Kako se proizvodi čelik?

How is steel made? To answer that question, we must first understand what steel is. Steel comes from the German product Stal, stahel meaning ‘Strong’ or ‘Hard’.

Čelik je legura uglavnom željeza i ugljika, te drugih inherentnih elemenata koji se nalaze u željeznoj rudi kao što su silicij, magnezij, sumpor i fosfor.

Proizvodnja čelika je proces uklanjanja nečistoća (npr. sumpora, fosfora) iz željezne rude i kontroliranja, redukcije i dodavanja drugih legirajućih elemenata rafiniranom čeliku kako bi se zadovoljila različita mehanička i tehnološka svojstva. Legiranje željeza s ugljikom jedini je način da ono postane tvrđe i jače od željeza.

Kako nastaje čelik: Koraci izrade čelika

Proces proizvodnje čelika sastoji se od četiri koraka:

1. Vađenje željezne rude,
2. Obrada rude: drobljenje i pranje rude,
3. Redukcija rude: taljenje rude u visokoj peći i
4. Rafiniranje: korištenjem osnovne kisikove peći (BOF).

Rudarstvo željezne rude

Vađenje željezne rude je aktivnost velikog volumena, niske cijene, koja je ključni pokretač proizvodnje čelika. Međutim, može biti i visoko energetski intenzivan, a samim time i skup.

Glavna sirovina za proizvodnju čelika je željezna ruda iz Australije, Brazila, Indije, Rusije i Južne Afrike.

Kako bi se proizveo čelik iz željezne rude, stijena koja sadrži željeznu rudaču mora se zagrijati na ekstremno visoke temperature u visokoj peći.

Ovaj proces oslobađa velike količine ugljičnog dioksida i drugih zagađivača u atmosferu. Kako bi nadoknadila te emisije, industrija čelika je razvila strategije za smanjenje svog utjecaja na okoliš.

Types of iron ores

Željezo se ne nalazi u čistom obliku na zemlji poput zlata ili srebra i javlja se u kemijski vezanom obliku spoja željeza i kisika poznatog kao Gangue.

Postoje četiri glavne vrste nalazišta željezne rude koja se koriste za proizvodnju željeza i čelika. Glavne se rude obično nalaze u obliku

1. hematit (Fe2O3),
2. magnetit (Fe3O4),
3. getit/limonit (FeOOH ) i
4. siderit (FeCO3).

Ove se rude razlikuju po svom sastavu, ali sve sadrže visok postotak željeznih oksida. Najvažniji čimbenik za industrijsku proizvodnju željeza je prisutnost odgovarajuće zalihe koksnog ugljena. To se koristi za proizvodnju koksa, koji je neophodan za proces visoke peći.

Obrada željezne rude

Proces proizvodnje čelika počinje iskopavanjem željezne rude. Željezna ruda se vadi iz zemlje, zatim drobi i odvaja od ostalih minerala.

U drobljenju željezne rude, čestice bogate željezom (magnetske) odvajaju se od gangue (nemagnetskih čestica) u postrojenju za sinterovanje pomoću magnetskih separatora kao što je prikazano u procesu u nastavku.

Odvajanje željeza od neželjeza provodi se postupkom koji se naziva magnetska separacija. Ovaj proces koristi magnet za odvajanje čestica bogatih željezom od gangua.

Redukcija rude

Da bi se proizveo čelik, željezna rudača se mora reducirati. To se može učiniti na više načina, ali najčešći je način korištenjem visoke peći.

Visoka peć je ispunjena željeznom rudačom, koksom (oblik ugljika) i vapnencem. Željezna rudača se zagrijava na tako visoku temperaturu da se topi i reagira s koksom i vapnencem stvarajući trosku i sirovo željezo.

Proces redukcije željezne rude nije tako jednostavan kao što se može činiti. Da bi se postigle visoke temperature potrebne za redukciju, moraju se koristiti različite kemikalije i procesi. Krajnji rezultat je čelik, koji ima različite namjene zahvaljujući svojoj čvrstoći i svestranosti.

Pig iron: Product of the blast furnace

Pig iron is produced from iron ore that is melted in a blast furnace. The molten iron is then poured into molds called pigs, where it cools and solidifies. Once solidified, pig iron can be used to make steel.

Kemijski sastav sirovog željeza je:

• Ugljik: 4,0- 5,0%
• Silicij: 0,2-3,0%
• Mangan: 0,2-6,0%
• Sumpor: 0,1-2,0%
• Fosfor: 0,01- 0,06%

Za izradu čelika od sirovog željeza, sirovo željezo se zagrijava u peći s ugljikom. Ugljik reagira s kisikom u sirovom željezu i stvara ugljični dioksid koji izlazi kao plin. To za sobom ostavlja čišći oblik željeza, koji se može koristiti za izradu čelika.

Rafiniranje čelika: Završni korak proizvodnje čelika u željezari

Proces rafiniranja čelika godinama je usavršavan kako bi postao učinkovitiji i proizveo kvalitetniji proizvod.

Nakon visoke peći, sljedeći korak je minimiziranje sadržaja ugljika, silicija, mangana, sumpora i fosfora unutar upotrebljivog raspona.

To se postiže dodavanjem kisika čeliku u elektrolučnoj peći (najčešće korištena peć za rafiniranje čelika u svijetu). Posljednji korak je dodavanje legirajućih elemenata čeliku kako bi se dobili različiti stupnjevi čelika.

Electric arc furnace

Proces proizvodnje čelika počinje u elektrolučnoj peći. Otopljeni otpadni čelik, spužvasto željezo i sirovo željezo ulijevaju se u peć kao materijal za punjenje i zagrijavaju na oko 6332°F (3500°C). Ova visoka temperatura topi metal, omogućujući njegovo izlijevanje u kalupe.

Shema elektrolučne peći dana je u donjem dijagramu. Na lijevoj strani dan je rad u elektrolučnoj peći, a na desnoj strani primjer kontinuiranog lijevanja čelika.

Spaljivanjem rude opskrbljuje se kisikom, vanjski kisik se opskrbljuje pomoću kisikovih koplja.

Intenzivna toplina elektrolučne peći također sagorijeva nečistoće poput ugljika i silicija iz sirovina.

Ove nečistoće mogu učiniti konačni proizvod slabijim, stoga je njihovo uklanjanje ključno. Krajnji rezultat je snažan, izdržljiv čelik koji se može koristiti za sve, od konstrukcije do proizvodnje vozila.

Prednosti elektrolučne peći u proizvodnji čelika

Elektrolučna peć je vrsta peći koja koristi električnu energiju za zagrijavanje svoje metalne šarže za proizvodnju čelika. To je najčešći tip peći koji se danas koristi u industriji čelika.

Evo pet važnih prednosti elektrolučnih peći:

1. Vrlo su energetski učinkoviti.
2. Mogu doseći vrlo visoke temperature, što ih čini idealnim za topljenje i pročišćavanje metala.
3. Manje zagađuju okoliš od drugih vrsta peći, poput visokih peći.
4. Njihov rad je jeftiniji od ostalih vrsta peći.
5. Mogu se automatizirati, što ih čini lakšim za rukovanje od ručnih peći.

Open this in UX Builder to add and edit content