Mavzu №1. Qora metallurgiyaning asosiy tushunchalari. Po‘lat ishlab chiqarish

Ikkinchi bosqich - cho‘yandan yumshoq temir (payvadlangan) ishlab chiqarish. Ishlov berilmagan xavo purkash jarayoni rivojlanishi bilan gorn pechlari kattaroq quvvat va nisbatan balanroq qilib qurilgan, xavo purkash jadallashtirilgan; bu gorndagi xaroratni ko‘tarilishiga va yuqori haroratli hududda shixta mahsulotlarini uzoqroq qolishiga olib keldi. Natijada, bir qator holatlarda, temirning sezilarli uledorlanganligi sodir bo‘ldi va bu jarayon kam uglerodli temir emas, balki yuqori uglerodli temir, ya’ni cho‘yan edi. CHo‘yan plastik xususiyatlarga ega emas (bukilmaydi, egilmaydi va hokazo); u ko‘pincha keraksiz mahsulot deb hisoblanib, tashlab yuborilgan. Biroq gornga temir rudasi o‘rniga cho‘yan yuklanganda, yoki uzoq vaqt davom etgan jarayon qoldig‘i bo‘lgan uglerodlangan temirni qayta ishlanganda kam uglerodli temir kritsasi ishlab chiqarilishi kuzatilgan. Bunday ikki bosqichli jarayon (birinchi navbatda, cho‘yan olish, so‘ngra cho‘yandan kam uglerodli temir ishlab chiqarish) yanada samaraliroq bo‘lib kritsali jarayon deb nomlangan temir ishlab chiqarishning yanada mukammal usulining paydo bo‘lishiga olib keldi. Kritsa jarayoni va ishlov berilmagan xavo purkash jarayoni paydo bo‘lish sanasi noma’lum ammo XII-XIII asrlarda kritsali jarayon tarqalgan edi.

SHunday qilib cho‘yanni qayta ishlab temir va po‘lat olishning muhimligi shundaki cho‘yanni pechda yog‘och ko‘mir bilan eritib, uglerod, kremniy, marganets va boshqa cho‘yanni zararli birikmalarini kislorod bilan purkash va shlakning xarakati xisobiga oksidlariga boy bo‘lgan shlak olishdir iboratdir.

Olovga chidamli materiallar yoki suv bilan sovutilgan cho‘yan plitalar bilan qoplangan gorn ko‘mir bilan to‘ldiriladi, yondiriladi va xavo purkalanadi. Ko‘mir yaxshi qizdirilgandan so‘ng cho‘yan va temir oksidiga boy shlaklar, temir kuyundisi temir rudalari yuklanadi. Odatda cho‘yanni furma darajasida yoki undan bir oz yuqoriroq yuklanadi, u erda asta-sekin eriydi va tomchilar shaklida quyiladi. SHu bilan birga purkalgan xavodagi kislorod va temir oksidli shlak ta’sirida cho‘yan tarkibidagi yonadi ketadi.

