چگونه سنگ آهن استخراج می شود و فولاد ذوب می شود. درباره آهن - به زبان ساده و در دسترس فناوری تولید آهن در دوران باستان

فناوری تولید آهن در دوران باستان

برای به دست آوردن آهن از سنگ معدن، ابتدا باید کریتسا را تهیه کنید. برای این کار ابتدا از سنگ آهن اکسید شده که بیشتر در نزدیکی سطح وجود دارد استفاده شد. پس از کشف خواص آن، این ذخایر به سرعت در نتیجه توسعه فشرده آنها تخلیه شد.

سنگ معدن مرداب بسیار گسترده تر است. آنها در دوره زیر آتلانتیک تشکیل شدند، زمانی که در طی فرآیند باتلاقی، سنگ آهن در کف مخازن ته نشین شد. در سراسر قرون وسطی، متالورژی آهنی از سنگ معدن باتلاق استفاده می کرد. حتی با آنها وظیفه پرداخت می کردند. تولید آهن از سنگ معدن در مقادیر نسبتاً زیاد پس از اختراع کوره پنیر امکان پذیر شد. این نام پس از اختراع انفجار هوای گرم در کوره های بلند ظاهر شد. در زمان‌های قدیم، متالورژیست‌ها هوای خام (سرد) را به داخل فورج می‌دادند. در دمای 900 درجه، با کمک دی اکسید کربن که اکسیژن را از اکسید آهن خارج می کند، آهن از سنگ معدن کاهش می یابد و یک خمیر یا قطعه بی شکل و متخلخل آغشته به سرباره به دست می آید - کریتسا. برای انجام این فرآیند، زغال چوب به عنوان منبع دی اکسید کربن مورد نیاز بود. سپس کریتسا به منظور حذف سرباره از آن جعل شد. روش پنیر سازی که گاهی ذوب آهن نامیده می شود، غیراقتصادی است، اما برای مدت طولانی تنها روش و بدون تغییر برای به دست آوردن فلز آهن باقی مانده است.

ابتدا آهن را در گودال‌های معمولی که در بالای آن بسته بودند ذوب می‌کردند و بعداً کوره‌های سفالی شروع به ساختن کردند. سنگ معدن خرد شده و زغال سنگ به صورت لایه ای در فضای کار فورج بارگیری می شد ، همه اینها آتش زده می شد و هوا با فشارهای مخصوص (چرمی) از سوراخ های نازل عبور می کرد. سنگ در دمای 1300-1400 درجه به سرباره ته نشین می شود که در آن فولاد به دست می آید - آهن حاوی 0.3 تا 1.2٪. کربن. با سرد شدن خیلی سخت میشه. برای به دست آوردن چدن - آهن قابل ذوب با محتوای کربن 1.5-5٪ - به طراحی پیچیده تر آهنگری با فضای کاری بزرگ نیاز دارید. در این حالت نقطه ذوب آهن کمتر بود و تا حدودی همراه با سرباره از کوره خارج می شد. وقتی خنک شد، شکننده شد و ابتدا دور انداخته شد، اما بعد یاد گرفتند که از آن استفاده کنند. برای ساخت آهن چکش خوار از چدن، باید کربن را از آن جدا کنید.

فناوری برای ایجاد آلیاژهای آهن

اولین وسیله برای به دست آوردن آهن از سنگ معدن، کوره پنیر یکبار مصرف بود. با تعداد زیادی از معایب، برای مدت طولانی این تنها راه برای به دست آوردن فلز از سنگ معدن بود.

مردم باستان برای مدت طولانی ثروتمند و شاد زندگی می کردند - تبرهای سنگی از جاسپر ساخته می شد و مالاکیت برای بدست آوردن مس سوزانده می شد، اما همه چیزهای خوب به پایان می رسد. یکی از دلایل فروپاشی تمدن باستانی مدیترانه، کاهش منابع معدنی بود. طلا نه در خزانه، بلکه در اعماق تمام شد؛ قلع حتی در «جزایر قلع» تمام شد. اگرچه مس هنوز در سینا و قبرس استخراج می شود، اما ذخایری که اکنون در حال توسعه هستند در دسترس رومی ها نبود. از جمله اینکه سنگ معدن مناسب برای فرآوری پنیر نیز تمام شده است. هنوز سرب زیادی وجود داشت.

با این حال، قبایل بربری ساکن اروپا که بی صاحب شده بودند، مدتها نمی دانستند که منابع معدنی آن توسط پیشینیانشان تمام شده است. با توجه به کاهش شدید تولید فلز، منابعی که رومیان از آن بیزار بودند برای مدت طولانی کافی بود. بعدها، متالورژی عمدتاً در آلمان و جمهوری چک شروع به احیاء کرد - یعنی جایی که رومی ها با کلنگ و چرخ دستی به آنجا نرسیدند.

مرحله بالاتر در توسعه متالورژی آهنی توسط کوره های بلند دائمی به نام کوره های گچ بری در اروپا نشان داده شد. این واقعاً یک اجاق گاز بلند بود - با یک لوله چهار متری برای افزایش کشش. دم‌های دستگاه گچ‌بری از قبل توسط چند نفر و گاهی موتور آب تاب می‌خورد. استوکوفن درهایی داشت که کریتسا را یک بار در روز از آن خارج می کردند.

استوکوفن ها در آغاز هزاره اول قبل از میلاد در هند اختراع شدند. در آغاز عصر ما، آنها به چین آمدند و در قرن هفتم، همراه با اعداد "عربی"، اعراب این فناوری را از هند به عاریت گرفتند. در پایان قرن سیزدهم، Stuktofens در آلمان و جمهوری چک ظاهر شد (و حتی قبل از آن در جنوب اسپانیا بودند) و در طول قرن بعد در سراسر اروپا گسترش یافتند.

بهره وری استوکوفن به طور غیرقابل مقایسه ای بالاتر از کوره دمنده پنیر بود - تا 250 کیلوگرم آهن در روز تولید می کرد و دمای ذوب در آن برای کربوه شدن بخشی از آهن به حالت چدن کافی بود. با این حال، هنگامی که کوره متوقف شد، چدن گچ در کف آن یخ زد و با سرباره مخلوط شد، و در آن زمان فقط می توانستند فلز را با آهنگری از سرباره تمیز کنند، اما چدن به این امر کمکی نمی کرد. او را باید دور انداخت.

با این حال، گاهی اوقات سعی می‌کردند از چدن گچ استفاده کنند. به عنوان مثال، هندوهای باستان تابوت ها را از چدن کثیف می ریختند و ترک ها در آغاز قرن نوزدهم گلوله های توپ می ریختند. قضاوت در مورد تابوت‌ها سخت است، اما گلوله‌های توپی که از آن بیرون آمدند، خیلی خوب بودند.

گلوله های توپ برای توپ از سرباره آهنی در اروپا در پایان قرن شانزدهم ریخته شد. جاده ها از سنگفرش ریخته گری ساخته شده بودند. در نیژنی تاگیل، ساختمان هایی با پایه های ساخته شده از بلوک های سرباره ریخته گری هنوز حفظ می شوند.

متالورژی ها مدت هاست متوجه ارتباط بین دمای ذوب و بازده محصول شده اند - هر چه بیشتر باشد، بخش بزرگتری از آهن موجود در سنگ معدن قابل بازیافت است. بنابراین دیر یا زود این ایده به ذهنشان خطور کرد که با گرم کردن هوا و افزایش ارتفاع لوله سرعت استوکوفن را افزایش دهند. در اواسط قرن پانزدهم، نوع جدیدی از کوره در اروپا ظاهر شد - blauofen، که بلافاصله باعث شگفتی ناخوشایند فولادسازان شد.

دمای ذوب بالاتر در واقع به طور قابل توجهی باعث افزایش بازده آهن از سنگ معدن شد، اما نسبت آهنی که به حالت چدن کربوره شده بود را نیز افزایش داد. در حال حاضر، نه 10٪، مانند دستگاه گچ بری، بلکه 30٪ از خروجی چدن بود - "آهن خوک"، برای هیچ هدفی مناسب نیست. در نتیجه، دستاوردها اغلب برای نوسازی هزینه ای نداشتند.

چدن Blauofen، مانند چدن گچ بری، در انتهای کوره جامد می شود و با سرباره مخلوط می شود. معلوم شد تا حدودی بهتر است ، زیرا مقدار بیشتری از آن وجود داشت ، بنابراین محتوای نسبی سرباره کمتر بود ، اما همچنان برای ریخته گری نامناسب باقی می ماند. چدن به دست آمده از blauofen بسیار قوی بود، اما همچنان بسیار ناهمگن باقی ماند - فقط اشیاء ساده و خشن از آن بیرون آمد - پتک، سندان. قبلاً تعداد زیادی گلوله توپ بیرون آمده بود.

علاوه بر این، اگر در کوره های دمنده پنیر فقط آهن بدست می آمد که سپس کربوره می شد، در استوکوفن و بلوفن لایه های بیرونی کریتسا از فولاد ساخته شده بود. در کریت های بلوفن حتی بیشتر از آهن وجود داشت. از یک طرف، این خوب به نظر می رسید، اما معلوم شد که جدا کردن فولاد و آهن بسیار دشوار است. کنترل محتوای کربن سخت شده بود. فقط آهنگری طولانی می تواند به یکنواختی توزیع آن دست یابد.

زمانی هندی ها در مواجهه با این مشکلات جلوتر از این حرکت نکردند، بلکه شروع به اصلاح فناوری کردند و به تولید فولاد داماسک رسیدند. اما هندی ها در آن زمان به کمیت علاقه نداشتند، بلکه به کیفیت محصول علاقه داشتند. اروپایی ها با آزمایش چدن، به زودی فرآیند تبدیلی را کشف کردند که متالورژی آهن را به سطح کیفی جدیدی ارتقا داد.

مرحله بعدی در توسعه متالورژی ظهور کوره های بلند بود. با افزایش اندازه، پیش گرم کردن هوا و انفجار مکانیکی، در چنین کوره ای تمام آهن سنگ معدن به چدن تبدیل می شد که ذوب می شد و به طور دوره ای در خارج آزاد می شد. تولید مداوم شد - کوره شبانه روزی کار می کرد و خنک نمی شد. روزانه تا یک و نیم تن چدن تولید می کرد. تقطیر چدن به آهن در فورج بسیار ساده تر از کوبیدن آن از کریتسا بود، اگرچه آهنگری هنوز مورد نیاز بود - اما اکنون سرباره را از آهن می زدند، نه آهن را از سرباره.

کوره های بلند برای اولین بار در اواخر قرن 15-16 در اروپا استفاده شد. در خاورمیانه و هند، این فناوری تنها در قرن 19 ظاهر شد (تا حد زیادی، احتمالاً به دلیل استفاده نشدن از موتور آب به دلیل کمبود آب مشخص در خاورمیانه). وجود کوره های بلند در اروپا به آن اجازه داد تا در قرن شانزدهم، اگر نه از نظر کیفیت فلز، در شفت، از ترکیه پیشی بگیرد. این تأثیر بدون شک بر نتیجه مبارزه داشت، به ویژه هنگامی که معلوم شد که می توان توپ ها را از چدن ریخت.

از آغاز قرن هفدهم، سوئد تبدیل به آهنگری اروپایی شد و نیمی از آهن اروپا را تولید کرد. در اواسط قرن 18، نقش آن در این زمینه به دلیل اختراع دیگری - استفاده از زغال سنگ در متالورژی - به سرعت کاهش یافت.

