headbanner

Çelik üretimi ile ilgili temel bilgiler

Çelik üretimi demir yapımı ile başlar. Çelik, pik demirden gelir. Demir cevherinden eritilen pik demir, yüksek karbon içeriğine ve birçok safsızlığa (silikon, manganez, fosfor, kükürt vb.) sahiptir. Bu nedenle, pik demir plastisite ve tokluğa sahip değildir ve zayıf mekanik özelliklere sahiptir. Kullanımını sınırlayan ergitme ve döküm dışında basınçlı işleme tabi tutulamaz.
Pik demirin bu eksikliklerini gidermek ve endüstride daha büyük bir rol oynamasını sağlamak için, pik demirdeki safsızlıkları belirli bir dereceye kadar çıkarmak için belirli bir bileşim elde etmek için çeşitli kaynaklardan gelen oksijeni yüksek sıcaklıklarda kullanmak da gereklidir. belirli Demir-karbon alaşımlı-çeliğin doğası. Pik demirdeki safsızlıkları yüksek sıcaklıklarda oksidasyonla gidermeye yönelik bu yönteme çelik üretimi denir.

Çelik üretiminin temel ilkeleri
Pik demirdeki çeşitli safsızlıklar, yüksek sıcaklık ortamlarında değişen derecelerde oksijenle daha fazla afiniteye sahiptir. Bu nedenle oksidasyon yoluyla sıvı, katı veya gaz oksitlere dönüştürülebilirler. Sıvı ve katı oksitler, fırın astarı ve fırına eklenen flux ile yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer, birleşerek cüruf oluşturur ve cüruflama sırasında fırından çıkarılır. Gaz ayrıca erimiş çelik kaynarken CO tarafından fırından çıkarılır.
Çelik üretim fırınında, safsızlıkların oksidasyonu esas olarak FeO mevcudiyeti ile sağlanır.
2Fe+O2→2FeO
1. Silikonun oksidasyonu
Si'nin oksijenle daha büyük bir afinitesi vardır, bu nedenle silikonun oksidasyonu çok hızlıdır. Eritme işleminin erken aşamasında SiO2 oluşturmak için tamamen oksitlenmiştir:
Si+2FeO→SiO2+2Fe
Aynı zamanda SiO2, silikat oluşturmak üzere FeO ile reaksiyona girer:
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
Bu tür tuz, cürufun çok önemli bir parçasıdır. Kararlı 2CaO·SiO2 ve FeO bileşikleri oluşturmak için CaO ile etkileşime girer. Birincisi cürufun içinde sıkıca bulunur ve ikincisi, cüruftaki FeO içeriğini artıran cürufta serbest bir bileşen haline gelir. Safsızlıkların oksidasyonunu teşvik etmek daha avantajlıdır. Cevap aşağıdaki gibidir:
2FeO·SiO2+2CaO→2CaO·SiO2+2FeO
2. Manganezin oksidasyonu
Manganez de oksitlenmesi kolay bir elementtir. Ürettiği MnO daha yüksek bir erime noktasına sahiptir. MnO, erimiş metalde çözünmez, ancak sıvı metalin yüzeyinde yüzen ve cürufun bir parçası haline gelen SiO2 ile bir bileşik oluşturur.
Mn+FeO→MnO+Fe
2MnO+SiO2→2MnO·SiO2
Silisyum ve manganezin oksidasyon reaksiyonu, fırın sıcaklığını hızla artırabilen (bu özellikle dönüştürücü çelik üretimi için önemlidir) ve karbon oksidasyon sürecini büyük ölçüde hızlandırabilen çok fazla ısı açığa çıkarır.
3. Karbon elementinin oksidasyonu
Karbonun oksidasyonunun büyük miktarda ısı enerjisi emmesi gerekir, bu nedenle daha yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilmelidir. Karbonun oksidasyonu, çelik üretim sürecinde çok önemli bir reaksiyondur:
C+FeO→CO+Fe
Karbon oksitlendiğinde CO gazı üretildiğinden, sıvı metalden kaçtığında güçlü bir çalkalama görevi görür. Bu etkiye "kaynama" denir. Kaynamanın sonucu, erimiş havuzun bileşiminin ve sıcaklığının homojenliğini artırabilir, metal ve cüruf ara yüzeyi arasındaki reaksiyonu hızlandırabilir ve ayrıca çelikteki gaz ve inklüzyonların giderilmesine yardımcı olabilir.
4. Fosfor elementinin oksidasyonu
Fosforun oksidasyonu çok yüksek olmayan bir sıcaklıkta meydana gelebilir. Defosforizasyon işlemi, birkaç reaksiyonun bir kombinasyonundan oluşur. Reaksiyonlar aşağıdaki gibidir:
2P+5FeO→P2O5+5Fe
P2O5+3FeO→3FeO·P2O5
Alkali cürufta yeterli CaO olduğunda aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir:
