Steel University - Secondary Steelmaking Simulation - Basic terms - Thuật ngữ

Category: Teaching Published: 01 October 2009
Hits: 20433

 

Iron Ore Bedding & Blending

Iron (Fe) is extracted from iron-rich rocks (ores) that are found in the Earth’s crust. The iron is typically in the form of magnetite (Fe3O4) and hematite (Fe2O3). Iron ore mines exist all over the world, for example in China, Australia, North and South America, Russia, India, South Africa and Scandinavia. The ore, which on average will contain 60-65% Fe, is generally transported to the steel mill by large ships or train.

Iron ore from different sources will have different compositions and therefore ores are stored in separate locations depending on their source. In order to keep the Blast Furnace charge as constant as possible, these will be blended to get a favorable mix.

Xếp liệu và làm đều Quặng sắt

Sắt (Fe) được chiết tách từ các loại đá giàu sắt (quặng) được tìm thấy trong lớp vỏ Trái Đất. Sắt có dạng điển hình là magnetite (Fe3O4) và hematit (Fe2O3). Mỏ quặng sắt tồn tại trên khắp thế giới, ví dụ như ở Trung Quốc, Úc, Bắc và Nam Mỹ, N ga, Ấn Độ, Nam Phi và vùng Scandinavia. Các quặng, có chứa trung bình 60-65% Fe, thường được vận chuyển về nhà máy thép bằng tàu lớn hoặc tàu hỏa.

Quặng sắt từ các nguồn khác nhau sẽ có thành phần hóa học khác nhau và do đó quặng được trữ trong các địa điểm khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng. Để giữ ổn định liệu nạp cho Lò cao, chúng sẽ được pha trộn để có được một kết hợp thuận lợi.

Coal Bedding & Blending

Coking coal may also be imported if there is no local source. As with iron ore, coal from different locations is stocked separately and will be blended and crushed prior to use.

Xếp liệu và làm đều than

Than đá coke hóa cũng có thể được nhập khẩu nếu nguồn than địa phương không có. Như với quặng sắt, than từ các địa điểm khác nhau được lưu kho một cách riêng biệt và sẽ được pha trộn và nghiền nhỏ trước khi sử dụng.

Coke Ovens

Coke is used as fuel and reducing agent in the Blast Furnace. It is produced when the volatile components of coal are removed by heating it for ~16-18 h at temperatures up to 1000 °C until it is ‘carbonized’. After sufficient heating, the coke is removed from the oven, cooled by water quenching and then graded.

Lò coke

Coke được sử dụng làm nhiên liệu và chất hoàn nguyên trong lò cao (BF). Nó được sản xuất khi các thành phần chất bốc (dễ bay hơi) trong than được khử bỏ bằng cách nung nóng than trong vòng ~ 16-18 giờ ở nhiệt độ lên đến 1.000°C cho đến khi chúng là ‘Các bua hóa-carbonized’. Sau khi nung nóng đủ, than cốc được lấy ra từ lò coke, làm nguội bằng bởi nước và sau đó được phân loại.

Khí than sản xuất bằng công nghệ này được tái chế và sử dụng làm nhiên liệu tại nhà máy thép. Các bán sản phẩm như nhựa (tar), benzole và lưu huỳnh cũng có thể được thu hồi để tinh lọc sâu hơn và sử dụng.

Sinter Plant

Some of the blended iron ore is mixed and heated with coke, limestone and recycled metallic waste (dust, sludge, fines, etc.) from the Blast Furnace to form sinter, an iron-rich agglomerate. Sintering reduces waste and provides a more efficient raw material for iron making. Sinter typically contains ~55-60% Fe.

Xưởng thiêu kết

Một phần quặng sắt đã làm đều được trộn và nung nóng với than cốc, đá vôi và chất thải kim loại tái chế (bụi, bùn quặng, quặng mịn, vv) từ lò cao BF để tạo quặng thiêu kết (sinter), dạng kết khối giàu sắt. Quá trình thiêu kết làm giảm chất thải và cung cấp nguyên liệu hiệu quả hơn luyện gang. Quặng thiêt kết điển hình thường chứa ~ 55-60% Fe.