اول از همه، باید گفت که تا قرن 18، زغال سنگ عملاً در متالورژی استفاده نمی شد - به دلیل محتوای بالای ناخالصی های مضر برای کیفیت محصول، در درجه اول گوگرد. از قرن هفدهم در انگلستان، زغال سنگ در کوره های پادینگ برای بازپخت چدن شروع به استفاده کرد، اما این امر باعث شد تا صرفه جویی اندکی در زغال سنگ حاصل شود - بیشتر سوخت صرف ذوب می شد، جایی که غیرممکن بود تماس با آن را حذف کرد. زغال سنگ با سنگ معدن

در میان بسیاری از مشاغل متالورژی در آن زمان، شاید سخت ترین حرفه، شغل پودلر باشد. تقریباً در تمام قرن نوزدهم پودینگ روش اصلی به دست آوردن آهن بود. این یک پروسه بسیار سخت و زمان بر بود. کار زیر دست او اینگونه پیش می رفت: آهن خوک را در ته کوره آتش بار می کردند. آنها ذوب شدند. با سوختن کربن و سایر ناخالصی‌ها از فلز، دمای ذوب فلز افزایش یافت و کریستال‌های آهن نسبتاً خالص شروع به یخ زدن از مذاب مایع کردند. توده ای از توده چسبناک خمیر مانند که در انتهای فر جمع شده است. کارگران پادلینگ عملیات غلتاندن خمیر را با استفاده از ضایعات آهن آغاز کردند. آنها با مخلوط کردن توده فلز با یک میله، سعی کردند یک توده یا کریتسا آهن را در اطراف میله جمع کنند. چنین توده ای تا 50 - 80 کیلوگرم یا بیشتر وزن داشت. کریتسا از کوره بیرون کشیده شد و مستقیماً در زیر چکش قرار گرفت - برای آهنگری به منظور حذف ذرات سرباره و فشرده سازی فلز.

آنها در سال 1735 در انگلستان یاد گرفتند که گوگرد را با کک کردن حذف کنند و پس از آن استفاده از ذخایر بزرگ زغال سنگ برای ذوب آهن ممکن شد. اما در خارج از انگلستان، این فناوری تنها در قرن 19 گسترش یافت.

مصرف سوخت در متالورژی حتی در آن زمان بسیار زیاد بود - کوره بلند یک بار زغال سنگ را در ساعت می بلعید. زغال سنگ به یک منبع استراتژیک تبدیل شده است. این فراوانی چوب در خود سوئد و فنلاند آن بود که به سوئدی‌ها اجازه داد تا تولید را در چنین مقیاسی توسعه دهند. انگلیسی‌ها که جنگل‌های کمتری داشتند (و حتی آن‌هایی که برای نیازهای ناوگان در نظر گرفته شده بودند)، تا زمانی که استفاده از زغال سنگ را یاد بگیرند مجبور به خرید آهن در سوئد شدند.

روش های الکتریکی و القایی ذوب آهن

تنوع ترکیبات فولادی ذوب آنها را بسیار دشوار می کند. از این گذشته ، در یک کوره و مبدل اتمسفر در حال اکسید شدن است و عناصری مانند کروم به راحتی اکسید می شوند و به سرباره تبدیل می شوند. گم شده اند. این بدان معناست که برای به دست آوردن فولاد با محتوای کروم 18 درصد باید کروم بسیار بیشتری نسبت به 180 کیلوگرم در هر تن فولاد وارد کوره شود. و کروم یک فلز گران قیمت است. چگونه راهی برای خروج از این وضعیت پیدا کنیم؟

راه حلی در آغاز قرن بیستم پیدا شد. پیشنهاد شد از گرمای قوس الکتریکی برای ذوب فلز استفاده شود. ضایعات فلزی در یک کوره دایره ای بارگذاری می شد، چدن در آن ریخته می شد و الکترودهای کربن یا گرافیت پایین می آمدند. یک قوس الکتریکی با دمای حدود 4000 درجه سانتیگراد بین آنها و فلز در کوره ("حمام") بوجود آمد. فلز به راحتی و به سرعت ذوب شد. و در چنین کوره الکتریکی بسته می توانید هر فضایی را ایجاد کنید - اکسید کننده، کاهش دهنده یا کاملاً خنثی. به عبارت دیگر می توان از سوختن عناصر ارزشمند جلوگیری کرد. به این ترتیب متالورژی فولادهای مرغوب ایجاد شد.

بعداً روش دیگری برای ذوب الکتریکی پیشنهاد شد - القایی. از علم فیزیک مشخص است که اگر هادی فلزی در سیم پیچی قرار گیرد که جریانی با فرکانس بالا از آن عبور کند، جریانی به آن القا می شود و هادی گرم می شود. این حرارت برای ذوب شدن فلز در مدت زمان معین کافی است. یک کوره القایی از یک بوته با یک مارپیچ تعبیه شده در آستر آن تشکیل شده است. جریانی با فرکانس بالا از مارپیچ عبور می کند و فلز موجود در بوته ذوب می شود. در چنین اجاق گاز شما همچنین می توانید هر فضایی را ایجاد کنید.

در کوره های قوس الکتریکی معمولاً فرآیند ذوب در چند مرحله انجام می شود. ابتدا ناخالصی های غیر ضروری از فلز سوزانده می شوند و آنها را اکسید می کنند (دوره اکسیداسیون). سپس سرباره حاوی اکسیدهای این عناصر از کوره خارج می شود (دانلود می شود) و فروآلیاژها - آلیاژهای آهن با عناصری که باید وارد فلز شوند - بارگیری می شوند. کوره بسته است و ذوب بدون دسترسی هوا ادامه می یابد (دوره بازیابی). در نتیجه، فولاد با عناصر مورد نیاز در یک مقدار مشخص اشباع می شود. فلز تمام شده در یک ملاقه رها شده و ریخته می شود.

واکنش های شیمیایی در تولید آهن

در صنعت مدرن، آهن از سنگ آهن، عمدتاً از هماتیت (Fe 2 O 3 ) و مگنتیت ( Fe 3 O 4 ) به دست می آید.

روش های مختلفی برای استخراج آهن از سنگ معدن وجود دارد. رایج ترین فرآیند دامنه است.

مرحله اول تولید، احیای آهن با کربن در کوره بلند در دمای 2000 درجه سانتی گراد است. در کوره بلند، کربن به شکل کک، سنگ آهن به شکل آگلومره یا گلوله و شار (مانند سنگ آهک) از بالا تغذیه می شود و با جریان هوای گرم اجباری از پایین برخورد می کند.

در کوره، کربن موجود در کک توسط اکسیژن اتمسفر به مونوکسید کربن (مونوکسید کربن) اکسید می شود:

2C + O 2 → 2CO.

به نوبه خود، مونوکسید کربن آهن را از سنگ معدن کاهش می دهد:

3CO + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3CO 2.

فلاکس برای استخراج ناخالصی های ناخواسته از سنگ معدن، در درجه اول سیلیکات هایی مانند کوارتز (دی اکسید سیلیکون) اضافه می شود. یک فلاکس معمولی حاوی سنگ آهک (کربنات کلسیم) و دولومیت (کربنات منیزیم) است. فلاکس های دیگر در برابر سایر ناخالصی ها استفاده می شود.

اثر شار: کربنات کلسیم تحت تأثیر حرارت به اکسید کلسیم (آهک سریع) تجزیه می شود:

CaCO 3 → CaO + CO 2 .

اکسید کلسیم با دی اکسید سیلیکون ترکیب می شود و سرباره تشکیل می دهد:

CaO + SiO 2 → CaSiO 3.

سرباره برخلاف دی اکسید سیلیکون در کوره ذوب می شود. سرباره، سبک تر از آهن، روی سطح شناور است و می تواند به طور جداگانه از فلز تخلیه شود. سپس سرباره در ساخت و ساز و کشاورزی استفاده می شود. آهن مذاب تولید شده در کوره بلند حاوی مقدار زیادی کربن (چدن) است. به جز در مواردی که چدن مستقیماً استفاده می شود، نیاز به پردازش بیشتری دارد.

کربن اضافی و سایر ناخالصی ها (گوگرد، فسفر) با اکسیداسیون در کوره ها یا مبدل های باز از چدن حذف می شود. کوره های الکتریکی نیز برای ذوب فولادهای آلیاژی استفاده می شود.

علاوه بر فرآیند کوره بلند، فرآیند تولید مستقیم آهن رایج است. در این مورد، سنگ معدن پیش خرد شده با خاک رس مخصوص مخلوط می شود و گلوله هایی را تشکیل می دهد. گلوله ها پخته شده و در یک کوره شفت با محصولات تبدیل متان داغ حاوی هیدروژن پردازش می شوند. هیدروژن به راحتی آهن را کاهش می دهد بدون اینکه آهن را با ناخالصی هایی مانند گوگرد و فسفر - ناخالصی های رایج در زغال سنگ آلوده کند. آهن به صورت جامد به دست می آید و متعاقباً در کوره های الکتریکی ذوب می شود.

آهن خالص شیمیایی از الکترولیز محلول نمک های آن بدست می آید.

فرآیند به دست آوردن آهن با مرحله ذوب آهن خام شروع می شود که حاوی مقدار قابل توجهی کربن است (که از کک یا زغال سنگی که برای ذوب سنگ استفاده می شود وارد آهن خوک می شود). چدن بسیار سخت است، اما شکننده است. کربن را می توان به طور کامل از چدن جدا کرد. آهن فرفورژه به دست آمده یک ماده چکش خوار اما نسبتاً نرم است. مقدار معینی کربن دوباره به آن وارد می شود و نتیجه آن فولادی است که دارای چقرمگی کافی و در عین حال سختی کافی است.

مقدار برق مورد نیاز برای ذوب 1 تن چدن در یک کوره الکتریکی را محاسبه کنید، اگر فرض کنیم الف) واکنش کاهش آهن در کوره مطابق نمودار زیر انجام شود:

تمام فرآیندهای متالورژی را می توان به اولیه و ثانویه تقسیم کرد. فرآیندهای اولیه به معنای استخراج فلز از مواد اولیه طبیعی یا مصنوعی مختلف (فرایند کوره بلند، استخراج مستقیم آهن، ذوب آهن

در تمام فرآیندهای ذوب، فولاد مایع حاوی مقدار کمی اکسیژن محلول (تا 0.1٪) است. در طول تبلور فولاد، اکسیژن با کربن محلول واکنش داده و مونوکسید کربن (C) را تشکیل می دهد. این گاز (و همچنین برخی دیگر از گازهای حل شده در فولاد مایع) به صورت حباب از فولاد خارج می شود. علاوه بر این، اکسیدهای آهن و ناخالصی های فلزی در امتداد مرزهای دانه فولاد آزاد می شوند. همه اینها منجر به بدتر شدن خواص مکانیکی فولاد می شود.

منگنز به شکل فرومنگنز استخراج می شود که حاوی 85-88٪ منگنز، تا 7٪ کربن، بقیه آهن است. فرومنگنز از مخلوط منگنز و سنگ آهن با استفاده از زغال سنگ به عنوان عامل احیا کننده ذوب می شود. معادله واکنش برای کاهش MnOz

در طی اکسیداسیون کربن و ناخالصی ها، بخشی از آهن فلزی به اکسید FeO (ضایعات فلزی) اکسید می شود. برای کاهش تلفات فلز، آن را احیا می کنند، یعنی به آهن تبدیل می شود. مطابق با این، در فرآیند ذوب فولاد، دو دوره متوالی - اکسیداتیو و کاهشی متمایز می شود که می تواند با نمودار نشان داده شود.

ب- دوره بازیابی ذوب در طول ذوب فولاد مبدل اکسیژن از نظر مکانی از دوره اکسیداسیون جدا می شود و پس از رها شدن فولاد از مبدل در ملاقه رخ می دهد. همزمان با کاهش اکسید آهن FeO در کاهش

فرآیند فن آوری فرآوری سنگ آهن، زغال سنگ، سنگ آهک و سوخت های هیدروکربنی به محصول نهایی را می توان به 3-4 مرحله اصلی تقسیم کرد که به طور جداگانه برای به دست آوردن یک محصول خاص انجام می شود که در مرحله بعد به یک نوع جدید تبدیل می شود. از محصول مراحل مختلف فرآیند می تواند در یک کارخانه فرآیند انجام شود. این نه تنها باعث صرفه جویی در هزینه های انرژی و حمل و نقل می شود، بلکه فرآیند فناوری را نیز ساده می کند. مراحل فنی اصلی در تولید چدن و فولاد به شرح زیر است: تهیه مواد اولیه (کک کردن زغال سنگ، برشته کردن سنگ آهک، تولید زینتر سنگ آهن و گلوله) تولید چدن (ذوب انفجاری، تولید چدن اسفنجی). از طریق احیای مستقیم آهن) فولاد (در کوره های قوس باز و قوس الکتریکی، بسمر و مبدل های پایه اکسیژن) محصولات نورد شده (ریخته گری مداوم بیلت، نورد فولاد بلند، تولید لوله، آهنگری).

