Болатты өндірудің әдістері
Болат өндіру — металлургиядағы негізгі үдерістердің бірі. Бұл мәтінде болат алудың кең тараған тәсілдері, әсіресе конвертерлік (оттегі-конвертерлік) әдістің құрылысы, жұмыс циклі және технологиялық ерекшеліктері жүйеленіп беріледі.
Болат өндірудің конвертер әдісі
Конвертер — ішкі қабаты отқа төзімді кірпішпен астарланған болат реторта. Конвертерде болат алу әдісін 1854–1856 жылдары ағылшын инженер-металлургы Г. Бессемер алғаш рет тәжірибеде қолданған.
Тарихи тәсіл және негізгі қағида
Бастапқы нұсқада конвертерге құйылған сұйық шойын астынан ауа үрлеу арқылы өңделді. Ауадағы оттегі шойындағы көміртек, кремний, марганец және басқа қоспалармен әрекеттесіп, оларды тотықтырады. Қоспалар тотығып бөлінген сайын шойын біртіндеп болатқа айналады.
Бұл тотығу реакциялары кезінде көп жылу бөлінеді, сондықтан әдіс, әдетте, қосымша отынды көп қажет етпейді.
Қазіргі заман: оттегі-конвертерлік әдіс
Қазіргі өндірісте ауаның орнына техникалық оттегі қолданылады. Осыған байланысты технология оттегі-конвертерлік әдіс деп аталады.
- Көп зауыттарда көлемі 250–400 т болатын, түбі жабық (үрлейтін тесіктері жоқ) конвертерлер пайдаланылады.
- Конвертер ішкі беті доломит немесе хром-магнезит кірпішімен астарланады.
- Оттегі конвертерге сумен салқындатылатын вертикаль фурма арқылы беріледі.
Фурма сұйық шойын деңгейінен шамамен 1200–2000 мм жоғары орналасады. Демек, оттегі ескі тәсілдегідей шойын қабатынан өтпей, негізінен ваннаның үстіңгі бетіне беріледі.
Конвертердің жұмыс циклі
- 1 Конвертер ішіне металл сынықтары (кейде темір кені) салынады.
- 2 Сұйық шойын құйылады.
- 3 Металл конвертер көлемінің шамамен 1/5 бөлігін толтырғанда, фосфорды байланыстыру үшін әктас қосылады.
- 4 Конвертерге оттегі үрленеді; оттегі ағынының механикалық әсерінен металл ваннасы қарқынды араласады.
- 5 Қоспалардың тотығуы күшейіп, фурманың төменгі бөлігінде температура 2400°C-қа дейін жетуі мүмкін.
- 6 Көміртек қажетті мөлшерге жеткенде үрлеу тоқтатылады; бұл үдеріс автоматтандырылған бақылау (есептеу жүйелері) арқылы қадағаланады.
- 7 Конвертер бұрылып, дайын болат шөмішке құйылып алынады.
Негізгі тотығу реакциялары
Балқыған металдағы қоспалардың оттегімен тотығуы мына реакциялар бойынша жүреді, ал түзілген өнімдер қож құрамына өтеді:
Қоспалардың бір бөлігі металл мен қож шекарасында қождағы темір тотықтарымен де тотығады:
Технологиялық шектеулер мен өнімділік
- Оттегі конвертерінде тез тотығатын легірлеуші элементтердің мөлшері, әдетте, 2–3%-дан аспайтын болаттар қорытылып алынады.
- Легірлеуші элементтерді көбіне бөлек электр пештерінде ерітіп, кейін шөмішке құйып қосады.
- Қоспалардың тотығуы өте жылдам жүретіндіктен, болат алудың толық циклі шамамен 50–60 минут болады, оның ішінде оттегімен үрлеу 18–30 минут.
- 1 тонна болат өндіруге орта есеппен 50–60 м³ оттегі жұмсалады.
Болат өндірудің басқа әдістері
Болат өндірудің мартен әдісі
Мартен үдерісін 1865 жылы француз металлургтары Э. Мартен және оның ұлы П. Мартен ұсынған. Мартен пеші — жылытқышы бар, регенеративті типтегі пеш. Балқыту кеңістігінде газ тәрізді отын немесе мазут жағылады.
Электр пештерінде болат өндіру
Электр пештерінің артықшылықтары: тез қызуы және температураны 2000°C-қа дейін тұрақты ұстай алуы; тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш немесе бейтарап атмосфера құру және вакуум жасау мүмкіндігі. Соның арқасында электр пештерінде сапасы жоғары, арнайы қасиеттері бар, зиянды қоспалары аз болаттар қорытылады.
Металлургиялық электр пештері доғалы және индукциялық түрлерге бөлінеді.
Балқыған болатты құйып алу тәсілдері
Балқыту пештерінде алынған сұйық болат шөміштерге құйылып, көпір кран арқылы құю алаңына жеткізіледі. Шөміштердің сыйымдылығы әдетте 5–250 т аралығында болады.
Ірі балқыту пештерінде болат қорытқанда шөміш сыйымдылығы 400 тоннаға дейін жетуі мүмкін (диаметрі мен биіктігі 6 м-ге дейін).