Ган хайлуулах: технологи, арга, түүхий эд

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 13:59

Төмрийн хүдрийг ердийн аргаар олж авдаг: ил уурхай эсвэл далд уурхайн олборлолт, дараа нь материалыг бутлах, угаах, боловсруулах анхны бэлтгэлд зориулж тээвэрлэх.

Хүдрийг тэсэлгээний зууханд хийж халуун агаар, дулаанаар тэсэлснээр хайлсан төмөр болж хувирдаг. Дараа нь зуухны ёроолоос гахай гэж нэрлэгддэг хэвэнд хийж, гахайн төмөр үйлдвэрлэхийн тулд хөргөнө. Үүнийг хэд хэдэн аргаар төмрөөр хийдэг эсвэл ган болгодог.

Ган гэж юу вэ?

Анх төмөр байсан. Энэ нь дэлхийн царцдас дахь хамгийн түгээмэл металлуудын нэг юм. Энэ нь бараг хаа сайгүй, бусад олон элементүүдтэй хослуулан хүдэр хэлбэрээр олддог. Европт төмрийн ажил нь МЭӨ 1700 оноос эхэлдэг

1786 онд Францын эрдэмтэд Бертолле, Монж, Вандермонд нар төмөр, ширэм, гангийн ялгаа нь нүүрстөрөгчийн өөр өөр агуулгаас шалтгаална гэдгийг нарийн тогтоожээ. Гэсэн хэдий ч төмрөөр хийсэн ган нь аж үйлдвэрийн хувьсгалын хамгийн чухал металл болжээ. 20-р зууны эхээр дэлхийн гангийн үйлдвэрлэл 28 байсансая тонн - энэ нь 1880 оныхоос зургаа дахин их юм. Дэлхийн 1-р дайны эхэн үед түүний үйлдвэрлэл 85 сая тонн байжээ. Хэдэн арван жилийн турш энэ нь төмрийг бараг сольсон.

Нүүрстөрөгчийн агууламж нь металлын шинж чанарт нөлөөлдөг. Ган хайлштай, хайлшгүй гэсэн хоёр үндсэн төрөл байдаг. Ган хайлш гэдэг нь төмрийг нэмсэн нүүрстөрөгчөөс бусад химийн элементүүдийг хэлдэг. Тиймээс 17% хром, 8% никель агуулсан хайлшийг зэвэрдэггүй ган үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Одоогоор 3000 гаруй каталогитой брэндүүд (химийн найрлага) байгаа бөгөөд хувь хүний хэрэгцээнд нийцүүлэн бүтээгдсэнийг тооцохгүй. Тэд бүгд ганг ирээдүйн сорилтод хамгийн тохиромжтой материал болгоход хувь нэмрээ оруулдаг.

Ган үйлдвэрлэлийн түүхий эд: анхдагч ба хоёрдогч

Энэ металлыг олон бүрэлдэхүүн хэсэг ашиглан хайлуулах нь олборлолтын хамгийн түгээмэл арга юм. Цэнэглэх материал нь үндсэн болон хоёрдогч байж болно. Төлбөрийн үндсэн найрлага нь дүрмээр бол 55% гахайн төмрийн, 45% үлдсэн төмрийн хаягдал юм. Төмрийн хайлш, хувиргасан цутгамал төмөр, худалдааны цэвэр металлыг хайлшийн үндсэн элемент болгон ашигладаг бөгөөд дүрмээр бол бүх төрлийн хар металлыг хоёрдогч гэж ангилдаг.

Төмрийн хүдэр нь төмөр, гангийн үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал, үндсэн түүхий эд юм. Нэг тонн ширэм үйлдвэрлэхэд 1.5 тонн орчим энэ материал шаардлагатай. Нэг тонн ширэм үйлдвэрлэхэд 450 орчим тонн кокс зарцуулдаг. Олон төмрийн үйлдвэрнүүрс хүртэл хэрэглэдэг.

Ус бол төмөр, гангийн үйлдвэрлэлийн чухал түүхий эд юм. Энэ нь голчлон кокс унтраах, домен зууханд хөргөх, нүүрсний зуухны хаалганы уур үйлдвэрлэх, гидравлик төхөөрөмжийн ашиглалт, хаягдал ус зайлуулах зэрэгт ашиглагддаг. Нэг тонн ган үйлдвэрлэхэд 4 тонн орчим агаар шаардлагатай. Флюсыг тэсэлгээний зууханд хайлуулах үйлдвэрийн хүдрээс бохирдуулагч бодисыг гаргаж авахад ашигладаг. Шохойн чулуу, доломит нь олборлосон хольцтой нийлж шаар үүсгэдэг.