اولین فلزات مورد استفاده احتمالاً طلا و نقره بودند، زیرا می‌توانستند در طبیعت در حالت آزاد یافت شوند. آنها عمدتا در محصولات تزئینی استفاده می شدند. استفاده از مس حدود 8000 سال قبل از میلاد برای ساخت ابزار، سلاح، ظروف آشپزخانه و جواهرات آغاز شد. در حدود 3800 سال قبل از میلاد، برنز - آلیاژی از مس و قلع - اختراع شد. در نتیجه، بشریت از عصر حجر به عصر برنز رفت. سپس راهی برای ذوب آهن پیدا شد و عصر آهن آغاز شد. همانطور که مردم تجربیات شیمیایی خود را جمع آوری کردند، طیف مواد مفیدی که انسان آموخته بود با فرآوری طیف گسترده ای از سنگ معدن به دست آورد، گسترش یافت.

روش‌های پیرومتالورژیکی ذوب مس برای فرآوری سنگ‌های با عیار پایین که نمی‌توانند غنی‌سازی شوند، توصیه نمی‌شود. این دسته شامل سنگ‌های معدنی اکسید شده، چه با عیار پایین و چه با عیار بالاتر، و همچنین زباله‌های سنگ‌های سولفیدی کم عیار و باطله‌های حاصل از فرآوری می‌شود. برای این ماده خام، از روش هایی برای شستشوی مس از سنگ معدن و استخراج آن از محلول ها از طریق رسوب آهن یا الکترولیز با آندهای نامحلول استفاده می شود.

رایج ترین سنگ معدنی که کروم از آن به دست می آید سنگ آهن کروم PeCgaO است. مقدار (درصد) ناخالصی سنگ معدن را در صورتی که معلوم شود از 1 تن آن در هنگام ذوب 240 کیلوگرم فروکروم (آلیاژ آهن و کروم) حاوی 65 درصد کروم به دست آمده است محاسبه کنید.

محتوای نسبی وزنی آهن در این سنگ معدن چقدر است (بر حسب درصد) چه مقدار کربن برای ذوب آهن مورد نیاز است.

استفاده پیچیده از سنگ معدن سولفید چند فلزی باعث تولید انواع فلزات غیر آهنی، اسید سولفوریک و اکسید آهن برای ذوب چدن می شود. نمونه هایی از استفاده یکپارچه از مواد طبیعی، که مخلوطی از مواد آلی هستند، عبارتند از کک کردن زغال سنگ همراه با تولید شیمیایی، فرآوری نفت، شیل، ذغال سنگ نارس و چوب. از هر نوع سوخت صدها محصول به دست می آید. پیش از این، هنگام کک کردن زغال سنگ، تنها محصول این فرآیند کک بود، گاز در کوره ها سوزانده می شد و قطران دور ریخته می شد. در حال حاضر، هیدروکربن های بنزن، آمونیاک، سولفید هیدروژن و سایر مواد ارزشمند از گاز کوره کک جدا می شوند.

ذوب شیشه. شیشه می تواند شفاف یا شفاف، بی رنگ یا رنگی باشد. این محصول از ذوب مجدد در دمای بالا مخلوطی از سیلیکون (کوارتز یا ماسه)، سودا و سنگ آهک است. برای به دست آوردن خواص نوری خاص یا غیرمعمول و سایر خواص فیزیکی، از مواد دیگر (آلومینیوم، پتاس، بورات سدیم، سیلیکات سرب یا کربنات باریم) به عنوان افزودنی به مذاب یا به عنوان جایگزینی برای بخشی از سودا و سنگ آهک در بار استفاده می شود. مذاب های رنگی در نتیجه افزودن اکسیدهای آهن یا کروم (زرد یا سبز)، سولفید کادمیوم (نارنجی)، اکسید کبالت (آبی)، منگنز (بنفش) و نیکل (بنفش) تشکیل می شوند. دمایی که این مواد باید در آن حرارت داده شوند بیش از 1500 درجه سانتیگراد است. شیشه نقطه ذوب خاصی ندارد و در دمای 1350-1600 درجه سانتیگراد به حالت مایع نرم می شود. مصرف انرژی حتی در کوره های با طراحی خوب تقریباً 4187 کیلوژول بر کیلوگرم شیشه تولید می شود. دمای شعله مورد نیاز (1800-1950 درجه سانتیگراد) با سوزاندن گاز مخلوط شده با هوا، گرم شده تا 1000 درجه سانتیگراد در یک مبدل حرارتی احیاکننده، که از آجرهای نسوز ساخته شده و توسط مواد زائد احتراق گرم می شود، به دست می آید. گاز از طریق دیواره های جانبی سر بالایی احتراق که محفظه اصلی احتراق است به جریان هوای گرم دمیده می شود و محصولات احتراق با دادن گرما به مذاب شیشه از کوره خارج می شوند و به احتراق می روند. روبرو واقع شده است. هنگامی که دمای هوای گرمایشی که به احتراق عرضه می شود به طور قابل توجهی کاهش می یابد، جریان هوا و محصولات احتراق معکوس می شود و گاز شروع به جریان در جریان هوای گرم شده در احیاء کننده واقع در مقابل می کند.

الکترودهای کرونا در رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک عمودی، سیم گرد نازک، سیم با میخ‌های کوچک یا سیم با مقطع مربع یا ستاره‌ای هستند. از آنجایی که الکترودهای تاج معمولاً بیش از 6 متر طول دارند، سیم گرد، در حالی که به اندازه کافی نازک است تا یک تاج پایدار ایجاد کند، ممکن است به اندازه کافی قوی نباشد، به خصوص که در هنگام تکان دادن در معرض لرزش است. در این راستا از سیم گیج بزرگتر با سطح مقطع مربع یا ستاره با لبه های تیز استفاده می شود که تشکیل تاج پایدار را تضمین می کند. در برخی از رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک، الکترودهای سیم خاردار ترجیح داده می‌شوند و اخیراً از آنها برای رسوب مه اکسید آهن در ذوب فولاد اکسیژن استفاده می‌شود.

اصل استفاده از ضایعات صنعتی (استفاده یکپارچه از مواد اولیه، فناوری بدون زباله). تبدیل ضایعات به محصولات جانبی تولید امکان استفاده بهتر از مواد اولیه را فراهم می کند که به نوبه خود باعث کاهش هزینه تولید و جلوگیری از آلودگی محیط زیست می شود. به عنوان مثال، فرآوری پیچیده سنگ معدن سولفید چند فلزی، فلزات غیر آهنی، گوگرد، اسید سولفوریک و اکسید آهن (III) برای ذوب چدن تولید می کند. استفاده یکپارچه از مواد خام به عنوان پایه ای برای ترکیب شرکت ها عمل می کند. در همان زمان، صنایع جدیدی به وجود می آیند که ضایعات را از شرکت اصلی پردازش می کنند، که اثر اقتصادی بالایی دارد و عنصر مهم شیمیایی شدن اقتصاد ملی است.

فلزات را می توان مستقیماً با احیای الکترولیتی یا شیمیایی از سنگ معدن آنها استخراج کرد. کاهش الکترولیتی، که قبلا در بخش بحث شده است. 19.6، در مقیاس صنعتی برای به دست آوردن فعال ترین فلزات سدیم، منیزیم و آلومینیوم استفاده می شود. فلزات کمتر واکنش پذیر - مس، آهن و روی - در مقیاس صنعتی به وسیله احیای شیمیایی تولید می شوند و بیشتر فلزات کمتر واکنش پذیر از احیای مذاب در دمای بالا به دست می آیند. بنابراین به چنین فرآیندهایی ذوب می گویند.

دی اکسید کربن از احیای اکسید آهن [معادل (22.20)] و همچنین با تجزیه سنگ آهک تولید می شود. اما سنگ آهک نه تنها نقش تامین کننده دی اکسید کربن را در ذوب آهن بازی می کند. به طور معمول، سنگ معدن بازیافت شده حاوی

هنگام ذوب آهن، سرباره روی سطح فلز مذاب شناور می شود و از آن در برابر اکسیداسیون توسط هوای ورودی محافظت می کند. آهن و سرباره حاصل به صورت دوره ای از کوره خارج می شود. آهنی که در کوره بلند تولید می شود، چدن نامیده می شود و حاوی حداکثر 5 درصد کربن و تا 2 درصد سایر ناخالصی ها - سیلیکون، فسفر و گوگرد است.

هنگامی که چدن در کوره بلند ذوب می شود، فرآیندهای شیمیایی مختلفی رخ می دهد، به ویژه احیای اکسید آهن (III) توسط اکسید کربن (II) که می تواند با معادله Fe203 + 3C0 = Fe-(-3C02) بیان شود.

واکنش های شیمیایی در حین ذوب آهن و فولاد عمدتاً در محلول ها رخ می دهد. آهن مایع و فولاد محلول های عناصر مختلف در آهن هستند. در کوره های بلند و کوره های ذوب فولاد، آنها با سرباره مایع - محلولی از اکسیدها در تعامل هستند.

سلنیوم و تلوریم در مواد معدنی کمیاب مانند Cl33e، Pb5e، A25e، Cu2Te، PbTe، A2Te و AuTe و همچنین به صورت ناخالصی در سنگ معدن سولفید مس، آهن، نیکل و سرب یافت می شوند. از دیدگاه صنعتی، سنگ معدن مس منابع مهم استخراج این عناصر است. در طی فرآیند پخت ذوب فلز مس، بیشتر سلنیوم و تلوریم در مس باقی می ماند. در طی تصفیه الکترولیتی مس، شرح داده شده در بخش. 19.6، ناخالصی هایی مانند سلنیوم و تلوریم به همراه فلزات گرانبها طلا و نقره در لجن به اصطلاح آند تجمع می یابند. هنگامی که لجن آند با اسید سولفوریک غلیظ در دمای تقریباً 400 درجه سانتیگراد تصفیه می شود، سلنیوم به دی اکسید سلنیوم اکسید می شود که از مخلوط واکنش تصعید می شود.

در برخی موارد (به عنوان مثال، هنگام ذوب فولاد ترانسفورماتور) لازم است که غلظت کربن بسیار پایین 0.002-0.003٪ بدست آید. از معادله بالا مشخص می شود که برای این منظور کاهش pco ضروری است.استفاده از کوره های خلاء در متالورژی مدرن امکان ذوب آهن و فولاد با حداقل محتوای کربن را فراهم می کند.

هنگام ذوب آهن از سنگ آهن مغناطیسی، یکی از واکنش هایی که در یک کوره بلند رخ می دهد با معادله Res04 + CO = 3ReO + Oj با استفاده از داده های جدول بیان می شود. 5 برنامه، تعیین اثر حرارتی واکنش. در صورت افزایش دما، تعادل این واکنش به چه سمتی تغییر می کند؟

سنگ آهن مغناطیسی اکسید آهن سنگ آهن 50-70 درصد، عمدتاً از اکسید آهن (11، ill) RbzO، ماده خام برای تولید چدن، افزودنی در تولید فولاد (ذوب) تشکیل شده است.

U-88. از 1 تن سنگ آهن کروم Fe(CrO2)a در طی ذوب 240 کیلوگرم آلیاژ آهن و کروم - فروکروم حاوی 65 درصد کروم تشکیل شد. درصد ناخالصی سنگ معدن را محاسبه کنید.

هنگام ذوب فولادهای با کروم بالا از نوع X18N10T، گوش ماهی عجیب و غریب با محتوای افزایش یافته AlA TiO (تا 33٪)، اکسیدهای آهن (تا 57٪) و اکسیدهای کروم (تا 33٪) روی کار تشکیل می شود. سطح پوشش نسوز، که منجر به افزایش طول عمر پوشش می شود.

در نتیجه، دو لایه مایع در کوره تشکیل می شود - سرباره سبک تر در بالا، و مذاب متشکل از FeS و U2S (مات) در زیر. سرباره تخلیه می شود و مایع مات در یک مبدل ریخته می شود که به آن شار اضافه می شود و هوا به داخل دمیده می شود. مبدل برای ذوب مس شبیه به مبدلی است که برای تولید فولاد استفاده می شود، فقط هوا از جانبی به آن وارد می شود (زمانی که هوا از پایین تامین می شود، مس به شدت سرد و سخت می شود). مس مذاب در مبدل تشکیل می شود، سولفید آهن به اکسید تبدیل می شود که به سرباره تبدیل می شود.