Blast Furnace

The Blast Furnace is the vessel used to smelt iron ore to extract iron, which is subsequently refined to make steel. The process involves charging coke, iron ore, sinter and limestone into the top of the furnace, while a hot air blast is injected through nozzles (tuyeres) at its base. This heats the furnace to ~1500 °C. Meanwhile the carbon in the coke and oxygen in the air blast react to form carbon monoxide, which reduces the iron ore to iron through the chemical reaction:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

The iron collects in the hearth (bottom) of the furnace, where it is periodically tapped off into a ladle. This ‘pig iron’ (hot metal) contains 90-95%Fe and between 4-5%C.

At this temperature the limestone (CaCO3) will also decompose to form CaO, which combines with impurities in the iron and forms a slag that floats on its surface. This is skimmed off the top of the iron during tapping. The gases formed during these reactions are released from the top of the furnace, where they are collected for cleaning and recycling.

The Blast Furnace process is continuous, with raw materials being charged and hot metal being tapped throughout the ‘life’ of the furnace, which may be mo re than 10 years.

Lò cao BF

Lò cao BF là buồng phản ứng được sử dụng để nấu chảy quặng sắt để tách sắt, sau đó được tinh luyện để sản xuất thép. Quá trình này bao gồm việc nạp liệu than cốc, quặng sắt, quặng thiêu kết và đá vôi vào lò cao ở đỉnh lò, trong khi dòng khí nóng có áp lực được phun qua các lỗ gió (tuyeres) tại hông lò. Lượng nhiệt này nung nóng lò đến ~ 1500°C. Trong khi đó các-bon trong than cốc và ôxy trong dòng gió nóng áp lực phản ứng với nhau để tạo thành CO, sẽ hoàn nguyên quặng sắt sắt thông qua các phản ứng hóa học:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Sắt sẽ tập hợp ở đáy (dưới) của lò cao BF, ở đây chúng được tháo theo định kỳ vào một lò nồi. ‘Gang thỏi’ (kim loại lỏng) có chứa 90-95% Fe và khoảng 4-5% C.

Ở nhiệt độ này là đá vôi (CaCO3) cũng sẽ bị phân hủy để tạo thành CaO, kết hợp với các tạp chất sắt và tạo thành xỉ nổi trên bề mặt của nó. Xỉ ở phần trên của gang lỏng ở đáy sẽ được tách đi trong quá trình tháo xỉ. Các loại khí được hình thành trong những phản ứng này sẽ được thải ở đỉnh lò, nơi chúng được thu thập để làm sạch và tái chế.

Hoạt động lò cao BF là quá trình liên tục, với nguyên liệu được nạp và gang lỏng được tháo ra liên tục trong suốt “đời lò”, có thể kéo dài hơn 10 năm.

Desulfurization

The next process prior to steelmaking is desulfurization, which may take place in the torpedo ladle or after transfer to another ladle in the primary steelmaking plant. Here the hot metal is injected with a mixture of calcium carbide and magnesium granules, which react with the hot metal to form a sulfur-rich slag. This can then be scraped off the top of the hot metal before the latter is charged to the Basic Oxygen Furnace.

Khử lưu huỳnh S

Quá trình tiếp theo trước khi sản xuất thép là khử lưu huỳnh S, sẽ diễn ra trong lò thùng gang lỏng torpedo hoặc sau khi chuyển sang một lò thùng khác trong nhà máy sản xuất thép cơ sở. Ở đây kim loại lỏng được phun một hỗn hợp dạng hạt của đất đèn CaC2 và MgO, chúng sẽ có phản ứng với các kim loại lỏng để tạo thành dạng xỉ giàu lưu huỳnh. Xỉ này có thể được cào đi trên lớp kim loại lỏng trước khi chúng được nạp vào lò thổi Oxy.

Basic Oxygen Furnace

The main purpose of a Basic Oxygen Furnace (or Converter) is to convert hot metal into steel by removal of carbon. For a 350 tonne charge, this can take less than 30 minutes.

The converter is first charged with steel scrap, then the desulfurized hot metal is added; the ratio is approximately 20% scrap to 80% molten iron. Oxygen is then blasted through the charge at high pressure via a water-cooled lance. This leads to a number of oxidation reactions, whereby carbon and other impurities are removed from the iron. These reactions are exothermic (produce heat), therefore more steel scrap and iron ore are added as coolants.

