منذ الستينيات ، كان هناك تغيير مهم في عملية الصهر في صناعة الحديد الزهر في جميع أنحاء العالم ، وتستخدم المزيد والمزيد من الشركات فرن الحث كمعدات صهر. خاصة بعد السبعينيات من القرن الماضي ، تم تحسين مصدر الطاقة لفرن الحث غير المنتصف بالتردد المتوسط بشكل كبير ، ويمكن أن تصل الكفاءة الحرارية للحديد المصهور إلى 1960 ٪ ، كما أن معدات الفرن والمواد المقاومة للحرارة المستخدمة في تطور مستمر ، لذلك فإن تطبيقها واسع النطاق بشكل متزايد .
عندما يتم صهر الحديد الزهر عن طريق فرن الحث ، يتم تقليل كمية سبائك الحديد الزهر المشحونة تدريجياً ، وتزداد نسبة خردة الفولاذ في المقابل ، في حين أن عناصر السبائك في الفولاذ لها تأثير سلبي على أداء الحديد الزهر (خاصةً حديد الدكتايل) ، وحتى تصبح عناصر تلوث.
في العشرين عامًا الماضية ، تم تطوير جميع أنواع الفولاذ نحو الجدران الرقيقة وخفيفة الوزن والمقسمة ، ويتوسع نطاق تطبيق الفولاذ عالي القوة ومنخفض السبائك يومًا بعد يوم. حوالي عام 20 ، كان الفولاذ الشائع هو الفولاذ الكربوني بشكل أساسي ، وكانت نسبة الفولاذ منخفض السبائك أقل من 1980٪. في عام 20 ، وصلت نسبة الفولاذ منخفض السبائك في الفولاذ العادي إلى حوالي 2005٪ ، أو حتى أعلى. من منظور الاستخدام الكامل للموارد ، وخفة الوزن لجميع أنواع المعدات ، والتقدم التكنولوجي ، فمن المؤكد أنه أمر جيد ، وسيستمر هذا الاتجاه في المستقبل ، ولكن زيادة عناصر السبائك في الخردة الفولاذية جلبت الكثير من المشاكل الصعبة لصناعة الحديد الزهر ، فمن الضروري اتخاذ التدابير اللازمة.
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لزيادة الطلب على خردة الصلب ، فإن مصادره المشاركة في جميع مناحي الحياة ، مختلطة ببعض العناصر الملوثة ، مثل الرصاص والألمنيوم والزنك وما إلى ذلك ، أمر لا مفر منه أيضًا.
في الوقت نفسه ، مع تطور الصناعة والتقدم التكنولوجي ، تزداد متطلبات الجودة لجميع أنواع المسبوكات يومًا بعد يوم. في الوقت الحاضر ، يولي الناس مزيدًا من الاهتمام للطلب على حديد الدكتايل عالي الأداء ، والمقطع العرضي السميك ، وحديد الدكتايل الفريت آخذ في الازدياد ، ويتم تعميم واستخدام حديد الدكتايل المتساوي الحرارة والحديد الدودي تدريجياً. كل هذا ، مطلوب لتحسين نقاء مادة الحديد الزهر ، أصبح العبء الناجم عن تأثير العناصر المتداخلة مشكلة يتعين علينا مواجهتها ، كما أصبح إنتاج وتطبيق الحديد الزهر عالي النقاء ، أيضًا محور صناعة الصب .
وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه حتى الآن ، لا يزال استهلاك أجزاء مختلفة من الحديد الزهر الرمادي في مختلف البلدان في العالم أكبر بكثير من استهلاك الحديد الزهر المطيل وحديد الزهر الدودي مجتمعين. علاوة على ذلك ، فإن الجودة الداخلية للحديد الزهر الرمادي ، وسبك الجدران الرقيقة ، واتساق جودة المنتج مطلوبة بشكل متزايد. لذلك ، من أجل ذوبان الحديد الزهر الرمادي ، يتم إيلاء اهتمام متزايد باستخدام الحديد الزهر عالي النقاء حيث أن الشحن المعدني.
