Bir çelik fabrikası a, fabrika üretimi için kullanılan çelik yarı-mamul ürün şeklinde büyük miktarlarda. Genellikle iki tür çelik işi vardır: geri dönüştürülmüş hurdadan çelik üreten elektrikli çelik işleri ve yüksek fırın tarafından üretilen sıvı demirden çalışan oksijenli çelik işleri .
Çelik üretiminin tarihinin çelik endüstrisinden önce başlaması gibi, "çelik fabrikası" terimi de İkinci Sanayi Devrimi sürecinden önce gelir . Bu nedenle, doğal veya potalı çelik üreten fabrikaları tasarlamak için kullanılabilir . Ancak dönüştürücü ile elde edilen erimiş çeliğin , çekiçlemeyle elde edilen demirlerden (özellikle de pudralı demirlerden ) ayırt edilmesi gerekiyordu ve terminoloji daha sonra Bessemer , Thomas ve Martin süreçlerine dayanan modern fabrikalar için "çelik işleri" terimini saklı tuttu . Siemens. .
Dönüştürücülerden önceki tüm rafine işlemleri , metal parçalarının tekrar tekrar dövülmesini veya taşınmasını içerdiğinden, bunları çalıştıran fabrikalar " dövme " olarak adlandırılır . Gelen XVIII inci çekiç onun metal rafine olarak görev yapmaktadır yüzyılda, demirci ocakları bitkiler bu nedenle düzen . Bu çekiçleme rafine etme süreçlerinin ortadan kalkması sırasında, "dövme" terimi anlamsal bir değişime uğradı : sadece çelik fabrikalarından çeliğin şekillendirilmesini ifade ediyor.
"Çelik fabrikası" terimi artık doğrudan erimiş metalin rafine edilmesi ile ilişkili olmaya devam etmektedir. Böylece, eriyik fabrikalar hurda metal içinde bir elektrikli ark fırınının , çelik fabrikaları bulunmaktadır.
Son on yıllarda, ısı kayıplarının ekonomik etkisini, refrakter malzemelerin tüketimini ve işçilik maliyetini azaltmak için araçların boyutlarının büyüdüğünü gördü. Oksijen dönüştürücülerin ve sürekli dökümün 1970'lerin sonunda yaygınlaştırılmasından bu yana , ilerleme, esas olarak maliyetleri kontrol etmeye (kalite dışı, güvenilmezlik, ölçüm , alaşım katkı maddelerinin tüketimi ...) ve geliştirilmiş esnekliğe ( hurda fiyatına adaptasyon) odaklanmıştır . , enerji, yeni alaşımların üretimi vb.)
Sıvı dökme demirden çelik üretimi durumunda, genellikle şu araçlara sahibiz:
Çelik geri dönüştürülmüş hurdadan elde edilirse, desülfürizasyon ve dekarbürizasyon araçları, sıvı çeliği çelik ceplere dökecek bir elektrikli eritme fırını ile değiştirilir.
Bazı alaşımlar , sürekli döküm ile katılaşmaya uyumsuz olduğundan, döküm külçeleri daha sonra uygulanmaktadır .
Bir çelik fabrikasında kullanılan ana ürünler şunlardır:
Genellikle orada bulunur:
Kükürt giderme bazen yüksek fırınlara bağlı bir atölye olarak kabul edilir . Nitekim, kimyasal reaksiyon düşük sıcaklıkta daha verimli olduğundan, sıvı çelikten daha az sıcak olan sıvı dökme demir üzerinde gerçekleştirilir. Bununla birlikte, pota metalurjisi atölyesinde ek kükürtten arındırma yapılması yaygındır .
Konvertörün temel rolü, sıvı bir çeliğe ulaşmak için dökme demirin karbonunu yakmaktır. Ancak bu reaktörde art arda bir dizi kimyasal reaksiyon gerçekleşir:
Fosfor ve manganez demir cevherinden gelir . Fosfor cevherlerinin ( Minette Lorraine gibi) terk edilmesi, fosfordan arındırmanın önemini ortadan kaldırmadan azalttı. Manganez, bir alaşım elementi olarak takdir edilmektedir (varlığı, bazı tarihi çeliklerin kalitesini açıklamaktadır): yanmasından kaçınılmalıdır.
