Блафф напротив Нью-Кантона (Furcron, 1935). Печи в юго-западной Вирджинии поставляли Тредегар. Операции в округе Уайт, использующие «горную руду», включали печи Уайт, Вороний утес, Серый орел, Грэхем / Сидар-Ран и Грэхем / Бесплодный источник. Металлургический завод Томаса в графстве Смит также поставлял Тредегар.

Конверт рекламный Тредегар железные изделия
из Библиотеки Конгресса

Во время войны Железный завод Тредегара стал самым важным металлургическим предприятием Конфедерации.На пике своего развития Тредегар состоял из двух прокатных станов, способных производить 14 000 тонн прутка и листового железа в год, а также двух литейных орудий, способных отливать пушки, от небольших горных гаубиц до 10-тонных орудий береговой обороны. Здесь был цех по производству боеприпасов для пушечных ядер и расточные станки для зенковки стволов. Здесь были механический цех, котельный и локомотивный завод, а также вспомогательные латунные и медные цеха, столярные мастерские, кузнецы, фирменный магазин, офисные здания и жилье для рабов (Национальный регистр).Во время войны Тредегар произвел в общей сложности 1099 артиллерийских орудий, что составляет около половины всего производства Юга (Boyle, 1936). Тредегар также производил паровозы и рельсы, а также 723 тонны железной брони для CSS Virginia, первого броненосного военного корабля Конфедерации (Nelson, 2004). Здесь были созданы опытные образцы современной подводной лодки, торпеды и пулемета.

Войска Союза атаковали несколько печей Вирджинии во время войны. Печи Элизабет и Кэролайн в Маунтин Массануттен были подожжены , и Колумбия Печь обыскивалась три раза.Грейс Печь была разрушена войсками генерала Дэвида Хантера в июне 1864 года. Металлургический завод Томаса в графстве Смит и литейный завод Барретта в графстве Уайт были разрушены во время разрушительного налета генерала Джорджа Стоунмана в декабре 1864 года. Тем не менее, несмотря на постоянные нападения, уже в ноябре 1864 года. В Вирджинии все еще было восемнадцать действующих чугунных печей (Boyle, 1936). «Вполне возможно, — говорит историк гражданской войны Чарльз П. Роланд, — упорство властей Конфедерации в борьбе за Ричмонд было усилено необходимостью удерживать завод Тредегар и защищать резиденцию правительства.”(Роланд, 1960)

Тредегар избежал значительных повреждений во время сожжения Ричмонда и вернулся в производство в конце 1865 года. [Андерсон нанял пятьдесят вооруженных охранников, чтобы отбиваться от поджигателей, специально предназначенных для того, чтобы ценные военные предметы не упали врагу.] К 1873 году он действовал на заводе. вдвое превышала довоенную мощность, а позже продолжала поставлять боеприпасы для вооруженных сил Соединенных Штатов во время испано-американской войны, Первой мировой войны, Второй мировой войны и войны в Корее.

Бойл, Роквелл С., 1936, Минеральный вклад Вирджинии в Конфедерацию: Бюллетень Отдела минеральных ресурсов Вирджинии 46, стр. 119–123.

Брэди, Т. Т., 1991, Угольная промышленность в Вирджинии: Virginia Minerals, т. 37, вып. 4.

Дью, Чарльз, 1966, производитель железа Конфедерации, Джозеф Р. Андерсон и Tredegar Iron Works: издательство Йельского университета, Нью-Хейвен.

Duke, N.A., 1983, Металлогеническое исследование золото-пиритового пояса центральной Вирджинии: Ph.D. докторская диссертация, Университет Манитобы, Виннипег.

Furcron, A. S., 1935, Железный и мраморный пояс реки Джеймс: Отдел геологии Вирджинии, Бюллетень по минеральным ресурсам 39.

Гуч, Э. О., 1954, Железо в Вирджинии: Отдел геологии Вирджинии, Циркуляр о минеральных ресурсах № 1.

Good, R. S., 1981, Геохимическая разведка и сульфидная минерализация, в Geologic research in the Willis Mountain and Andersonville quadrangles, Virginia: Virginia Division of Mineral Resources Publication 29.

