En stålfabrik er en fabrik, der bruges til at producere stål i store mængder i form af halvfabrikata. Der er generelt to typer stålværker: elektriske stålværker, der producerer stål fra genanvendt skrot, og iltstålværker, der arbejder fra flydende jern produceret af en højovn .
Ligesom historien om stålproduktion begynder før den for stålindustrien , udtrykket "stålværk" forud processerne i anden industrielle revolution . Det kunne således bruges til at udpege fabrikker, der producerer naturligt eller digelstål . Men det smeltede stål, der blev opnået med konverteren, skulle skelnes fra de jern, der blev opnået ved hamring (især de pølsede jern ), og terminologien forbeholdt derefter udtrykket "stålværker" for moderne fabrikker baseret på processerne Bessemer , Thomas og Martin . Siemens .
Da alle raffineringsprocesser før konvertere involverede gentagen hamring eller håndtering af metalstykker, betegnes de fabrikker, der betjente dem, som " smedjer ". I det XVIII th århundrede, smedjer er derfor anlæg, hvor hamring fungerer som metalraffinering på sit layout . På tidspunktet for forsvinden af disse hamrende raffineringsprocesser gennemgik udtrykket "smedning" et semantisk skifte : det betegner kun udformningen af stål fra stålværker.
Udtrykket "stålværker" er nu fortsat direkte korreleret med raffinering af smeltet metal. Således er fabrikker, der smelter skrot i en lysbueovn , også stålværker.
I de sidste årtier har værktøjerne vokset sig i størrelse for at reducere den økonomiske indvirkning af varmetab, forbruget af ildfaste materialer og arbejdsomkostningerne. Siden generalisering af ilt konvertere og kontinuerlig støbning i slutningen af 1970'erne, har fremskridt hovedsageligt fokuseret på at styre omkostninger (ikke-kvalitet, upålidelighed, måling , forbrug af legering tilsætningsstoffer. ..) og forbedret fleksibilitet (tilpasning til prisen på skrot , energi, produktion af nye legeringer osv.)
I tilfælde af produktion af stål fra flydende støbejern har vi generelt værktøjerne:
Hvis stålet er fremstillet af genanvendt skrot, erstattes afsvovlings- og afkalkningsværktøjet med en elektrisk smelteovn, som hælder det flydende stål i stållommerne.
Nogle legeringer er uforenelige med størkning ved kontinuerlig støbning, støbning af ingots praktiseres derefter .
De vigtigste produkter, der anvendes af en stålfabrik, er:
Normalt fundet der:
Afsvovling betragtes undertiden som et værksted, der afhænger af højovne . Faktisk, da den kemiske reaktion er mere effektiv ved lav temperatur, udføres den på flydende støbejern, som er mindre varmt end flydende stål. Imidlertid er det almindeligt at udføre yderligere afsvovling i lommemetallurgiværkstedet .
Konverterens væsentlige rolle er at forbrænde kulstof i støbejernet for at nå frem til et flydende stål. Men en række kemiske reaktioner finder sted successivt i denne reaktor:
Fosfor og mangan kommer fra jernmalm . Opgivelse af fosformalme (såsom Minette Lorraine ) har reduceret betydningen af affosforisering uden at få den til at forsvinde. Mangan værdsættes som et legeringselement (dets tilstedeværelse forklarer kvaliteten af visse historiske stål): dets forbrænding skal undgås.
OxygenkonverterDe første to forbrændingsreaktioner i en konverter er meget eksoterme forbrændinger. Historisk kom ilt fra luften, der blev blæst i bunden af Bessemer og Thomas- omformere . Men den store mængde kvælstof, som også blev sprængt, afkølede stålet.
For at undgå tilsætning af kvælstof, et sprødt element, blev der udviklet rene iltomformere i 1970'erne. Varmen fra forbrændingen af silicium og kulstof førte til tilsætning af skrot som et køleelement. De lave omkostninger ved skrot, der kan udgøre en fjerdedel af omformerbelastningen, gør det også muligt at reducere den endelige pris for det producerede stål. Denne innovation fik efterklangsovne opfundet af Carl Wilhelm Siemens og Pierre-Émile Martin til at forsvinde .
Elektrisk ovnFremkom i 1960'erne blev produktionen af stål fra genvundet skrot smeltet i en elektrisk ovn stillet som en teknisk-økonomisk model af Nucor i USA . En kurv, der er dækket af ildfaste mursten, er fyldt med metalskrot, som omsmeltes ved hjælp af en kraftig lysbue. Buen genereres af 3 grafitelektroder forsynet med vekselstrøm eller nogle gange af en enkelt elektrode, der fungerer med jævnstrøm.
Fordele :
Ulemper :
Metallurgien af flydende stål dukkede op, da vi var i stand til at eliminere fosforet til stede i jernmalm ved at blæse stål i nærvær af kalk i Thomas-omformere
Metallurgi i lomme eller sekundær metallurgi (de) dukkede op, når legeringerne udvikler sig til at blive for komplekse til at blive udført i en enkelt reaktor, omformeren. Produktionen af det flydende stål afsluttes, efter at det er hældt fra konverteren (eller fra den elektriske ovn) i skovlen. Målet er derefter at:
Vi har set, at slaggen kan fjerne svovlet fra støbejernet. I konverteren fjerner en slagg rig på kalk også fosfor . I disse tilfælde isoleres slaggen fra overfladen af badet, efter at den kemiske reaktion med flydende metal - slagge er afsluttet.