Oksijen dönüştürücüBir dönüştürücüdeki ilk iki yanma reaksiyonu çok ekzotermik yanmalardır. Tarihsel olarak oksijen, Bessemer ve Thomas dönüştürücülerinin tabanına üflenen havadan geldi . Ancak yine püskürtülen büyük hacimli nitrojen çeliği soğuttu.
1970'lerde gevrek bir element olan nitrojenin eklenmesini önlemek için saf oksijen dönüştürücüler geliştirildi.Silikon ve karbonun yanmasından gelen ısı, bir soğutma elemanı olarak hurda eklenmesine yol açtı. Konvertör yükünün dörtte birini temsil edebilen düşük hurda maliyeti, üretilen çeliğin nihai fiyatının da düşürülmesini mümkün kılar. Bu yenilik , Carl Wilhelm Siemens ve Pierre-Émile Martin tarafından icat edilen yankılanma fırınlarını ortadan kaldırdı .
Elektrikli fırın1960'larda ortaya çıkan, elektrikli bir fırında eritilen ıslah edilmiş hurda metalden çelik üretimi , Amerika Birleşik Devletleri'nde Nucor tarafından teknik-ekonomik bir model olarak ortaya çıktı . Refrakter tuğlalarla kaplı bir sepet , güçlü bir elektrik arkı kullanılarak yeniden eritilen hurda metalle doldurulur. Ark, alternatif akımla beslenen 3 grafit elektrotla veya bazen doğru akımla çalışan tek bir elektrotla oluşturulur.
Avantajlar :
Dezavantajları :
Biz ortadan kaldırmak mümkün olduğu zaman, sıvı çelik metalurji ortaya fosfor demir cevheri içinde mevcut mevcudiyetinde üfleme çelikten, kireç de Thomas dönüştürücüler
Metalürji olarak cep ya da ikincil metalürji (de) , alaşımlar çok karmaşık hale geliştirir, tek bir reaktör içinde dönüştürücü yapılması gereken zaman ortaya çıktı. Sıvı çeliğin üretimi, konvertörden (veya elektrikli fırından) potaya döküldükten sonra sonlandırılır. Hedef şudur:
Cürufun sülfürü dökme demirden çıkarabildiğini gördük . Dönüştürücüde, kireç bakımından zengin bir cüruf da fosforu giderir . Bu durumlarda sıvı metal - cüruf kimyasal reaksiyonu tamamlandıktan sonra cüruf banyo yüzeyinden izole edilir.
Cüruf ayrıca , genellikle tortulaşmadan kaynaklanan metalde çözünen oksit kalıntılarını da emebilir . Bunun için bileşimini reaktif hale getirmek için kontrol etmek esastır. Örneğin yüksek bir kireç içeriği, cürufu alümina katkıları açısından uygun olan bazik hale getirir . Bununla birlikte, bu cüruf aynı zamanda refrakter tuğlaları da korumalıdır ... bu nedenle cürufların ayarlanması bir uzlaşmadır.
FeO gibi bazı cüruf oksitler, titanyum , alüminyum , bor gibi alaşım ilavelerini oksitleyebilir ... Bu durumda, bu alaşım elementleri metal sıvıya ulaşmadan tüketilir ve dolayısıyla israf edilir. Bu nedenle , çok fazla cüruf veya yetersiz kontrol edilen cüruf oksidasyonu bu durumda engelleyicidir.
Cürufun işlenmesiyle ilgili aletler genellikle sıvı çelik üzerinde yüzen cürufu "sıyırmak" için bir "tırmık" dan oluşur. Hazneler, cürufu oluşturması veya değiştirmesi amaçlanan ürünlerin eklenmesine izin verir.
Vakum araçlarıBazen sıvı çeliğin bir vakumda davranışı ve ardından aniden açılan bir şişe gazlı içeceğe benzeyen gaz gidermeden bahsediyoruz . Çözünmüş gazların atılmasının yanı sıra, bir vakuma geçiş, kükürt gidermeye, dekarbürizasyona bağlı kimyasal dengeyi destekler ... Sıvı çeliği vakum altında geçirmek için genellikle iki alet kullanılır (değer 1 mbar'dan az olabilir) :
Bu iki kurulum bazen çeliği alüminotermi ( Oksijen Üfleme işlemi ) ile yeniden ısıtmak için tasarlanmış bir oksijen mızrak ile donatılmıştır .