Джефферсон, Томас, 1785, Заметки о штате Вирджиния: Париж.

Нельсон, Джеймс Л., 2004, Царство железа: Уильям Морроу, Нью-Йорк.

Роланд, Чарльз П., 1960, Конфедерация: University of Chicago Press, Чикаго, Иллинойс

Перепись США, 1840 г., Вашингтон, округ Колумбия

Производство стали — SteelConstruction.info

Люди веками производили железо и сталь. Сталь стала двигателем промышленной революции и остается основой современной промышленно развитой экономики. Трудно представить мир без стали — будь то строительство, автомобили, двигатели или машины, сталь всегда присутствует во всем, что мы делаем, и во всем, что мы производим.

Универсальность стали с точки зрения ее состава и свойств, ее отношения прочности к весу и ее способности бесконечно многоцикловать в новых продуктах отличает сталь от других материалов и играет важную роль в ее постоянном успехе. В этой статье кратко объясняется, как производятся чугун и сталь. В отдельных статьях обсуждается, как материал превращается в стальные конструкционные изделия, и основные свойства стали, которые используются при проектировании.

  • Загрузка чугуна в печь BOS

[вверх] История сталеплавильного производства

Еще 6000 лет назад ранние цивилизации использовали железную руду, найденную в метеоритах, для создания примитивных инструментов.Первые чугунные печи появились примерно в 1400 году до нашей эры. Это были очень простые округлые очаги, в которых железная руда и древесный уголь нагревались до очень высоких температур. При повторном нагреве слесари-металлисты могли молотить по металлу, чтобы удалить примеси и повысить твердость. Было решено, что, сделав высококачественное железо очень горячим и добавив несколько других металлических элементов, можно получить еще более прочный материал.

Небольшие партии необработанной стали были впервые произведены в Восточной Африке и Индии еще в 300 году до нашей эры.Спустя несколько сотен лет европейцы и китайцы разработали технологии производства стали. Промышленная революция оказала большое влияние на спрос на сталь для машин, железных дорог и других амбициозных промышленных проектов, и в 1855 году Генри Бессемер получил патент на свой процесс придания чугуна пластичности путем введения воздуха в жидкий металл для удаления углерода. .

История процесса бессемеровского производства стали — классический пример военного стимула для технологического развития.Во время Крымской войны Бессемер изобрел артиллерийский снаряд нового типа. Генералы сообщили, что чугунные пушки того времени были недостаточно сильны, чтобы справиться с силами более мощного снаряда, поэтому Бессемер разработал свой усовершенствованный процесс плавки чугуна, который позволил производить большое количество стали высшего качества. Современная сталь по-прежнему производится с использованием технологии, основанной на процессе Бессемера.

[вверх] Современное производство чугуна

Чугун производится в доменной печи. Во-первых, железная руда смешивается с коксом и нагревается с образованием богатого железом клинкера, называемого «агломератом».Спекание — важная часть всего процесса, поскольку оно снижает количество отходов и обеспечивает эффективное сырье для производства чугуна.

Кокс производится из тщательно отобранных марок угля. Уголь разных сортов хранится отдельно и смешивается перед отправкой в ​​коксовые печи. Уголь нагревают или «обугливают» в печах, пока он не превратится в кокс. Затем его вынимают из печи, охлаждают и сортируют перед использованием в доменной печи. Угольный газ, образующийся во время карбонизации, собирается и используется в качестве топлива в производственном процессе, в то время как побочные продукты, такие как смола, бензол и сера, извлекаются для дальнейшей очистки.

Кокс, руда и агломерат загружаются или «загружаются» в верхнюю часть доменной печи вместе с известняком.
Дутье горячего воздуха, от которого печь и получила свое название, нагнетается через сопла, называемые «фурмами», в основании печи. Дутьевой воздух может быть обогащен кислородом, и иногда также вводится уголь или нефть, чтобы обеспечить дополнительное тепло и снизить потребность в коксе. Дутье раздувает тепло в печи до белого каления, а железо в руде и агломерате расплавляется, образуя лужу расплавленного металла на дне или поде печи.Известняк соединяется с примесями и расплавленной породой из железной руды и агломерата, образуя жидкий «шлак», который, будучи легче металла, плавает поверх него.