Uchinchi bosqich - bu suyuq (quyma) po‘lat ishlab chiqarish usulining paydo bo‘lishi. Suyuq eritilgan shaklda po‘lat olish barcha mavjud bo‘lgan qadimiy usullar ichida eng qadimiysi bu tigelli jarayondir. Ushbu usulning paydo bo‘lishining aniq vaqti qadimgi davrlardayoq yo‘qolgan. Damashq po‘lati haqida (forscha Pulao - po‘lat) dafna ham eslatib o‘tilgan. Tigelli eritish jarayon texnologiyasi siri o‘rta asrlardayoq yo‘qolgan deb hisoblanadi. G‘arbiy Evropada bu usul 18-asrning birinchi yarmida qayta vujudga keltirilgan. 1740 yilda ingliz B. Gentsman o‘zi yasagan tigellarda payvandlangan temirni bo‘laklarini qayta ishlash orqali suyuq po‘lat olgan. SHixta tarkibiga xar-xil miqdorda cho‘yan, grafit yoki yumshoq temir qo‘shib ishlab chiqarilayotgan po‘latni mustaxkamligini tartibga solgan. B. Gentsmanning asosiy g‘oyasi – metallni eritish va barcha shlak zarralarini suzib chiqishiga majburlab so‘ngra bu shlakni chiqarib tashlash bo‘lgan. Gentsmanning po‘lat ishlab chiqaruvchi fabrikasi (SHeffild yaqinida) ishlab chiqarish sirlarini maxfiy tarzda saqlagan va britaniyaliklaruzoq vaqt po‘lat mahsulotlarini eng yaxshi ishlab chiqaruvchilari sifatida tanilgan: pichoqlar, jarrohlik asboblari va boshqalar. Rossiyada tigel usulida yuqori sifatli po‘lat ishlab chiqarish Zlatoust, Obuxov, Putilov va boshqa zavodlarda yo‘lga qo‘yilgan. Mashhur rus metallurgi A.P. Anosov Zlatoust zavodida 30 yil davomida ishlagan (1817 - 1847) va tigili ishlov berish orqali yuqori egiluvchan mustaxkam qadimiy po‘lat olish usullarini ishlab chiqqan.

Tigellarda po‘lat ishlab chiqarish jarayoni quyidagicha amalga oshiriladi: olinishi rejalashtirilayotgan po‘lat tarkibiga yaqin bo‘lgan tarkibdagi metall shixtani tigelga (odatda 25-35 kg) yuklanadi. SHixta materiallarida zararli qo‘shimchalarning miqdori minimal darajada kam bo‘lishi kerak chunki oltingugurt va fosfor tigelli eritish jarayonida deyarli yo‘qolmaydi. Qopqoq bilan berkitilgan tigelni gornga yoki regenerativ pechlarga joylashtiriladi (metallga issiqlik shu tarzda berkitilgan tigel devorlar orqali amalga oshiriladi). SHixta erigandan keyin uglerod, marganets, kremniy oksidlanish reaksiyalari boradi (shixta maxsuloti tarkibidagi mavjud bo‘lgan temir oksidi tufayli), shuningdek shlaklanish jarayoni sodir bo‘ladi.

Tigelli eritish jarayoni shlaklari nordon bo‘lib uning asosiy tarkibini temir va marganets silikatlari tashkil etadi. SHlak oksidlanish reaksiyalari natijasida yuzaga keladigan maxsulotlar hisobiga va shixta tarkibidagi metall bo‘lmagan qo‘shimchalar shuningdek tigel mahsuloti hisobiga shaklanadi. Metall tarkibidagi uglerodning oksidlanishi CO gazini hosil qiladi va u metallni qaynashiga olib keladi. Haroratning oshishi bilan shixta tarkibida mavjud bo‘lgan uglerod (shuningdek tigel tarkibiga kiradigan materiallar) Si, Mn, Fe ni tiklaydi. Qayta tiklash jarayonlarining rivojlanishi natijasida shlak tarkibida temir oksidining konsentratsichsi juda past bo‘ladi. Prokatlash yoki kesish yo‘nalishi bo‘yicha tigelli po‘lat haddan tashqari yuqori mexanik xususiyatlari bilan ajralib turadi.

To‘rtinchi bosqich - quyma metallarni ommaviy ishlab chiqarishning nisbatan sodda va arzon usullarining paydo bo‘lishi. Po‘lat ishlab chiqarishning yuqoridagi barcha usullari kam miqdorda ishlab chiqariladigan jarayonlardir. XIX asr o‘rtalarida yuqori samarali va arzon po‘lat ishlab chiqarish usullarining etishmasligi tufayli sanoat va temir yo‘l transporti jadal rivojlanmadi. Hayotning ushbu talablariga javoban yangi ikkita konverter va marten jarayoni po‘lat ishlab chiqarish usullarini yaratilishi va keng tarqalishiga sabab bo‘ldi.

