duminică, 3 februarie 2013

Etapele procesului metalurgic, tipurile de uzine si principiile de amplasare a întreprinderilor Uzinele siderurgice dupâ dimensiuni çi prezenta etapelor de producere se împart în uzine cu ciclul complet çi uzine cu ciclul incomplet.
Uzinele cu ciclul complet au în componenta lor cel putin patru unitâti de productie, practic autonome, la care respectiv se capâtâ cocs, fontâ, otel çi laminate.
Uzinele cu ciclul incomplet produc fie câ numai cocs çi fontâ, fie câ numai otel çi laminate.
Cocsul se obtine din cârbune de piatrâ fârâmitat pânâ la pulbere, prin încâlzirea acestuia în cuptoare speciale, fârâ accesul aerului. Aceste cuptoare reprezintâ niçte camere metalice, ce se închid ermetic çi se încâlzesc pânâ la 950-1050° C din exterior, cu un flux de gaze fierbinti. În timpul încâlzirii, din cârbune se degajâ un amestec de gaze inflamabile, numite gaze de cocs. Ele pot fi folosite ca combustibil sau ca materie primâ foarte valoroasâ pentru industria chimicâ. Produsul, ce râmâne dupâ degajarea gazelor, se numeçte cocs. Având o structurâ poroasâ, care asigurâ contactul bun cu aerul, el are o temperaturâ de ardere foarte mare. Procesul de transformare a cârbunelui de piatrâ în cocs dureazâ 14-15 ore, dupâ ce cuptorul este deschis, si cocsul în stare incandescentâ este transportat în vagoane speciale la instalatia de stingere, unde este râcit fie cu apâ, fie cu gaze neutre. Cocsul râcit poate fi folosit ca combustibil pentru furnale.
Fonta reprezintâ un aliaj de fier cu carbon, concentrarea carbonului fiind de 2 - 4%. În dependentâ de utilizarea ei de mai departe, în furnale se topeçte fonta alba sau fonta sura. Din fonta alba se capâtâ otel çi ei îi revin 85% din toatâ fonta topitâ în lume, iar din fonta sura se toarnâ diferite obiecte, în acelaçi rând çi de artâ. Din punct de vedere al componentei çi utilizârii existâ câteva zeci de sorturi de fontâ.
Se obtine fonta în niçte cuptoare, ce au forma unui turn rotund cu o înâltime egalâ cu cea a unei case cu 30 etaje çi care se numesc furnale. Partea exterioarâ a furnalului reprezintâ o manta de otel, cu o sistemâ complicatâ de râcire cu apâ, iar cea interioarâ - o câptuçealâ din materiale refractare rezistente la temperaturi înalte. Partea de sus a furnalului se numeçte gura de alimentare, cea centralâ - cuva, iar cea de jos - creuzet. Prin gura de alimentare se încarcâ în cuptor în straturi alternante cocs si concentrate de minereu de fier sub formâ de aglomerat sau pelite la care se mai adaugâ calcar, dolomitâ çi alte substante numite fondanti. Fondantii ajutâ substantele nemetalice, ce intrâ în componenta concentratului de minereu, sâ se ridice dupâ topire de asupra metalului lichid, acumulat în creuzet, formând împreunâ zgura. Din partea de jos în furnal se suflâ aer fierbinte care asigurâ arderea cocsului în partea superioarâ a creuzetului. Aici temperatura se ridicâ la 2000° C, ceea ce duce la topirea minereului. În vremea arderii cocsului oxigenul din aerul suflat se uneçte cu carbonul, formând oxid de carbon, care, la rândul sâu, în conditiile temperaturilor înalte, aditioneazâ cu oxigenul din minereu, reducând astfel fierul. Fierul topit se scurge prin cocsul incandescent çi se satureazâ cu carbon, transformându-se în fontâ, care se acumuleazâ pe fundul creuzetului. Pe suprafata fontei topite pluteçte stratul de zgurâ lichidâ, care este mai uçoarâ. La anumite intervale de timp, prin deschizâturi speciale, numite gauri de evacuare, la început se da drumul zgurii acumulate, apoi fontei.

Schema generalâ a unei uzine metalurgice cu ciclul complet 1 - baterii pentru producerea cocsului, 2 - concentrate de minereu, 5 - furnal (producerea fontei), 9 -cuptorul Martin (producerea otelului), 11-12 - laminoare (producerea laminatelor).
Furnalul lucreazâ în regim non-stop prin gurâ de alimentare, adâugindu-se noi portiuni de minereu çi cocs, iar din creuzet, la anumite intervale de timp fiind evacuate zgura çi fonta lichidâ.
Afarâ de fontâ în furnale se mai capâtâ diferite feroaliaje cum ar fi: ferosiliciul, feromanganul etc.
Producerea fontei este un proces care cere multâ energie çi surse materiale. Pentru a produce o tonâ de acest metal este nevoie de 3 tone de minereu, cocs çi calcar, circa 30 tone de apâ çi o cantitate impunâtoare de gaze naturale çi oxigen. În scopul reducerii costului productiei se construiesc furnale gigantice cu un volum de la 1500 pânâ la 5000 de metri cubi. Un furnal contemporan poate produce anual 4 - 4,5 mil. t fontâ, adicâ cam atât cât produce Turcia sau Mexic.
Otebul este un aliaj al fierului care contine mai putin de 2% carbon çi alte metale aliate despre care s-a scris anterior. Numârul de sorturi este de câteva mii. Producerea otelului are loc în otelarii, care reprezintâ a treia etapâ de producere la combinatele siderurgice cu ciclul complet. Însuçi producerea poate avea loc în convertizoare, cuptoare Martin sau cuptoare electrice.
Convertizorul reprezintâ o cuvâ de otel în formâ de parâ câptuçitâ pe dinâuntru cu cârâmizi refractare, în care se toarnâ fontâ lichidâ, iar din partea de jos se suflâ aer pentru a îndepârta surplusul de carbon din ea. În timpul când aerul trece prin fonta topitâ siliciul çi manganul, ce intrâ în componenta ei, se combinâ cu oxigenul ceea ce aduce la degajarea unei mari cantitâti de câldurâ, care face sâ ardâ rapid cea mai mare parte a carbonului. Primele convertizoare au fost construite în 1856 de câtre englezul H. Bessemer çi, de aceea, ele îi poartâ numele. Cele mai mari din convertizoare aveau capacitatea de 60 t.

În jumâtatea a doua a secolului XX în loc de aer în convertizoare s-a început, prin gura de sus, cu ajutorul unui dispozitiv special, sâ se sufle oxigen. Oxigenul a accelerat cu mult procesele metalurgice çi a sporit productivitatea agregatelor. În primele 5-10 minute arde siliciul çi manganul, temperatura crescând la 1200-1450° C. Aceasta provoacâ arderea intensâ a carbonului çi la ridicarea, spre sfârçitul procesului, a temperaturii pânâ la 1600° C. În convertizoarele cu oxigen la fonta topitâ se poate de adâugat atât fier vechi, cât çi fontâ solidâ. Durata obtinerii otelului din fontâ lichidâ çi fier vechi în acest tip de convertizoare este de doar 30-35 minute, în loc de 6-8 ore, cât dureazâ acelaçi proces în cuptoarele Martin. De aceea, în prezent majoritatea otelului se produce în convertizoarele cu oxigen, capacitatea cârora poate
sâ fie de 350-400 t.
Cuptorul Martin a fost construit prima datâ de metalurgistul francez Pierre Martin în 1864. Este un cuptor de topire cu flacârâ. Baia, în care se topeçte otelul, poate avea capacitatea de pânâ la 900 t. Ea este câptuçitâ cu cârâmidâ refractarâ. Cu acelaçi tip de cârâmidâ se câptuçeçte çi bolta sfericâ a cuptorului, care reflecteazâ câldura, produsâ de arderea combustibilului, în baia cu metal. În calitate de combustibil se foloseçte, de regulâ, gazul natural, dar poate fi utilizat cârbunele sub formâ de praf, sau pâcura. Înainte de a nimeri în cuptor aerul çi gazul se încâlzesc pânâ la 1150° C çi apoi, prin partea superioarâ, se suflâ sub bolta cuptorului, unde ele se amestecâ çi ard. Ca rezultat temperatura se ridicâ la 1800-2000° C, ceea ce aduce la topirea completâ a încârcâturii. Avantajele cuptorului Martin constau în aceea câ în el poate fi topit fierul vechi çi diferite deçeuri metalice, poate fi controlatâ calitatea otelului obtinut, pot fi introduse diferite adaosuri, obtinându-se astfel oteluri cu proprietâti prestabilite. Neajunsul este acela câ durata de elaborare a otelului este, cum am mai mentionat, destul de mare - 6-8 ore. De aceea, ultimul timp aceste cuptoare practic nu se folosesc, ele fiind înlocuite de convertizoarele cu oxigen.