Demleme ve gölgeleme istasyonuDekarbürizasyon döngüsü tamamlandıktan sonra dönüştürücüde gölgeleme (alaşım elementlerinin eklenmesi) yapılabilir. Üretilecek çelik kalitelerinin çeşitliliği ve alaşım elementlerinin çözülmesiyle ilgili kısıtlamalar göz önüne alındığında, bu uygulama ortadan kalkma eğilimindedir. Genel olarak, sıvı çeliğin derecelendirilmesi birkaç aşamada belirli aletlerle yapılır:
Yukarıdaki sıra genellikle takip edilir. Bununla birlikte, çökeltmenin sadece çeliğin sürekli döküm yoluyla katılaştırılacak olması durumunda gerçekten gerekli olduğu anlaşılmalıdır . Külçe döküm sağlar katılaşma Rimming çelik, çelik köpürtücü calmage tarafından oluşturulan oksitler her cürufa yüzmemesi için, katışkılar içermeyen. Ek olarak, katılaşma çözünmüş oksijenin gazdan arındırılmasına neden olur, bu da yüzeye yükseldikçe durgun sıvı çeliği temizler ve karıştırır.
Bir vakum aletinden geçmek de mümkündür. Bu aracın rolü dönüştürücüde başlatılan dekarbürizasyonu mükemmelleştirmekse, bu adım çökeltmeden önce yapılmalıdır. Hedef, dehidrojenasyon veya nitrat giderme ise , bu adım, nihai kimyasal bileşime ulaşıldığında gelecektir.
Karıştırma en kısa sürede unsuru ekler olarak yapılır alaşım . Pnömatik olabilir: argon daha sonra suya batırılmış bir mızrak ile veya cebi kaplayan ateşe dayanıklı tuğlalar yoluyla enjekte edilir. Karıştırma ayrıca elektromanyetik olabilir.
Alaşım elementlerinin eklenmesi aşamasında cürufun rolü asla ihmal edilmemelidir. Aslında, şu yollarla işlemi kesintiye uğratabilir:
Sürekli döküm tipik olarak alaşım sıvılaşmasının yaklaşık 30 ° C üzerinde çelik sıcaklıkları gerektirir . Isıtma aracı ya elektrikli cep fırını ya da alüminotermi gibi kimyasal bir işlemdir . Her zaman çok sıcak çalışmak da mümkündür, böylece yalnızca son anda doğru sıcaklığa kadar soğuyabilirsiniz.
Paslanmaz çelik kasaPaslanmaz çelikler , yüksek bir içeriğine sahip krom ve nikel ve belirgin bir şekilde (ötesinde erimiş çeliğin sıvılaşma sıcaklığını yükseltmek çok düşük bir karbon içeriği (az 100 bin) 1700 ° C ). En iyi metal - cüruf kimyasal terazileri, refrakter tuğlaların dayanamayacağından bile daha yüksek sıcaklıklar gerektirir. Bu nedenle, yeniden işlenen ve yeniden kullanılan krom oksitlerle çok yüklü cüruflarla çalışıyoruz.
Sürekli döküm, metali katılaştırmak için kullanılan bir araçtır. Çelik cep, iki cebi barındırmak için iki kolu olan bir fırdöndü üzerine yerleştirilir ve bu nedenle sürekli akar. Metal, döküm kanalından, onu iki döküm hattına dağıtacak olan bir dağıtıcıya akar. Distribütörden ayrılırken metal külçe kalıbına gelir ve bu da su ile soğutularak son şeklini ( levha , blum , kütük vb.) Verir . Hat sonunda plaka alevle kesilerek istenilen boyda kesilir ve ardından haddeleme işlemine geçilir .
Külçe dökümKülçe dökümü, sürekli dökümün atasıdır. Tek parçalar dışında (serbest dövme) artık neredeyse hiç kullanılmamaktadır.
Çok kirletici olmasa da (özellikle kok fabrikası ve genellikle çelik konstrüksiyonla ilişkilendirilen aglomerasyon tesisi ile karşılaştırılırsa), modern bir çelik fabrikası sık sık "kırmızı duman", demir oksit tozu , özellikle görünür ve dağınık dumanlar üretir . . 1970'lerde, Thomas dönüştürücüler (oksijenden 3 kat daha fazla duman üreten) ve Martin'in (bir gazın yanmasıyla ısıtılması gerekir) terk edilmesi, yapılacak dumanın geri kazanımı ile donatılmış oksijen dönüştürücüler lehine gaz, önemli bir ilerlemeydi. Aynı şekilde elektrikli fırınların tozlanması da sistematik hale geldi.