بالإضافة إلى الحديد الزهر التقليدي بالفحم المصنوع في السويد ، فإن أول منتج للحديد الخام عالي النقاء هو شركة كندية ، Qit-Fer et Titane ، وتقع في سوريل ، كيبيك ، والتي تنتج خام الحديد الغني بالتيتانيا على بعد حوالي 1000 كيلومتر إلى الشمال الشرقي. تقوم الشركة بتصنيع الحديد الزهر عالي النقاء وسبائك الحديد المحتوية على التيتانيا ، وتعني شركة QIT في الواقع شركة كيبيك للحديد والتيتانيوم.
يُطلق على اسم سلعة الحديد الزهر عالي النقاء الذي تنتجه الشركة اسم "Sorelmetal" ، أي الحديد الخام عالي النقاء لصب QIT. يعود تاريخ إنتاج Sorelmetal إلى أكثر من 50 عامًا. في البداية ، تم استخدامه على نطاق واسع في صناعة السيارات في الولايات المتحدة وكندا. في وقت لاحق ، تم بيعه إلى دول أخرى حول العالم. في وقت لاحق ، أسس QIT شركة RMB في جنوب إفريقيا وأنتج أيضًا Sorelmetal.
لا يتم صهر Sorelmetal في فرن صهر ، بل يتم تصنيعه عن طريق خلط خام الحديد والأنثراسايت في فرن القوس الكهربائي ، والذي يتم تسخينه ثم تقليله وصهره تدريجيًا باستخدام الثبات المتنوع لأكاسيد المعادن المختلفة ، وفقًا لكتاب QIT اقتراحات لحديد الدكتايل إنتاج. (فيما يتعلق بطريقة تصنيع Sorelmetal ، أجرى المؤلف والرفيق Qian Li مناقشة موجزة ، ونعتقد أن بيان شركة QIT أعلاه يمثل مشكلة ، أو على الأقل غير دقيق. من وجهة نظر التركيب الكيميائي لـ Sorelmetal ، كان يجب أن يتأكسد.)
يمكن تصنيع الحديد الخام عالي النقاء عن طريق أكسدة الحديد المنصهر في فرن الصهر. النقاط الرئيسية لإنتاج الحديد الزهر عالي النقاء بهذه الطريقة هي: الحديد المنصهر من صهر فرن الصهر يتم نفخه بالأكسجين أو الهواء ومعالجته بالأكسدة. من خلال معالجة الأكسدة ، يمكن إزالة الفوسفور الموجود في محلول الحديد بشكل كبير ، وجزء من إزالة الكبريت ، في نفس الوقت ، تتم أيضًا إزالة السيليكون والمنغنيز والتيتانيوم والفاناديوم والكروم وعناصر أخرى تتأكسد بسهولة ، بحيث يتم أيضًا إزالة محتوى مختلف الشوائب منخفضة جدا. قد تكون المعدات المستخدمة في معالجة التنقية عبارة عن محول ، أو قد يتم نفخها في فرن عاكس أو في برميل كبير.
منذ أواخر سبعينيات القرن الماضي ، تقوم كل من نيبون ستيل وكوبي ستيل في اليابان بإنتاج الحديد الخام عالي النقاء عن طريق الأكسدة. كما ورد أن روسيا والبرازيل بدأتا في استخدام العملية لإنتاج حديد خام عالي النقاء.
في الوقت الحاضر ، يوجد في الصين أيضًا ثلاثة مصانع محلية للحديد الصهر في أفران الصهر تنتج حديد خنزير عالي النقاء: يقع في مدينة Chengde ، مقاطعة Hebei ، شركة baotong ، باستخدام معالجة تنقية الأكسدة ؛ هناك أيضًا مصنعون ، من خلال رقابة صارمة على إنتاج تركيبة خام الحديد الخام من الحديد الزهر عالي النقاء.
من أجل تلبية احتياجات تطوير صناعة المسابك في الصين ، قامت جمعية المسبك الصينية بصياغة معيار الصناعة "للحديد الزهر عالي النقاء لاستخدام المسبك".
وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن الخبث الناتج أثناء صهر الحديد الزهر عالي النقاء هو مورد متجدد يحتوي على مجموعة متنوعة من أكاسيد المعادن. اعتمادًا على تكوين خام الحديد ، يمكن استخراج المعادن الرقيقة والمكلفة منه. على سبيل المثال ، يحتوي خام الحديد qIT-fer et Titane الذي يستخدم لصنع الحديد على كمية كبيرة من التيتانيوم ، ويستفيد منه إلى أقصى حد. إذا كان خام الحديد المستخدم يحتوي على المزيد من الفاناديوم والتيتانيوم ، فإن الخبث الناتج أثناء صهر الحديد الزهر عالي النقاء هو المادة الخام لاستخراج الفاناديوم والتيتانيوم ، والدخل من إعادة استخدام الخبث لا يقل في الواقع عن قيمة حديد خام. لذلك ، فإن الحديد الزهر عالي النقاء الذي تنتجه مصانع الحديد ، إذا تم تحقيق الاستخدام الكامل للموارد ، لا يمكن أن يكون سعره مرتفعًا جدًا ، وفي هذا الصدد سيكون له أيضًا ميزة.
وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أنه من أجل تلبية احتياجات العملاء المختلفين ، فإن تنوع وجودة الحديد الزهر عالي النقاء يتطوران باستمرار. هنا ، وفقًا لأبحاث Kobe Steel الأخيرة ، يتم تقديم مقدمة موجزة على النحو التالي.
يحتاج الحديد الزهر عالي النقاء الناتج عن طريقة الأكسدة البسيطة إلى التحسين
الحديد الزهر الذي يعتمد نظامًا قانونيًا لأكسيد الحديد عالي النقاء في الصناعة ، لديه أكثر من 50 عامًا من تاريخ التطبيق ، بسبب الفوسفور والكبريت وأكسدة التيتانيوم والفاناديوم والعناصر المختلفة للمحتوى منخفضة جدًا ، يمكن أن تقلل بشكل كبير لعبت جميع أنواع عناصر السبائك في خردة الفولاذ والتأثير السلبي على جودة عناصر تداخل أجزاء الحديد الزهر دورًا مهمًا في تحسين جودة الصب ، ومع ذلك ، في عملية التطبيق العملي ، شهدنا تدريجيًا أنه لا يزال بعض الجوانب غير المرضية ، والتي تحتاج إلى تحسين وتحسين مستمر.
(1) نظرًا لتأثير الأكسدة القوية ، فإن محتوى السيليكون منخفض جدًا ، سبائك الحديد الخنزير كلها نسيج أبيض ، في الحديد المصهور ، جوهر الكربون صغير جدًا ، ودرجة التبريد الفائق كبيرة ، وتأثير علاج زواج الأقارب هو ليس جيدًا ، من السهل إنتاج هيكل فائق التبريد وعيوب انكماش ، خاصةً لا يفضي إلى إنتاج الحديد الزهر الرمادي الرقيق عالي الجودة.
(2) على الرغم من أن محتوى العناصر المتداخلة المختلفة في هذا النوع من الحديد الخام عالي النقاء منخفض جدًا ، فإن انحرافه الكربوني عن نقطة الانصهار يكون كثيرًا ، ونقطة الانصهار عالية ، واستهلاك الطاقة مرتفع عند الذوبان في فرن الحث.
(3) محتوى الأكسجين والنيتروجين في هذا الحديد الخام عالي النقاء مرتفع ، وبعد معالجة الأكسدة ، يحتوي الحديد الخام على المزيد من الشوائب غير المعدنية. تعتبر المسبوكات المصنوعة من المواد الخام الأساسية حساسة لعيوب ثقب النفخ. إذا كانت هناك عوامل أخرى تشارك في عملية الإنتاج ، فإنها تكون عرضة لإنتاج فتحة النفخ.
(4) انخفاض محتوى الكبريت ، كمادة خام في إنتاج فرن الحث الرمادي من الحديد الزهر ، وصعوبة التلقيح والمعالجة.
تم العمل بالفعل في تحسين نقاوة الحديد الزهر
من أجل جعل مستخدمي الحديد الزهر عالي النقاء يحققون فوائد أكبر في تحسين جودة المنتج ، وخفض تكلفة الإنتاج ، وتوفير الطاقة ، وتقليل الانبعاثات ، قامت Kobe Steel بالكثير من الأبحاث حول تحسين الحديد الزهر عالي النقاء في السنوات الأخيرة و حقق نتائج جيدة في الجوانب التالية.
