इस्पात गलाने: तकनीक, तरीके, कच्चा माल

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 13:55

लौह अयस्क सामान्य तरीके से प्राप्त किया जाता है: खुले गड्ढे या भूमिगत खनन और प्रारंभिक तैयारी के लिए बाद में परिवहन, जहां सामग्री को कुचल, धोया और संसाधित किया जाता है।

अयस्क को ब्लास्ट फर्नेस में डाला जाता है और गर्म हवा और गर्मी के साथ ब्लास्ट किया जाता है, जो इसे पिघला हुआ लोहे में बदल देता है। फिर इसे भट्टी के नीचे से सूअरों के रूप में जाने वाले सांचों में निकाल दिया जाता है, जहाँ इसे पिग आयरन बनाने के लिए ठंडा किया जाता है। इसे लोहे में बदल दिया जाता है या कई तरह से स्टील में संसाधित किया जाता है।

स्टील क्या है?

शुरुआत में लोहा होता था। यह पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम धातुओं में से एक है। यह अयस्क के रूप में कई अन्य तत्वों के संयोजन में लगभग हर जगह पाया जा सकता है। यूरोप में, लोहे का काम 1700 ईसा पूर्व का है

1786 में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक बर्थोलेट, मोंगे और वेंडरमोंडे ने सटीक रूप से निर्धारित किया कि लोहे, कच्चा लोहा और स्टील के बीच का अंतर विभिन्न कार्बन सामग्री के कारण है। फिर भी, लोहे से बना स्टील जल्दी ही औद्योगिक क्रांति की सबसे महत्वपूर्ण धातु बन गया। 20वीं सदी की शुरुआत में, विश्व इस्पात उत्पादन 28. थामिलियन टन - यह 1880 की तुलना में छह गुना अधिक है। प्रथम विश्व युद्ध की शुरुआत तक इसका उत्पादन 85 मिलियन टन था। कई दशकों से, इसने व्यावहारिक रूप से लोहे का स्थान ले लिया है।

कार्बन सामग्री धातु की विशेषताओं को प्रभावित करती है। स्टील के दो मुख्य प्रकार हैं: मिश्र धातु और अधातु। स्टील मिश्र धातु लोहे में जोड़े गए कार्बन के अलावा अन्य रासायनिक तत्वों को संदर्भित करता है। इस प्रकार, स्टेनलेस स्टील बनाने के लिए 17% क्रोमियम और 8% निकल के मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है।

वर्तमान में, 3000 से अधिक सूचीबद्ध ब्रांड (रासायनिक रचनाएं) हैं, जो व्यक्तिगत जरूरतों को पूरा करने के लिए बनाए गए लोगों की गिनती नहीं करते हैं। ये सभी भविष्य की चुनौतियों के लिए स्टील को सबसे उपयुक्त सामग्री बनाने में योगदान करते हैं।

स्टीलमेकिंग कच्चा माल: प्राथमिक और माध्यमिक

कई घटकों का उपयोग करके इस धातु को गलाना सबसे आम खनन विधि है। चार्ज सामग्री प्राथमिक और माध्यमिक दोनों हो सकती है। चार्ज की मुख्य संरचना, एक नियम के रूप में, 55% पिग आयरन और शेष स्क्रैप धातु का 45% है। लौह मिश्र धातु, परिवर्तित कच्चा लोहा और व्यावसायिक रूप से शुद्ध धातुओं का उपयोग मिश्र धातु के मुख्य तत्व के रूप में किया जाता है, एक नियम के रूप में, सभी प्रकार की लौह धातुओं को द्वितीयक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

लौह और इस्पात उद्योग में लौह अयस्क सबसे महत्वपूर्ण और बुनियादी कच्चा माल है। इस सामग्री के एक टन पिग आयरन के उत्पादन में लगभग 1.5 टन का समय लगता है। एक टन पिग आयरन के उत्पादन के लिए लगभग 450 टन कोक का उपयोग किया जाता है। कई लोहे के कामयहां तक कि चारकोल का भी उपयोग किया जाता है।

