강철이 만들어지는 방법. 철광석: 현대 산업에서 철광석으로 만들어지는 것

인류에게 알려짐우주 기원, 더 정확하게는 운석이었습니다. 기원전 약 4000년경에 악기 재료로 사용되기 시작했습니다. 금속 제련 기술은 여러 번 등장했고 전쟁과 불안의 결과로 사라졌지만 역사가들에 따르면 제련을 최초로 마스터한 사람은 히타이트인이었습니다.

불순물이 적은 철 합금에 대해 이야기하고 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 화학적으로 순수한 금속을 얻을 수 있게 된 것은 다음과 같습니다. 현대 기술. 이번 글에서는 직접환원, 플래시, 스펀지, 원료, 열연탄철에 의한 금속생산의 특징에 대해 자세히 설명하고, 염소와 순수물질의 생산에 대해 다루겠습니다.

첫째, 철광석에서 철을 생산하는 방법을 고려해 볼 가치가 있습니다. 철은 매우 흔한 원소입니다. 지각의 함유량 측면에서 금속은 모든 원소 중에서 4위, 금속 중에서는 2위를 차지합니다. 암석권에서 철은 일반적으로 규산염 형태로 존재합니다. 가장 높은 함량은 기본 및 초염기성 암석에서 관찰됩니다.

거의 모든 광산 광석에는 일정량의 철이 포함되어 있습니다. 그러나 해당 원소의 비율이 산업적으로 중요한 암석만 개발됩니다. 하지만 이 경우에도 개발에 적합한 광물의 양은 생각보다 많습니다.

우선, 이 철광석– 빨간색(적철광), 자성(자석) 및 갈색(리모나이트). 이는 원소 함량이 70~74%인 복합 산화철입니다. 갈색 철광석은 풍화 지각에서 더 자주 발견되며, 여기서 최대 수백 미터 두께의 소위 "철 모자"를 형성합니다. 나머지는 주로 퇴적물 기원입니다.
매우 일반적인 황화철– 황철석 또는 황 황철석. 그러나 철광석으로 간주되지 않으며 황산 생산에 사용됩니다.
Siderite– 탄산철은 최대 35%까지 포함하며, 이 광석은 원소 함량이 중간 정도입니다.
마르카사이트– 최대 46.6%까지 포함됩니다.
미스피켈– 비소와 황이 포함된 화합물로 최대 34.3%의 철을 함유하고 있습니다.
렐링잇– 원소 함량이 27.2%에 불과하며 저품위 광석으로 간주됩니다.

광물 암석은 철 함량에 따라 다음과 같이 분류됩니다.

부자– 금속 함량이 57% 이상, 실리카 함량이 8~10% 미만, 황과 인의 혼합물이 0.15% 미만입니다. 이러한 광석은 농축되지 않고 즉시 생산에 사용됩니다.
중간 등급 광석물질의 최소 35%를 포함하고 농축이 필요합니다.
가난한철광석은 최소 26%를 함유해야 하며 작업장으로 보내기 전에 농축됩니다.

이 비디오에서는 주철, 철강 및 압연 제품 형태의 철 생산의 일반적인 기술 주기에 대해 설명합니다.

채광

광석을 추출하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 경제적으로 타당하다고 판단되는 것이 사용됩니다.

개방형 개발 방식- 아니면 경력. 얕은 광물 암석용으로 설계되었습니다. 채광을 위해 채석장은 최대 500m 깊이까지 파고 있으며, 광상의 두께에 따라 너비도 달라집니다. 철광석은 채석장에서 추출되어 무거운 짐을 운반할 수 있도록 설계된 차량으로 운반됩니다. 일반적으로 이것이 그들이 그것을 얻는 방법입니다 풍부한 광석이므로 풍부하게 할 필요가 없습니다.
샤흐트니– 암석이 600~900m 깊이에서 발생하면 광산을 뚫습니다. 이러한 개발은 지하 폭파를 수반하기 때문에 훨씬 더 위험합니다. 즉, 발견된 층을 폭파한 다음 수집된 광석을 위쪽으로 운반합니다. 위험에도 불구하고 이 방법은 더 효과적인 것으로 간주됩니다.
수력 생산– 이 경우 우물은 특정 깊이까지 뚫립니다. 파이프가 광산으로 내려가고 물이 매우 높은 압력으로 공급됩니다. 워터 제트가 암석을 부수고 철광석이 표면으로 올라갑니다. 시추공 수력 생산은 높은 비용이 필요하기 때문에 널리 보급되지 않았습니다.

철 생산 기술

모든 금속과 합금은 비철(유사)과 철로 구분됩니다. 후자에는 주철과 강철이 포함됩니다. 모든 야금 공정의 95%가 철 야금에서 발생합니다.

생산되는 철강의 종류가 엄청나게 다양함에도 불구하고 제조 기술은 그리 많지 않습니다. 또한, 주철과 강철은 엄밀히 말하면 서로 다른 두 제품이 아닙니다. 주철은 강철 생산의 필수 예비 단계입니다.

제품 분류

주철과 강철은 모두 철 합금으로 분류되며 합금 성분은 탄소입니다. 그 비율은 작지만 금속에 매우 높은 경도와 약간의 취성을 제공합니다. 주철은 탄소를 더 많이 함유하고 있기 때문에 강철보다 부서지기 쉽습니다. 플라스틱은 적지만 열용량과 내부 압력에 대한 저항력이 더 좋습니다.

주철은 고로 제련을 통해 생산됩니다. 3가지 유형이 있습니다:

회색 또는 캐스트– 느린 냉각 방법으로 얻습니다. 합금에는 1.7~4.2%의 탄소가 포함되어 있습니다. 회주철은 기계 도구로 쉽게 가공할 수 있고 주형을 잘 채울 수 있어 주물 생산에 사용됩니다.
하얀색– 또는 급속 냉각을 통해 얻은 변환. 탄소의 비율은 최대 4.5%입니다. 추가 불순물, 흑연, 망간이 포함될 수 있습니다. 백주철은 단단하고 부서지기 쉬우며 주로 철강 제조에 사용됩니다.
온순한– 2~2.2%의 탄소를 포함합니다. 주물을 장기간 가열하고 천천히 장기간 냉각하여 백주철로 생산됩니다.

강철은 2% 이하의 탄소를 함유할 수 있으며 3가지 주요 방법으로 생산됩니다. 그러나 어쨌든 제강의 본질은 실리콘, 망간, 황 등의 원치 않는 불순물을 어닐링하는 것입니다. 또한 합금강을 생산하는 경우 제조 과정에서 추가 성분이 도입됩니다.

강철은 목적에 따라 4가지 그룹으로 나뉩니다.

건설– 열처리를 하지 않고 압연제품 형태로 사용한다. 교량, 골조, 마차 제작 등에 사용되는 재료입니다.
기계 공학– 구조용, 탄소강 범주에 속하며 탄소 함량은 0.75% 이하, 망간 함량은 1.1% 이하입니다. 다양한 기계 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
수단이되는– 탄소도 있지만 망간 함량은 낮습니다 – 0.4% 이하입니다. 다양한 도구, 특히 금속 절단 도구를 생산하는 데 사용됩니다.
강철 특수 목적 – 이 그룹에는 내열강, 스테인리스강, 내산성 등 특별한 특성을 지닌 모든 합금이 포함됩니다.

예선

풍부한 광석이라도 철을 제련하기 전에 준비해야 합니다. 즉, 폐석이 없습니다.