Галд тэсвэртэй материалаар доторлогоотой тэсэлгээний болон ган зуухнууд. Эдгээр нь төмрийн хүдэр хайлуулах зориулалттай зуухны нүүрэнд ашиглагддаг. Цахиурын давхар исэл эсвэл элс нь хэвэнд ашиглагддаг. Өнгөт металлыг янз бүрийн зэрэглэлийн ган үйлдвэрлэхэд ашигладаг: хөнгөн цагаан, хром, кобальт, зэс, хар тугалга, манган, молибден, никель, цагаан тугалга, вольфрам, цайр, ванади гэх мэт Эдгээр бүх феррохайлшийн дунд манганыг ган хайлуулахад өргөн ашигладаг..

Үйлдвэрийн задалсан бүтэц, машин механизм, хуучин тээврийн хэрэгсэл гэх мэт төмрийн хаягдлыг дахин боловсруулж, үйлдвэрлэлд өргөнөөр ашигладаг.

Ганд зориулсан төмөр

Цутгамал төмрөөр ган хайлуулах нь бусад материалаас хамаагүй түгээмэл байдаг. Цутгамал төмөр гэдэг нь ихэвчлэн саарал төмрийг хэлдэг нэр томъёо боловч энэ нь ферро хайлшийн томоохон бүлэгт багтдаг. Нүүрстөрөгч нь жингийн 2.1-4%-ийг эзэлдэг бол цахиур нь хайлш дахь жингийн 1-3% байдаг.

Төмөр, ган хайлуулах нь температурт явагддагхайлах цэг нь 1150-аас 1200 градусын хооронд байгаа нь цэвэр төмрийн хайлах цэгээс 300 орчим градусаар бага байна. Цутгамал төмрийн урсац сайтай, боловсруулах чадвар сайтай, хэв гажилт, исэлдүүлэх, цутгахад тэсвэртэй.

Ган нь мөн хувьсах нүүрстөрөгчийн агууламжтай төмрийн хайлш юм. Гангийн нүүрстөрөгчийн агууламж 0.2-2.1 масс% байдаг бөгөөд энэ нь төмрийг хамгийн хэмнэлттэй хайлш хийдэг материал юм. Цутгамал төмрөөр ган хайлуулах нь янз бүрийн инженерийн болон бүтцийн зориулалтаар ашиг тустай.

Ганд зориулсан төмрийн хүдэр

Ган хийх үйл явц нь төмрийн хүдэр боловсруулахаас эхэлдэг. Төмрийн хүдэр агуулсан чулуулаг буталсан. Соронзон булны тусламжтайгаар хүдэр олборлодог. Нарийн ширхэгтэй төмрийн хүдрийг тэсэлгээний зууханд ашиглахын тулд том ширхэгтэй бөөгнөрөл болгон боловсруулдаг. Нүүрсийг коксын зууханд цэвэршүүлж бараг цэвэр нүүрстөрөгч үүсгэдэг. Дараа нь төмрийн хүдэр, нүүрсний хольцыг халааж хайлсан төмөр буюу ган төмрийг гаргаж авдаг.

Хүчилтөрөгчийн үндсэн зууханд хайлсан төмрийн хүдэр нь үндсэн түүхий эд бөгөөд төрөл бүрийн ган болон хайлштай холилдон төрөл бүрийн ган гаргаж авдаг. Цахилгаан нуман зууханд дахин боловсруулсан ган хаягдлыг шууд хайлуулж шинэ ган болгодог. Гангийн 12 орчим хувийг дахин боловсруулсан материалаар хийдэг.

Хайлуулах технологи

Хайлуулах гэдэг нь металыг элемент хэлбэрээр гаргаж авах үйл явц юм.эсвэл хүдрээс нь хайлах цэгээс дээш халааж энгийн нэгдэл хэлбэрээр, ихэвчлэн агаар зэрэг исэлдүүлэгч бодис эсвэл кокс гэх мэт ангижруулагч бодисууд байдаг.

Ган хийх технологид төмрийн исэл зэрэг хүчилтөрөгчтэй нийлсэн металыг өндөр температурт халааж, исэл нь нүүрстөрөгчийн дутуу исэл эсвэл нүүрстөрөгч хэлбэрээр ялгардаг түлшний нүүрстөрөгчтэй хослуулан үүсдэг. давхар исэл. Судал гэж нэрлэгдэх бусад хольцыг нийлж шаар үүсгэдэг урсгалыг нэмж арилгадаг.

Орчин үеийн ган үйлдвэрлэхэд цуурайт зуух ашигладаг. Баяжуулсан хүдэр, горхи (ихэвчлэн шохойн чулуу) дээд хэсэгт нь ачигддаг бол хайлсан царцсан (зэс, төмөр, хүхэр, шаарын нэгдэл) доороос татдаг. Төмрийг царцсан өнгөлгөөг арилгахын тулд хувиргагч зууханд хоёр дахь дулааны боловсруулалт хийх шаардлагатай.

Хүчилтөрөгч-конвекторын арга

BOF процесс нь дэлхийн тэргүүлэгч ган үйлдвэрлэлийн процесс юм. 2003 онд дэлхийн конвертерийн гангийн үйлдвэрлэл 964.8 сая тонн буюу нийт үйлдвэрлэлийн 63.3 хувийг эзэлж байна. Хөрвүүлэгчийн үйлдвэрлэл нь байгаль орчныг бохирдуулах эх үүсвэр юм. Үүний гол асуудал бол утаа, хаягдлыг бууруулах, хог хаягдлыг бууруулах явдал юм. Тэдний мөн чанар нь хоёрдогч эрчим хүч, материаллаг нөөцийг ашиглахад оршдог.

Эзотермик дулаан нь үлээлгэх үед исэлдэх урвалаар үүсгэгддэг.

Бидний ган хайлуулах үндсэн үйл явцхувьцаа:

• Домен зуухны хайлсан төмрийг (заримдаа халуун металл гэж нэрлэдэг) шанага гэж нэрлэгддэг галд тэсвэртэй доторлогоотой том саванд хийнэ.
• Шанаган дахь металыг гангийн үндсэн үйлдвэрлэл эсвэл урьдчилсан боловсруулалтын шатанд шууд илгээдэг.
• Өндөр цэвэршилттэй хүчилтөрөгчийг 700-1000 килопаскаль даралттай, усан хөргөлттэй ланцаар дамжуулан төмрийн ванны гадаргуу дээр дуунаас хурдан хурдтайгаар шахаж, ванны дээгүүр хэдхэн футын өндөрт байрлуулна.

Урьдчилсан боловсруулалтын шийдвэр нь халуун металлын чанар болон хүссэн эцсийн гангийн чанараас хамаарна. Салгаж засаж болох хамгийн анхны зөөврийн доод хөрвүүлэгч одоо ч ашиглагдаж байна. Үлээдэг жаднууд өөрчлөгдсөн. Үлээж байх үед ланц гацахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд урт нарийссан зэс үзүүртэй нүхтэй хүзүүвчийг ашигласан. Үзүүрийн үзүүрүүд шатсаны дараа CO_{2 руу үлээхэд үүссэн CO-г шатааж, нэмэлт дулааныг өгнө. Шаарыг арилгахын тулд сум, галд тэсвэртэй бөмбөг, шаар илрүүлэгчийг ашигладаг.}

Хүчилтөрөгч-конвекторын арга: давуу болон сул талууд

Тоосжилт, төмрийн ууршилт 3 дахин багасдаг тул хий цэвэршүүлэх төхөөрөмжийн өртөг шаарддаггүй. Төмрийн гарц буурсантай холбоотойгоор шингэн гангийн гарц 1.5 - 2.5% -иар нэмэгдэж байна. Давуу тал нь энэ аргын үлээлгэх эрч хүч нэмэгдэж байгаа нь өгдөгхөрвүүлэгчийн гүйцэтгэлийг 18% -иар нэмэгдүүлэх чадвар. Цэвэрлэх бүсийн температур бага байдаг тул гангийн чанар өндөр байдаг тул азот үүсэх нь бага байдаг.

Ган хайлуулах энэ аргын дутагдалтай тал нь түлшний шаталтын өндөр зарцуулалтаас болж хүчилтөрөгчийн хэрэглээний түвшин 7%-иар нэмэгддэг тул хэрэглээний эрэлт буурахад хүргэсэн. Дахин боловсруулсан металл дахь устөрөгчийн агууламж нэмэгдэж байгаа тул процесс дууссаны дараа хүчилтөрөгчөөр цэвэрлэхэд хэсэг хугацаа шаардагдана. Бүх аргуудын дотроос хүчилтөрөгч хувиргагч нь хамгийн их шаар үүсдэг бөгөөд шалтгаан нь тоног төхөөрөмжийн доторх исэлдэлтийн процессыг хянах боломжгүй байдаг.

Нээлттэй зуухны арга

20-р зууны ихэнх хугацаанд ил зуухны үйл явц нь дэлхийн бүх гангийн боловсруулалтын гол хэсэг байсан. Уильям Сименс 1860-аад онд металлургийн зууханд температурыг нэмэгдүүлэх арга хайж, зуухнаас үүссэн хаягдал дулааныг ашиглах хуучин саналыг дахин амилуулжээ. Тэрээр тоосгоныг өндөр температурт халааж, дараа нь зууханд агаар оруулахын тулд ижил замыг ашигласан. Урьдчилан халаасан агаар нь галын температурыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлсэн.