محتوای گوگرد نهایی در کک کلسینه شده از قطران روغن آرلان مانند کک باقیمانده ترک خورده روغن رومشکین است، یعنی کمتر از 1٪. شاخص های باقی مانده اساساً یکسان هستند، به استثنای محتوای وانادیوم (1.5 برابر بیشتر برای کک آرلان)، آهن و سایر فلزات. افزایش محتوای وانادیوم در کک گوگرد زدایی شده با محتوای بالای آن در روغن آرلان توضیح داده می شود. به همین دلیل، چنین کک را نمی توان در صنعت آلومینیوم استفاده کرد. هنگام ذوب آلومینیوم، وانادیوم مانند سایر فلزات از کک تولید می شود

اثر منگنز بر ترک خوردگی سولفیدی فولادها را شرح می دهد. منگنز به مقدار 1 تا 167 درجه در طی ذوب آهن مسلح حاوی 0.04% C، به فولاد 20 و به فولاد U8 وارد شد. نتایج تحقیق در جدول آورده شده است. 1.2، که از آن می توان دریافت که فولادهای آلیاژی با منگنز، حساسیت آنها را به ترک در یک محیط حاوی سولفید هیدروژن افزایش می دهد و تأثیر منفی منگنز به محتوای کربن در فولاد بستگی دارد. بنابراین، اثر منفی منگنز برای آهن مسلح، فولاد 20 و فولاد U8 به ترتیب در محتوای آن 3 2 n 1٪ ظاهر می شود. نویسندگان اثر منفی منگنز بر ترک خوردگی فولادها را با ظاهر آن مرتبط می دانند

در متالورژی، آلیاژ آهن و سیلیکون - فروسیلیس - از اهمیت زیادی برخوردار است. برای اکسید زدایی بسیاری از گریدهای فولادی و برای تولید فروآلیاژهای سیلیکون-کربن استفاده می شود. فروسیلیس با محتوای 9-17٪ 51 در کوره های بلند از کوارتز، براده های آهن و کک ذوب می شود. فروسیلیس با محتوای سیلیکون بالا به دلیل مقاومت استثنایی در برابر اسید، ماده امیدوار کننده ای برای ساخت قطعات تجهیزات شیمیایی است. به طور گسترده ای به عنوان یک عامل کاهنده در ذوب سیلیکومنگنز، فروتنگستن و فرومولیبدن استفاده می شود. افزودن سیلیکون به فولاد به شکل فروسیلیس در هنگام ذوب به آن خاصیت ارتجاعی می دهد و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد.

برخی از ویژگی های یک فرآیند ذوب معمولی را می توان با مثال احیای آهن نشان داد. ذوب پیوسته آهن در یک راکتور ویژه به نام کوره بلند انجام می شود؛ نمایش شماتیک آن در شکل 1 نشان داده شده است. 22.16. مخلوطی از کک، سنگ آهک و سنگ معدن خرد شده، که معمولاً حاوی FejOs است، در بالای کوره بلند بارگذاری می شود. (کک باقیمانده جامدی است که از کک کردن سوخت‌های طبیعی، عمدتاً زغال‌سنگ، برای حذف اجزای فرار از آن‌ها به دست می‌آید.) هوای گرم شده که گاهی با اکسیژن غنی می‌شود، از زیر به داخل کوره پمپ می‌شود. برای بدست آوردن 1 تن آهن، تقریباً 2 تن سنگ معدن، 1 تن کک و 0.3 تن سنگ آهک مورد نیاز است. یک کوره بلند می تواند تا 2000 تن آهن در روز تولید کند. هوای پمپ شده به داخل کوره با کربن واکنش می دهد و CO تشکیل می دهد. در این حالت آنقدر گرما آزاد می شود که دمایی در حدود 1500 درجه سانتی گراد در قسمت پایین کوره ایجاد می شود. کاهش آهن فلزی را می توان با واکنش ها توصیف کرد

چند تن سنگ آهن مغناطیسی متشکل از 90 درصد FegOi می تواند در هنگام ذوب 2 تن آهن خام با محتوای آهن 93 درصد تولید شود، در صورتی که عملکرد محصول 92 درصد باشد.

ورود سیلیکون به فولاد و چدن با تشکیل سیلیسیدهای آهن (فروسیلیکن FeSi) همراه است. چدن حاوی 15 تا 17 درصد سیلیکون در برابر اسید مقاوم است. هنگامی که فولاد ذوب می شود فروسیلیس به آن اضافه می شود تا اکسیژن موجود در آن حذف شود.

MATE یک محصول واسطه در ذوب برخی از فلزات غیر آهنی (مس، N1، Pv و غیره) از سنگ معدن مایع آنها است. Sh. - آلیاژی از سولفید آهن با سولفیدهای فلزات حاصل (به عنوان مثال، Cu، 8).

پدیده کاهش نقطه ذوب محلول ها هم در طبیعت و هم از نظر فناوری حائز اهمیت است. به عنوان مثال، ذوب چدن از سنگ آهن با این واقعیت که نقطه ذوب آهن تقریباً 400 درجه سانتیگراد کاهش می یابد به دلیل این واقعیت که کربن و سایر عناصر حلال در آن حل می شوند، بسیار تسهیل می شود. همین امر در مورد اکسیدهای دیرگداز تشکیل دهنده سنگ ضایعات صدق می کند که همراه با شار (CaO) محلولی (سرباره) را تشکیل می دهند که در دمای نسبتاً پایین ذوب می شود. این امر امکان انجام یک فرآیند پیوسته دسته ای در کوره های بلند را فراهم می کند و آهن مایع و سرباره را از آنها آزاد می کند. ]

ابتدا در مورد خود معدن به شما می گویم. Lebedinsky GOK بزرگترین شرکت روسیه برای استخراج و غنی سازی سنگ آهن است و دارای بزرگترین معدن سنگ آهن در جهان است. کارخانه و معدن در منطقه بلگورود، بین شهرهای Stary Oskol و Gubkin واقع شده است.

نمای معدن از بالا. واقعاً بزرگ است و هر روز در حال رشد است. عمق گودال Lebedinsky GOK 250 متر از سطح دریا یا 450 متر از سطح زمین است (و قطر آن 4 در 5 کیلومتر است)، آب های زیرزمینی دائماً به داخل آن نفوذ می کند و اگر کار پمپ ها نبود ، در عرض یک ماه کاملاً پر می شود. این معدن دو بار در کتاب رکوردهای گینس به عنوان بزرگترین معدن برای استخراج مواد معدنی غیر قابل احتراق ثبت شده است.

برخی از اطلاعات رسمی: Lebedinsky GOK بخشی از شرکت Metalloinvest است و پیشروترین تولید کننده محصولات سنگ آهن در روسیه است. در سال 2011، سهم تولید کنسانتره توسط کارخانه از کل تولید سالانه کنسانتره سنگ آهن و سنگ سینتر در روسیه به 21 درصد رسید.

انواع مختلفی از تجهیزات در معدن در حال کار هستند، اما البته قابل توجه ترین آنها کمپرسی های چند تنی بلاز و کاترپیلار هستند.

هر سال، هر دو کارخانه موجود در شرکت (Lebedinsky و Mikhailovsky GOK) حدود 40 میلیون تن سنگ آهن را به صورت کنسانتره و سنگ معدنی تولید می کنند (این حجم تولید نیست، بلکه سنگ معدن غنی شده است، یعنی جدا شده از ضایعات. سنگ). به این ترتیب مشخص می شود که به طور متوسط روزانه حدود 110 هزار تن سنگ آهن غنی شده در دو کارخانه معدنی و فرآوری تولید می شود.

این نوزاد همزمان تا 220 تن (!) سنگ آهن را حمل می کند.

بیل مکانیکی علامت می دهد و او با احتیاط معکوس می کند. فقط چند سطل و بدن غول پر شده است. بیل مکانیکی دوباره سیگنال می دهد و کامیون کمپرسی حرکت می کند.

اخیراً کامیون های BelAZ با ظرفیت بالابری 160 و 220 تن خریداری شده است (تا کنون ظرفیت بارگیری کامیون های کمپرسی در معادن بیش از 136 تن نبوده است) و ورود بیل مکانیکی هیتاچی با ظرفیت سطل 23 متر مکعب است. انتظار می رود. (در حال حاضر حداکثر ظرفیت سطل بیل های معدنی 12 متر مکعب است).

بلاز و کاترپیلار متناوب هستند. ضمنا یک کمپرسی وارداتی فقط 180 تن حمل می کند. کامیون‌های کمپرسی با چنین ظرفیت حمل بزرگی تجهیزات جدیدی هستند که در حال حاضر به عنوان بخشی از برنامه سرمایه‌گذاری متالواینوست برای افزایش کارایی مجتمع معدنی و حمل‌ونقل به کارخانه‌های معدن و فرآوری عرضه می‌شوند.

سنگ ها بافت جالبی دارند، توجه کنید. اگر اشتباه نکنم در سمت چپ، کوارتزیت نوعی سنگ معدنی است که آهن از آن استخراج می شود. این معدن علاوه بر سنگ آهن، مملو از مواد معدنی مختلف است. آنها معمولاً برای پردازش بیشتر در مقیاس صنعتی علاقه ای ندارند. امروزه گچ از سنگ های باطله به دست می آید و سنگ خرد شده نیز برای مصارف ساختمانی ساخته می شود.

سنگ های زیبا، نمی توانم دقیقا بگویم چه نوع ماده معدنی است، کسی می تواند به من بگوید؟

روزانه 133 واحد از تجهیزات اولیه معدن (30 کامیون کمپرسی سنگین، 38 بیل مکانیکی، 20 دستگاه حفاری، 45 واحد کششی) در معدن Lebedinsky GOK فعالیت می کنند.

البته من امیدوار بودم که انفجارهای دیدنی را ببینم، اما اگر آن روز هم رخ می داد، باز هم نمی توانستم به قلمرو معدن نفوذ کنم. این انفجار هر سه هفته یک بار انجام می شود. تمام تجهیزات طبق استانداردهای ایمنی (و تعداد زیادی از آن وجود دارد) قبل از این از معدن خارج می شوند.

Lebedinsky GOK و Mikhailovsky GOK دو کارخانه بزرگ استخراج و فرآوری سنگ آهن در روسیه از نظر حجم تولید هستند. شرکت Metalloinvest دارای دومین ذخایر اثبات شده سنگ آهن در جهان است - حدود 14.6 میلیارد تن طبق طبقه بندی بین المللی JORC که حدود 150 سال دوره بهره برداری را در سطح فعلی تولید تضمین می کند. بنابراین ساکنان Stary Oskol و Gubkin برای مدت طولانی کار خواهند داشت.

احتمالا از عکس های قبلی متوجه شده اید که هوا خوب نیست، باران می بارید و مه در معدن وجود دارد. نزدیک تر به حرکت، کمی از بین رفت، اما هنوز هم زیاد نیست. تا جایی که امکان داشت عکس را بیرون کشیدم. اندازه معدن مطمئناً چشمگیر است.

درست در وسط معدن کوهی از سنگ های باطله وجود دارد که در اطراف آن تمام سنگ معدن حاوی آهن استخراج شده است. به زودی قرار است آن را منفجر کنند و از معدن خارج کنند.

سنگ آهن بلافاصله در قطارهای راه آهن بارگیری می شود، در واگن های تقویت شده ویژه ای که سنگ معدن را از معدن حمل می کنند، به آنها واگن های کمپرسی می گویند، ظرفیت حمل آنها 105 تن است.

لایه های زمین شناسی که از روی آنها می توان تاریخ توسعه زمین را مطالعه کرد.

از بالای عرشه مشاهده، ماشین های غول پیکر بزرگتر از یک مورچه به نظر نمی رسند.