3FeO·P2O5+4CaO→4CaO·P2O5+3FeO
Tarafından üretilen 4CaO·P2O5, cürufta sıkıca tutulan ve böylece fosfor giderme amacına ulaşan kararlı bir bileşiktir.
Erimiş çeliğin deoksidasyon işlemi sırasında, ferrosilisyum ve ferromanganez gibi oksijen gidericilerin eklenmesi gerektiğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, deoksidasyondan sonra cüruf genellikle asidiktir ve 3FeO·P2O5 yok edilir ve ondan P2O5 indirgenir ve P2O5 kararsızdır. Oksit, yüksek sıcaklıkta karbon tarafından kolayca indirgenerek fosfor geri kazanımı sağlar. Bu da asit fırınında fosforu uzaklaştırmanın çok zor olduğunu gösterir. Bu fenomeni önlemek için cüruf bazlığını ve cüruf miktarını uygun şekilde artırmak ve cüruf oksidasyonunu iyileştirmek gerekir.
5. Sülfürün oksidasyonu
Kükürt FeS formunda bulunur. Cürufta yeterli CaO olduğunda kükürt de uzaklaştırılabilir. Reaksiyon aşağıdaki gibidir:
FeS+CaO→CaS+FeO
Üretilen CaS, erimiş çelikte çözünmez, ancak erimiş çeliğin yüzeyinde yüzen cüruf oluşturur.
Yukarıdaki reaksiyon tersine çevrilebilir bir reaksiyondur ve FeO içeren cürufta gerçekleştirilir. FeO CaS ile etkileşime girdiğinde, kükürt erimiş çeliğe geri dönecektir, bu nedenle cüruftaki FeO içeriği azaldıkça kükürt giderme verimliliği artar.
Cüruf yeterli karbon içerdiğinde reaksiyon farklıdır:
CaO+FeS+C→CaS+Fe+CO
Karbon, FeO2'yi oksijenden yoksun bıraktığından, CaS'nin FeO ile etkileşime girme olasılığını kaybeder, böylece reaksiyon ters yönde ilerleyemez. Bu nedenle elektrikli fırın çelik üretiminin kükürt giderme işlemi diğer iki yöntemden daha eksiksizdir.
Kükürt giderme sürecinde manganez, kükürt gidermeyi teşvik etmede de rol oynar. Süreç aşağıdaki gibidir:
FeS+MnO→MnS+FeO
Üretilen MnS, erimiş çelikte neredeyse çözünmez ve cürufa girer. Bu nedenle, kükürt gidermenin etkisi manganezin oksidasyonu ile artar.
6. FeO Deoksijenasyonu
Yukarıdaki oksidasyon reaksiyonları serisinden sonra, safsızlıklar uzaklaştırma amacına ulaşmak için oksitlense de, aynı zamanda oksidasyon sonuçlarından dolayı, erimiş çelik daha fazla FeO içerir, yani erimiş halde büyük miktarda oksijen vardır. çelik şerit verecek olan çelik Bu büyük bir tehlikedir. Bir yandan, çeliğin çok fazla kabarcığı vardır; diğer yandan çeliğin sıcak ve soğukta kırılgan görünmesine de neden olur ve karbon içeriğinin artmasıyla tehlike artar.
Bu nedenle, çelik üretim sürecinin sonunda, erimiş çelikte bulunan büyük miktarda oksijeni de gidermeye çalışmalıyız. Yaygın olarak kullanılan yöntem, ergimiş çeliğe ferromanganez, ferrosilisyum, alüminyum vb. gibi bazı oksijen giderici maddeler eklemektir. Deoksidasyon amacına ulaşmak için FeO'dan güçlü bir şekilde oksijen çıkarırlar. Reaksiyon aşağıdaki gibidir:
FeO+Mn→MnO+Fe
2FeO+Si→SiO2+2Fe
3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
7. Cürufun rolü
Tüm çelik üretim süreci iki süreçten oluşur: oksidasyon ve indirgeme. Karbon, silisyum, manganez ve fosforun oksidasyonu genellikle oksidasyon döneminde reaksiyon olarak adlandırılır ve kükürt giderme ve deoksidasyon, indirgeme döneminde reaksiyon olarak adlandırılır. Yukarıdaki reaksiyon formüllerinden, metaldeki safsızlıkları gidermek için birçok faktörün dikkate alınması gerektiği, ancak en önemli faktörün cüruf ve cüruf giderme olduğu görülebilir.
Cüruf, çelik üretim sürecinde aşağıdaki önemli rollere sahiptir:
①Cüruf, çelik üretim sürecinin belirli bir reaksiyon yönünde (oksidasyon veya indirgeme) ilerlemesini sağlamalıdır.
②Cüruf, metaldeki zararlı safsızlıkların (fosfor ve kükürt) maksimum düzeyde uzaklaştırılmasını sağlamalı ve fırın gazındaki (azot ve hidrojen) gazın metale girmesini engellemelidir.
③Cüruf, çalışma sırasında minimum demir ve diğer değerli element kaybını sağlamalıdır.