Mục đích chính của lò thổi oxy (hoặc Lò chuyển) là chuyển đổi kim loại lỏng thành thép bằng cách loại bỏ các-bon. Đối với lò nạp liệu 350 tấn, quá trình có thể xảy ra mất ít hơn 30 phút.

Lime (CaO) is also added during the ‘blow’ to help form a floating layer of slag with oxidized impurities. Other gases such as argon, nitrogen and carbon dioxide may also be bubbled through the base of the furnace to help refinement.

When the correct composition and temperature have been achieved, the converter is rotated to tap the molten steel (0.04%C, 99.5%Fe) into a ladle. At this stage alloying additions may be made depending on the desired final composition of the steel. After tapping, the slag is poured out of the converter before the next charge is made.

The carbon monoxide released from the converter can be collected, cleaned and re-used as a fuel.

Lò thổi Oxy

Lò thổi đầu tiên được nạp vào thép phế liệu, sau đó là nạp kim loại lỏng đã khử lưu huỳnh; tỷ lệ này là khoảng 20% thép phế liệu và 80% gang lỏng. Khí Oxy sau đó thổi vào thông qua lớp liệu ở áp suất cao thông qua ống phun được làm mát bằng nước. Điều này dẫn đến một số phản ứng oxy hóa, nhờ đó mà carbon và các tạp chất khác được khử bỏ khỏi gang. Những phản ứng này tỏa nhiệt (phát sinh nhiệt), do đó thép phế liệu và quặng sắt được thêm vào như chất làm nguội.

Vôi (CaO) cũng được thêm vào trong quá trình “thổi” để giúp tạo thành một lớp xỉ nổi có chứa các tạp chất bị ôxi hóa. Các khí khác như argon, nitơ và carbon dioxide cũng có thể được tạo bọt ở hông lò để tinh luyện.

Khi các thành phần và nhiệt độ chính xác đã đạt được, lò chuyển được quay/nghiêng để tháo thép lỏng (0,04% C, 99,5% Fe) vào nồi chứa. Ở giai đoạn này bổ sung chất hợp kim hóa có thể được thực hiện tùy thuộc vào thành phần cuối cùng mong muốn của thép. Sau khi tháo thép lỏng, xỉ được đổ ra khỏi lò thổi trước khi thực hiện nạp liệu cho mẻ liệu tiếp theo.

Phát thải khí CO từ lò thổi có thể được thu thập, làm sạch và tái sử dụng làm nhiên liệu.

Secondary Steelmaking

The molten steel may be given additional treatments in one or more of the secondary steelmaking vessels, which include the Ladle Arc Furnace (LAF), RH degasser, tank/vacuum degasser and argon stir. The exact refinement process will depend on the specification of the final steel grade required.

The secondary steelmaking processes are designed to homogenize temperature and composition, allow final adjustment (trimming) of the composition, remove elements such as hydrogen and sulfur that may be detrimental to steel properties, and achieve the correct temperature for delivery of the steel to the caster.

The secondary steelmaking stage also acts as an essential ‘buffer’ between primary steelmaking (a batch process) and continuous casting.

Luyện thép thứ cấp - Tinh luyện lò nồi

Thép lỏng có thể được xử lý bổ sung trong một hoặc nhiều các lò luyện thép thứ cấp, trong đó gồm có Lò nồi điện hồ quang (LAF), Lò tinh luyện khử khí RH, khử khí và thổi khí khuấy trộn khí Ar thùng/khử khí chân không. Quá trình tinh luyện chính xác sẽ phụ thuộc vào các đặc điểm kỹ thuật của các mác thép cuối cùng được yêu cầu.

Các qúa trình sản xuất thép thứ cấp được thiết kế để đồng nhất nhiệt độ và thành phần, cho phép điều chỉnh cuối cùng (tinh chỉnh) các thành phần, loại bỏ các nguyên tố như khí H và lưu huỳnh là yếu tố làm hạn chế tính chất thép, và đạt được nhiệt độ chính xác cho việc phân phối của các thép đến xưởng đúc.