응집방식– 광석을 분쇄하고 분쇄한 후 코크스와 함께 소결 기계의 벨트에 붓습니다. 테이프는 버너를 통과하여 온도에 따라 코크스가 점화됩니다. 이 경우 광석이 소결되고 유황 및 기타 불순물이 연소됩니다. 생성된 응집체는 벙커 보울에 공급되고, 여기서 물로 냉각되고 공기 흐름으로 불어 넣어집니다.
자기분리방식– 철은 자화할 수 있는 능력이 있기 때문에 광석은 분쇄되어 자기 분리기로 공급되며, 물로 세척하면 미네랄이 분리기에 남아 폐석이 씻겨 나가게 됩니다. 그런 다음 결과 농축물은 펠렛과 뜨거운 연탄 철을 만드는 데 사용됩니다. 후자는 주철 생산 단계를 우회하여 강철을 준비하는 데 사용될 수 있습니다.

이 비디오는 철 생산에 대해 자세히 설명합니다.

철제련

선철은 용광로의 광석에서 제련됩니다.

충전물 준비 - 소결물, 펠릿, 코크스, 석회석, 백운석 등 구성은 주철의 종류에 따라 다릅니다.
장약은 스킵 호이스트를 사용하여 고로에 장입됩니다. 오븐의 온도는 1600C이고 뜨거운 공기는 아래에서 공급됩니다.
이 온도에서 철은 녹기 시작하고 코크스는 타기 시작합니다. 이 경우 철분은 감소합니다. 먼저 석탄을 태울 때 일산화탄소가 생성됩니다. 일산화탄소는 산화철과 반응하여 순수한 금속을 생성하고, 이산화탄소;
플럭스(flux) - 원치 않는 불순물을 제거하기 쉬운 형태로 변환하기 위해 석회석, 백운석을 첨가합니다. 예를 들어, 산화규소는 이렇게 낮은 온도에서는 녹지 않으며 철과 분리하는 것도 불가능합니다. 그러나 석회석이 분해되어 얻은 산화칼슘과 상호작용하면 석영은 규산칼슘으로 변합니다. 후자는 이 온도에서 녹습니다. 주철보다 가벼우며 표면에 떠 있는 상태로 유지됩니다. 분리하는 것은 매우 간단합니다. 슬래그는 탭 구멍을 통해 주기적으로 방출됩니다.
액체 철과 슬래그는 다양한 채널을 통해 국자로 흐릅니다.

생성된 주철은 국자에 담겨 제강 공장이나 주조 기계로 운반되어 주철 잉곳을 얻습니다.

제강

주철을 강철로 바꾸는 과정은 세 가지 방법으로 이루어집니다. 제련 과정에서 과도한 탄소와 원치 않는 불순물이 연소되고, 예를 들어 특수강을 용접할 때 필요한 구성 요소도 추가됩니다.

개방형 난로는 고품질의 강철을 제공하기 때문에 가장 널리 사용되는 생산 방법입니다. 광석이나 스크랩을 첨가한 용융 또는 고체 주철을 개방형 노에 공급하여 녹입니다. 온도는 약 2000C이며 기체 연료의 연소로 유지됩니다. 이 공정의 핵심은 철에서 탄소와 기타 불순물을 연소시키는 것입니다. 합금강의 경우 필요한 첨가제는 제련이 끝날 때 첨가됩니다. 완성된 제품은 국자나 주형에 부어 넣습니다.

산소 봉투 방법 - 또는 Bessemer. 더 높은 성능을 제공합니다. 이 기술에는 26kg/sq의 압력으로 주철 두께에 압축 공기를 불어넣는 기술이 포함됩니다. cm 이 경우 탄소가 연소되고 주철은 강철이 됩니다. 반응은 발열이므로 온도가 1600C까지 상승합니다. 제품 품질을 개선하기 위해 공기와 산소의 혼합물 또는 심지어 순수한 산소까지 주철을 통해 불어넣습니다.
전기 용해 방법이 가장 효과적인 것으로 간주됩니다. 이 경우 제련 기술은 공기나 가스에서 불필요한 불순물의 유입을 제거하기 때문에 다중 합금강을 생산하는 데 가장 자주 사용됩니다. 철 생산로의 최대 온도는 전기 아크로 인해 약 2200C입니다.

직접수령

1970년부터는 철을 직접 환원하는 방법도 사용되었다. 이 방법을 사용하면 코크스가 있는 상태에서 주철을 생산하는 비용이 많이 드는 단계를 우회할 수 있습니다. 이런 종류의 첫 번째 설치는 그다지 생산적이지 않았지만 오늘날 이 방법은 꽤 잘 알려져 있습니다. 천연 가스를 환원제로 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

회수 원료는 펠릿이다. 그들은 용광로에 적재되어 가열되고 가스 변환 생성물인 일산화탄소, 암모니아(주로 수소)로 퍼지됩니다. 반응은 1000C의 온도에서 산화물로부터 철을 환원시키는 수소와 함께 발생합니다.

우리는 아래 세계의 전통적인 (염소 등이 아닌) 철 제조업체에 대해 이야기할 것입니다.

유명 제조사

철광석 매장량의 가장 큰 비중은 러시아와 브라질(18%), 호주(14%), 우크라이나(11%)에 있습니다. 가장 큰 수출국은 호주, 브라질, 인도입니다. 철의 최고 가격은 2011년에 관찰되었으며, 당시 금속 1톤은 180달러로 추산되었습니다. 2016년에는 가격이 톤당 35달러로 떨어졌습니다.

가장 큰 철 생산업체는 다음 회사를 포함합니다:

Vale S.A.는 브라질 최대의 철 생산업체인 광산 회사입니다.
BHP Billiton은 호주 회사입니다. 주요 방향은 석유 및 가스 생산입니다. 그러나 동시에 중국은 구리와 철의 최대 공급업체이기도 합니다.
Rio Tinto Group은 호주-영국의 관심사입니다. Rio Tinto Group은 금, 철, 다이아몬드, 우라늄을 채굴하고 생산합니다.
Fortescue Metals Group은 광석 채굴 및 철 생산을 전문으로 하는 또 다른 호주 회사입니다.
러시아에서 가장 큰 생산자는 야금 및 광산 회사인 Evrazholding입니다. 또한 세계 시장에는 Metallinvest와 MMK가 알려져 있습니다.
Metinvest Holding LLC는 우크라이나의 광업 및 야금 회사입니다.

철의 보급률이 높고 추출 방법이 매우 간단하며 궁극적으로 제련은 경제적으로 수익성이 높은 공정입니다. 함께 신체적 특성철을 생산하고 주요 구조재 역할을 하는 철을 공급합니다.

염화제이철의 생산은 다음 비디오에 나와 있습니다.

철은 지각의 5% 이상을 차지합니다. 철을 추출하는 데 사용되는 주요 광석은 적철광과 자철석입니다. 이 광석에는 철이 20~70% 함유되어 있습니다. 이들 광석에서 가장 중요한 철 불순물은 모래와 알루미나(산화알루미늄)입니다.

지구의 핵심

간접적인 증거를 바탕으로 우리는 지구의 핵심이 주로 철 합금이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 반경은 약 3470km이고 지구의 반경은 6370km입니다. 지구의 내부 핵은 단단한 것으로 보이며 반경은 약 1,200km입니다. 액체 외핵으로 둘러싸여 있습니다. 코어의 이 부분에 있는 유체의 난류는 지구 자기장을 생성합니다. 핵 내부의 압력은 130만~350만 기압이고 온도는

지구의 핵이 구성되어 있다는 것이 확립되었지만 대부분의 경우철로 만들어졌기 때문에 정확한 성분은 알려져 있지 않습니다. 지구 핵 질량의 8~10%는 니켈, 황(황화철 형태), 산소(산화철 형태), 규소(황화철 형태) 등의 원소로 구성되어 있는 것으로 추정됩니다. 철 규화물).