Slaggen kan også absorbere indeslutningerne af oxider opløst i metallet, generelt som følge af sedimentering. Til dette er det vigtigt at kontrollere dets sammensætning for at gøre den reaktiv. Et højt kalkindhold gør f.eks. Slaggen basisk, hvilket er gunstigt med hensyn til aluminiumindeslutninger. Denne slagge skal dog også beskytte de ildfaste mursten ... justeringen af slaggene er derfor et kompromis.
Nogle slaggeoxider, såsom FeO, kan oxidere legeringstilsætninger såsom titanium , aluminium , bor ... I dette tilfælde forbruges disse legeringselementer og spildes derfor, inden de når metal. Væske. For meget slagge, eller dårligt kontrolleret slagge oxidation er derfor prohibitiv i dette tilfælde.
De værktøjer, der er forbundet med behandlingen af slagge, består generelt af en "rive" til at "skumme" den slagge, der flyder på det flydende stål. Beholdere tillader tilføjelse af produkter, der er beregnet til at udgøre eller ændre slaggen.
VakuumværktøjVi taler undertiden om afgasning, flydende ståls opførsel i et vakuum svarer derefter til en flaske kulsyreholdig drik pludselig. Ud over udvisning af opløste gasser fremmer passage til vakuum kemisk ligevægt forbundet med afsvovling, afkalkning osv. To værktøjer bruges generelt til at føre flydende stål under vakuum (værdi, der kan være mindre end 1 mbar):
Disse to installationer er undertiden udstyret med en iltlanse beregnet til genopvarmning af stålet med aluminotermi ( iltblæsningsproces ).
Brygge- og skyggestationSkygge (tilføjelse af legeringselementer) kan udføres ved konverteren, når afkalkningscyklussen er afsluttet. I betragtning af de mange stålkvaliteter, der skal produceres, og begrænsningerne forbundet med opløsningen af legeringselementer, har denne praksis tendens til at forsvinde. Generelt udføres gradering af flydende stål med specifikke værktøjer i flere faser:
Ovenstående rækkefølge respekteres generelt. Det skal imidlertid forstås, at bundfældning kun er virkelig nødvendig, hvis stålet vil blive størknet ved hjælp af kontinuerlig støbning . Den råemnestøbning tillader størkning rimming stål, den stål sprudlende , uden urenheder, fordi oxiderne skabt af calmage ikke flyde til alle slaggen. Derudover inducerer størkning afgasning af opløst ilt, som når det stiger til overfladen, renser og omrører det stål, der stadig er flydende.
Det er også muligt at passere gennem et vakuumværktøj . Hvis dette værktøjs rolle er at perfektionere den afkalkning, der er startet i konverteren, skal dette trin udføres inden afregningen. Hvis målet er dehydrogenering eller denitrering , vil dette trin komme, når den endelige kemiske sammensætning er nået.
Den blanding er gjort, så snart vi tilføjer de elementer af legering . Det kan være pneumatisk: argon injiceres derefter med en nedsænket lanse eller gennem de ildfaste mursten, der ligger i lommen. Omrøringen kan også være elektromagnetisk.
Slaggens rolle må aldrig forsømmes under fasen af tilsætningen af legeringselementerne. Faktisk kan det forstyrre driften ved:
Kontinuerlig støbning kræver typisk ståltemperaturer på ca. 30 ° C over liquiduslegeringen . Opvarmningsorganerne er enten den elektriske lommeovn eller en kemisk proces såsom aluminotermi . Det er også muligt at arbejde meget varmt hele tiden, så du kun køler ned til den rigtige temperatur i sidste øjeblik.
Kasse af rustfrit stålDe rustfrie stål har et højt indhold af krom og nikkel og et meget lavt kulstofindhold (mindre end 100 tusind), hvilket væsentligt hæver den smeltede ståls likviditetstemperatur (ud over 1700 ° C ). De bedste kemiske balancer mellem metal og slagge kræver endnu højere temperaturer, end ildfaste mursten ikke kan modstå. Vi arbejder derfor med slagger, der er meget belastede med chromoxider, som genbehandles og genbruges.
Kontinuerlig støbning er værktøjet til størkning af metal. Stållommen er placeret på en drejeled, der har to arme, til at rumme to lommer og flyder derfor kontinuerligt. Metallet strømmer gennem støbekanalen ind i en fordeler, som fordeler det over to støbelinier. Efter at have forladt distributøren ankommer metallet i støbeformen, som giver det sin endelige form ( plade , blomstring , barber osv.) Ved afkøling med vand. I slutningen af linjen skæres pladen til den ønskede længde ved flammeskæring og fortsætter derefter med at rulle .
Ingot støbningIngot casting er forfader til kontinuerlig casting. Det bruges næppe mere undtagen enkeltdele (gratis smedning).
Selvom det ikke er meget forurenende (især hvis man sammenligner det med koksværket og bymæssige anlæg, der ofte er forbundet med konverteringsstålværker), genererer et moderne stålværk hyppige plumer af "rød røg", støv af jernoxider. , Især synlig og rodet . I 1970'erne forlod Thomas-omformerne (som genererer 3 gange mere røg end ilt-en) og Martin (som skal opvarmes ved forbrænding af en gas) til fordel for iltomformere udstyret med en genvinding af dampe for at fremstille gas, var en betydelig fremgang. Støvning af elektriske ovne er ligeledes blevet systematisk.