1855 yilda ingliz mexanigi Genri Bessemer tomonidan suyuq cho‘yandan havo purkash orqali ko‘p miqdorda po‘latni ishlab chiqarishning oddiy va arzon usuli taklif qilingan. CHo‘yanga havo purkash maxsus nordon futerovkali agregat – konvertorda amalga oshirilgan. Usul konvertorlash (Bessemer) deb nomlangan.

G. Bessemer jihozning sodda va qulay shaklini taklif qilishga muvaffaq bo‘ldi. So‘nggi bir yarim asr ichida eritish jarayoni sezilarli darajada o‘zgardi ammo jihoz tuzulishi deyarli o‘zgarishsiz qoldi.

1878-1879 yillarda. angliyalik Tomas tomonidan ishlab chiqilgan konvertorlash jarayonida qo‘laniladigan konvertorning futerovkasi asosli bo‘lgan dolomitdan tayyorlangan. Ushbu jarayon Tomas yoki "asosli konvertor" yoki "asosli Bessemer" deb nomlanadi.

Bessemer va Tomas jarayonlarida konvertordagi suyuq cho‘yanni purkash havo bilan amalga oshirilgan. Bu holda ekzotermik reaksiyalardanajiralib chiqayotgan issiqlik faqat konvertorga quyilgan metallni qizdirish uchun etarli edi (konvertorga quyilgan cho‘yanning harorati 1200-1300 °C; hosil bo‘lgan po‘latning harorati taxminan 1600 °C bo‘lishi kerak). Tarkibida temir lomlari bo‘lgan shixta mahsulotini havo bilan purkaladigan konvertorda qayta ishlash imkoniyati yo‘q edi.

1865 yilda Fransiyada Emil va Per Martin regenerativ yonish pechlarida cho‘yan va temir lomlaridan muvaffaqiyatli ravishda po‘latdan ishlab chiqarishni amalga oshirishdi. Qattiq shixta mahsulotlarini eritib po‘lat olish uchun etarli bo‘lgan yuqori haroratni olish, pechga isitiladigan gaz va havo etkazib berish natijasida mumkin bo‘ldi. Ishlab chiqarilgan gazlarning issiqligini sanoat pechlarining regeneratorlarida yoqilg‘i va havoni isitish uchun ishlatish prinsipi birinchi marta 1856 yilda germaniyalik aka-uka muhandislar Siemenslar tomonidan amalga oshirilgan. SHuning uchun bir qator mamlakatlarda (birinchi navbatda Germaniyada va Rossiyada 1917 yil inqilobidan oldin) jarayon "Siemens-marten jarayoni" deb nomlandi.

Beshinchi bosqich - bu po‘latning elektrometallurgiyasini rivojlanishi. XIX asrning ikkinchi yarmida. Po‘lat ishlab chiqarish uchun elektr energiyasidan foydalanish bo‘yicha takliflar berilgan. XIX asr oxiri - XX asr boshlarida turli xil tuzulishdagi elektr pechlar yaratila boshlandi. Elektrometallurgiya rivojlanish davrining boshlanishi 1899 yilda fransuz muhandisi P. Ero (Gera) tomonidan po‘lat ishlabchiqarish uchun kichik elekrt yoyli pech loyihasini ishlab chiqish deb hisoblanadi. Birinchi bunday kichik elekrt yoyli pechlar kam quvvatli edi va faqat erigan shixta bilan ishlardi. Rossiyalik M.O. Dolivo-Dobrovolskiy tomonidan ixtiro etilgan uch fazali o‘zgaruvchan tok ishlaydigan pechlarni qurishga imkon berdi (avval AQSH va Rossiyada, keyin Germaniya, Fransiya va boshqa mamlakatlarda).

Elektr energiyasining tanqisligi va yuqori narxlari elektrometallurgiyaning rivojlanishiga to‘sqinlik qildi. Uzoq vaqt davomida elektr yoyli pechlar asosan yuqori sifatli va yuqori legirlangan po‘lat qotishmalari markalarini ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Hozirgi kunda vaziyat tubdan o‘zgardi: katta quvvatli pechlardan foydalanish imkoniyati paydo bo‘ldi; transformator quvvati 800-1000 kV-A / t gacha po‘latgacha ko‘tarildi; bularga mos ravishda pechning tuzulishi va po‘lat ishlab chiqarish texnologiyalari o‘zgartirildi.