  • Доменная печь

Загрузочная система в верхней части печи также действует как клапанный механизм для предотвращения утечки газа, который отводится по трубам большого диаметра на газоочистную установку. Важной особенностью производства чугуна является непрерывный процесс.Когда в поде доменной печи накапливается достаточное количество жидкого чугуна, его выпускают в ковши для производства стали. По мере того, как шлак накапливается на поверхности расплавленного металла, он также выпускается через регулярные промежутки времени через отдельную «выемку» или летку. Тем временем сырье продолжает загружаться в верхнюю часть печи, а нагретый воздух вдувается в нижнюю часть. Этот процесс продолжается в течение всего «срока службы» печи, который может составлять 10 лет и более, прежде чем термостойкая кирпичная футеровка начнет разрушаться.Затем производится повторная футеровка печи.

Обогащение железной руды для доменной печи

Производство железа

[вверх] Переход на сталь

Основным сырьем для производства стали является чугун доменной печи, стальной лом или их смесь. Пропорции используемого материала различаются в зависимости от процесса и требуемого типа стали. Сталь в общих чертах можно охарактеризовать как железо, в котором удалена большая часть углерода, чтобы сделать ее более прочной и пластичной.Существует множество форм (марок) стали, каждая из которых имеет свой специфический химический состав и свойства, чтобы удовлетворить потребности множества различных областей применения. Сегодня в Великобритании используются два основных процесса производства стали.

[вверх] Производство стали в кислородном конвертере

Чугун из доменной печи и стальной лом являются основными материалами, используемыми в кислородном производстве стали. Современные печи, или «конвертеры», загружают до 350 тонн и превращают их в сталь примерно за 15 минут.Кислородная фурма с водяным охлаждением опускается в конвертер, и кислород высокой чистоты продувается на металл под очень высоким давлением. Кислород соединяется с углеродом и другими нежелательными элементами, удаляя их из расплавленной шихты. Эти реакции окисления выделяют тепло, а температура металла регулируется количеством добавленного лома.

  • Лом загружается в печь BOS

  • Загрузка чугуна в печь BOS

 

Основные этапы процесса BOS

Углерод покидает конвертер в виде газа, окиси углерода, который после очистки может быть собран для повторного использования в качестве топлива.Во время «продувки» известь добавляется в качестве флюса, чтобы помочь унести другие окисленные примеси в виде плавающего слоя шлака. Количество лома, чугуна, извести и других флюсов рассчитывается для обеспечения правильной температуры и состава стали. На многих заводах процессу рафинирования способствует закачка газов, включая аргон, азот и углекислый газ, через основание печи. После рафинирования стали и отбора проб для проверки температуры и состава конвертер наклоняют, и сталь выпускают в ковш.Обычно содержание углерода в стали в конце рафинирования составляет около 0,04%. При выпуске резьбы можно добавлять легирующие добавки для корректировки окончательного состава стали.

После выпуска всей стали конвертер переворачивают вверх дном, а остаточный шлак опрокидывают в ковш для ожидающего шлака для удаления в пруд для охлаждения шлака, откуда он подвергается дальнейшей переработке для регенерации любого материала, который может быть возвращен. процесс.

Процесс BOS

[вверх] Электродуговая печь

 

Электродуговая печь (ДСП)

В дуговой электропечи (ДСП) используется только холодный металлолом.Первоначально этот процесс использовался исключительно для производства высококачественной стали, такой как сталь для станков и пружинной стали, поскольку он давал более точный контроль над составом. Однако сегодня он также используется для изготовления более широко используемых сталей, включая легированные и нержавеющие, а также некоторых специальных углеродистых и низколегированных сталей. Современные дуговые печи позволяют выплавлять до 150 тонн стали за одну плавку.