लोहा और इस्पात उद्योग के लिए पानी एक महत्वपूर्ण कच्चा माल है। यह मुख्य रूप से कोक शमन, ब्लास्ट फर्नेस कूलिंग, कोयला भट्ठी दरवाजा भाप उत्पादन, हाइड्रोलिक उपकरण संचालन और अपशिष्ट जल निपटान के लिए उपयोग किया जाता है। एक टन स्टील के उत्पादन में लगभग 4 टन हवा लगती है। फ्लक्स का उपयोग ब्लास्ट फर्नेस में स्मेल्टर अयस्क से दूषित पदार्थों को निकालने के लिए किया जाता है। चूना पत्थर और डोलोमाइट निकाले गए अशुद्धियों के साथ मिलकर स्लैग बनाते हैं।

विस्फोट और स्टील दोनों भट्टियां रेफ्रेक्ट्रीज से सुसज्जित हैं। उनका उपयोग लौह अयस्क गलाने के लिए भट्टियों का सामना करने के लिए किया जाता है। मोल्डिंग के लिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड या रेत का उपयोग किया जाता है। अलौह धातुओं का उपयोग विभिन्न ग्रेड के स्टील के उत्पादन के लिए किया जाता है: एल्यूमीनियम, क्रोमियम, कोबाल्ट, तांबा, सीसा, मैंगनीज, मोलिब्डेनम, निकल, टिन, टंगस्टन, जस्ता, वैनेडियम, आदि। इन सभी लौह मिश्र धातुओं में, मैंगनीज का व्यापक रूप से इस्पात निर्माण में उपयोग किया जाता है।.

विघटित कारखाने के ढांचे, मशीनरी, पुराने वाहनों आदि से लोहे के कचरे को पुनर्नवीनीकरण किया जाता है और उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इस्पात के लिए लोहा

कच्चा लोहा के साथ स्टील गलाने अन्य सामग्रियों की तुलना में बहुत अधिक आम है। कच्चा लोहा एक ऐसा शब्द है जो आमतौर पर ग्रे आयरन को संदर्भित करता है, हालांकि इसे फेरोलॉयल्स के एक बड़े समूह के साथ भी पहचाना जाता है। कार्बन लगभग 2.1 से 4 wt% बनाता है जबकि सिलिकॉन आमतौर पर मिश्र धातु में 1 से 3 wt% होता है।

लोहे और स्टील का गलाने एक तापमान पर होता हैगलनांक 1150 और 1200 डिग्री के बीच होता है, जो शुद्ध लोहे के गलनांक से लगभग 300 डिग्री कम होता है। कच्चा लोहा भी अच्छी तरलता, उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी, विरूपण के प्रतिरोध, ऑक्सीकरण और कास्टिंग का प्रदर्शन करता है।

इस्पात भी एक चर कार्बन सामग्री के साथ लोहे का मिश्र धातु है। स्टील की कार्बन सामग्री 0.2 से 2.1 द्रव्यमान% है, और यह लोहे के लिए सबसे किफायती मिश्र धातु सामग्री है। कच्चा लोहा से स्टील को गलाना विभिन्न प्रकार के इंजीनियरिंग और संरचनात्मक उद्देश्यों के लिए उपयोगी है।

इस्पात के लिए लौह अयस्क

इस्पात बनाने की प्रक्रिया लौह अयस्क के प्रसंस्करण से शुरू होती है। लौह अयस्क युक्त चट्टान को कुचल दिया जाता है। चुंबकीय रोलर्स का उपयोग करके अयस्क का खनन किया जाता है। महीन दाने वाले लौह अयस्क को ब्लास्ट फर्नेस में उपयोग के लिए मोटे दाने वाली गांठ में संसाधित किया जाता है। कार्बन के लगभग शुद्ध रूप का उत्पादन करने के लिए कोयले को कोक ओवन में परिष्कृत किया जाता है। लौह अयस्क और कोयले के मिश्रण को पिघला हुआ लोहा, या कच्चा लोहा बनाने के लिए गर्म किया जाता है, जिससे स्टील बनाया जाता है।