The secondary steelmaking stage also acts as an essential ‘buffer’ between primary steelmaking (a batch process) and continuous casting.

Giai đoạn luyện thép thứ cấp cũng tác động như một “bộ đệm” cần thiết giữa luyện thép sơ cấp (là quá trình luyện một bước) và đúc liên tục.

Continuous Casting

After secondary steelmaking the steel ladle is covered with an insulating lid and transported to the caster. Here it is placed on a rotating turret, which enables several casts of the same steel to be cast without stopping the machine (sequence casting).

When the ladle nozzle is opened, steel flows into the vessel underneath, which is known as a tundish. It then flows into a water-cooled copper mold, which gives the form of a slab, bloom or billet as required. Gas-tight tubes are used within the nozzles to prevent pick-up of nitrogen and oxygen from the atmosphere. Control of the liquid metal flow between the ladle, tundish and mold is critical.

Once the outer shell of the steel has solidified, the steel is drawn through a curved series of support rolls and water sprays, ending up horizontal and fully solidified. Here the steel is cut to length using automatic gas cutting equipment. After labeling, the slabs, blooms or billets can be moved to another area for cooling and dispatch.

Đúc liên tục

Sau khi luyện thép thứ cấp lò nồi được bao phủ bằng một nắp cách nhiệt và vận chuyển đến xưởng đúc. Ở đây nó được đặt trên một tháp quay, điều đó cho phép nhiều phôi thép cùng loại thép được đúc mà không cần dừng máy (đúc chuỗi).

Khi vòi phun lò nồi được mở ra, thép chảy vào đáy nồi phản ứng, là một nồi chứa. Sau đó từ nồi chứa thép lỏng được đổ vào trong khuôn bằng đồng làm mát bằng nước, để tạo hình phôi đúc dạng tấm, thỏi và thanh theo yêu cầu. Ống khí kín được sử dụng bên trong ống phun để ngăn thâm nhập khí nitơ và ôxy từ khí quyển. Kiểm soát lưu lượng kim loại lỏng giữa lò nồi, thùng trung gian và khuôn là yếu tố quyết định.

Một khi lớp vỏ ngoài của mẫu thép đã đông đặc, thép được rút ra thông qua một loạt đường cong của rãnh cuộn và phun nước, phần kết thúc nằm ngang và đã đông đặc hoàn toàn. Ở đây thép được cắt bằng sử dụng thiết bị cắt bằng khí tự động. Sau khi ghi nhãn, các mẫu thép tấm, thỏi hoặc thanh có được di chuyển đến khu vực khác để làm mát và chuyển đi.

Hot Rolling

The purpose of the hot rolling mill is to convert the continuously cast product from the steelworks into a form with the shape, dimensions and microstructure required for either further processing or the final product. Hot rolling allows significant levels of deformation to be achieved at much reduced mill loads compared with cold rolling processes, therefore the required dimensions can be produced as quickly as possible.

Before rolling, the steel is reheated to approximately 1100 °C depending on its grade and size. This process will homogenize the microstructure of the steel (i.e. remove segregation), oxidize its surface to give a scale that is easily removed in the mill and increase the ductility of the stock compared to that at room temperature. The stock can passed through series of rolls until it reaches the desired shape and size. Since the temperature of the metal is generally above its recrystallization temperature and very little work hardening will occur at 1100 °C, large deformations of the metal can be achieved with a relatively low number of rolling passes. Although its microstructure will change, the actual composition of the steel does not alter during hot rolling.

After an initial pass through the s cale-breaker, the slabs will be rolled in the roughing mill, reducing its thickn ess to approximately 15% of its original value. The number of passes it makes through the roughing mill depends on the steel grade, the original thickness of the slab and final shape and size required. After an end crop, the final product is achieved by passing the stock through a series of finishing stands, followed by cooling and, if the product is to be supplied in coil form, coiling. Inspection will take place at strategic points of the process.