سپس سنگ معدن به کارخانه برده می شود، جایی که فرآیند جداسازی سنگ ضایعات با استفاده از روش جداسازی مغناطیسی انجام می شود: سنگ معدن ریز خرد می شود، سپس به یک درام مغناطیسی (جداکننده) فرستاده می شود، که مطابق با قوانین فیزیک هر چیزی که آهن است می‌چسبد و آنچه آهن نیست با آب شسته می‌شود. سپس از کنسانتره سنگ آهن به دست آمده برای ساخت گلوله و آهن بریکت شده داغ (HBI) استفاده می شود که سپس برای ساخت فولاد استفاده می شود.
آهن بریکت شده داغ (HBI) یکی از انواع آهن احیا شده مستقیم (DRI) است. ماده ای با محتوای آهن بالا (بیش از 90٪) که با استفاده از فناوری دیگری غیر از فرآوری کوره بلند به دست آمده است. به عنوان ماده اولیه برای تولید فولاد استفاده می شود. با کیفیت بالا (با مقدار کمی ناخالصی مضر) جایگزین چدن و ضایعات فلزی.

برخلاف چدن، تولید HBI از کک زغال سنگ استفاده نمی کند. فرآیند تولید آهن بریکت شده بر اساس فرآوری مواد خام سنگ آهن (گلوله) در دماهای بالا، اغلب از طریق گاز طبیعی است.

شما نمی توانید فقط به داخل کارخانه HBI بروید، زیرا فرآیند پخت کیک های بریکت شده داغ در دمای حدود 900 درجه انجام می شود، و آفتاب گرفتن در Stary Oskol بخشی از برنامه های من نبود.

Lebedinsky GOK تنها تولید کننده HBI در روسیه و کشورهای مستقل مشترک المنافع است. این کارخانه در سال 2001 با راه اندازی کارگاه تولید HBI (HBI-1) با استفاده از فناوری HYL-III با ظرفیت 1.0 میلیون تن در سال، تولید این نوع محصول را آغاز کرد. LGOK در سال 2007 ساخت مرحله دوم کارگاه تولید HBI (HBI-2) را با استفاده از فناوری MIDREX با ظرفیت تولید 1.4 میلیون تن در سال به پایان رساند. در حال حاضر ظرفیت تولید LGOK 2.4 میلیون تن HBI در سال است.

پس از معدن، از کارخانه الکترومتالورژی Oskol (OEMK)، بخشی از بخش متالورژی شرکت بازدید کردیم. در یکی از کارگاه های کارخانه این بلنک های فولادی تولید می شود. طول آنها بسته به خواسته مشتریان می تواند از 4 تا 12 متر برسد.

آیا یک مشت جرقه می بینید؟ یک تکه فولاد در آن نقطه بریده می شود.

ماشینی جالب با سطل به نام سطل حامل که در طی مراحل تولید سرباره داخل آن می ریزند.

در کارگاه همسایه، OEMK میله های فولادی با قطرهای مختلف را که در کارگاه دیگری رول شده اند، آسیاب و صیقل می دهد. به هر حال، این کارخانه هفتمین شرکت بزرگ روسیه برای تولید فولاد و محصولات فولادی است.در سال 2011، سهم تولید فولاد در OEMK 5 درصد از کل حجم فولاد تولید شده در روسیه، سهم نورد بود. تولید محصولات نیز 5 درصد بوده است.

OEMK از فن آوری های پیشرفته، از جمله کاهش مستقیم آهن و ذوب قوس الکتریکی استفاده می کند که تولید فلز با کیفیت بالا با محتوای کاهش ناخالصی را تضمین می کند.

مصرف کنندگان اصلی محصولات فلزی OEMK در بازار روسیه شرکت هایی در صنایع خودروسازی، ماشین سازی، لوله، سخت افزار و بلبرینگ هستند.

محصولات فلزی OEMK به آلمان، فرانسه، ایالات متحده آمریکا، ایتالیا، نروژ، ترکیه، مصر و بسیاری از کشورهای دیگر صادر می شود.

این کارخانه در تولید محصولات بلند برای تولید محصولات مورد استفاده توسط خودروسازان برجسته جهان مانند پژو، مرسدس، فورد، رنو و فولکس واگن تسلط یافته است. برخی از محصولات برای ساخت بلبرینگ برای همین خودروهای خارجی استفاده می شود.

به هر حال، این اولین بار نیست که من متوجه زنان اپراتور جرثقیل در چنین صنایعی می شوم.

این گیاه دارای تمیزی تقریباً استریل است که برای چنین صنایعی معمول نیست.

من میله های فولادی مرتب تا شده را دوست دارم.

به درخواست مشتری به هر محصول یک برچسب چسبانده می شود.

برچسب شماره حرارت و کد درجه فولاد مهر شده است.

طرف مقابل را می توان با رنگ مشخص کرد و برچسب هایی با شماره قرارداد، کشور مقصد، درجه فولاد، شماره حرارت، اندازه بر حسب میلی متر، نام تامین کننده و وزن بسته به هر بسته از محصولات نهایی چسبانده شده است.

این محصولات استانداردهایی هستند که تجهیزات برای نورد دقیق توسط آنها تنظیم می شود.

و این دستگاه می تواند محصول را اسکن کرده و ریزترک ها و عیوب را قبل از رسیدن فلز به دست مشتری شناسایی کند.

این شرکت اقدامات احتیاطی ایمنی را جدی می گیرد.

تمام آب مورد استفاده در تولید با تجهیزات پیشرفته ای که اخیراً نصب شده اند تصفیه می شود.

این تصفیه خانه فاضلاب کارخانه است. پس از پردازش، تمیزتر از رودخانه ای است که در آن ریخته می شود.

آب فنی تقریباً مقطر. مانند هر آب صنعتی نمی توانید آن را بنوشید، اما می توانید یک بار آن را امتحان کنید، برای سلامتی شما خطرناک نیست.

روز بعد به ژلزنوگورسک، واقع در منطقه کورسک رفتیم. اینجا جایی است که Mikhailovsky GOK واقع شده است. عکس مجموعه دستگاه برشته شماره 3 در حال ساخت را نشان می دهد. گلوله در اینجا تولید خواهد شد.

450 میلیون دلار برای ساخت آن سرمایه گذاری خواهد شد. این شرکت در سال 2014 ساخته و به بهره برداری می رسد.

این یک چیدمان گیاه است.

سپس به معدن معدن میخائیلوفسکی GOK رفتیم. عمق معدن MGOK بیش از 350 متر از سطح زمین است و اندازه آن 3 در 7 کیلومتر است. همانطور که در تصویر ماهواره ای مشاهده می شود در واقع سه معدن در قلمرو آن وجود دارد. یکی بزرگ و دوتا کوچکتر. در حدود 3 تا 5 سال، معدن چنان رشد خواهد کرد که به یک معدن بزرگ و یکپارچه تبدیل خواهد شد و شاید به اندازه معدن Lebedinsky برسد.

این معدن از 49 کمپرسی، 54 دستگاه کشش، 21 لوکوموتیو دیزلی، 72 دستگاه بیل مکانیکی، 17 دستگاه حفاری، 28 دستگاه بولدوزر و 7 موتور گریدر استفاده می کند.

در غیر این صورت، تولید سنگ معدن در MGOK هیچ تفاوتی با LGOK ندارد.

این بار هنوز موفق شدیم به کارخانه برسیم، جایی که کنسانتره سنگ آهن به محصول نهایی - گلوله تبدیل می شود.
گلوله ها توده هایی از کنسانتره سنگ خرد شده هستند. محصول نیمه تمام تولید آهن متالورژی. محصول غنی سازی سنگ معدن آهن با استفاده از روش های خاص تغلیظ می باشد. در تولید کوره بلند برای تولید چدن استفاده می شود.

برای تولید گلوله از کنسانتره سنگ آهن استفاده می شود. برای حذف ناخالصی های معدنی، سنگ معدن اصلی (خام) را به روش های مختلف ریز خرد کرده و غنی می کنند.

فرآیند ساخت گلوله اغلب "پلت کردن" نامیده می شود. شارژ، یعنی مخلوطی از کنسانتره های ریز آسیاب شده از مواد معدنی حاوی آهن، شار (افزودنی هایی که ترکیب محصول را تنظیم می کنند) و افزودنی های تقویت کننده (معمولاً خاک رس بنتونیت)، مرطوب شده و در کاسه های دوار (گرانولاتورها) در معرض گلوله سازی قرار می گیرند. ) یا درام های گلوله سازی. آنها کسانی هستند که در تصویر هستند.

بیایید نزدیک تر.

در نتیجه گندله سازی، ذرات تقریباً کروی شکل با قطر 5 ÷ 30 میلی متر به دست می آید.

تماشای این روند بسیار جالب است.

سپس گلوله ها در امتداد یک تسمه به بدنه شلیک فرستاده می شوند.

خشک می شوند و در دمای 1200 ÷ 1300 درجه سانتیگراد در تاسیسات مخصوص - ماشین های آتش زنی خشک می شوند. ماشین آلات کلسینینگ (معمولاً از نوع نوار نقاله) نوار نقاله ای از گاری های کلسینینگ (پالت) هستند که روی ریل حرکت می کنند.

اما تصویر کنسانتره ای را نشان می دهد که به زودی به درام ختم می شود.

در قسمت فوقانی دستگاه برشته کردن، بالای گاری های برشته، یک کوره حرارتی قرار دارد که در آن سوخت گازی، جامد یا مایع سوزانده شده و مایع خنک کننده برای خشک کردن، گرم کردن و برشته کردن گلوله ها تشکیل می شود. دستگاه های برشته با خنک کننده گلوله ها به طور مستقیم روی دستگاه و با یک خنک کننده خارجی وجود دارد. متأسفانه ما شاهد این روند نبودیم.

گلوله های شلیک شده دارای استحکام مکانیکی بالایی هستند. در طول پخت، بخش قابل توجهی از آلاینده های گوگرد حذف می شود. این همان چیزی است که محصول آماده مصرف به نظر می رسد.)

علیرغم این واقعیت که این تجهیزات از زمان شوروی در خدمت بوده است، این فرآیند خودکار است و برای کنترل آن نیازی به تعداد زیادی پرسنل نیست.

تاریخچه متالورژی آهن

آهن... اعماق سیاره ما سرشار از این فلز است که به درستی آن را "بنیاد تمدن" می نامند. گویی برای اینکه از گنجینه های خود جدا نشود ، طبیعت با داشتن محکم آهن با سایر عناصر (عمدتاً اکسیژن) آن را در مواد معدنی مختلف سنگ پنهان کرده است. اما در دوران باستان - در هزاره دوم قبل از میلاد - انسان آموخته است که فلز مورد نیاز خود را استخراج کند.

از لحاظ تاریخی، تولید فلزات آهنی در مراحل زیر توسعه یافته است:

فرآیند پنیر سازی (1500 سال قبل از میلاد). بهره وری این فرآیند بسیار کم است؛ در 1 ساعت فقط تا 0.5 ... 0.6 کیلوگرم آهن به دست آمد. در آهنگری، آهن از سنگ معدن با زغال سنگ در هنگام دمیدن با هوا با استفاده از دم آهنگری کاهش می یابد. ابتدا، هنگام سوزاندن زغال، مونوکسید کربن تشکیل شد که آهن خالص را از سنگ معدن کاهش داد.

در نتیجه دمیدن هوای طولانی مدت، قطعات سنگ معدن از قطعات سنگ، عملاً بدون ناخالصی، به قطعات آهن خالص تبدیل شد که با استفاده از فورج به هم جوش داده شدند و به نوارهایی تبدیل شدند و سپس برای تولید محصولات مورد نیاز انسان استفاده می‌شد. . این آهن از نظر فنی خالص حاوی کربن بسیار کمی و ناخالصی های کمی (زغال سنگ خالص و سنگ معدنی خوب) بود، بنابراین آهنگری و جوشکاری خوبی داشت و عملاً خوردگی نمی کرد. این فرآیند در دمای نسبتاً پایین (تا 1100 ... 1350 درجه سانتیگراد) انجام شد، فلز ذوب نشد، یعنی کاهش فلز در فاز جامد انجام شد. نتیجه آهن چکش خوار بود. این روش تا قرن چهاردهم وجود داشت و تا اوایل قرن بیستم به شکل کمی بهبود یافته بود، اما به تدریج با توزیع مجدد انتقادی جایگزین شد.

نتیجه این است که از نظر تاریخی اولین جوشکار فلز آهنگر بود و اولین روش جوشکاری جوشکاری آهنگری بود.

با افزایش اندازه کوره های پنیر و تشدید فرآیند، میزان کربن در آهن افزایش یافت، نقطه ذوب این آلیاژ (چدن) کمتر از آهن خالص و بخشی از فلز بود. به صورت چدن مذاب بدست می آمد که به عنوان ضایعات تولیدی همراه با سرباره از کوره خارج می شد. در قرن چهاردهم، یک روش دو مرحله ای برای تولید آهن در اروپا توسعه یافت (کوره بلند کوچک، سپس فرآیند کوره). بهره وری به 40...50 کیلوگرم در ساعت آهن افزایش یافت. برای تامین هوا از چرخ آب استفاده می شد. بازتوزیع کریچنی- این فرآیند تصفیه چدن (کاهش مقدار C، Si، Mn) به منظور به دست آوردن آهن جوش از چدن است.

در پایان قرن 18 در اروپا، سوخت های معدنی در فرآیند کوره بلند و در فرآیند پادلینگ. در فرآیند پادلینگ، زغال سنگ در یک کوره سوزانده می شود، گاز از داخل حمام عبور می کند، فلز را ذوب و تصفیه می کند. در چین، حتی قبل از آن، در قرن 10، چدن ذوب شد و سپس فولاد با فرآیند پودینگ به دست آمد. پودینگ تمیز کردن چدن در کوره آتشین است. در حین تمیز کردن، دانه های آهن به صورت توده جمع می شوند. پودلینر توده را بارها و بارها با یک کلاغ می چرخاند و آن را به 3 ... 5 قسمت - کریت ها تقسیم می کند. در دستگاه فورج یا نورد، دانه‌ها برای تولید نوارها و سایر قطعات خالی جوش داده می‌شوند. در حال حاضر به جای چرخ آب از موتورهای بخار استفاده می شود. بهره وری به 140 کیلوگرم آهن فرفورژه در ساعت افزایش می یابد.

در پایان قرن نوزدهم، سه فرآیند جدید تولید فولاد تقریباً به طور همزمان معرفی شدند: بسمر، اجاق باز و توماس. بهره وری ذوب فولاد به شدت افزایش می یابد (تا 6 تن در ساعت).

در اواسط قرن بیستم: انفجار اکسیژن، اتوماسیون فرآیند و ریخته‌گری پیوسته فولاد معرفی شد.

در طی فرآیندهای دمیدن پنیر، کریچینی و پودینگ، آهن ذوب نشد (سطح فنی آن زمان امکان اطمینان از دمای ذوب آن را فراهم نمی کرد). دمیدن اکسیژن از طریق فلز مذاب در مبدل بسمر، به دلیل افزایش شدید سطح تماس فلز با عامل اکسید کننده (اکسیژن)، واکنش های شیمیایی را در مقایسه با کوره پادلینگ هزار بار تسریع می کند.

در فرآیندهای دمیدن و ریخته گری پنیر، آهن فرفورژه چکش خوار (فولاد کم کربن) به روش تک مرحله ای به دست آمد که دارای مقدار کمی ناخالصی بود و بنابراین در برابر خوردگی بسیار مقاوم بود. در حال حاضر، یک فرآیند تولید فولاد یک مرحله‌ای در دست توسعه است: استخراج سنگ معدن (تولید گلوله‌های حاوی 90...95 درصد آهن) و ذوب فولاد در کوره الکتریکی.

کل تاریخ متالورژی آهن، از زمان پیدایش اولین چاله های ذوب تا به امروز، بهبود مستمر روش های تولید آن است. چندین قرن پیش، یک کوره بلند ظاهر شد - یک واحد با کارایی بالا که در آن سنگ آهن به چدن تبدیل می شود - محصول اولیه برای ذوب فولاد. از آن زمان، فرآیند کوره بلند به عنصر اصلی فناوری تولید فولاد تبدیل شده است.

فرآیند استخراج آهن از سنگ معدن در یک آهنگری در تاریخ متالورژی با نام "انفجار پنیر" ثبت شد، زیرا هوای گرم نشده - خام به داخل فورج دمیده شد (انفجار داغ فقط در قرن 19 در کارخانه های متالورژی ظاهر شد). آهن تولید شده در کوره پنیر گاهی به اندازه کافی قوی و سخت نبود و محصولات ساخته شده از آن - چاقو، تبر، نیزه - برای مدت طولانی تیز نمی ماند، خم می شد و به سرعت شکست می خورد.

در انتهای فورج، همراه با توده های نسبتاً نرم آهن، موارد سخت تر نیز وجود داشت - آنهایی که در تماس نزدیک با زغال چوب بودند. با توجه به این الگو، انسان به طور آگاهانه شروع به افزایش سطح تماس با زغال سنگ و در نتیجه کربن کردن آهن کرد. حالا این فلز می‌توانست سخت‌گیرترین صنعتگر را راضی کند. این فولاد - مهمترین آلیاژ آهن بود که تا به امروز به عنوان ماده اصلی ساختاری عمل می کند.

تقاضا برای فولاد همیشه و تقریباً در همه جا از تولید آن پیشی گرفته است و فناوری متالورژی بدوی برای مدت طولانی از نیازهای زندگی عقب مانده است. با کمال تعجب، تقریباً برای سه هزار سال، متالورژی آهن دستخوش تغییرات اساسی نشده است - تولید آهن و فولاد بر اساس همان فرآیند دمیدن پنیر بود. درست است که اندازه فورج ها به تدریج افزایش یافت، شکل آنها بهتر شد و قدرت دمیدن افزایش یافت، اما این فناوری بی اثر ماند.

در قرون وسطی، کوره پنیر به شکل یک کوره شفت به خود گرفت و ارتفاع آن به چندین متر می رسید. در روسیه به این کوره ها domnitsa می گفتند - از کلمه روسی باستان "dmenie" به معنای "دمیدن". آنها قبلاً با مقدار قابل توجهی از مواد بارگیری شده بودند - سنگ آهن و زغال چوب، و هوا چندین برابر بیشتر از آهنگرهای بدوی دمنده پنیر مورد نیاز بود. اکنون کوره‌ها با استفاده از انرژی آب "نفس می‌کشند": دم‌ها ابتدا توسط لوله‌های مخصوص آب و بعداً توسط چرخ‌های بزرگ آب به حرکت در می‌آیند.

در کوره شفتی در واحد زمان سوخت بیشتری نسبت به فورج سوزانده می شد و طبیعتا گرمای بیشتری آزاد می شد. این دماهای بالا در کوره بود که منجر به این واقعیت شد که بخشی از آهن کاهش یافته، آزاد شده از اکسیژن، اما بسیار اشباع از کربن، ذوب شده و از کوره خارج شد. هنگامی که جامد شد، چنین آلیاژ آهن-کربن، حاوی چندین برابر کربن بیشتر از فولاد، بسیار سخت شد، اما همچنین بسیار شکننده شد. بود چدن.

نقش آن در توسعه متالورژی بسیار مهم است، اما چندین قرن پیش استادان آهن نظر کاملاً متفاوتی داشتند. از این گذشته ، در زیر ضربات یک چکش ، چنین فلزی تکه تکه شد و ساختن یک سلاح یا ابزار از آن به سادگی غیرممکن بود. در عین حال، به دلیل این آلیاژ بی فایده، مقدار یک محصول خوب - دانه آهن - به شدت کاهش یافت.

متالورژی های قرون وسطی چه لقب هایی به آلیاژ جدید دادند؟ در کشورهای اروپای مرکزی به آن سنگ وحشی، غاز، در انگلستان - چدن خوک (در انگلیسی، چدن هنوز هم به این صورت گفته می شود) نامیده می شد، و کلمه روسی خوک، یعنی شمش چدن، منشأ مشابهی دارد.

از آنجایی که چدن کاربرد نداشت، معمولاً آن را در محل دفن زباله می انداختند. اما در قرن نوزدهم، شخصی با این ایده خوشحال شد که چدن را دوباره در کوره بارگیری کرده و آن را همراه با سنگ معدن ذوب کند. این تلاش یک انقلاب واقعی در متالورژی آهن بود. معلوم شد که این روش به دست آوردن فولاد مورد نیاز را نسبتاً آسان و در مقادیر زیاد می کند. افسوس که تاریخ نام این مخترع قرون وسطایی را برای ما حفظ نکرده است.

این نوآوری منجر به تقسیم واضح "کار" شد: در کوره های بلند که تا آن زمان به کوره های بلند پیشرفته تر تبدیل شده بودند، چدن از سنگ معدن ذوب می شد و در کوره ها کربن اضافی از آن خارج می شد. فرآیند تبدیل چدن به فولاد انجام شد - "فرآوری بحرانی". به این ترتیب روش دو مرحله ای تولید فولاد از سنگ آهن به وجود آمد: سنگ - چدن، چدن - فولاد.

اکنون تقاضا برای چدن، در درجه اول به عنوان یک محصول میانی، که سپس به فولاد تبدیل می شود، به شدت افزایش یافته است. و کوره های بلند مانند قارچ پس از باران در همه جا رشد کردند. اما از آنجایی که ذوب کوره بلند به زغال سنگ زیادی نیاز داشت، به زودی در کشورهایی که از نظر جنگل غنی نبودند، کمبود آن به شدت احساس شد و متالورژی، بدون سوخت، در اینجا شروع به کاهش کرد. این اتفاق افتاد، برای مثال، در انگلستان، که برای مدت طولانی موقعیت غالب در تولید آهن را اشغال کرد.

شرایط دشواری که صنعت انگلیس در ارتباط با این موضوع در آن قرار گرفت، متالورژها را مجبور کرد که به دنبال جایگزینی برای زغال چوب باشند. اول از همه ، توجه آنها توسط زغال سنگ جلب شد ، که طبیعت سخاوتمندانه به جزایر بریتانیا وقف کرد. با این حال، تمام تلاش ها برای ذوب چدن روی آن با شکست انجام شد: زغال سنگ در طول فرآیند گرمایش خرد شد و این امر دمیدن را بسیار دشوار می کرد. اما سرانجام، در سال 1735، آبراهام دربی انگلیسی موفق به انجام فرآیند کوره بلند با استفاده از کک - سوخت حاصل از زغال سنگ کک شده با گرم کردن آن بدون دسترسی هوا به دمای بالا (950-1050 درجه سانتیگراد) شد، در حالی که زغال سنگ خرد نمی شد. اما متخلخل به قطعات . امروزه نه ذوب کوره بلند و نه تعدادی از فرآیندهای متالورژیکی دیگر بدون کک قابل تصور نیستند.

قرن‌های 18 و 19 چیزهای جدیدی را در طراحی کوره بلند به ارمغان آوردند: اولین ماشین‌های دمنده اختراع شد و "نگهبان افتخار" در کنار کوره بلند بزرگ شد - سیگارهای بزرگ دماغه‌ای از گرمکن‌های هوا. به لطف آن هوای گرم اکنون به کوره عرضه می شود.

آهنگری باستانی برای به دست آوردن فریاد آهنین. شاخ با انفجار هوا (قرن شانزدهم). کوره بلند (اواخر قرن هجدهم)

تغییرات بزرگی نیز در مرحله دوم تولید متالورژی رخ داد. در ابتدا، فورج جیغ جای خود را به یک کوره پیشرفته تر داد - کوره پوکه. در اینجا چدن مذاب (از این رو نام کوره - از کلمه انگلیسی puddle - مخلوط کردن) را با سرباره آهنی مخلوط می کردند و در نتیجه آهن کم کربن به دست می آمد. و در نیمه دوم قرن گذشته، واحدهای ذوب فولاد پربازده ایجاد شد - یک مبدل و یک کوره اجاق باز. در آنها، چدن دیگر به یک توده خمیر مانند - کریتسا تبدیل نشد، بلکه به فولاد مایع تبدیل شد.

سپس صفحه مهم دیگری در تاریخ متالورژی نوشته شد: یک کوره ذوب قوس فولادی طراحی شد که امکان تولید فلز با کیفیت بالا را فراهم کرد. شعله ای که برای هزاران سال انحصار تمام حقوق ذوب فلزات را داشت، اکنون یک رقیب جدی دارد - جریان الکتریکی.

در دهه های اخیر، متالورژی نوعی "شتاب" را شاهد بوده است: اندازه انواع کوره ها سال به سال در حال افزایش است. مدت زیادی است که کوره های بلند با حجم دو هزار متر مکعب تقریباً یک شگفتی جهان در نظر گرفته می شدند ، اما امروزه کلوسی های بسیار چشمگیرتری در جهان وجود دارد - "چهار هزار متر" و حتی "پنج هزار متر".