Cuptoarele electrice pot fi de mai multe tipuri: cu arc electric, cu inductie, cu vid çi a. Ele se folosesc la câpâtarea otelurilor foarte pure cu un continut redus de sulf, fosfor, arsen, oxigen çi alte elemente, care în cuptoarele Martin çi în convertizoare nu pot fi înlâturate, deoarece ele se contin fie în gazele naturale ce se ard, fie în oxigenul ce se suflâ în metalul topit. În cuptoarele cu arc electric temperatura de topire se obtine datoritâ arcului voltaic de mare intensitate ce se formeazâ între electrozii de cârbune, fixati de bolta cuptorului, si metalul aflat în baie. Procesul practic este asemânâtor cu cel ce decurge în cuptorul Martin, dar otelul câpâtat este mult mai pur. În cuptoarele cu inductie temperatura de topire se obtine datoritâ câmpului electromagnetic. În ambele tipuri amintite nu poate fi evitatâ pâtrunderea oxigenului, azotului çi hidrogenului. Pentru a câpâta oteluri ce nu ar contine aceste elemente se folosesc cuptoarele electrice cu vid, în camera cârora bulele de gaze ies din metalul lichid. La asemenea instalatii cuptorul este îmbrâcat cu un clopot de vid çi înainte de a începe procesul de obtinere a otelului din cuptor se pompeazâ aerul.
Cuptoarele electrice nu se folosesc la combinatele siderurgice cu ciclul complet, unde se topeçte metal în cantitâti foarte mari. Ele sunt specifice pentru întreprinderile mici çi mijlocii cu ciclul incomplet.
Producerea laminatelor este ultimul, al patrulea, proces ce are loc la combinatele siderurgice cu ciclul complet.
Dupâ ce a fost topit çi adus la conditia necesarâ, otelul se toarnâ în forme speciale unde el se solidificâ çi se capâtâ niçte blocuri mari numite lingouri. Lingourile sunt transportate în sectia de laminare. Aici ele, în cuptoare speciale, se încâlzesc timp de 4-6 ore pânâ la temperatura de 1100-1300° C. Lingourile încâlzite nimeresc la laminoarele de degrosare elementele de bazâ ale cârora sunt niçte cilindri masivi, situati unul sub altul çi montati în aça mod ca distanta dintre ei sâ poatâ fi schimbatâ. Cilindrii antreneazâ metalul în spatiul dintre ei çi, supunându-l presârii, îl subtiazâ çi îl lungesc. Existâ douâ tipuri de laminoare de degroçare: blumingul çi slebingul. La bluming din lingouri se obtin blocuri cu sectiunea pâtratâ, numite blumuri, iar la slebing - plâci cu sectiunea dreptunghiularâ numite sleburi. Laminoare de degroçare existâ doar la întreprinderile mai veci, unde n-au fost montate instalatii de turnare continua a otelului, care produc direct blumuri, sau sleburi finite.
De la laminoarele de degroçare sau de la instalatiile de turnare continuâ a otelului blumurile çi sleburile finite sunt transportate la laminoarele speciale ce produc laminate de o anumitâ formâ, grosime, sectiune transversalâ, etc. Existâ laminoare ce produc tablâ, lami-noare pentru çine çi grinzi, laminoare pentru producerea tevilor, laminoare de profiluri curbe çi laminoare de profiluri fasonate de înaltâ precizie. Dacâ laminoarele pentru tablâ çi cele pentru grinzi produc, practic, semifabricate, apoi ultimele douâ produc piese fasonate cu dimensiuni foarte precise, care nu necesitâ o prelucrare ulterioarâ.
Laminatele prezintâ productia finitâ a siderurgiei. Asortimentul de laminate produse în lume este foarte mare - circa 30 mii numiri. Totuçi ele pot fi divizate în 5 grupe çi anume:
1.        Tablâ de diferitâ grosime çi lâtime din care cea mai solicitatâ este cea cu grosimea de pânâ la 3 mm. Acestui tip de tablâ îi revine 30 - 45% din totalul de laminate.