Oltinchi bosqich – po‘lat ishlab chiqarish jarayonini kislorod yordamida samaradorligini oshirish. Po‘lat ishlab chiqarish agregatlarida yoqilg‘ini yoqish uchun yoki cho‘yanni zararli qo‘shimchalarini oksidlash uchun fodalaniladigan xavoni toza kislorod bilan almashtirish metallurglarning ko‘p yillardan beri orzusi bo‘lib kelgan, chunki bu jarayonlarning issiqlik balansi sezilarli darajada o‘zgartiradi (atmosfera kislorodi bilan kirib kelayotgan balansdagi azotni isitish uchun sarflanayotgan issiqlik yo‘qotilishi bo‘lmaydi) shuningdek metall sifatini yaxshilash muammolarini engillashtiradi. Kislorodning yuqori tan narxi bu orzuni amalga oshirishga uzoq vaqt davomida to‘sqinlik qildi. Faqatgina XX asrning 40-yillari oxirida. kislorod ishlab chiqarishning nisbatan arzon usullari paydo bo‘ldi bu o‘z navbatida texnologiyani keng miqyosda rivojlantirishga imkon berdi. Rossiya mamlakati birinchilardan bo‘lib bu ish boshladi. 1940 yillarning ikkinchi yarmida akademik I.P. Bardinning umumiy rahbarligi ostida konvertor po‘lat ishlab chiqarish jarayonini samaradorligini oshirish bo‘yicha tadqiqotlar olib borildi (SNIICHM, ilmiy ish rahbarlari prof. . S. G. Afanasev, prof. V. V. Kondakov va boshqalar) va marten jarayoni MISiS, ish boshlig‘i prof. K.G. Trubin.). Birinchi tajribalar nazariy hisob-kitoblarni tasdiqladi ammo moslamalarni optimal ishlash ko‘rsatgichlarini aniqlash pechning konstruksiyalarini ishlab chiqish vaqt talab etardi. 50-yillarning oxiriga kelib po‘lat ishlab chiqarishda kisloroddan foydalanish odatiy holga aylandi, bu dunyo miqyosida po‘lat ishlab chiqarish miqdorini ortishiga sezilarli darajada ta’sir ko‘rsatdi. Natijada bugungi kunda dunyoda ishlab chiqarilayotgan po‘latning asosiy qismi oksidlovchi sifatida texnik jihatdan toza kislorod foydalaniladigan agregatlarda olinmoqda.

Ettinchi bosqich - bu qayta eritish jarayonlarining paydo bo‘lishi va tarqalishi. Po‘latni zararli qo‘shimchalardan tozalash jarayoni bir qator omillarga bog‘liq bo‘lib bosimning o‘zgarishi, reaksiya kirishuvchi fazalarning ta’sirlashish yuzalarining ortishi, metallni sovutish jarayonini tezlashishi, plazma va elektron-nur texnologiyasidan foydalanish va hokazolar shular jumladir. 50-yillarda po‘latni qayta ishlash jarayonlari vakuum-induksion (VIP), vakuum-yoyli (VYP), elektroshlakli (ESHP), elektron nurida, plazma pechlarida eritish va boshqalar usullar paydo bo‘ldi va keng tarqaldi. Odatda bu jarayonlarda oldindan "odatiy" agregatlarda (konvertor yoki yoyli pechlarda) olingan po‘latga qayta ishlov beriladi. SHuning uchun bu jarayonlarni qayta eritish jarayonlari deb nomlanadi. Ular nisbatan qimmat va unchalik samarali emas ammo ular juda yuqori sifatli va maxsus xususiyatlarga ega bo‘lgan metallni olish imkon beradi. Bunday ishlab chiqarish ko‘lami unchalik katta emas lekin shunga qaramay metallni zararli qo‘shimchalardan to‘liq tozalash maqsadida har yili minglab tonna po‘lat quymalari qayta eritiladi (ba’zan ikki marta yoki hatto uch marta) va ayniqsa yuqori xususiyatlarga ega po‘lat olish uchun.