세계에서 최소 12개국이 10억 톤이 넘는 철광석 매장량을 확인했습니다. 이러한 국가에는 호주, 캐나다, 미국, 남아프리카, 인도, 소련 및 프랑스가 포함됩니다. 현재 전 세계 철강 생산량은 7억 톤에 달합니다. 주요 철강 생산국은 소련, 미국, 일본입니다. 이들 국가는 각각 연간 1억 톤 이상의 철강을 생산합니다. 영국의 철강 생산량은 연간 2천만톤이다.

철 생산

철광석에서 철을 추출하는 과정은 두 단계로 진행됩니다. 이는 광석을 준비하고 분쇄하고 가열하는 것부터 시작됩니다. 광석을 직경 10cm 이하의 조각으로 분쇄한 다음, 분쇄된 광석을 하소하여 물과 휘발성 불순물을 제거합니다.

두 번째 단계에서는 용광로에서 일산화탄소를 사용하여 철광석을 철로 환원합니다(그림 14.12). 환원은 약 700°C의 온도에서 수행됩니다.

철의 생산량을 높이기 위해 이 공정은 과도한 이산화탄소 조건에서 수행됩니다.

일산화탄소 CO는 코크스와 공기로 인해 용광로에서 형성됩니다. 공기는 먼저 약 600°C로 가열된 후 특수 파이프(송풍구)를 통해 용광로로 강제 유입됩니다. 콜라가 뜨겁게 타오르네 압축 공기, 이산화탄소를 형성합니다. 이 반응은 발열 반응이며 온도가 1700°C 이상으로 증가합니다.

용광로에서 이산화탄소가 상승하고 더 많은 코크스와 반응하여 일산화탄소를 형성합니다. 이 반응은 흡열 반응입니다.

쌀. 14.12. 고로, 1 - 철광석, 석회석, 코크스, 2 로딩 콘(상단), 3 - 상단 가스, 4 - 용광로 벽돌, 5 - 산화철 환원 구역, 6 - 슬래그 형성 구역, 7 - 코크스 연소 구역, 8 - 송풍구를 통한 가열된 공기 주입, 9 - 용융 철, 10 - 용융 슬래그.

광석이 환원되는 동안 형성된 철은 모래와 알루미나의 불순물로 오염됩니다(위 참조). 이를 제거하기 위해 가마에 석회석을 추가합니다. 가마에 존재하는 온도에서 석회석은 산화칼슘과 이산화탄소가 형성되면서 열분해됩니다.

산화칼슘은 불순물과 결합하여 슬래그를 형성합니다. 슬래그에는 규산칼슘과 알루민산칼슘이 포함되어 있습니다.

철은 1540°C에서 녹습니다(표 14.2 참조). 용철은 용광로와 함께 용광로 하부로 흘러 들어간다. 녹은 슬래그는 녹은 철 표면에 떠 있습니다. 이러한 각 층은 오븐에서 적절한 수준으로 주기적으로 방출됩니다.

용광로는 연속 모드로 24시간 내내 작동합니다. 고로 공정의 원료는 철광석, 코크스, 석회석입니다. 그들은 상단을 통해 오븐에 지속적으로 공급됩니다. 철은 하루에 네 번씩 일정한 간격으로 용광로에서 배출됩니다. 그것은 약 1500 °C의 온도에서 불 같은 흐름으로 용광로 밖으로 쏟아져 나옵니다. 용광로는 크기와 생산성이 다양합니다(일일 1000~3000톤). 미국에는 다음과 같은 새로운 오븐 디자인이 있습니다.

4개의 출구와 용철의 지속적인 방출. 이러한 용광로의 용량은 하루 최대 10,000톤입니다.

용광로에서 제련된 철을 모래 주형에 붓습니다. 이런 종류의 철을 주철이라고 합니다. 주철의 철 함량은 약 95%입니다. 주철은 녹는점이 약 1200°C인 단단하지만 부서지기 쉬운 물질입니다.

주철은 선철, 고철, 강철의 혼합물을 코크스와 융합하여 만들어집니다. 녹인 철을 틀에 붓고 냉각시킵니다.

단철은 가장 순수한 형태의 산업용 철입니다. 조철을 제련로에서 적철광, 석회석과 함께 가열하여 생산됩니다. 이는 철의 순도를 약 99.5%로 증가시킵니다. 녹는점은 1400°C까지 올라갑니다. 단철은 강도, 전성 및 연성이 뛰어납니다. 그러나 많은 응용 분야에서는 연강으로 대체됩니다(아래 참조).

철강 생산

철강은 두 가지 유형으로 구분됩니다. 탄소강에는 최대 1.5%의 탄소가 포함되어 있습니다. 합금강에는 소량의 탄소가 함유되어 있을 뿐만 아니라 다른 금속의 불순물(첨가제)이 특별히 도입되어 있습니다. 아래에서 자세히 논의됩니다. 다양한 방식철강, 그 특성 및 용도.

산소 변환기 과정. 안에 지난 수십 년철강 생산은 기본 산소 공정(Linz-Donawitz 공정이라고도 함)의 개발로 혁명을 일으켰습니다. 이 공정은 1953년 오스트리아의 두 야금 센터인 린츠(Linz)와 도나비츠(Donawitz)의 제철소에서 사용되기 시작했습니다.

산소 변환기 공정은 메인 라이닝(라이닝)이 있는 산소 변환기를 사용합니다(그림 14.13). 변환기가 기울어진 위치에 로드되었습니다.

쌀. 14.13. 강철 제련용 변환기, 1 - 산소 및 2 - 산소 폭발용 수냉식 튜브, 3 - 슬래그. 4축, 5용강, 6강 몸체.

제련로에서 용융된 선철과 고철을 수직 위치로 되돌려 놓습니다. 그 후, 수냉식 구리 튜브가 위에서 전로에 삽입되고 이를 통해 석회 가루와 혼합된 산소 흐름이 용철 표면으로 향하게 됩니다. 20분간 지속되는 이 "산소 퍼지"는 철 불순물의 강렬한 산화를 일으키고, 산화 반응 중 에너지 방출로 인해 전환기의 내용물은 액체 상태로 유지됩니다. 생성된 산화물은 석회와 결합하여 슬래그로 변합니다. 그런 다음 구리 튜브를 빼내고 변환기를 기울여 슬래그를 배출합니다. 반복된 취입 후, 용강은 전로(기울어진 위치)에서 레이들로 부어집니다.

산소 변환기 공정은 주로 탄소강을 생산하는 데 사용됩니다. 생산성이 높은 것이 특징입니다. 40~45분 안에 하나의 변환기에서 300~350톤의 강철을 생산할 수 있습니다.

현재 영국의 모든 철강과 전 세계 대부분의 철강이 이 공정을 통해 생산됩니다.