Çelik üretiminin temel yöntemi
①Dönüştürücü çelik üretimi
Dönüştürücü çelik üretim yöntemi, nitelikli bileşime sahip çelik elde etmek için alttan üfleme, yandan üfleme ve üstten üfleme benimseyerek erimiş demirdeki elementleri belirtilen limite kadar oksitlemek için hava veya oksijen kullanan bir çelik üretim yöntemidir.

w1

② Elektrikli fırın çelik üretimi
Elektrikli fırın, çelik yapmak için ısı enerjisine dönüştürmek için elektrik enerjisini kullanır. Yaygın olarak kullanılan iki elektrikli fırın vardır: elektrik ark ocağı ve indüksiyon elektrik ocağı. Elektrik ark ocakları en yaygın kullanılanlardır ve yüksek kaliteli çelik ve alaşımlı çeliklerin eritilmesi için uygundur; indüksiyon fırınları, yüksek kaliteli alaşımlı çelik ve demir dışı alaşımların eritilmesi için kullanılır.

w2

③Açık ocak çelik üretimi
Endüstrinin gelişmesiyle birlikte metal işleme endüstrisinde büyük miktarda hurda çelik birikmiştir. O zamanlar, onu bir dönüştürücü ile yeniden çeliğe dönüştürmek mümkün değildi, bu nedenle çelik üreticileri, hammadde olarak hurda çeliği kullanarak bir çelik üretim yöntemi aradılar. 1864'te Fransız Martin, açık ocak çelik üretim yöntemini icat etti.

w3

Oksijen üstten üflemeli dönüştürücü çelik üretim yönteminin hızlı gelişimi, yavaş yavaş açık ocak çelik üretim yönteminin yerini almıştır. Bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, giderek daha fazla kullanılan erimiş çeliğin vakumla işlenmesi, elektro cüruf fırını ergitmesi ve vakum indüksiyonlu elektrikli fırın ergitmesi gibi bazı yeni çelik üretim yöntemleri ortaya çıkmaya devam ediyor.


Gönderim zamanı: Ağu-02-2021