Sakkizinchi bosqich - bu po‘latni doimiy ravishda quyishga o‘tish. Uzluksiz metallarni quyishga o‘tish 50-60 yil oldin nisbatan past xaroratda erigan alyuminiy va magniy qotishmalarini uzluksiz quyish texnologiyasini ishlab chiqish bilan boshlandi. Ushbu masalada erishilgan yutuqlar po‘latni doimiy ravishda quyish usullarini ishlab chiqishga va unga mos jihozlarni loyihalashga yordam berdi. Natijada XX asr oxirida. dunyoda eritilgan po‘latning asosiy qismi qoliplarga emas balki doimiy quyish uskunalarida quyildi.

Uzluksiz quyishga o‘tish nafaqat blyum sexilarini balki slyabing, qoliplar maydonchalari va boshqalarni qurilishidan voz kechishga imkon berdi. Bundan tashqari ishlatiladigan 1 tonna metal shixta uchun sarfining koeffitsientlarini sezilarli darajada o‘zgartirdi - ular 10-20% ga pasaygan. Boshqacha qilib aytganda iste’mol materiallar bir xil bo‘lgan metallning massasi sezilarli darajada oshdi.

Uzluksiz quyishga o‘tish, po‘latni qoliplarga quyish uchun avval zarur bo‘lgan qoliplar, markaziy plitalar, tagliklar va boshqa jihozlarni ishlab chiqarishni keraksiz qildi.

Shu bilan birga, doimiy quyishga o‘tishda quyma po‘latning tozaligini sezilarli darajada oshirish kerak edi va uning sifatini nazorat qilishni yaxshilash muammosi paydo bo‘ldi. Natijada doimiy quyish uskunasiga etkazib beriladigan barcha po‘latlar pechdan tashqari qo‘shimcha ishlov berishdan o‘tkazila boshladi.

To‘qqizinchi bosqich - bu pechdan tashqarida ishlov berish usullarining paydo bo‘lishi va rivojlanishi (ikkilamchi yoki kovsh metallurgiyasi). Metall tarkibidagi zararli qo‘shimchalar miqdorini kamaytirish va uning sifatini oshirish maqsadida amalga oshiriladigan ko‘plab texnologik operatsiyalar eritish moslamasida emas balki suyuq metallga tegishli ishlov berish uchun maxsus jihozlangan dastgohda kovshda (yoki kovsh o‘rnini bosadigan boshqa agregatda) bajarilishi mumkin. SHu bilan birga eritish moslamasining mahsuldorligi oshadi va po‘latning sifati yaxshilanadi. Zararli qo‘shimchalardan tozalash, tarkibini o‘rtacha xolga keltirish va uning haroratini tartibga solish uchun dastgohdagi metall vakuumlanadi, inert gazlar bilan tozalanadi, suyuq yoki kukunsimon qorishmalar yoki maxsus qotishma bilan ishlov beriladi, elektromagnit bilan aralashtiradi va hokazo.

Ba’zi hollarda bu jarayonlar juda uzoq vaqt davom etganligi sababli va metall asta sekin soviydi va qotib qoladi, metallni qayta ishlash jarayonida uni isitish uchun asboblar paydo bo‘ldi, ya’ni dastgoh alohida, ba’zan ancha murakkab agregatlardan foydalaniladi va bu usullarni kovushli (yoki ikkilamchi) metallurgiya deb nomlandi, pechdan tashqari ishlov berish yoki pechdan tashqarida qayta ishlash. Sifatni yaxshilash bilan bir qatorda, pechdan tashqarida ishlov berish iste’molchi uchun juda muhim bo‘lgan ushbu sinfdagi metall xususiyatlarining barqarorligini (eritishdan to eritishga qadar) ta’minlaydi. Natijada juda qisqa vaqt ichida (XX asr oxiridan) pechdan tashqarida ishlov berish keng tarqaldi. Hozirgi kunda dunyoda eritilayotgan yuz millionlab tonna po‘latlar u yoki bu ikkilamchi metallurgiya usulda qayta ishlanmoqda.