전기 제강 공정. 전기로는 주로 고철과 주철을 스테인레스강과 같은 고품질 합금강으로 변환하는 데 사용됩니다. 전기로는 내화 벽돌이 늘어선 둥근 깊은 탱크입니다. 열린 뚜껑을 통해 용광로에 고철을 넣은 다음, 뚜껑을 닫고 전극이 고철과 접촉할 때까지 구멍을 통해 용광로 안으로 내려갑니다. 그 후 전류가 켜집니다. 3000°C 이상의 온도에서 아크가 발생하며, 이 온도에서 금속이 녹아 새로운 강철이 형성됩니다.

다림질 순수한 형태- 연성이 있는 금속이다. 회색, 처리가 쉽습니다. 그러나 인간의 경우 Fe 원소는 강철 및 주철과 같은 금속 합금을 형성하는 탄소 및 기타 불순물과 결합하여 더 실용적입니다. 95% - 이는 지구상에서 생산되는 모든 금속 제품 중 철이 주성분으로 포함되어 있는 양입니다.

철: 역사

인간이 만든 최초의 철 제품은 기원전 4천년에 과학자들에 의해 연대가 결정되었습니다. 즉, 연구에 따르면 니켈 함량이 5-30%인 유성 철이 생산에 사용된 것으로 나타났습니다. 흥미롭지만 인류가 Fe를 제련하여 추출하는 방법을 터득하기 전까지 철은 금보다 더 가치가 있었습니다. 이는 구리와 청동보다 더 강하고 안정적인 강철이 도구와 무기 제조에 훨씬 더 적합하다는 사실에 의해 설명되었습니다.

고대 로마인들은 최초의 주철을 생산하는 방법을 배웠습니다. 용광로는 광석의 온도를 1400oC까지 올릴 수 있었고 주철의 경우 1100-1200oC이면 충분했습니다. 그 후 그들은 녹는 점인 순수한 강철도 얻었습니다. 알려진 바와 같이 섭씨 1535도입니다.

Fe의 화학적 성질

철은 무엇과 상호 작용합니까? 철은 산소와 상호작용하여 산화물이 형성됩니다. 산소가 있는 상태에서 물로; 황산 및 염산 사용:

3Fe+2O2 = Fe3O4
4Fe+3O 2 +6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe+H2SO4 = FeSO4+H2
Fe+2HCl = FeCl2+H2

또한 철은 강한 산화제가 녹아 있는 경우에만 알칼리와 반응합니다. 철은 상온에서는 산화제와 반응하지 않지만, 온도가 높아지면 항상 반응하기 시작합니다.

건축에 철을 사용하다

철의 응용 건축 산업요즘은 금속 구조물이 절대적으로 모든 현대 건물의 기초이기 때문에 과대 평가할 수 없습니다. 이 분야에서 Fe는 일반강, 주철, 연철에 사용됩니다. 이 요소는 중요한 구조물부터 앵커 볼트 및 못까지 모든 곳에서 발견됩니다.

강철로 만든 건물 구조물의 건설은 훨씬 저렴하며 건설 비용도 더 높습니다. 이로 인해 건설 분야에서 철의 사용이 눈에 띄게 증가하는 동시에 업계 자체에서는 새롭고 보다 효율적이며 신뢰할 수 있는 Fe 기반 합금의 사용을 수용하고 있습니다.

산업에서의 철 사용

철과 그 합금(주철 및 강철)의 사용은 현대 공작 기계, 항공기, 장비 제작 및 기타 장비 제조의 기초입니다. Fe 시안화물과 산화물 덕분에 페인트 및 바니시 산업에서는 황산철이 수처리에 사용됩니다. Fe+C 기반 합금을 사용하지 않으면 중공업은 전혀 상상할 수 없습니다. 한마디로 철은 대체 불가능하지만 동시에 접근 가능하고 상대적으로 저렴한 금속으로 합금의 일부로서 적용 범위가 거의 무제한입니다.

의학에서 철의 사용

모든 성인은 최대 4g의 철분을 함유하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 요소는 신체 기능, 특히 건강에 매우 중요합니다. 순환 시스템(적혈구의 헤모글로빈). 철결핍성 빈혈의 발병을 예방하기 위해 Fe 수치를 높일 수 있는 철 기반 약물이 많이 있습니다.

고대의 철 생산 기술

광석에서 철을 얻으려면 먼저 크리차를 얻어야 합니다. 이를 위해 표면 근처에서 가장 많이 발생하는 산화철광석이 먼저 사용되었습니다. 그 특성이 발견된 후, 그러한 매장지는 집중적인 개발의 결과로 빠르게 고갈되었습니다.

늪 광석은 훨씬 더 널리 퍼져 있습니다. 그들은 늪지대 과정에서 철광석이 저수지 바닥에 침전되었던 대서양 이남 시대에 형성되었습니다. 중세 시대 전반에 걸쳐 철 야금에서는 늪지 광석을 사용했습니다. 그들은 심지어 그들과 함께 관세를 지불했습니다. 치즈 용광로가 발명된 이후에는 광석에서 비교적 많은 양의 철을 생산하는 것이 가능해졌습니다. 이 이름은 용광로에서 가열된 공기 분사가 발명된 후에 나타났습니다. 고대에는 야금학자들이 가공되지 않은(차가운) 공기를 단조에 공급했습니다. 900o의 온도에서 산화철에서 산소를 제거하는 이산화탄소의 도움으로 철이 광석에서 환원되고 슬래그에 담근 반죽 또는 형태가없는 다공성 조각이 얻어집니다-kritsa. 이 과정을 수행하려면 이산화탄소 공급원으로 숯이 필요했습니다. 그런 다음 슬래그를 제거하기 위해 크리차를 단조했습니다. 철 제련이라고도 불리는 치즈 제조 방법은 경제적이지는 않지만 오랫동안철 금속을 얻는 유일하고 변함없는 방법으로 남아 있었습니다.

처음에는 철이 일반 구덩이에서 제련되었고 나중에는 점토로가 건설되기 시작했습니다. 분쇄 된 광석과 석탄을 단조 작업 공간에 층으로 적재하고이 모든 것을 불에 붙인 다음 특수 (가죽) 벨로우즈를 사용하여 노즐 구멍을 통해 공기를 밀어 넣었습니다. 암석은 1300~1400o의 온도에서 슬래그로 침전되어 강철이 얻어집니다(철 함유량은 0.3~1.2%). 탄소. 식으면 매우 단단해집니다. 주철(탄소 함량이 1.5-5%인 가용성 철)을 얻으려면 더 많은 것이 필요합니다. 복잡한 디자인넓은 작업 공간을 갖춘 단조. 이 경우 철의 녹는점이 낮아져 일부가 슬래그와 함께 용광로 외부로 유출되었다. 식으면 깨지기 쉬워서 처음에는 버려졌지만 나중에는 사용법을 배웠습니다. 주철에서 전성 철을 만들려면 주철에서 탄소를 제거해야 합니다.

철 합금 제조 기술

광석에서 철을 얻는 첫 번째 장치는 일회용 치즈 용광로였습니다. 많은 단점이 있었지만 오랫동안 유일한 방법광석에서 금속을 얻으세요.

고대인들은 오랫동안 부유하고 행복하게 살았습니다. 벽옥으로 돌도끼를 만들고, 구리를 얻기 위해 공작석을 태웠지만 모든 좋은 일은 끝나기 마련이었습니다. 붕괴의 원인 중 하나 고대 문명지중해는 지쳐갔다 광물 자원. 금은 재무부가 아니라 깊은 곳에서 "주석 섬"에서도 다 떨어졌습니다. 구리는 여전히 시나이와 키프로스에서 채굴되고 있지만 현재 개발 중인 광상은 로마인들이 이용할 수 없었습니다. 무엇보다도 치즈 가공에 적합한 광석도 고갈되었습니다. 여전히 납이 많이 남아 있었습니다.