मुख्य ऑक्सीजन भट्टी में, पिघला हुआ लौह अयस्क मुख्य कच्चा माल है और विभिन्न ग्रेड के स्टील का उत्पादन करने के लिए विभिन्न मात्रा में स्क्रैप स्टील और मिश्र धातुओं के साथ मिलाया जाता है। एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में, पुनर्नवीनीकरण स्टील स्क्रैप को सीधे नए स्टील में पिघलाया जाता है। स्टील का लगभग 12% पुनर्नवीनीकरण सामग्री से बनाया जाता है।

स्मेल्टिंग तकनीक

स्मेल्टिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके द्वारा किसी धातु को या तो तत्व के रूप में प्राप्त किया जाता है,या तो अपने अयस्क से एक साधारण यौगिक के रूप में अपने गलनांक से ऊपर गर्म करके, आमतौर पर हवा जैसे ऑक्सीकरण एजेंटों की उपस्थिति में या कोक जैसे कम करने वाले एजेंटों की उपस्थिति में।

स्टील बनाने की तकनीक में, धातु जो ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होती है, जैसे कि आयरन ऑक्साइड, को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, और ऑक्साइड ईंधन में कार्बन के संयोजन में बनता है, जिसे कार्बन मोनोऑक्साइड या कार्बन के रूप में छोड़ा जाता है। डाइऑक्साइड।अन्य अशुद्धियाँ, जिन्हें सामूहिक रूप से शिराएँ कहा जाता है, एक धारा जोड़कर हटा दी जाती हैं जिसके साथ वे मिलकर धातुमल बनाती हैं।

आधुनिक इस्पात निर्माण में परावर्तक भट्टी का उपयोग किया जाता है। सांद्रित अयस्क और धारा (आमतौर पर चूना पत्थर) को शीर्ष पर लोड किया जाता है, जबकि पिघला हुआ मैट (तांबा, लोहा, सल्फर और लावा का यौगिक) नीचे से खींचा जाता है। मैट फ़िनिश से लोहे को निकालने के लिए कनवर्टर भट्टी में दूसरा ताप उपचार आवश्यक है।

ऑक्सीजन-कन्वेक्टर विधि

बीओएफ प्रक्रिया दुनिया की अग्रणी इस्पात निर्माण प्रक्रिया है। 2003 में कनवर्टर स्टील का विश्व उत्पादन 964.8 मिलियन टन या कुल उत्पादन का 63.3% था। कनवर्टर उत्पादन पर्यावरण प्रदूषण का एक स्रोत है। इसकी मुख्य समस्याएं उत्सर्जन में कमी, डिस्चार्ज और कचरे में कमी हैं। उनका सार माध्यमिक ऊर्जा और भौतिक संसाधनों के उपयोग में निहित है।

उड़ाने के दौरान ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं द्वारा एक्ज़ोथिर्मिक गर्मी उत्पन्न होती है।

अपने स्वयं के उपयोग से स्टील बनाने की मुख्य प्रक्रियास्टॉक:

• एक ब्लास्ट फर्नेस से पिघला हुआ लोहा (कभी-कभी गर्म धातु कहा जाता है) एक बड़े आग रोक लाइन वाले कंटेनर में डाला जाता है जिसे करछुल कहा जाता है।
• करछुल में धातु सीधे मुख्य इस्पात उत्पादन या पूर्व-उपचार चरण में भेजा जाता है।
• 700-1000 किलोपास्कल के दबाव में उच्च शुद्धता ऑक्सीजन को सुपरसोनिक गति से लोहे के स्नान की सतह पर वाटर-कूल्ड लांस के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है जिसे एक बर्तन में निलंबित कर दिया जाता है और स्नान से कुछ फीट ऊपर रखा जाता है।