کوره های بلند بدون شک برای مدت طولانی مهم باقی خواهند ماند. با این وجود، به سختی می توان سرنوشت آنها را بدون ابر در نظر گرفت. برخلاف آهنگر باستانی بدوی، که در آن اجداد ما آهن را مستقیماً از سنگ معدن به دست می‌آوردند، ساختار غول پیکر مدرن - کوره بلند - عمدتاً فلزی را که فناوری مستقیماً به آن نیاز دارد، تولید نمی‌کند، بلکه فقط یک محصول تبدیلی تولید می‌کند که سپس در مرحله بعدی به تبدیل می‌شود. فولاد مورد نیاز ما (استثنا آهن ریخته گری است که برای تولید ریخته گری استفاده می شود؛ سهم آن در کل حجم چدن تولیدی از 15 درصد تجاوز نمی کند). به عبارت دیگر در تلاش برای دستیابی به شاخص های کمی بالا، متالوژیست ها مجبور می شوند نوعی مسیر دوربرگردان را انتخاب کنند.

مسئله تغییر مسیر تکنولوژیک در تولید فولاد مدت هاست که دانشمندان را به خود مشغول کرده است. و نکته اینجا تمایل بیهوده برای صاف کردن مسیرهای متالورژی آهنی نیست. دلیل آن متفاوت است.

کوره بلند یک نقطه ضعف جدی دارد. ماهیت آن این است، اگرچه ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسد، اما یک "غذا" ضروری در رژیم غذایی او کک است. همان کک که اختراع آن نقطه عطف مهمی در توسعه متالورژی آهن شد. از این گذشته ، به لطف کک است که کوره بلند به مدت دو قرن و نیم "تغذیه" عالی پر کالری دریافت کرده است. اما به تدریج ابرهایی در افق کوره بلند ظاهر شدند که به حق می توان آنها را ابرهای کک نامید.

موضوع چیه؟

همانطور که مشخص است، کک در طبیعت وجود ندارد. از زغال سنگ به دست می آید. اما نه هیچ کدام. اما فقط آنهایی که تمایل به کک کردن (پخت) دارند. چنین زغال‌هایی در دنیا زیاد نیست، بنابراین سال به سال کمیاب‌تر و گران‌تر می‌شوند. و زغال سنگ هنوز باید به کک تبدیل شود. این فرآیند کاملاً پیچیده و کار فشرده است و با انتشار محصولات جانبی مضر بدون رایحه عطر همراه است. برای پاکسازی هر چه بیشتر جو، آب و خاک از شر آنها، ساخت دستگاه های گران قیمت تصفیه ضروری است.

افزایش قیمت کک به این واقعیت منجر شده است که مشخص می شود مهم ترین مورد در قیمت چدن است: تقریباً نیمی از تمام هزینه ها را تشکیل می دهد. به همین دلیل است که اپراتورهای کوره بلند دائماً در تلاش برای کاهش مصرف کک هستند و تا حدی آن را با گاز طبیعی، زغال سنگ پودر شده و نفت کوره جایگزین می کنند و موفقیت قابل توجهی در اینجا به دست آمده است. بنابراین، شاید با توسعه یک حمله علیه کک، کارگران کوره بلند به تدریج بتوانند به طور کامل از شر آن خلاص شوند؟ اما پس از آن باید از شر خود کوره بلند خلاص شوید: از این گذشته، بدون کک مانند یک اجاق گاز بدون چوب است.

بنیانگذار متالورژی مدرن، D.K. Chernov، با مشکلات متالورژی بدون کک سروکار داشت. در پایان قرن گذشته، او طرحی اصلی برای کوره شفتی پیشنهاد کرد که به جای چدن، آهن و فولاد را ذوب می کرد. متأسفانه، ایده او محقق نشد. حدود یک دهه و نیم پس از ارائه پروژه چرنوف، او با تلخی نوشت: «به دلیل اینرسی معمول کارخانه های خصوصی ما، به امید اینکه بتوانم روش پیشنهادی را به صورت ساده اجرا کنم، به وزارت تجارت و صنعت مراجعه کردم. در یکی از کارخانه های معدنی دولتی. اما علیرغم تمایل دو بار وزیر وقت برای کمک به تولید چنین تجربه ای، این موضوع با موانع غیرقابل عبوری در کابینه ها و راهروهای این وزارتخانه مواجه شد.

D.I. مندلیف همچنین از حامیان تولید بدون انفجار بود. او در آغاز قرن می‌نویسد: «من معتقدم که دوباره زمان آن فرا می‌رسد که به دنبال راه‌هایی برای به دست آوردن مستقیم آهن و فولاد از سنگ معدن و دور زدن چدن باشیم.»

چندین دهه است که دانشمندان و مهندسان کشورهای مختلف در تلاش برای یافتن فناوری قابل قبولی برای احیای مستقیم آهن بوده اند. صدها حق ثبت اختراع صادر شد، واحدها، تاسیسات و کوره های مختلف پیشنهاد و ایجاد شد. با این حال، حتی به ظاهر امیدوار کننده ترین ایده ها را نمی توان برای مدت طولانی زنده کرد.

اولین تاسیسات صنعتی نسبتا موفق برای تولید مستقیم آهن در سال 1911 در سوئد طبق طرح مهندس E. Sierin ساخته شد. مزیت این فناوری این بود که. که عامل کاهنده ای که اکسیژن را از آهن می گرفت، ضایعات تولید زغال سنگ و کک (غبار زغال سنگ و بخش های ریز کک) بود و خود کوره با انواع ارزان زغال سنگ گرم می شد. علاوه بر این، کیفیت فلز ذوب شده بسیار بالا بود که سوئد همیشه به آن مشهور بوده است. با این حال، این فناوری به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت زیرا این فرآیند چندین روز طول کشید. تاسیسات سوئدی نمی‌توانست با "دوئت‌های" خوب کارکرد مبدل کوره بلند - کوره باز یا کوره بلند - رقابت کند.

گام مهمی در توسعه فناوری تولید مستقیم آهن در سال 1918 انجام شد، زمانی که مهندس سوئدی M. Wiberg پیشنهاد انجام فرآیند احیا را در یک کوره شفت با استفاده از گاز قابل اشتعال حاوی مونوکسید کربن و هیدروژن برای این منظور داد. این روش امکان تبدیل سنگ معدن را به 95 درصد آهن فراهم کرد. اما (و در اینجا "اما" وجود دارد) این روش یک اشکال قابل توجه داشت: ماده اولیه اولیه برای تولید گاز کاهنده همان کک بود و برای گازسازی آن دستگاه های پیچیده و گران قیمتی - ژنراتورهای گاز برقی مورد نیاز بود.

در کشور ما، V.P. Remin، دانشیار موسسه متالورژی سیبری، از علاقه مندان به فناوری کوره بلند بود. در اواخر دهه 30، او طراحی یک کوره الکتریکی را توسعه داد که در آن سنگ معدن قرار بود ذوب شود، مانند یخ در کوهستان، به پایین شیب دار می لغزد (به همین دلیل کوره را کوره یخچال نامیدند) و سپس آهن قرار است از مذاب بازیابی شود. حمله خائنانه آلمان نازی به کشور ما، وظایف بسیار دشواری را برای متالورژیست ها به همراه داشت و این آزمایش ها باید به زمان های بهتر به تعویق می افتاد.

کوره بلند: 1 - پرش. 2 - قیف دریافت : 3 - توزیع کننده شارژ : 4 - ایر لنس ; 5 - منقل چدنی : 6 - منفذ سرباره.

اما وقتی هم رسیدند معلوم شد که کارشناسان دیدگاه مشترکی ندارند. برخی بدون قید و شرط از کوره بلند که در طول قرن ها آزمایش شده بود حمایت کردند، در حالی که برخی دیگر چشم انداز بدون انفجار و بدون کک را دیدند. در سال 1958، آکادمیسین I.P. Bardin، در مورد تولید مستقیم آهن از سنگ معدن، خاطرنشان کرد که "متالورژیست معروف آمریکایی اسمیت، که کوره بلند را سنگ آسیاب آویزان به گردن متالورژی به عنوان مجازات گناهان آن در زمینه تحقیقات علمی نامید. ، مجبور شد فرآیندهای خاصی را برای بازگشت به کوره بلند به عنوان تنها واحدی که در حال حاضر متالورژی بر آن استوار است، در نظر بگیرد.

در آن سالها، متالورژی واقعاً جایگزین قابل توجهی برای کوره بلند نداشت. علیرغم تلاش های متعدد برای توسعه روش هایی برای به دست آوردن مستقیم آهن از سنگ معدن، برای مدت طولانی امکان یافتن راه حلی وجود نداشت که بی قید و شرط متالورژیست ها را راضی کند. یا طرح فن آوری ناقص بود، یا تجهیزات غیرقابل اعتماد یا ناکارآمد بودند، یا کیفیت فلز به دست آمده بسیار مورد نظر بود. علاوه بر این، گزینه های پیشنهادی اغلب توجیه اقتصادی نداشتند: معلوم شد که فلز بسیار گران است. انتخاب عامل کاهنده نیز یک کار دشوار باقی ماند. جستجو به بن بست رسیده است، اگرچه در سوئد، اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا. مکزیک، ونزوئلا، آلمان و ژاپن چندین تأسیسات کوچک برای استخراج مستقیم آهن از سنگ معدن را اداره کردند.

این واقعیت که این کشورها اولین کشورهایی بودند که فناوری جدید را معرفی کردند، تعجب آور نبود. به عنوان مثال، متالورژی در سوئد مدت‌هاست که در تولید فولاد با کیفیت بالا تخصص داشته است، و همانطور که تمرین نشان داده است، مسیر کاهش مستقیم نیز راهی برای بهبود مستقیم کیفیت فلز است. در مورد مکزیک و ونزوئلا، آنها ناخواسته رهبر شدند - این کشورها زغال سنگ کک ندارند، اما ذخایر زیادی از گاز طبیعی دارند، بنابراین نمی توانند متالورژی آهنی را بر اساس سنتی، یعنی با ساختن کوره بلند، توسعه دهند، حتی اگر آنها می خواستند که.

در پایان دهه 50، متالوژیست ها به این اعتقاد راسخ رسیدند که گاز باید به عنوان یک عامل کاهنده در فرآیندهای تولید مستقیم آهن عمل کند. این بدان معنی است که جستجوهای بیشتر باید در جهتی که توسط Wiberg پیشنهاد شده است انجام شود. به زودی راه حل های موفقی در تعدادی از کشورها پیدا شد. بنابراین، مزیت یکی از فناوری های پیشنهادی این بود که عامل کاهنده عملاً رایگان بود: مخترعان استفاده از گاز زباله کارخانه های ذوب فولاد الکتریکی را پیشنهاد کردند که قبلاً در جو منتشر می شد. راه حل اصلی دیگری وجود داشت. از کوره شفت، جایی که احیای آهن صورت می گرفت، گاز داغ نه به آسمان، بلکه به سمت احیاگر هدایت می شد و گرمای خود را به گاز کاهنده وارد شده به آنجا می داد.

به ندرت پیش می آید که دو بار از یک تولید بازدید کنم. اما وقتی دوباره به Lebedinsky GOK و OEMK فراخوانده شدم، به این نتیجه رسیدم که باید از این لحظه استفاده کنم. جالب بود ببینم در 4 سال از آخرین سفر چه تغییری کرده است، علاوه بر این، این بار من مجهزتر بودم و علاوه بر دوربین، یک دوربین 4K نیز با خودم بردم تا واقعاً تمام فضا را به شما منتقل کنم. عکس های سوزان و چشم نواز از کارخانه معدن و فرآوری و ریخته گری فولاد کارخانه الکترومتالورژی اوسکول.

امروزه به ویژه برای گزارش استخراج سنگ آهن، فرآوری آن، ذوب و تولید محصولات فولادی.

Lebedinsky GOK بزرگترین شرکت استخراج و فرآوری سنگ آهن روسیه است و دارای بزرگترین معدن سنگ آهن در جهان است. کارخانه و معدن در منطقه بلگورود، نزدیک شهر گوبکین واقع شده است. این شرکت بخشی از شرکت Metalloinvest است و تولید کننده پیشرو محصولات سنگ آهن در روسیه است.