그러나 주인이 없어진 유럽에 정착한 야만인들은 조상들에 의해 광물 자원이 고갈되었다는 사실을 오랫동안 알지 못했습니다. 금속 생산량이 크게 감소한 것을 감안할 때 로마인들이 경멸했던 자원은 오랫동안 충분했습니다. 나중에 야금술은 주로 독일과 체코 공화국에서 부활하기 시작했습니다. 즉, 로마인들이 곡괭이와 수레를 가지고 접근하지 못했던 곳입니다.

더 높은 수준의 개발 철 야금그것은 유럽에서는 치장벽토 오븐이라고 불리는 영구적인 높은 오븐이었습니다. 견인력을 높이기 위해 4미터 길이의 파이프가 달린 정말 키가 큰 난로였습니다. 스투코 기계의 풀무는 이미 여러 사람에 의해, 때로는 물 엔진에 의해 흔들리고 있었습니다. Stukofen에는 하루에 한 번씩 크리차를 제거할 수 있는 문이 있었습니다.

스투코펜은 기원전 1000년 초 인도에서 발명되었습니다. 우리 시대 초기에 그들은 중국에 들어왔고, 7세기에 아랍인들은 '아라비아 숫자'와 함께 인도에서 이 기술을 빌렸습니다. 13세기 말에 스투크토펜은 독일과 체코 공화국(그리고 그 이전에도 스페인 남부에 있었음)에 나타나기 시작했고 다음 세기에 걸쳐 유럽 전역으로 퍼졌습니다.

스투코펜의 생산성은 치즈 부는 용광로보다 비교할 수 없을 정도로 높았습니다. 하루에 최대 250kg의 철을 생산했으며, 그 안의 용융 온도는 철의 일부를 주철 상태로 침탄시키기에 충분했습니다. 그러나 용광로가 멈췄을 때 치장 용 벽토 주철은 바닥이 얼어 슬래그와 혼합되었고 당시에는 단조를 통해서만 슬래그에서 금속을 제거 할 수 있었지만 주철은 이에 적합하지 않았습니다. 그는 버려져야만 했습니다.

그러나 때때로 그들은 석고 주철의 용도를 찾으려고 노력했습니다. 예를 들어, 고대 힌두교인들은 더러운 주철로 관을 주조했고, 19세기 초 터키인들은 대포알을 주조했습니다. 관이 어떤 것인지 판단하기는 어렵지만, 거기에서 나오는 대포알은 그저 그렇습니다.

대포용 대포알은 16세기 말 유럽의 철광재에서 주조되었습니다. 도로는 주조된 포장석으로 만들어졌습니다. Nizhny Tagil에는 주조 슬래그 블록으로 만든 기초가 있는 건물이 여전히 보존되어 있습니다.

야금학자들은 녹는 온도와 제품 생산량 사이의 연관성을 오랫동안 알아차렸습니다. 녹는 온도가 높을수록 광석에 포함된 철의 더 많은 부분을 회수할 수 있습니다. 따라서 조만간 공기를 예열하고 파이프 높이를 높여 스투코펜의 속도를 높이는 아이디어가 떠 올랐습니다. 15세기 중반에 유럽에 새로운 유형의 용광로인 blauofen이 등장했는데, 이는 철강 제조업체들에게 즉시 불쾌한 놀라움을 안겨주었습니다.

더 높은 용융 온도는 실제로 광석에서 철의 생산량을 상당히 증가시켰지만, 또한 주철 상태로 침탄된 철의 비율도 증가시켰습니다. 이제 치장 벽토 기계에서와 같이 10%가 아니라 출력의 30%가 주철( "돼지 철")로 어떤 목적에도 적합하지 않습니다. 결과적으로, 이익은 종종 현대화 비용을 지불하지 못했습니다.

치장벽토 주철과 같은 블라우펜 주철은 용광로 바닥에서 응고되어 슬래그와 혼합됩니다. 더 많은 양이 있었기 때문에 슬래그의 상대적 함량은 적었지만 계속해서 주조에 부적합한 것으로 나타났습니다. blauofen에서 얻은 주철은 매우 강한 것으로 판명되었지만 여전히 매우 이질적인 상태로 남아 있습니다. 큰 망치, 모루와 같은 단순하고 거친 물체 만 나왔습니다. 이미 꽤 많은 포탄이 나오고 있었습니다.

또한 치즈 부는 용광로에서 철만 얻을 수 있고 침탄 처리했다면 stukofen과 blauofen에서는 kritsa의 외부 층이 강철로 만들어진 것으로 나타났습니다. Blauofen krits에는 철보다 강철이 훨씬 더 많았습니다. 한편으로는 좋아 보였지만 강철과 철을 분리하는 것은 매우 어려운 것으로 나타났습니다. 탄소 함량을 제어하기가 어려워졌습니다. 긴 단조만이 분포의 균일성을 달성할 수 있습니다.

한때 이러한 어려움에 직면한 인디언들은 더 이상 나아가지 않고 기술을 개선하기 시작하여 다마스크 강철을 생산하게 되었습니다. 그러나 당시 인도인들은 양이 아니라 품질에 관심이 있었습니다. 주철을 실험하던 유럽인들은 곧 철 야금을 질적으로 새로운 수준으로 끌어올린 전환 과정을 발견했습니다.

야금 개발의 다음 단계는 용광로의 출현이었습니다. 크기 증가, 공기 예열 및 기계적 폭발로 인해 이러한 용광로에서는 광석의 모든 철이 주철로 전환되어 녹아 주기적으로 외부로 방출되었습니다. 생산은 계속되었습니다. 용광로는 24시간 내내 작동했으며 냉각되지 않았습니다. 하루에 최대 1.5톤의 주철을 생산했습니다. 단조가 여전히 필요했지만 단조에서 주철을 철로 증류하는 것은 크리 차에서 철을 두드리는 것보다 훨씬 쉬웠습니다. 그러나 이제 그들은 슬래그에서 철이 아닌 철에서 슬래그를 두드리고있었습니다.

용광로는 15~16세기 유럽에서 처음으로 사용되었습니다. 중동과 인도에서는 이 기술이 19세기에야 등장했습니다(대부분 중동의 특징적인 물 부족으로 인해 물 엔진을 사용하지 않았기 때문일 것입니다). 유럽에 용광로가 존재함으로써 16세기에 금속 품질이 아니더라도 샤프트 측면에서 터키를 추월할 수 있었습니다. 이것은 특히 대포를 주철로 주조할 수 있다는 것이 밝혀졌을 때 투쟁의 결과에 의심할 여지 없는 영향을 미쳤습니다.

17세기 초부터 스웨덴은 유럽 철의 절반을 생산하는 유럽의 대장간이 되었습니다. 18세기 중반에 야금학에서의 사용이라는 또 다른 발명으로 인해 이와 관련된 역할이 급격히 감소하기 시작했습니다. 석탄.

우선, 18세기까지 석탄은 제품 품질에 유해한 불순물, 주로 황의 함량이 높기 때문에 야금에 실제로 사용되지 않았다고 말해야 합니다. 영국에서는 17세기부터 주철을 어닐링하기 위해 웅덩이 용광로에서 석탄이 사용되기 시작했지만 이로 인해 숯에 대한 비용 절감은 거의 불가능했습니다. 대부분의 연료는 제련에 사용되었으며 접촉을 배제하는 것이 불가능했습니다. 광석이 있는 석탄.

