Demir Eritme Süreci Nedir?

Demir yapım yöntemleri esas olarak yüksek fırın yöntemini, doğrudan indirgeme yöntemini, eritme indirgeme yöntemini vb. içerir. Prensip, indirgenmiş pik demirin, cevherin belirli bir atmosferde (indirgeyici maddeler Co, H2, C; uygun sıcaklık, vb.) fizikokimyasal reaksiyonuyla elde edilmesidir. .). Döküm için kullanılan pik demirin küçük bir kısmına ek olarak, büyük çoğunluğu çelik yapımında hammadde olarak kullanılmaktadır.

Yüksek fırınlı demir yapımı, modern demir yapımının ana yöntemidir ve demir-çelik üretiminde önemli bir bağlantıdır. İyi teknik ve ekonomik göstergeler, basit işlem, büyük üretim kapasitesi, yüksek iş gücü verimliliği ve düşük enerji tüketimi nedeniyle, yüksek fırın işlemiyle üretilen demir, dünyanın toplam demir üretiminin 95%'sinden fazlasını oluşturmaktadır.

Yüksek fırın demir yapımının şematik diyagramı

Yüksek fırın silindirik bir fırına benzer, dışı çelik levha ile kaplanır ve iç duvarı ateş tuğlası ile kaplanır. Tüm fırın derin bir beton temel üzerine inşa edilmiştir.

Yüksek fırın üretimi sırasında fırının üst kısmından demir cevheri, kok ve cüruf yapma flaksı (kireçtaşı) yüklenir ve fırının çevresi boyunca fırının alt kısmında bulunan tüyere ön ısıtılmış hava üflenir. Yüksek sıcaklıkta, karbon monoksit ve karbonun kok kömüründe yanması ve havaya üflenen oksijen ile oluşan hidrojen, demir elde etmek için fırında yükselme sürecinde demir cevherinden oksijeni uzaklaştırır. Erimiş demir, musluk deliğinden boşaltılır.

Demir cevherindeki indirgeyici olmayan safsızlıklar, cüruf limanından boşaltılan cüruf oluşturmak için kireçtaşı ve diğer akılarla birleşir. Üretilen gaz, fırının tepesinden ihraç edilmekte ve toz giderme işleminden sonra sıcak yüksek fırın, ısıtma fırını, kok fırını ve kazan yakıtı olarak kullanılmaktadır.

Hammaddeler: demir cevheri, solvent, yakıt

 Demir cevheri

Doğal olarak çıkarılan cevherin kimyasal bileşimi, fiziksel durumu ve diğer yönleri açısından yüksek fırın eritme gereksinimlerini karşılamak zordur. Yüksek dereceli, üniform bileşim ve parçacık boyutu ile yüksek fırın sağlamak için kırma, eleme, zenginleştirme, briketleme ve karıştırma yoluyla hazırlanmalı ve işlenmelidir.

Metalurji endüstrisinde yaygın olarak kullanılan dört çeşit demir cevheri vardır.

çözücü

Cevherdeki gang ve yakıttaki kül, yüksek erime noktasına sahip bazı bileşikler içerir (örneğin, SiO2'nin erime noktası 1625 ℃ ve Al2O3'ün erime noktası 2050 ℃). Yüksek fırının ergitme sıcaklığında sıvı hale getirilemezler, bu nedenle erimiş demirden iyi ayrılamazlar. Aynı zamanda, fırının çalışması zordur.

Flux eklemenin amacı bu yüksek erime noktalı bileşiklerle düşük erime noktalı cüruf oluşturmak, böylece yüksek fırının ergitme sıcaklığında tamamen sıvılaşmak ve önemli ölçüde akışkanlık sağlamak, böylece metalden iyi ayrılma amacına ulaşmak ve pik demir kalitesi.

Akının özelliklerine göre bazik akı ve asit akısına ayrılabilir. Hangi akının kullanılacağı, cevherdeki gangın ve yakıttaki külün özelliklerine bağlıdır. Doğal cevherlerdeki çoğu gang asidik olduğundan ve kokunun kül içeriği asidik olduğundan, genellikle kireçtaşı gibi alkali eriticiler kullanılır. Asit akışları nadiren kullanılır.

Yakıt

Yüksek fırın eritme işleminin ihtiyaç duyduğu ısı, esas olarak yakıtın yanmasına bağlıdır. Aynı zamanda, yakıt aynı zamanda yanma sürecinde indirgeyici madde rolünü oynar, bu nedenle yakıt, yüksek fırın eritme için ana hammaddelerden biridir. Yaygın olarak kullanılan yakıt esas olarak kok, antrasit ve yarı koktur.

Fiziksel ve kimyasal süreç: yüksek sıcaklıkta indirgeme reaksiyonu + cüruf reaksiyonu

Yüksek fırın eritme işleminin amacı, demir cevherinden demiri azaltmak ve safsızlıkları gidermektir. Tüm ergitme işleminde en önemlisi demir ve cüruf reaksiyonunun azaltılmasıdır.