Байгалийн хий эсвэл атомжуулсан хүнд тосыг түлш болгон ашигладаг; агаар ба түлшийг шатаахын өмнө халаана. Зууханд төмрийн хүдэр, шохойн чулуу, доломит, флюс зэрэг шингэн ширэм, гангийн хаягдал ачигддаг.

Зуух нь өөрөө хийгдсэнмагнезит зуухны тоосго зэрэг галд тэсвэртэй материал. Ил задгай зуухнууд нь 600 тонн жинтэй бөгөөд ихэвчлэн бүлгээр суурилуулдаг тул зуухыг цэнэглэх, шингэн ган боловсруулахад шаардлагатай асар том туслах төхөөрөмжийг үр дүнтэй ашиглах боломжтой.

Хэдийгээр ихэнх аж үйлдвэржсэн орнуудад ил зуухны процессыг хүчилтөрөгчийн үндсэн процесс болон цахилгаан нуман зуухаар бараг бүрэн сольсон ч энэ нь дэлхий даяар үйлдвэрлэсэн бүх гангийн 1/6 орчим хувийг бүрдүүлдэг.

Энэ аргын давуу болон сул талууд

Давуу талууд нь материалд төрөл бүрийн тусгай шинж чанарыг өгдөг төрөл бүрийн нэмэлтүүд бүхий хайлш ган үйлдвэрлэхэд хялбар, хэрэглэхэд хялбар байдал орно. Шаардлагатай нэмэлт болон хайлшийг хайлуулах ажил дуусахаас өмнө шууд нэмнэ.

Сул тал нь хүчилтөрөгч хувиргах аргатай харьцуулахад үр ашиг багатай байдаг. Мөн гангийн чанар нь бусад металл хайлуулах аргуудтай харьцуулахад доогуур байдаг.

Цахилгаан ган хийх арга

Өөрийнхөө нөөцийг ашиглан ган хайлуулах орчин үеийн арга бол цэнэглэгдсэн материалыг цахилгаан нумаар халаах зуух юм. Аж үйлдвэрийн нуман зуухны хэмжээ нь нэг тонн орчим (төмрийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд цутгах үйлдвэрт ашиглагддаг) багтаамжтай жижиг нэгжээс хоёрдогч металлургийн салбарт ашигладаг 400 тонн хүртэл байдаг.

Нуман зуух,судалгааны лабораторид ашигладаг нь хэдхэн арван граммын багтаамжтай байж болно. Аж үйлдвэрийн цахилгаан нуман зуухны температур 1800 °C (3, 272 °F) хүртэл хүрч чаддаг бол лабораторийн суурилуулалт 3000 °C (5432 °F)-аас хэтрэх боломжтой.

Нуман зуух нь индукцийн зуухнаас ялгаатай нь цэнэглэгч материал нь цахилгаан нумын нөлөөнд шууд өртөж, терминал дахь гүйдэл цэнэглэгдсэн материалаар дамждаг. Цахилгаан нуман зуухыг ган үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд ихэвчлэн усан хөргөлттэй, том хэмжээтэй, эвхэгддэг дээвэрээр бүрхэгдсэн галд тэсвэртэй доторлогооноос бүрддэг.

Зуух нь үндсэндээ гурван хэсэгт хуваагдана:

• Хажуу хана болон доод ган аяганаас бүрдсэн бүрхүүл.
• Гол голомт нь доод аягыг гаргаж авдаг галд тэсвэртэй галд тэсвэртэй материалаас бүрдэнэ.
• Галд тэсвэртэй доторлогоотой эсвэл усан хөргөлттэй дээврийг бөмбөлөг хэлбэртэй эсвэл зүсэгдсэн конус (конус хэсэг) хэлбэрээр хийж болно.

Аргын давуу болон сул талууд

Энэ арга нь гангийн үйлдвэрлэлийн салбарт тэргүүлэх байр суурийг эзэлдэг. Ган хайлуулах аргыг хүхэр, фосфор, хүчилтөрөгч зэрэг хүсээгүй хольцоос бүрэн ангид эсвэл бага хэмжээгээр агуулсан өндөр чанартай металл бүтээхэд ашигладаг.

Аргын гол давуу тал нь цахилгаан эрчим хүчийг халаахад ашигладаг тул хайлах температурыг хялбархан хянаж, металыг халаах гайхалтай хурдтай болно. Автоматжуулсан ажил болнотөрөл бүрийн төмрийг өндөр чанартай боловсруулах сайхан боломжийн таатай нэмэлт.

Сул тал нь эрчим хүчний өндөр зарцуулалт орно.