그 당시의 많은 야금 직업 중에서 아마도 가장 어려운 직업은 웅덩이 제조업자였을 것입니다. 푸딩은 거의 19세기 내내 철을 얻는 주요 방법이었습니다. 그것은 매우 어렵고 시간이 많이 걸리는 과정이었습니다. 그의 밑에서 작업은 다음과 같이 진행되었습니다. 선철은 불타는 용광로 바닥에 적재되었습니다. 그들은 녹아버렸습니다. 탄소와 기타 불순물이 금속에서 연소됨에 따라 금속의 녹는 온도가 증가하고 상당히 순수한 철 결정이 액체 용융물에서 "동결"되기 시작했습니다. 오븐 바닥에 끈적끈적한 반죽 같은 덩어리가 모였습니다. 웅덩이 작업자들은 쇠조각을 사용하여 반죽을 굴리는 작업을 시작했습니다. 그들은 금속 덩어리를 지렛대와 혼합하여 지렛대 주위에 철 덩어리, 즉 크리차를 모으려고 했습니다. 이러한 덩어리의 무게는 최대 50-80kg 이상입니다. 슬래그 입자를 제거하고 금속을 압축하기 위해 단조를 위해 kritsa를 용광로에서 꺼내 해머 바로 아래에 공급했습니다.

그들은 1735년 영국에서 코킹을 통해 황을 제거하는 방법을 배웠고, 그 후 철 제련을 위해 많은 양의 석탄을 사용할 수 있게 되었습니다. 그러나 영국 이외의 지역에서는 이 기술이 19세기에야 확산되었습니다.

야금 분야의 연료 소비는 이미 엄청났습니다. 용광로는 시간당 석탄 한 대를 소비했습니다. 숯전략적 자원이 되었습니다. 스웨덴 사람들이 그러한 규모로 생산을 발전시킬 수 있었던 것은 스웨덴 자체와 핀란드에 풍부한 목재가 있었기 때문입니다. 가지고 있던 영국인 숲이 적다(심지어 함대의 필요를 위해 예약된 것조차도) 그들은 석탄 사용법을 배울 때까지 스웨덴에서 철을 구입해야 했습니다.

철 제련의 전기 및 유도 방법

강철 구성이 다양하기 때문에 제련이 매우 어렵습니다. 결국 개방형 노와 변환기에서는 분위기가 산화되고 크롬과 같은 원소는 쉽게 산화되어 슬래그로 변합니다. 분실되었습니다. 이는 크롬 함량이 18%인 강철을 얻으려면 강철 1톤당 180kg보다 훨씬 더 많은 크롬을 용광로에 공급해야 함을 의미합니다. 그리고 크롬은 값비싼 금속입니다. 이 상황에서 벗어날 방법을 찾는 방법은 무엇입니까?

20세기 초에 해결책이 발견되었습니다. 금속을 제련하기 위해 전기 아크의 열을 사용하는 것이 제안되었습니다. 원형로에 고철을 넣고 주철을 붓고 탄소 또는 흑연 전극을 낮추었습니다. 그들과 용광로(“욕조”)의 금속 사이에 약 4000°C 온도의 전기 아크가 발생했습니다. 금속은 쉽고 빠르게 녹았습니다. 그리고 이러한 폐쇄형 전기로에서는 산화, 환원 또는 완전 중성 등 모든 분위기를 만들 수 있습니다. 즉, 귀중한 요소가 소실되는 것을 방지할 수 있습니다. 이것이 고품질 철강의 야금이 탄생한 방법입니다.

나중에 또 다른 전기 용융 방법인 유도가 제안되었습니다. 고주파 전류가 흐르는 코일에 금속 도체를 배치하면 코일에 전류가 유도되고 도체가 가열된다는 것이 물리학에서 알려져 있습니다. 이 열은 특정 시간 내에 금속을 녹일 만큼 충분합니다. 유도로는 라이닝에 나선형이 내장된 도가니로 구성됩니다. 고주파 전류가 나선형을 통해 흐르고 도가니의 금속이 녹습니다. 그런 난로에서는 어떤 분위기라도 조성할 수 있습니다.

전기 아크로에서 제련 공정은 일반적으로 여러 단계로 진행됩니다. 첫째, 금속에서 불필요한 불순물을 연소시켜 산화시킨다(산화기간). 그런 다음 이러한 원소의 산화물을 포함하는 슬래그가 용광로에서 제거(다운로드)되고 합금철(금속에 도입해야 하는 원소가 포함된 철 합금)이 로드됩니다. 퍼니스가 폐쇄되고 공기 접근 없이 용융이 계속됩니다(복구 기간). 결과적으로 강철은 주어진 수량에 필요한 요소로 포화됩니다. 완성된 금속을 국자에 담아 붓습니다.

철 생산의 화학 반응

현대 산업에서 철은 철광석, 주로 적철광(Fe 2 O 3)과 자철석(Fe 3 O 4)에서 얻습니다.

존재하다 다양한 방법광석에서 철을 추출합니다. 가장 일반적인 것은 도메인 프로세스입니다.

생산의 첫 번째 단계는 2000°C 온도의 용광로에서 탄소로 철을 환원시키는 것입니다. 용광로에서는 코크스 형태의 탄소, 응집체 또는 펠릿 형태의 철광석, 플럭스(석회석 등)가 위에서 공급되고 아래에서 강제로 발생하는 뜨거운 공기 흐름과 만나게 됩니다.

용광로에서 코크스의 탄소는 대기 산소에 의해 일산화탄소(일산화탄소)로 산화됩니다.

2C + O 2 → 2CO.

결과적으로 일산화탄소는 광석에서 철을 감소시킵니다.

3CO + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3CO 2.

플럭스는 광석에서 원치 않는 불순물, 주로 석영(이산화규소)과 같은 규산염을 추출하기 위해 첨가됩니다. 일반적인 플럭스에는 석회석(탄산칼슘)과 백운석(탄산마그네슘)이 포함되어 있습니다. 다른 불순물에 대해서는 다른 플럭스가 사용됩니다.

플럭스 효과: 탄산칼슘은 열의 영향으로 산화칼슘(생석회)으로 분해됩니다.

CaCO 3 → CaO + CO 2 .

산화칼슘은 이산화규소와 결합하여 슬래그를 형성합니다.

CaO + SiO 2 → CaSiO 3.

슬래그는 이산화규소와 달리 용광로에서 녹습니다. 철보다 가벼운 슬래그는 표면에 떠서 금속과 별도로 배출될 수 있습니다. 슬래그는 건설 및 건설에 사용됩니다. 농업. 고로에서 생산되는 쇳물에는 탄소(주철)가 상당히 많이 포함되어 있습니다. 주철을 직접 사용하는 경우를 제외하고는 추가 가공이 필요합니다.

과도한 탄소 및 기타 불순물(황, 인)은 개방형 노 또는 전환기에서 산화하여 주철에서 제거됩니다. 전기로는 합금강 제련에도 사용됩니다.

도메인 프로세스 외에 일반적인 프로세스는 다음과 같습니다. 직접 수령선. 이 경우 미리 분쇄된 광석을 특수 점토와 혼합하여 펠렛을 형성합니다. 펠릿은 수소를 함유한 뜨거운 메탄 전환 생성물과 함께 용광로에서 소성되고 처리됩니다. 수소는 석탄에 흔히 존재하는 불순물인 황, 인과 같은 불순물로 철을 오염시키지 않고 철을 쉽게 환원시킵니다. 철은 고체 형태로 얻은 후 전기로에서 녹입니다.