Buna ek olarak, suyun ve uçucu maddelerin buharlaşması, karbonatın bozunması, demirin karbonlaşması ve eritilmesi, diğer elementlerin indirgenmesi vb. gibi bir dizi başka karmaşık fiziksel ve kimyasal tepkimeler eşlik eder. belirli bir sıcaklık. Bu nedenle, ergitme işlemi de gerekli bir koşul olarak yakıt yanmasına ihtiyaç duyar.

Yakıtın yanması

C＋O2→CO2

Yükün ayrışması

Suyun buharlaşması ve kristal suyun ayrışması; uçucuların ortadan kaldırılması; karbonatın parçalanması.

Yüksek fırında indirgeme reaksiyonu

demirin azaltılması

Yüksek fırında, demir doğrudan yüksek değerlikli oksitten indirgenmez, ancak yüksek değerlikli oksitten düşük değerlikli okside ve ardından düşük değerlikli oksitten demire indirgeme işlemiyle: Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

Demirin indirgenmesi esas olarak indirgeyici madde olarak karbon monoksit gazına ve katı karbona bağlıdır. Karbon monoksitin indirgenmesine genellikle dolaylı indirgeme denir ve katı karbonun indirgenmesine doğrudan indirgeme denir.

Dolaylı indirgemenin toplam reaksiyonu 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2'dir.

Doğrudan indirgemenin toplam reaksiyonu 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co'dur.

demirin karbonizasyonu

Cevherden indirgenen demir katı süngerimsi ve karbon içeriği çok düşük, genellikle 1%'den az. Co, daha düşük bir sıcaklıkta ayrıştığından ve ayrışan C, güçlü bir aktiviteye sahip olduğundan, demir ile temas ettiğinde demir karbon alaşımı oluşturmak kolaydır.

Bu nedenle, katı sünger demir daha düşük bir sıcaklıkta (400 ℃～ 600 ℃) karbonlaşmaya başlar. Kimyasal reaksiyon aşağıdaki gibidir: 2CO + 3Fe → Fe3C + CO2 veya 3Fe (sıvı) + C (katı) → Fe3C

cüruf süreci

Cüruflama, cevherdeki gangın ve yakıttaki külün eritici ile birleştirilip yüksek fırından uzaklaştırıldığı bir işlemdir. Yüksek fırında iki çeşit cüruf oluşumu vardır.

Sıradan asit cevheri ile eritme sırasında, eritken akı kireçtaşı şeklinde yüksek fırına yüklenir ve akıdaki Cao cevherdeki asit oksitlerle yakın temas halinde olamaz. bu nedenle başlangıçta oluşan cüruf esas olarak SiO2, Al2O3 ve indirgenmiş FeO'nun bir parçası tarafından oluşturulan fe2sio4'tür. Cürufta FeO varlığından dolayı cürufun erime noktası azalır ve cürufun akışkanlığı iyidir. Düşme sürecinde (ki bu aynı zamanda sıcaklık yükselme sürecidir), Cao içeriği artarken cürufta bulunan FeO kademeli olarak azalır ve kaybolur ve son olarak son cüruf ocağa akar.

Cevher daha fazla Cao içerdiğinden ve asidik SiO2 ile iyi temas halinde olabileceğinden, kendiliğinden akışlı cevher ile ergitme yapılırken, Cao, ergitmenin başlangıcında cüruf reaksiyonuna hemen katılır, özellikle de kendiliğinden akışlı sinter ile ergitme yaparken, Cao ile cüruf oluşturur. SiO2, Al2O3, vb. sinterleme işleminde olduğu kadar erken, bu nedenle bu tür cevherin birincil cürufundaki CaO içeriği daha yüksektir Cürufun bileşimi de cüruf indirgeme sürecinde çok az değişir.

Yüksek fırın ürünleri

Yüksek fırın ergitmenin ana ürünleri pik demir ve ferroalyaj, yan ürünleri ise cüruf, gaz ve fırın tozudur.

dökme demir

Pik demir, Si, Mn, s, P ve diğer safsızlıkları da içeren 2%'den fazla karbon içeren bir demir karbon alaşımıdır.

Pik demir, kullanımına ve bileşimine göre iki kategoriye ayrılabilir. Biri çelik yapımı pik demirdir: pik demirdeki karbon bileşik şeklinde bulunur ve enine kesiti gümüş beyazdır, beyaz demir olarak da bilinir; diğeri ise pik demir dökümdür: doğrudan makine parçaları yapmak için kullanılır.

ferroalyaj

Demir ve her türlü metal veya ametal alaşımına ferroalyaj denir (bazılarına alaşımlı pik demir de denir). Ferrosilisyum, ferromanganez, ferrokrom, ferromolibden, ferrotungsten vb. gibi birçok ferroalyaj türü vardır.

Cüruf, gaz ve toz

Cüruf, gaz ve toz, yüksek fırının yan ürünleridir. Daha önce atık olarak atıldılar, ancak şimdi yapı malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.