1. تحسين محتوى السيليكون من الحديد الخام عالي النقاء
بعد الأكسدة ، يتم زيادة محتوى السيليكون وإزالة أكسدة الحديد المصهور في فرن الصهر ، بحيث يكون مكافئ الكربون له قريبًا من التركيب سهل الانصهار ، ويتم اتخاذ تدابير إزالة النيتروجين. هذا التحسن له التأثيرات التالية:
1) يتم تقليل نقطة انصهار سبيكة الحديد الزهر ، ويمكن استخدامها كشحنة لفرن الحث ، والتي يمكن أن تقلل من استهلاك الطاقة في عملية الصهر ؛
2) يتم تقليل درجة التبريد الفائق للحديد الزهر. عند إنتاج الحديد الزهر الرمادي ، يكون تأثير علاج التلقيح جيدًا ، مما يساعد على إنتاج أجزاء رقيقة الجدران ؛
3) يمكن أن يحسن حديد الدكتايل المستخدم في صنع الاستطالة والمتانة ؛
4) تقل فرصة صب المسامية.
2. توفير حديد خام عالي النقاوة مع محتوى معين من الكبريت لإنتاج الحديد الزهر الرمادي
يجب أن يكون محتوى الكبريت في الحديد المصهور 0.06 ~ 0.08٪ لضمان التأثير الجيد للتلقيح. التدبير المعتاد هو إضافة FeS إلى الفرن. ومع ذلك ، في عملية الصهر في الفرن الكهربائي ، يزداد الكبريت بهذه العملية ، ويكون إنتاج الكبريت غير مستقر.
من أجل تثبيت تأثير علاج التلقيح وضمان اتساق جودة الصب ، من الضروري وجود محتوى كبريت معين في الحديد الخام عالي النقاء. يمكن الاتفاق على المحتوى المحدد وفقًا لمتطلبات العميل.
3. المعالجة المضادة للصدأ من سبائك الحديد الزهر المقدمة
من الضروري التحكم في الرطوبة في الشحنة بدقة عند استخدام الفرن في المسبك. قد تتأثر جودة منتجات الصب إذا كانت سبيكة الحديد الزهر التي توفرها مصانع الحديد تنتج صدأ أحمر على السطح بسبب الرطوبة أثناء التخزين والنقل وتحتوي على ماء متبلور. يعتبر قمع الصدأ الأحمر مشكلة جديرة بالملاحظة.
في عملية إنتاج سبيكة الحديد الزهر في Kobe Steel ، يتم إخراج سبيكة الحديد الزهر التي تم تشكيلها من القالب عند درجة حرارة عالية وتوضع في معدات خاصة لجعل السطح ينتج صدأ أسود بدون ماء بلوري ، وذلك لمنعه من إنتاج الصدأ الأحمر في عملية التخزين والنقل لاحقًا.
احتمال تطبيق الحديد الزهر عالي النقاء
في السنوات الأخيرة ، أظهر تطبيق الحديد الزهر عالي النقاء في صناعة المسبك في بعض البلدان الصناعية زخمًا جيدًا. وفقًا لإحصاءات اليابان المنشورة ، غير المكتملة: في عام 1997 ، كان الاستهلاك الوطني من الحديد الزهر ، والحديد الخام عالي النقاء يمثل أقل من 20٪ ؛ في عام 2002 ، ارتفعت إلى 31٪ بالإضافة إلى ذلك ، باعت Kobe Steel مؤخرًا حوالي 60 بالمائة من الحديد الزهر ، وفقًا للشركة.
مع التحسين المستمر لجودة الحديد الزهر عالي النقاء ، تزداد الأصناف تدريجياً ، لن يكون السعر مرتفعًا جدًا ويمكن أن يتكيف مع متطلبات العملاء المختلفين ، فإن احتمالية التطبيق متفائلة للغاية.
يعتقد بعض الناس في اليابان أن استخدام فرن الحث الصهر لمؤسسات الحديد الزهر ، والحديد الخام عالي النقاء في نسبة العبء سيستمر في الزيادة ، في المستقبل ، من الممكن فقط كمية صغيرة جدًا من الخردة عالية الجودة الصلب لضبط محتوى الكربون والشحنة المرتجعة والحديد الخام عالي النقاء باعتباره العبء الرئيسي. بهذه الطريقة ، سيكون من المفيد جدًا لشركات المسابك تحسين جودة المنتج وتقليل تكاليف الإنتاج.