화학적으로 순철염 용액을 전기 분해하여 얻습니다.

철은 지각의 5% 이상을 차지합니다. 철 추출에는 적철광(Fe2O3), 자철석(Fe3O4) 등의 광석이 주로 사용된다. 이 광석에는 철이 20~70% 함유되어 있습니다. 이들 광석에서 가장 중요한 철 불순물은 모래(산화규소(IV) SiO2)와 알루미나(산화알루미늄 Al2O3)입니다.

두 번째 단계에서는 철광석이 용광로에서 일산화탄소를 사용하여 철로 환원됩니다(그림 2.1). 여기서: 1 - 철광석, 석회석, 코크스, 2 - 로딩 콘(상단), 3 - 상단 가스, 4 - 용광로 벽돌, 5 - 산화철 환원 구역, 6 - 슬래그 형성 구역, 7 - 코크스 연소 구역, 8 - 송풍구를 통한 가열된 공기 주입, 9 - 용융 철, 10 - 용융 슬래그.

환원은 약 700°C의 온도에서 수행됩니다.

Fe2O3(고체) + 3CO(g) = 2Fe(액체) + 3CO2(g)

철의 수율을 높이기 위해 이 공정은 과도한 이산화탄소 CO2 조건에서 수행됩니다.

일산화탄소 CO는 코크스와 공기로 인해 용광로에서 형성됩니다(2.12). 공기는 먼저 약 600°C로 가열된 후 특수 파이프(송풍구)를 통해 용광로로 강제 유입됩니다. 코크스는 뜨거운 압축 공기 속에서 연소되어 이산화탄소를 형성합니다. 이 반응은 발열 반응이며 온도가 1700°C 이상으로 증가합니다.

C(g.) + O2(g.) > CO2(g.) , ?H0m = -406 kJ/mol

용광로에서 이산화탄소가 상승하고 더 많은 코크스와 반응하여 일산화탄소를 형성합니다(2.13). 이 반응은 흡열 반응입니다.

CO2(g.) +С(고체) > 2CO(g.) , ?H0m = +173 kJ/mol

광석이 환원되는 동안 형성된 철은 모래와 알루미나의 불순물로 오염됩니다. 이를 제거하기 위해 가마에 석회석을 추가합니다. 가마의 온도(800°C)에서 석회석은 산화칼슘과 이산화탄소가 형성되면서 열분해됩니다.

CaCO3(고체) >CaO(고체) + CO2(g)

산화칼슘은 불순물과 결합하여 슬래그를 형성합니다. 슬래그에는 규산칼슘과 알루민산칼슘이 포함되어 있습니다.

CaO(고체) + SiO2(고체) >CaSiO3(액체)

CaO(고체) +Al2O3(고체) >CaAl2O4(액체)

철은 1540°C에서 녹습니다. 용철은 용광로와 함께 용광로 하부로 흘러 들어간다. 녹은 슬래그는 녹은 철 표면에 떠 있습니다. 이러한 각 층은 오븐에서 적절한 수준으로 주기적으로 방출됩니다.

용광로는 연속 모드로 24시간 내내 작동합니다. 고로 공정의 원료는 철광석, 코크스, 석회석입니다. 그들은 상단을 통해 오븐에 지속적으로 공급됩니다. 철은 하루에 네 번씩 일정한 간격으로 용광로에서 배출됩니다. 그것은 약 1500 °C의 온도에서 불 같은 흐름으로 용광로 밖으로 쏟아져 나옵니다. 용광로는 크기와 생산성이 다양합니다(일일 1000~3000톤). 미국에는 배출구가 4개이고 용철이 지속적으로 배출되는 최신 용해로 설계가 있습니다. 이러한 용광로의 용량은 하루 최대 10,000톤입니다.

주철은 선철, 고철, 강철의 혼합물을 코크스와 융합하여 만들어집니다. 녹인 철을 틀에 붓고 냉각시킵니다.

단철은 가장 순수한 형태의 산업용 철입니다. 조철을 제련로에서 적철광, 석회석과 함께 가열하여 생산됩니다. 이는 철의 순도를 약 99.5%로 증가시킵니다. 녹는점은 1400°C까지 올라갑니다.

단철은 강도, 전성 및 연성이 뛰어납니다. 그러나 많은 응용 분야에서는 연강으로 대체됩니다.

제강: 선철을 강철로 전환하는 과정에는 선철에서 과도한 탄소, 황, 인, 실리콘, 망간 및 기타 원소를 제거하는 과정이 포함됩니다. 불순물 제거는 불순물을 산화물로 변환하여 수행되며, 이는 휘발(CO 및 CO2)되거나 슬래그로 변합니다. 주철을 강철로 가공하는 과정은 주철의 구성과 얻어야 하는 강철 유형에 따라 선택되는 Bessemer, Thomas 및 노천의 세 가지 방법으로 수행됩니다. 다양한 유형의 강철, 그 특성 및 용도가 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

개방형 난로 방식은 광석, 스케일 및 고철(고철)에 포함된 산화철 형태의 고체 산화제를 사용한다는 점에서 후속 방식과 다릅니다. 개방형 노 공정은 개방형 노라고 불리는 특수 용광로에서 수행됩니다. 개방형 난로(그림 2.2), 여기서: 1 - 저장소, 2 - 충전 창, 3 - 용융 수조, 4 - 헤드, 5 - 재생기, 6 - 전환 밸브.

개방형 노는 일종의 연소로입니다. 가열된 덩어리 표면 위에서 가연성 가스를 연소하여 생성된 화염에 의해 가열됩니다. 선철, 광석 및 스크랩은 일정량의 불순물을 산화시키기에 산화철에 충분한 산소가 있는 비율로 개방형 노에 적재됩니다. 제거된 불순물의 특성에 따라 슬래그가 산성 또는 염기성이 되도록 플럭스가 선택됩니다. 녹는 과정은 5~6시간 정도 지속됩니다. 이 시간 동안 용강 샘플을 주기적으로 채취하여 그 조성을 결정하고 필요한 구성 요소를 합금철(철 합금과 철 합금) 형태로 추가합니다. 다양한 금속니켈, 망간, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 실리콘 등과 같은 비금속). 녹는 시간이 길면 특정 조성의 강철을 생산할 수 있습니다. 산소가 풍부한 공기를 사용하면 더 많은 것을 달성할 수 있습니다. 높은 온도제련 과정을 강화하고 시간을 4시간으로 단축할 수 있습니다.

산소 변환기 과정. 최근 수십 년 동안 기본 산소 공정(Linz-Donawitz 공정이라고도 함)의 개발로 철강 생산에 혁명이 일어났습니다. 이 공정은 1953년 오스트리아의 두 야금 센터인 린츠(Linz)와 도나비츠(Donawitz)의 제철소에서 사용되기 시작했습니다.

산소 변환기 공정에서는 메인 라이닝(석조)이 있는 산소 변환기가 사용됩니다(그림 2.3). 여기서 1은 산소와 CaO, 2는 산소 분사용 수냉식 튜브, 3은 슬래그입니다. 4축, 5용강, 6강 몸체.