منظره ای از عرشه مشاهده در ورودی معدن مسحورکننده است.

واقعاً بزرگ است و هر روز در حال رشد است. عمق گودال Lebedinsky GOK 250 متر از سطح دریا یا 450 متر از سطح زمین است (و قطر آن 4 در 5 کیلومتر است)، آب های زیرزمینی دائماً به داخل آن نفوذ می کند و اگر کار پمپ ها نبود ، در عرض یک ماه کاملاً پر می شود. این معدن دو بار در کتاب رکوردهای گینس به عنوان بزرگترین معدن برای استخراج مواد معدنی غیر قابل احتراق ثبت شده است.

از ارتفاع ماهواره جاسوسی اینگونه به نظر می رسد.

علاوه بر Lebedinsky GOK، Metalloinvest همچنین شامل Mikhailovsky GOK است که در منطقه کورسک واقع شده است. این دو کارخانه بزرگ در کنار هم، این شرکت را به یکی از رهبران جهان در استخراج و فرآوری سنگ آهن در روسیه و یکی از 5 کارخانه برتر جهان در تولید سنگ آهن تجاری تبدیل کرده است. مجموع ذخایر ثابت شده این نیروگاه ها بر اساس طبقه بندی بین المللی JORС 14.2 میلیارد تن تخمین زده می شود که حدود 150 سال عمر عملیاتی را در سطح فعلی تولید تضمین می کند. بنابراین معدنچیان و فرزندانشان برای مدت طولانی کار خواهند داشت.

هوای این بار هم آفتابی نبود، حتی در جاهایی نم نم نم نم باران بود که در برنامه ها نبود، اما این باعث شد عکس ها متضادتر شوند).

قابل ذکر است که درست در "قلب" معدن، منطقه ای با سنگ های باطله وجود دارد که در اطراف آن تمام سنگ معدن حاوی آهن قبلاً استخراج شده است. در طول 4 سال گذشته، به طور قابل توجهی کاهش یافته است، زیرا این امر با توسعه بیشتر معدن تداخل می کند و همچنین به طور سیستماتیک استخراج می شود.

سنگ آهن بلافاصله در قطارهای راه آهن بارگیری می شود، در واگن های تقویت شده ویژه ای که سنگ معدن را از معدن حمل می کنند، آنها را واگن های کمپرسی می نامند، ظرفیت حمل آنها 120 تن است.

لایه های زمین شناسی که از روی آنها می توان تاریخ توسعه زمین را مطالعه کرد.

به هر حال، لایه های بالایی معدن، متشکل از سنگ هایی که حاوی آهن نیستند، به داخل زباله نمی روند، بلکه به سنگ خرد شده پردازش می شوند، که سپس به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود.

از بالای عرشه مشاهده، ماشین های غول پیکر بزرگتر از یک مورچه به نظر نمی رسند.

در این راه آهن که معدن را به کارخانه ها متصل می کند، سنگ معدن برای فرآوری بیشتر حمل می شود. داستان بعداً در این مورد خواهد بود.

ضمناً این غول ها پلاک خودروهای سواری معمولی را دارند و در پلیس راهنمایی و رانندگی ثبت شده اند.

هر سال، هم کارخانه‌های معدن و هم کارخانه‌های فرآوری شامل متالواینوست (Lebedinsky و Mikhailovsky GOK) حدود 40 میلیون تن سنگ آهن به شکل کنسانتره و سنگ معدنی تولید می‌کنند (این حجم تولید نیست، بلکه سنگ معدن غنی شده است، یعنی جدا شده است. از سنگ های باطله). به این ترتیب مشخص می شود که به طور متوسط روزانه حدود 110 هزار تن سنگ آهن غنی شده در دو کارخانه معدنی و فرآوری تولید می شود.

این بلاز در یک زمان تا 220 تن سنگ آهن را حمل می کند.

بیل مکانیکی علامت می دهد و او با احتیاط معکوس می کند. فقط چند سطل و بدن غول پر شده است. بیل مکانیکی دوباره سیگنال می دهد و کامیون کمپرسی حرکت می کند.
این بیل مکانیکی هیتاچی که بزرگترین در معدن است دارای ظرفیت سطل 23 متر مکعب است.

"بلاز" و "کاترپیلار" متناوب. ضمنا یک کمپرسی وارداتی فقط 180 تن حمل می کند.

به زودی راننده هیتاچی نیز به این شمع علاقه مند خواهد شد.

سنگ آهن بافت جالبی دارد.

بلاز کوچکتر

امکان دیدن انفجارها وجود نداشت و به ندرت پیش می آید که رسانه ها یا وبلاگ نویسان به دلیل رعایت استانداردهای ایمنی اجازه مشاهده آن را داشته باشند، چنین انفجاری هر سه هفته یک بار رخ می دهد. کلیه تجهیزات و کارگران طبق استانداردهای ایمنی از معدن خارج می شوند.

خب، پس کامیون‌های کمپرسی سنگ معدن را نزدیک‌تر به راه‌آهن در همان معدن تخلیه می‌کنند، از آنجا که سایر بیل‌ها آن را در واگن‌های کمپرسی بارگیری می‌کنند، که در بالا در مورد آن نوشتم.

سپس سنگ معدن به کارخانه فرآوری برده می شود، جایی که کوارتزیت های آهن دار خرد می شوند و فرآیند جداسازی سنگ ضایعات با استفاده از روش جداسازی مغناطیسی انجام می شود: سنگ معدن خرد می شود، سپس به یک درام مغناطیسی (جداکننده) فرستاده می شود. مطابق با قوانین فیزیک، تمام آهن می چسبد و نه آهن از آب شسته می شود. پس از این، کنسانتره سنگ آهن حاصل به گلوله و HBI تبدیل می شود که سپس برای ذوب فولاد استفاده می شود.

عکس یک آسیاب سنگ زنی را نشان می دهد.

در کارگاه‌ها چنین کاسه‌های آبخوری وجود دارد، بالاخره اینجا گرم است، اما بدون آب راهی نیست.

مقیاس کارگاهی که در آن سنگ معدن در بشکه ها خرد می شود، چشمگیر است. زمانی که سنگ ها هنگام چرخش به یکدیگر برخورد می کنند، سنگ معدن به طور طبیعی آسیاب می شود. حدود 150 تن سنگ معدن در یک بشکه به قطر هفت متر قرار می گیرد. درام های 9 متری هم وجود دارد که بهره وری آنها تقریبا دو برابر است!

برای یک دقیقه وارد کنترل پنل کارگاه شدیم. اینجا کاملاً متواضع است، اما تنش بلافاصله احساس می شود: توزیع کنندگان در حال کار و نظارت بر روند کار در پانل های کنترل هستند. همه فرآیندها خودکار هستند، بنابراین هرگونه مداخله - خواه متوقف کردن یا شروع هر یک از گره ها - از طریق آنها و با مشارکت مستقیم آنها انجام می شود.

نقطه بعدی مسیر مجموعه مرحله سوم کارگاه تولید آهن بریکت داغ - TsGBZh-3 بود که همانطور که حدس زده اید آهن بریکت داغ در آن تولید می شود.

ظرفیت تولید TsHBI-3 1.8 میلیون تن محصول در سال است که مجموع ظرفیت تولید این شرکت با احتساب مراحل 1 و 2 برای تولید HBI، در مجموع به 4.5 میلیون تن در سال افزایش یافته است.

مجموعه TsHBI-3 مساحتی معادل 19 هکتار را اشغال می کند و شامل حدود 130 شی است: ایستگاه های غربالگری دسته ای و محصولات، تراکت ها و حمل و نقل گلوله های اکسید شده و محصولات نهایی، سیستم های حذف گرد و غبار برای گازهای آب بندی پایین تر و HBI، قفسه های خط لوله، یک گاز طبیعی. ایستگاه کاهش گاز، گاز مهر و موم، پست های برق، اصلاح کننده، کمپرسور گاز فرآیند و سایر امکانات. خود کوره شفت 35.4 متر ارتفاع دارد و در یک سازه فلزی هشت طبقه به ارتفاع 126 متر قرار دارد.

همچنین، به عنوان بخشی از پروژه، نوسازی تأسیسات تولید مرتبط نیز انجام شد - کارخانه فرآوری و کارخانه گندله سازی، که تولید حجم اضافی کنسانتره سنگ آهن (میزان آهن بیش از 70٪) و پایه بالا را تضمین کرد. گلوله های با کیفیت بهبود یافته

امروزه تولید HBI دوستدار محیط زیست ترین راه برای به دست آوردن آهن است. تولید آن انتشارات مضر مرتبط با تولید کک، زینتر و چدن ایجاد نمی کند و همچنین هیچ زباله جامد به شکل سرباره وجود ندارد. در مقایسه با تولید آهن خام، هزینه های انرژی برای تولید HBI 35٪ کمتر و انتشار گازهای گلخانه ای 60٪ کمتر است.
HBI از گلوله ها در دمای حدود 900 درجه تولید می شود.

متعاقباً، بریکت های آهنی از طریق یک قالب یا همانطور که به آن "پرس بریکت" نیز می گویند، تشکیل می شود.

ظاهر محصول به این صورت است:

خوب حالا بیایید کمی در مغازه های داغ آفتاب بگیریم! این کارخانه الکترومتالورژیکی Oskol یا به عبارت دیگر OEMK است که در آن فولاد ذوب می شود.

شما نمی توانید نزدیک شوید، می توانید گرما را به طور قابل لمس احساس کنید.

در طبقات بالا سوپ داغ و سرشار از آهن را با ملاقه هم می زنند.

فولادسازان مقاوم در برابر حرارت این کار را انجام می دهند.

لحظه ریختن اتو را در ظرف مخصوص کمی از دست دادم.

و این یک سوپ آهنی آماده است، لطفا قبل از سرد شدن سر سفره بیایید.

و یکی دیگه مثل اون

و از طریق کارگاه ادامه می دهیم. در تصویر نمونه هایی از محصولات فولادی که کارخانه تولید می کند را مشاهده می کنید.

تولید در اینجا بسیار بافت است.

در یکی از کارگاه های کارخانه این بلنک های فولادی تولید می شود. طول آنها بسته به خواسته مشتریان می تواند از 4 تا 12 متر برسد. عکس ماشین ریخته گری پیوسته 6 رشته ای را نشان می دهد.

در اینجا می توانید ببینید که چگونه قسمت های خالی به تکه تکه می شوند.

در کارگاه بعدی قطعات داغ با آب تا دمای لازم خنک می شوند.

و این همان چیزی است که محصولات از قبل خنک شده، اما هنوز فرآوری نشده به نظر می رسند.

این انباری است که چنین محصولات نیمه تمام در آن نگهداری می شود.

و این ها شفت های چند تنی و سنگین برای نورد آهن هستند.

در کارگاه همسایه، OEMK میله های فولادی با قطرهای مختلف را که در کارگاه های قبلی رول شده بودند، آسیاب و براق می کند. به هر حال، این کارخانه هفتمین شرکت بزرگ روسیه برای تولید فولاد و محصولات فولادی است.

محصولات پس از پرداخت در کارگاه همسایه می باشد.

کارگاه دیگری که در آن تراشکاری و پرداخت محصولات انجام می شود.

به شکل خام خود اینگونه به نظر می رسند.

قرار دادن میله های صیقلی در کنار هم.

و ذخیره سازی توسط جرثقیل

من میله های فولادی مرتب تا شده را دوست دارم).

این کارخانه محصولاتی را تولید می کند که توسط خودروسازان برجسته جهان مانند پژو، مرسدس، فورد، رنو و فولکس واگن استفاده می شود. از آن ها برای ساخت بلبرینگ برای همین خودروهای خارجی استفاده می شود.

به درخواست مشتری به هر محصول یک برچسب چسبانده می شود. برچسب شماره حرارت و کد درجه فولاد مهر شده است.

ممنون که تا آخر خواندید، امیدوارم برایتان جالب بوده باشد.
تشکر ویژه از کمپین Metalloinvest برای دعوت!

برای اشتراک در "چگونه ساخته می شود" روی دکمه کلیک کنید!