O‘ninchi bosqich - po‘latga uzluksiz ishlov berishni tashkil qilish usullarini ishlab chiqish, po‘latga uzluksiz ishlov beruvchi agregatlar tuzulishini optimallashtirish (SANDlar). Ko‘p yillik tajribalar shuni ko‘rsatadiki, dvriy ravishdapo‘latga ishlav berishni uzluksiz ishlov berishni jarayoniga almashtirish samaradorlikni o‘sishiga, xarajatlarini pasayishiga, mahsulotlarning sifatini oshishiga va bir xilligini (standartlashtirish), resurslarni tejashga, shixta va qo‘shimcha materiallardan yanada samarali foydalanishga yordam beradi. SANDlarni yaratishga kelsak maqbul echimlar topilmadi, ammo tajribalar olib borilmoqda va amalga oshirilmoqda, olovbardosh mahsulotlarni mustaxkamligini oshirish, shlakni qayta ishlatish, eritish jarayonini doimiy va shixta maxsulotlarini doimiy ravishda yuklanishini va boshqalarni nazorat qilishni tashkil etish.

O‘n birinchi bosqich - po‘lat quyish uskunalarini shixta bilan ta’minlash muammolarini hal qilish. Po‘lat metallurgiyadagi hozirgi vaziyatni quyidagicha shakllantirish mumkin.

a) po‘latning sifatiga qo‘yiladigan talablar sezilarli darajada oshdi va o‘sishda davom etmoqda (shu jumladan rangli metallarning zararli miqdori ham);

b) uzluksiz quyishga o‘tish, chiqindilarning keskin kamayishi bilan birga keladigan qayta ishlangan metall chiqindilarining manbai hisoblangan (nisbatan zararli qo‘shimchalar kam bo‘lgan); mos ravishda "iflos" amortizatsiyalangan lomning ulushi ortadi;

v) elektr po‘lat ishlab chiqarishning jadal rivojlanishi elektr pechlarga yuklanayotgan metallolom ta’minotining ko‘payishi bilan bog‘liq.

Hozirgi vaqtda yuqori sifatli metallolomning tanqisligi sezilmoqda. Tegishli muammolarni hal qilish uchun metallurglar quyidagi yo‘nalishlarda ishlarni kuchaytirmoqdalar:

1) suyuq cho‘yanni domna jarayonisiz tozalash;

2) metal shixtalarini saralash va tayyorlash texnologiyasini takomillashtirish;

3) zararli qo‘shimchalarsiz tozalangan yangi metall shixta turlarini yaratish;

4) temirni to‘g‘ridan-to‘g‘ri tiklash mahsulotlarini ishlab chiqarish va ulardan foydalanish amaliyotini kengaytirish.

O‘n ikkinchi bosqich - ekologik muammolarni hal qilish. Metallurgiyaning hozirgi bosqichida resurslardan oqilona foydalanish va saqlash, tabiatni muhofaza qilish, ekologiya masalalari o‘ta muhim muammolarga aylandi. Ekologiya va tabiatni muhofaza qilish muammolarini hal qilish bilan bog‘liq xarajatlar doimiy ravishda o‘sib bormoqda va po‘lat ishlab chiqarish texnologiyalari uchun jihozlarni loyihalash va tashkil etish masalalarini hal qilishda yangi yondashuvlarni taqozo etmoqda.

Amalda, bu ishlab chiqarishni tashkil qilish, yangi texnologiyalarni ishlab chiqarish va jihozlarning yangi tushulishlarini ishlab chiqish bilan bog‘liq barcha masalalarni hal qilishda havo, er va suvni ishlab chiqarish mahsulotlaridan himoya qilish zarurligini hisobga olish kerakligini anglatadi. Texnologiyalar metallga bo‘lgan talabni uning miqdorini oshirish bilan emas balki chiqindilarni minimal miqdorida bo‘lishi kerak.