Transcript ppt/893kB - Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων
Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών Εργ. Μεταλλουργίας Μεταλλουργία Σιδήρου II – Χάλυβας - Σιδηροκράματα Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 3: Τεχνολογία Χαλυβοποίησης Δρ. Α. Ξενίδης
Τεχνολογία: Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδοι Bessemer & Thomas Εμφύσηση αέρα μεταλλάκτη ( στον πυθμένα από τον πυθμένα του μεγαλύτερες θερμοκρασίες μεγαλύτερες φθορές των πυριμάχων) Φορητός πυθμένας διάτρητος για τη διέλευση των ακροφυσίων Μικρή ικανότητα τήξης scrap (μόνο 6-7% του φορτίου, μεταλλουργική απόδοση κατά τη χύτευση 82% home scrap 18% >> 6-7%) Μεταλλάκτης Bessemer Όξινη πυρίμαχη επένδυση Απαιτείται όμως βασική σκουριά για την απομάκρυνση P, S η οποία οδηγούσε στην υπερβολική φθορά της όξινης πυρίμαχης επένδυσης Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδοι Bessemer & Thomas Μεταλλάκτης Thomas Βασική πυρίμαχη επένδυση Τεχνικοοικονομικά εφικτή απομάκρυνση Si, S, P Ο παραγόμενος χάλυβας Bessemer & Thomas έχει Υψηλό ποσοστό Ν (εξαιτίας του εμφυσούμενου αέρα) Χαμηλότερο ποσοστό Η από την Siemens – Martin λόγω της μικρότερης ποσότητας scrap και επομένως της χαμηλότερης ποσότητας της περιεχόμενης υγρασίας Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος Siemens – Martin (S-M) Έμφλογη κάμινος με προθέρμανση του αέρα καύσης και του καυσίμου με αποτέλεσμα την επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών Η οξείδωση των ακαθαρσιών επιτυγχάνεται μέσω επιπλέουσας σκουριάς στη διεπιφάνεια μετάλλου/σκουριάς μικρό πάχος μετάλλου και μεγάλη επιφάνεια σκουριάς Βραδεία διαδικασία Πλεονεκτήματα Ευελιξία στην αναλογία scrap – μετάλλου (0 – 100%) Ευελιξία στην ποιότητα του χυτοσιδήρου και του scrap Μειονεκτήματα Πολύ χαμηλή παραγωγικότητα (κατεργασία χυτηρίου 300 τόννων σε 5 h) Μεγάλη κατανάλωση ενέργειας, εξαιτίας της αισθητής θερμότητας μεγάλου όγκου απαερίων που περιέχουν N 2 Υψηλό κόστος αντιμετώπισης περιβαλλοντικών προβλημάτων, εξαιτίας του μεγάλου όγκου απαερίων Ποιότητα χάλυβα: υψηλό Ν και υψηλό Η λόγω της υγρασίας των scrap Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος Siemens – Martin (S-M) Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος LD (Linz-Donavitz (Αυστρία)) Ξεκίνησε το 1950 Εμφύσηση καθαρού Ο 2 (10-12 atm) από υδρόψυκτα ακροφύσια από την κορυφή του μεταλλάκτη (εμφύσηση από τον πυθμένα ήταν αδύνατη λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που οδηγούσαν στην καταστροφή των πυριμάχων) Εμφύσηση Ο 2 όχι απώλειες θερμότητας (αντικατέστησε τις μεθόδους Thomas και Bessemer) Μεγάλη δυναμικότητα Υπερτερεί της S-M S-M: 300 tn / 5 h LD : 380 tn / 40 min Πηγή θερμότητας: Εξώθερμες αντιδράσεις οξείδωσης των ακαθαρσιών και του σιδήρου Ικανότητα τήξης scrap: 25-30% της τροφοδοσίας Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος LD (συνέχεια)
Ποιότητα παραγόμενου χάλυβα καλύτερη από S-M Χαμηλότερο [S] % λόγω απουσίας καυσίμου Χαμηλότερο [N] % λόγω χρήσης καθαρού Ο 2 έναντι αέρα Χαμηλότερο [Ο] % εξαιτίας Ευκολότερης απομάκρυνσης σκωρίας Ελεγχόμενης ποσότητα Ο 2 που προστίθεται Συχνά μέρος του μετάλλου στερεοποιείται στον πυθμένα Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Τρόπος λειτουργίας μεταλλακτών LD Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Εξέλιξη μεταλλακτών LD Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος LD (συνέχεια)