उपचार पूर्व निर्णय गर्म धातु की गुणवत्ता और वांछित अंतिम स्टील गुणवत्ता पर निर्भर करता है। बहुत पहले हटाने योग्य बॉटम कन्वर्टर्स जिन्हें अलग किया जा सकता है और मरम्मत की जा सकती है, वे अभी भी उपयोग में हैं। उड़ाने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले भाले बदल दिए गए हैं। ब्लोइंग के दौरान लांस को जाम होने से बचाने के लिए, एक लंबी टेपरिंग कॉपर टिप के साथ स्लेटेड कॉलर का उपयोग किया गया था। टिप की युक्तियाँ, दहन के बाद, CO_{2 में प्रवाहित होने पर बनने वाले CO को जला देती हैं और अतिरिक्त गर्मी प्रदान करती हैं। डार्ट्स, रिफ्रैक्टरी बॉल्स और स्लैग डिटेक्टरों का उपयोग स्लैग को हटाने के लिए किया जाता है।}

ऑक्सीजन-कन्वेक्टर विधि: फायदे और नुकसान

गैस शोधन उपकरण की लागत की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि धूल का निर्माण, यानी लोहे का वाष्पीकरण 3 गुना कम हो जाता है। लोहे की उपज में कमी के कारण तरल स्टील की उपज में 1.5 - 2.5% की वृद्धि देखी गई है। लाभ यह है कि इस विधि में उड़ाने की तीव्रता बढ़ जाती है, जो देता हैकनवर्टर के प्रदर्शन को 18% तक बढ़ाने की क्षमता। स्टील की गुणवत्ता अधिक होती है क्योंकि शुद्ध क्षेत्र में तापमान कम होता है, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोजन कम बनता है।

स्टील गलाने की इस पद्धति की कमियों के कारण खपत की मांग में कमी आई, क्योंकि ईंधन के दहन की उच्च खपत के कारण ऑक्सीजन की खपत का स्तर 7% बढ़ जाता है। पुनर्नवीनीकरण धातु में हाइड्रोजन की मात्रा बढ़ जाती है, यही वजह है कि प्रक्रिया की समाप्ति के बाद ऑक्सीजन के साथ शुद्धिकरण करने में कुछ समय लगता है। सभी विधियों में, ऑक्सीजन-कन्वर्टर में सबसे अधिक स्लैग का निर्माण होता है, इसका कारण उपकरण के अंदर ऑक्सीकरण प्रक्रिया की निगरानी करने में असमर्थता है।

खुला चूल्हा विधि

20वीं शताब्दी के अधिकांश समय के लिए खुली चूल्हा प्रक्रिया दुनिया में बने सभी स्टील के प्रसंस्करण का मुख्य हिस्सा थी। विलियम सीमेंस ने 1860 के दशक में, एक धातुकर्म भट्टी में तापमान बढ़ाने के साधन की मांग की, भट्ठी द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गर्मी का उपयोग करने के लिए एक पुराने प्रस्ताव को पुनर्जीवित किया। उसने ईंट को उच्च तापमान पर गर्म किया, फिर उसी रास्ते से भट्ठी में हवा डाली। पहले से गरम हवा ने लौ के तापमान को काफी बढ़ा दिया।

प्राकृतिक गैस या परमाणुयुक्त भारी तेल ईंधन के रूप में उपयोग किए जाते हैं; दहन से पहले हवा और ईंधन को गर्म किया जाता है। भट्टी को तरल पिग आयरन और स्टील स्क्रैप के साथ लौह अयस्क, चूना पत्थर, डोलोमाइट और फ्लक्स के साथ लोड किया जाता है।

चूल्हे का ही बना होता हैअत्यधिक दुर्दम्य सामग्री जैसे मैग्नेसाइट चूल्हा ईंटें। खुली चूल्हा भट्टियों का वजन 600 टन तक होता है और इन्हें आमतौर पर समूहों में स्थापित किया जाता है, ताकि भट्टियों को चार्ज करने और तरल स्टील को संसाधित करने के लिए आवश्यक बड़े सहायक उपकरण का प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सके।