Электродуговая печь состоит из круглой ванны с подвижной крышей, через которую можно поднимать или опускать три графитовых электрода.В начале процесса электроды вынимаются, и крыша откидывается. Затем стальной лом загружается в печь из большой стальной корзины, опускаемой с мостового крана. Когда загрузка завершена, свод откидывается на место, и электроды опускаются в печь. Через заряд пропускается мощный электрический ток, возникает дуга, и выделяемое тепло плавит скрап. Известь и плавиковый шпат добавляются в виде флюсов, а в расплав вдувается кислород.В результате примеси в металле объединяются, образуя жидкий шлак.

 

Электродуговая печь (ДСП)

Образцы стали отбираются и анализируются для проверки их состава, и после достижения правильного состава и температуры печь быстро спускается в ковш. Окончательные корректировки в соответствии с точными требованиями заказчика могут быть сделаны путем добавления сплавов во время выпуска или, впоследствии, на установке вторичного производства стали.

(Поскольку сталь EAF изготавливается из 100% лома, есть соблазн указать это вместо стали BOS в рамках благонамеренных усилий по снижению воздействия на окружающую среду. Металлургическая промышленность не одобряет это, и причины объясняются в разделе «Ресурсы». раздел).

 

Основные этапы процесса EAF

[вверх] Вторичное производство стали

После выпуска расплавленного металла в ковш из печи BOS или EAF ему часто проводят одну или несколько дополнительных обработок в зависимости от требуемой марки стали.Эти дополнительные стадии рафинирования известны как вторичная выплавка стали и могут включать перемешивание в ковше с использованием аргона, вдувания порошка или проволоки, вакуумную дегазацию и дуговой нагрев в ковше. Некоторые высококачественные стали сочетают в себе все эти виды обработки. Эти процессы улучшают гомогенизацию температуры и состава, позволяют аккуратную обрезку до точного состава, удаляют вредные и нежелательные газы, такие как водород, и снижают содержание таких элементов, как сера, до очень низкого уровня.

Вторичное производство стали

[вверх] Побочные продукты производства чугуна и стали

Как и во всех крупномасштабных производственных процессах, при производстве чугуна и стали образуются побочные продукты.В среднем при производстве 1 тонны стали получается от 200 кг (EAF) до 400 кг (BF / BOF) побочных продуктов.

Основными побочными продуктами производства чугуна и стали являются шлаки (90%), пыль и шламы. Средний мировой коэффициент извлечения шлака варьируется от более 80% для сталеплавильного шлака до почти 100% для металлургического шлака.

Существует три основных типа продаваемых на рынке шлаков для производства чугуна или доменных печей, которые классифицируются по способу их охлаждения: с воздушным охлаждением, гранулированные и окатыши (или вспученные).

Шлак с воздушным охлаждением — твердый и плотный, особенно подходит для использования в качестве строительного заполнителя. Он также используется в товарном бетоне, бетонных изделиях, асфальтобетоне, дорожных основаниях и покрытиях, заполнителях, клинкерном сырье, железнодорожном балласте, кровле, минеральной вате (для использования в качестве изоляции) и почвенном кондиционере.

Гранулированный шлак образует частицы стекла размером с песок и в основном используется для изготовления вяжущего материала. Бетоны, содержащие гранулированный шлак, обычно развивают прочность медленнее, чем бетоны, содержащие только портландцемент (наиболее распространенный тип цемента), но могут иметь лучшую долговременную прочность, выделять меньше тепла во время гидратации, иметь пониженную проницаемость и, как правило, проявлять лучшую стойкость к химическим воздействиям. атака.

Гранулированный или вспученный шлак имеет везикулярную текстуру (как вулканическая порода) и чаще всего используется в качестве легкого заполнителя. При мелком измельчении он также обладает вяжущими свойствами.

Сталеплавильный шлак (конвертерная печь и электродуговая печь) охлаждается аналогично воздушно-охлаждаемому доменному шлаку и используется для большинства тех же целей. Поскольку производственный процесс на этой стадии варьируется в зависимости от типа производимой стали, полученные шлаки также обладают различными химическими свойствами, что делает их более трудными в использовании, чем шлаки для производства чугуна.Часть рекуперированного шлака используется внутри сталеплавильной печи или агломерационной фабрики, в то время как примерно 50% рекуперированного шлака используется снаружи в строительстве, в основном на дорогах.