변환기는 제련로에서 나온 용융 선철과 고철을 경사진 위치에 적재한 다음 수직 위치로 되돌립니다. 그 후, 수냉식 구리 튜브가 위에서 전로에 삽입되고 이를 통해 석회분말 CaO와 혼합된 산소 흐름이 용철 표면으로 향하게 됩니다. 20분간 지속되는 이 "산소 퍼지"는 철 불순물의 강렬한 산화를 일으키고, 산화 반응 중 에너지 방출로 인해 전환기의 내용물은 액체 상태로 유지됩니다. 생성된 산화물은 석회와 결합하여 슬래그로 변합니다. 그런 다음 구리 튜브를 빼내고 변환기를 기울여 슬래그를 배출합니다. 반복된 취입 후, 용강은 전로(기울어진 위치)에서 레이들로 부어집니다.

현재 영국의 모든 철강과 전 세계 대부분의 철강이 이 공정을 통해 생산됩니다.

로 라이닝 재료에 따라 전환 방식은 Bessemer와 Thomas의 두 가지 유형으로 구분됩니다.

Bessemer 공법은 인과 황을 거의 함유하지 않고 규소(최소 2%)가 풍부한 주철을 가공합니다. 산소를 불어넣으면 실리콘이 먼저 산화되어 상당한 양의 열이 방출됩니다. 그 결과, 주철의 초기 온도는 약 1300°C에서 1500~1600°C로 빠르게 상승합니다. 1% Si의 연소로 인해 온도가 200°C 증가합니다(2.17). 약 1500°C에서 강렬한 탄소 연소가 시작됩니다. 이와 함께 철은 특히 실리콘과 탄소의 연소가 끝날 무렵에 집중적으로 산화됩니다.

Si(고체) + O2(g) = SiO2(고체)

2C(들) + O2(g) = 2CO(g)
2Fe(고체) + O2(g) = 2FeO(고체)

생성된 일산화철 FeO는 용융된 주철에 잘 용해되어 부분적으로 강철로 변하고 부분적으로 SiO2와 반응하여 규산철 FeSiO3의 형태로 슬래그로 변합니다.

FeO(고체) + SiO2(고체) = FeSiO3(고체)

인은 주철에서 강철로 완전히 옮겨집니다. 따라서 SiO2가 과량인 P2O5는 염기성 산화물과 반응할 수 없습니다. 왜냐하면 SiO2는 후자와 더 활발하게 반응하기 때문입니다. 따라서 이 방법으로는 인주철을 강철로 가공할 수 없습니다.

주철을 통해 불어오는 공기 산소가 금속 전체 부피에 걸쳐 즉시 해당 물질과 반응하기 때문에 변환기의 모든 공정은 10-20분 이내에 빠르게 진행됩니다. 산소가 풍부한 공기를 불어넣으면 공정이 가속화됩니다. 탄소가 연소되면서 생성된 일산화탄소 CO는 위쪽으로 콸콸 솟아오르며 거기에서 연소되어 변환기 목 위에 가벼운 불꽃의 횃불을 형성하는데, 탄소가 연소되면서 감소하다가 완전히 사라지는 것은 종말의 신호 역할을 합니다. 과정. 생성된 강철에는 상당한 양의 용해된 일산화철 FeO가 포함되어 있어 강철의 품질이 크게 저하됩니다. 따라서 주조하기 전에 철은 규소철, 페로망간 또는 알루미늄과 같은 다양한 탈산제를 사용하여 탈산되어야 합니다.

2FeO(고체) + Si(고체) = 2Fe(고체) + SiO2(고체)

FeO(고체) + Mn(고체) = Fe(고체) + MnO(고체)

3FeO(고체) + 2Al(고체) = 3Fe(고체) + Al2O3(고체)

일산화망간 MnO 염기성 산화물 SiO2와 반응하여 규산 망간 MnSiO3을 형성하여 슬래그로 들어갑니다. 이러한 조건에서 불용성 물질인 산화알루미늄도 상단으로 떠오르며 슬래그로 변합니다. 단순성과 높은 생산성에도 불구하고 Bessemer 방법은 여러 가지 중요한 단점이 있기 때문에 현재 널리 보급되지 않았습니다. 따라서 Bessemer 공법의 주철은 다음과 같아야 합니다. 함량이 가장 낮음인과 황은 항상 가능하지는 않습니다. 이 방법을 사용하면 금속의 소손이 매우 크고 강의 수율은 주철 질량의 90 %에 불과하며 탈산제가 많이 소모됩니다. 심각한 단점은 규제가 불가능하다는 점이다. 화학적 구성 요소이 되다.

베서머 강철은 일반적으로 0.2% 미만의 탄소를 함유하고 있으며 와이어, 볼트, 루핑 철 생산을 위한 산업용 철로 사용됩니다.

토마스 방식은 인 함량이 높은(최대 2% 이상) 주철을 가공합니다. 이 방법과 Bessemer 방법의 주요 차이점은 변환기 라이닝이 마그네슘과 산화칼슘으로 만들어진다는 것입니다. 또한 주철에는 최대 15%의 CaO가 첨가됩니다. 결과적으로, 슬래그 형성 물질에는 기본 특성을 지닌 산화물이 상당히 과량 포함되어 있습니다.

이러한 조건에서 인의 연소 중에 발생하는 무수 인산염 P2O5는 과량의 CaO와 반응하여 인산 칼슘을 형성하고 슬래그로 들어갑니다.

4P(들) + 5O2(g) = 2P2O5(들)

P2O5(고체) + 3CaO(고체) = Ca3(PO4)2(고체)

인의 연소 반응은 이 방법의 주요 열원 중 하나입니다. 1%의 인이 연소되면 전로의 온도는 150°C 상승합니다. 황은 다음과 같은 반응에 따라 가용성 FeS와 CaO의 상호 작용의 결과로 형성되는 용강에 불용성인 황화칼슘 CaS의 형태로 슬래그로 방출됩니다.

FeS(액체) + CaO(고체) = FeO(액체) + CaS(고체)

후자의 모든 프로세스는 Bessemer 방법과 동일한 방식으로 발생합니다. Thomas 방법의 단점은 Bessemer 방법의 단점과 동일합니다. 토마스강은 저탄소강으로 와이어 및 루핑 철 생산을 위한 기술 철로도 사용됩니다.

전기 제강 공정. 전기로는 주로 고철과 주철을 스테인레스강과 같은 고품질 합금강으로 변환하는 데 사용됩니다. 전기로는 내화 벽돌이 늘어선 둥근 깊은 탱크입니다. 열린 뚜껑을 통해 용광로에 고철을 넣은 다음, 뚜껑을 닫고 전극이 고철과 접촉할 때까지 구멍을 통해 용광로 안으로 내려갑니다. 그 후 전류가 켜집니다. 전극 사이에 아크가 발생하여 3000℃ 이상의 온도가 발생합니다. 이 온도에서 금속이 녹아 새로운 강철이 생성됩니다. 각 용광로 부하는 25~50톤의 강철을 생산합니다.

철강제품의 품질은 추가적인 가공을 통해 향상될 수 있습니다. 이를 위해 그들은 다음을 사용합니다. 열처리, 침탄, azolation, alithiation 및 다양한 부식 방지 코팅.

따라서 철을 얻는 산업적 방법이 주요 방법이며 실험실 방법보다 훨씬 효과적입니다. 많이있다 산업적 방법철을 얻기 위해서는 철광석에서 주철을 제련하고 강철에서 주철을 제련하여 철을 생산하는 것을 기반으로 합니다. 철 추출의 산업적 방법은 지속적으로 현대화되고 있으며 한 가지 방법이 새로운 방법으로 대체되고 있습니다.