2.        Metal profilat în formâ de bare rotunde sau fasonate (10 - 30%).
3.        Tevi trase sau semifabricate pentru sudarea tevilor (5 -10%).
4.        Sârmâ pentru betonare (3-8%).
5.    Sine pentru câile ferate (4-5%).
O râspândire tot mai largâ în siderurgie capâtâ în prezent reducerea directâ a fierului, care este o metodâ mult mai economicoasâ deoarece nu foloseçte furnale, cuptoare Martin sau convertizoare, iar metalul câpâtat este mai pur din cauza câ nu contine sulf çi alte impuritâti pe care le are cocsul.
Primele instalatii industriale simple de reducere directâ a fierului au apârut încâ în 1911 în Suedia. În prezent ele sunt mult mai modernizate çi reprezintâ cuptoare verticale cu înâltimea de peste 50 mçi cu un diametru de 5 m. Pelitele (granule de minereu înnobilat câpâtate prin metode speciale din mâruntiçuri pulverulente la fabricile de înnobilare), ce contin pânâ la 67% fier, se încarcâ neîntrerupt prin partea de sus a cuptorului, iar în întâmpinarea lor, de jos în sus, se ridicâ un flux de gaz natural ce contine 90% oxid de carbon çi hidrogen çi care a fost încâlzit în prealabil pânâ la 850-900° C. Aceastâ câldurâ a gazului, împreunâ cu câldura lui de ardere, dau temperatura necesarâ pentru metalizarea pelitelor. Minereul nu se topeçte, ci se reduce în stare solidâ çi când ajunge la vatra cuptorului contine de acum peste 90% fier. În continuare el nimereçte în cuptoare electrice, unde se curâtâ de impuritâti, se capâtâ otel, ca mai apoi otelul sâ nimereascâ la laminor.
Principiul de amplasare a întreprinderilor siderurgice pe parcursul anilor s-a schimbat.
In secolul XIX si începutul secolului XX, din motiv câ pentru topirea unei tone de fontâ era necesar mai mult cârbune decât minereu, combinatele siderurgice se construiau în bazinele carbonifere. Anume în acea perioadâ au fost edificate multe uzine în Donbas, bazinul Ruhr, bazinul Lorenei, nord-estul SUA etc.
In prima jumâtate a secolului XX, când tehnologia topirii fontei a permis reducerea de 2-3 ori a consumului de cocs, întreprinderile metalurgice au început sâ fie amplasate în regiunile bogate în minereu de fier. Reieçind din acest principiu, au fost construite combinatele din Magnitogorsk (Ural, Rusia), Krivoi Rog çi Zaporojie (Ucraina), marile întreprinderi din Brazilia, China, Mexic etc.
Dupâ al Doilea Râzboi Mondial, când materia primâ din multe state dezvoltate nu mai fâcea facerintelor çi, pentru a acoperi necesitâtile în metal, s-a trecut la importul minereului çi cârbunelui, întreprinderile au început sâ fie construite în porturi. Astfel, au apârut mari unitâti de producere în oraçele porturi din Italia, Franta, SUA çi, mai ales, în Japonia. Din aceste considerente, a fost construitâ çi uzina siderurgicâ din Galati, România.
In jumâtatea a doua a secolului XX, pentru a satisface cerintele mari de metal ale unor teritorii, au început sâ fie construite mini- çi midiuzine direct în regiunile de consum. De regulâ, ele sunt cu ciclu incomplet, cea mai mare parte a lor lucrând în baza fierului vechi. Foarte multe uzine mici çi mijlocii au fost construite în SUA, Japonia, Italia, Spania, Brazilia çi a. Existâ însâ çi uzine mari cu ciclul complet amplasate pe acest principiu. Drept exemplu, poate fi numit combinatul siderurgic din Cerepovet (Rusia), care a fost construit pe malul bazinului de acumulare Râbinsk de pe Volga çi care activeazâ în baza minereului de fer din Karelia çi a cârbunelui cocsificabil din bazinul Peciora.
Uzinele electrosiderurgice se construiesc în regiunile asigurate cu surse de energie electricâ ieftinâ, cum ar fi: valea râului Tennessee din SUA, muntii Alpi în Franta, centrele siderurgice din sudul Ucrainei etc.
Vorbind de principiile amplasârii regionale a uzinelor siderurgice trebuie sâ mentionâm faptul câ în cadrul regiunilor aceste obiecte industriale se construiesc în apropierea râurilor sau bazinelor acvatice, deoarece ele sunt mari consumatoare de apâ.

0 comentarii:

Trimiteţi un comentariu