Газы металлургического производства после очистки почти полностью используются для внутренних нужд. Коксовый газ содержит около 55% водорода и может стать важным источником водорода в будущем. Он полностью повторно используется на сталеплавильном заводе и может обеспечивать до 40% мощности завода.

Пыль и шлам собираются в оборудовании для борьбы с выбросами (фильтрах), используемом в процессах производства чугуна и стали.

Шлам образуется из пыли или мелочи при различных процессах производства стали и прокатки и имеет высокое содержание влаги.

Пыль и шлам, удаляемые из газов, в основном состоят из железа и в большинстве случаев могут снова использоваться в сталеплавильном производстве. Оксиды железа, которые не могут быть переработаны внутри компании, могут быть проданы другим отраслям промышленности для различных применений, от портландцемента до сердечников электродвигателей.

[вверх] Сталь

, литье

Перед прокаткой или формованием жидкой стали в готовые изделия, она должна затвердеть и превратиться в стандартные полуфабрикаты отливок, которые доступны в основных формах, называемых заготовками, блюмами или слябами.До разработки процесса непрерывной разливки эти формы всегда получали путем «разливки» расплавленной стали в изложницы. Слитки помещаются в ямы для выдержки (печи для повторного нагрева слитков), чтобы довести их до однородной температуры перед передачей на первичные мельницы, которые затем начинают их раскатывать в требуемые формы. Однако сейчас большинство современных сталей отливают непрерывным способом.

Для отливки прядей разного сечения используются разные принципы проектирования.Разливочные машины для литья заготовок отверждают квадраты или круглые формы размером 80–175 мм, литейные машины для блюмов отверждают секции размером 300 на 400 мм, а разливочные машины для заготовок балок производят большие, похожие на собачьи кости профили, которые напрямую загружаются в прокатный стан с двутавровыми или двутавровыми балками. Огромные ролики для слябов позволяют отверждать профили толщиной до 250 мм и шириной 2600 мм при производстве

[вверх] Непрерывное литье

 

Процесс непрерывного литья

В процессе непрерывной разливки расплавленный металл заливается непосредственно в литейную машину для производства заготовок, блюмов или слябов.Непрерывное литье исключает необходимость в первичных и промежуточных прокатных станах, емкостях для выдержки, а также в хранении и использовании большого количества изложниц. Это также увеличивает выход годного к употреблению продукта из стали заданного веса и перерабатывает сталь в полуфабрикат, более близкий к готовому продукту.

При этом ковш со сталью подается на установку непрерывной разливки с помощью мостового крана, и после предварительной обработки, которая может включать перемешивание путем нагнетания инертного газа (аргона), открытая горловина ковша закрывается изолирующая крышка для уменьшения потерь тепла.Вся установка поднимается краном на вращающуюся башню. Это делает возможной последовательную разливку — разливку нескольких ковшей из стали одной марки без остановки машины. Это также важный фактор снижения затрат. Перед разливкой снаружи форсунки ковша устанавливают газонепроницаемую огнеупорную трубу. Это устройство предотвращает поглощение жидкой сталью избыточного кислорода и азота из атмосферы. Затем открывается сопло ковша, позволяя стали вытекать из ковша в промежуточный ковш, резервуар, снабжающий водоохлаждаемый медный кристаллизатор литейной машины, через другую газонепроницаемую трубу с контролируемой скоростью.После затвердевания только его внешней оболочки сталь затем вытягивается вниз со дна кристаллизатора через изогнутую систему опорных валков и водяных брызг до тех пор, пока она не выходит горизонтально в виде сплошной стальной плиты из разгрузочного конца машины, где она автоматически отрежьте до необходимой длины.

Процесс непрерывного литья

  • Полуфабрикаты стальные на выходе из МНЛЗ

[вверх] Ресурсы

[вверх] Дополнительная литература

[вверху] См. Также

.