Κύκλος λειτουργίας Κατάκλιση Φόρτωση Επαναφορά (ανόρθωση) Κατέβασμα σωλήνα εμφύσησης O 2 από το μέταλλο) (0,8 – 1 m Κατά τη φόρτωση Προστίθεται πρώτα το scrap Ακολουθεί η τροφοδοσία του ρευστού μετάλλου (αλλιώς το scrap επιπλέει στο ρευστό μέταλλο και εμποδίζει την εμφύσηση οξυγόνου) Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος ΟΒΜ (Oxygen Bottom Maxhutte ή Q BOP Process) Εμφανίστηκε το 1968 Χρησιμοποιείται για τη παραγωγή μαζικών χαλύβων από χυτοσίδηρο και scrap Εμφύσηση O 2 από τον πυθμένα του μεταλλάκτη Τα ακροφύσια αποτελούνται από ομοκεντρικούς σωλήνες Ο εσωτερικός χρησιμοποιείται για το O 2 atm) (πίεση περίπου 5 Ο εξωτερικός για την εμφύσηση του προστατευτικού αερίου Υδρογονάνθρακας (π.χ. προπάνιο ή βουτάνιο) CH 4 = C + 2H 2 ΔΗ ο 298 = +17,89 kcal Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος ΟΒΜ (Oxygen Bottom Maxhutte) Ονομάζεται και Q-BOP (Quiet-Bottom Oxygen Process) Πλεονεκτεί έναντι της LD: Δυνατότητα εμφύσησης κονιοποιημένων συλλιπασμάτων (π.χ. κονιοποιημένος ασβέστης) από τον πυθμένα για αποθείωση μετάλλου Δυνατότητα εμφύσησης και άλλων αερίων εκτός O 2 (π.χ. υδρογονάνθρακες, N 2 , Ar κλπ. για παραγωγή ειδικών χαλύβων) Εντονότερη ανάδευση του μετάλλου Ταχύτερη και πληρέστερη ολοκλήρωση των μεταλλουργικών αντιδράσεων Καλύτερη αποθείωση Καλύτερη αποφωσφορίωση Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Αποθείωση κατά τις μεθόδους ΟΒΜ και LD Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος ΟΒΜ (Oxygen Bottom Maxhutte) Πλεονεκτεί έναντι της LD (συνέχεια): Χαμηλότερο ύψος εγκατάστασης (αυτό ευνόησε την αντικατάσταση καμίνων SM από μεταλλάκτες ΟΒΜ) Περιβαλλοντική υπεροχή Παράγεται μικρότερος όγκος απαερίων και εκτινάξεων Λιγότερη ακτινοβολία (λόγω του καλύμματος μεταλλάκτη dog house) και λιγότερο θόρυβο Λιγότερη σκόνη στα απαέρια Χαμηλότερη ειδική κατανάλωση πυριμάχων (αποφεύγονται οι θερμοκρασιακές αιχμές κατά την προσθήκη συλλιπασμάτων με συνεχή τρόπο και όχι με παρτίδες όπως στον LD) Χαμηλότερη ειδική κατανάλωση O 2 , αφού εισέρχεται στο σύνολο της μάζας του ρευστού μετάλλου Μικρότερος κύκλος χυτηρίου έναντι LD Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος ΟΒΜ (Oxygen Bottom Maxhutte)
Μειονεκτεί έναντι της LD (συνέχεια): Μεγαλύτερη ειδική κατανάλωση πυριμάχων πυθμένα (ανάγκη για αντικατάσταση πυθμένα μια ή περισσότερες φορές πριν την αντικατάσταση των πυριμάχων των τοιχωμάτων) Ανάγκη εξοπλισμού κατασκευής, συντήρησης και τοποθέτησης του πυθμένα στο μεταλλάκτη ΟΒΜ Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος ΟΒΜ (Oxygen Bottom Maxhutte) Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)
Μέθοδοι χαλυβοποίησης
Μέθοδος συνδυασμένης εμφύσησης Εμφύσηση από το στόμιο και από τον πυθμένα Μέθοδος ΚΜS (Klockner Maxhutte Schrott) Εκμεταλλεύεται τα πλεονεκτήματα της ΟΒΜ (καλύτερη αποθείωση, αποφωσφορίωση) με της LD (χαμηλότερη φθορά πυριμάχων του πυθμένα) Μεταλλουργία Fe IΙ (Χάλυβας - Σιδηροκράματα)