यद्यपि अधिकांश औद्योगिक देशों में खुली चूल्हा प्रक्रिया को मूल ऑक्सीजन प्रक्रिया और इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस द्वारा लगभग पूरी तरह से बदल दिया गया है, यह दुनिया भर में उत्पादित सभी स्टील का लगभग 1/6 बनाता है।

इस विधि के फायदे और नुकसान

लाभों में उपयोग में आसानी और विभिन्न एडिटिव्स के साथ मिश्र धातु इस्पात के उत्पादन में आसानी शामिल है जो सामग्री को विभिन्न विशिष्ट गुण प्रदान करते हैं। गलाने के अंत से ठीक पहले आवश्यक एडिटिव्स और मिश्र धातुओं को जोड़ा जाता है।

नुकसान में ऑक्सीजन-कन्वर्टर विधि की तुलना में कम दक्षता शामिल है। इसके अलावा, अन्य धातु गलाने के तरीकों की तुलना में स्टील की गुणवत्ता कम होती है।

इलेक्ट्रिक स्टील बनाने की विधि

अपने स्वयं के भंडार का उपयोग करके स्टील को गलाने की आधुनिक विधि एक भट्टी है जो एक आवेशित सामग्री को विद्युत चाप से गर्म करती है। औद्योगिक चाप भट्टियां आकार में छोटी इकाइयों से लेकर लगभग एक टन (लौह उत्पादों के उत्पादन के लिए फाउंड्री में प्रयुक्त) से लेकर माध्यमिक धातु विज्ञान में उपयोग की जाने वाली 400 टन इकाइयों तक होती हैं।

चाप भट्टियां,अनुसंधान प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली क्षमता केवल कुछ दसियों ग्राम की हो सकती है। औद्योगिक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस तापमान 1800 डिग्री सेल्सियस (3, 272 डिग्री फारेनहाइट) तक पहुंच सकता है, जबकि प्रयोगशाला स्थापना 3000 डिग्री सेल्सियस (5432 डिग्री फारेनहाइट) से अधिक हो सकती है।

चाप भट्टियां इंडक्शन फर्नेस से इस मायने में भिन्न होती हैं कि चार्जिंग सामग्री सीधे विद्युत चाप के संपर्क में आती है, और टर्मिनलों में करंट आवेशित सामग्री से होकर गुजरता है। इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का उपयोग स्टील उत्पादन के लिए किया जाता है, इसमें एक अपवर्तक अस्तर होता है, आमतौर पर वाटर-कूल्ड, बड़े आकार, एक वापस लेने योग्य छत से ढका होता है।

ओवन को मुख्य रूप से तीन भागों में बांटा गया है:

• साइड दीवारों और निचले स्टील के कटोरे से युक्त खोल।
• चूल्हा में एक आग रोक होती है जो निचली कटोरी को बाहर निकालती है।
• रेफ्रेक्ट्री लाइनेड या वाटर कूल्ड रूफ को बॉल सेक्शन या काटे गए कोन (शंक्वाकार सेक्शन) के रूप में बनाया जा सकता है।

विधि के फायदे और नुकसान

यह विधि इस्पात उत्पादन के क्षेत्र में अग्रणी स्थान रखती है। स्टील गलाने की विधि का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाली धातु बनाने के लिए किया जाता है जो या तो पूरी तरह से रहित होती है, या इसमें सल्फर, फास्फोरस और ऑक्सीजन जैसी अवांछित अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा होती है।

विधि का मुख्य लाभ हीटिंग के लिए बिजली का उपयोग है, जिससे आप आसानी से पिघलने के तापमान को नियंत्रित कर सकते हैं और धातु के हीटिंग की अविश्वसनीय दर प्राप्त कर सकते हैं। स्वचालित कार्य बन जाएगाविभिन्न स्क्रैप धातु के उच्च गुणवत्ता वाले प्रसंस्करण के लिए उत्कृष्ट अवसर के लिए एक सुखद अतिरिक्त।

नुकसान में बिजली की अधिक खपत शामिल है।