The combination of hot rolling and cooling process will provide a product with the correct shape and properties as an end product or feedstock for a subsequent processing, e.g. cold rolling. In metallurgical terms, the aim of hot rolling is to produce a uniform, defect-free structure which can achieve the mechanical and physical properties specified by the customer. Mechanical properties of the hot-rolled steel will be a function of its composition, reheat temperature, rate of temperature decrease during deformation, rate of deformation, temperature of deformation, total reduction, recovery time, recrystallization time and the cooling rate after rolling.

Cán nóng

Mục đích của nhà máy cán nóng là để chuyển đổi các sản phẩm liên tục từ xưởng luyện thép tạo hình theo hình dạng nhất định, kích thước và cấu trúc yêu cầu chó quá trình chế biến tiếp theo hoặc là sản phẩm cuối cùng. Cán nóng cho phép biến dạng với mức độ lớn để đạt được tải máy cán giảm đi so với quy trình cán nguội, do đó các yêu cầu kích thước có thể được sản xuất một cách nhanh chóng.

Trước khi cán, thép là nung sơ bộ đến nhiệt độ khoảng 1.100°C tùy thuộc vào mác thép và kích thước của nó. Quá trình này sẽ làm đồng nhất cấu trúc của thép (nghĩa là xoá bỏ sự thiên tích), ôxi hóa bề mặt của thép để tạo lớp vảy có thể loại bỏ một cách dễ dàng trong máy cán và tăng độ dẻo của phôi so với ở nhiệt độ phòng. Phôi có thể được đi qua qua hàng loạt các bộ cán cho đến khi nó đạt đến hình dạng và kích thước mong muốn. Kể từ khi nhiệt độ của kim loại này thường ở trên nhiệt độ tái kết tinh và có hóa bền biến dạng rất nhỏ xảy ra ở 1.100°C, biến dạng lớn của kim loại này có thể đạt được với số lượng tương đối nhỏ của số lần cán. Mặc dù cấu trúc vi mô của nó sẽ thay đổi, thành phần thực tế của thép không thay đổi trong quá trình cán nóng.

Sau lần cán ban đầu qua máy dập kích thước, các tấm sẽ được cuộn vào máy cán thô, giảm độ dày của nó vào khoảng 15% giá trị ban đầu. Số lần cán làm qua máy cán thô phụ thuộc vào mác thép, độ dày ban đầu của tấm và hình dạng và kích thước cuối cùng yêu cầu. Sau khi cắt lần cuối, sản phẩm cuối cùng là nhận được bằng cách cho phôi đi qua một loạt máy giá tinh, tiếp theo là làm mát, và nếu sản phẩm này sẽ được cung cấp ở dạng cuộn, thép cuộn. Sự kiểm tra sẽ diễn ra tại các điểm khảo sát trong tiến trình.

Sự kết hợp giữa cán nóng và quá trình làm mát quá trình sẽ cung cấp sản phẩm có hình dạng chính xác và tính chất như một sản phẩm cuối cùng hoặc nguyên liệu cho chế biến tiếp theo, ví dụ như cán nguội. Theo quan niệm luyện kim, mục đích của cán nóng là để sản xuất cấu trúc không khuyết tật, đồng nhất, điều này có thể đạt được các tính chất cơ học và vật lý được chỉ định bởi khách hàng. Tính chất cơ học của thép cán nóng sẽ là hàm của thành phần thép, nhiệt độ nung sơ bộ, tốc độ giảm nhiệt độ trong quá trình biến dạng, tốc độ biến dạng, nhiệt độ biến dạng, độ giảm kích thước tổng thể, thời gian phục hồi, thời gian tái kết tinh và tốc độ làm nguội sau quá trình cán.

Bài viết được biên dịch bởi Nguyễn Hoàng Việt

Nguồn bài viết: http://www.steeluniversity.org/content/html/eng/2100-0015-popup.asp

xahoihoctap.NET
Author: Social Learning Network
About: Teaching resource - the 1st Vietnamse Portal in Metallurgy and Materials Technology. Cổng thông tin về lĩnh vực luyện kim và kỹ thuật vật liệu. Lĩnh vực chủ chốt: gang trắng Cr cao, thiêu kết xung điện plasma, xử lý nhiệt, tự động hóa trong luyện kim, luyện kim phi coke, động học hoàn nguyên Oxit sắt.

Donate

Donate using PayPal
Amount: