Prosesau Cynhyrchu Craidd y Diwydiant Dur
Mae dur, fel asgwrn cefn diwydiant modern, yn sail i seilwaith, gweithgynhyrchu, trafnidiaeth, a sectorau di-ri eraill ledled y byd. Mae ei chynhyrchiad yn broses soffistigedig, aml-gam sy'n trawsnewid mwynau crai yn ddeunyddiau metelaidd perfformiad uchel. Mae'r llif gwaith craidd yn cynnwys pedwar cam rhyng-gysylltiedig: gwneud haearn, gwneud dur, castio parhaus, a rholio dur. Mae pob cam yn chwarae rhan hanfodol wrth fireinio cyfansoddiad, strwythur a phriodweddau'r deunydd, gan sicrhau ei fod yn bodloni gofynion amrywiol y defnyddwyr terfynol. Isod mae dadansoddiad manwl o'r prosesau allweddol hyn
1. Gwneud Haearn: Tynnu Haearn Metelaidd o Fwynau
Gwneud haearn yw'r cam sylfaenol sy'n trosi{0}}mwynau sy'n cario haearn yn haearn crai hylifol (metel poeth), sef y prif borthiant ar gyfer cynhyrchu dur. Calon y broses hon yw'r ffwrnais chwyth (BF), strwythur silindrog uchel sydd fel arfer yn 30-60 metr o uchder, wedi'i leinio â-defnyddiau gwrthsafol sy'n gwrthsefyll gwres i wrthsefyll tymereddau eithafol (1300–1500 gradd).
Mae'r deunyddiau crai a ddefnyddir mewn gwneud haearn yn cynnwys tair cydran allweddol: mwynau haearn (sinter a mwyn lwmp, sy'n cynnwys 55-65% o haearn ocsid), golosg (tanwydd carbon-gyfoethog sy'n deillio o lo, sy'n gwasanaethu rolau deuol fel ffynhonnell wres ac asiant lleihau), a fflwcs (calchfaen yn bennaf, sy'n adweithio ag amhureddau i ffurfio slag). Mae'r deunyddiau hyn yn cael eu cymysgu mewn meintiau manwl gywir a'u bwydo i'r ffwrnais chwyth o'r brig trwy system wefru cloch neu gloch. Yn y cyfamser, mae aer wedi'i gynhesu ymlaen llaw (chwyth poeth) yn cael ei chwistrellu trwy ffroenellau o'r enw tuyeres ar waelod y ffwrnais, gan danio'r golosg a chreu -awyrgylch lleihau tymheredd uchel.
Yn yr amgylchedd hwn, mae cyfres o adweithiau cemegol yn digwydd: mae golosg yn llosgi i gynhyrchu carbon monocsid (CO), sy'n adweithio â haearn ocsid (Fe₂O₃) yn y mwynau i'w leihau i haearn metelaidd. Mae'r calchfaen yn dadelfennu i galsiwm ocsid (CaO), sy'n cyfuno â silica (SiO₂), alwmina (Al₂O₃), a mwynau gangue eraill yn y mwynau i ffurfio slag tawdd{-sgil-gynnyrch sy'n arnofio ar ben yr haearn hylifol oherwydd ei ddwysedd is. Ar ôl 6-8 awr o fwyndoddi, mae'r haearn crai tawdd (gyda chynnwys carbon o 3.5-4.5%, ynghyd ag amhureddau fel sylffwr, ffosfforws a manganîs) yn cael ei dapio o'r ffwrnais trwy dwll tap, tra bod y slag yn cael ei dynnu ar wahân ar gyfer ailgylchu neu ddefnydd diwydiannol. Mae cyfleusterau gwneud haearn modern yn aml yn ymgorffori technolegau arbed ynni fel pigiad glo maluriedig (PCI) neu chwistrelliad nwy naturiol i leihau'r defnydd o golosg a lleihau allyriadau carbon.
2. Gwneud dur: Mireinio amhureddau a aloi
Gwneud dur yw'r broses o buro haearn crai trwy gael gwared ar garbon gormodol ac amhureddau niweidiol (sylffwr, ffosfforws, ocsigen, ac ati) wrth addasu ei gyfansoddiad cemegol ag elfennau aloi i gyflawni'r priodweddau mecanyddol dymunol (cryfder, caledwch, ymwrthedd cyrydiad). Y ddwy brif dechnoleg gwneud dur yn fyd-eang yw gwneud dur ffwrnais ocsigen sylfaenol (BOF) a gwneud dur ffwrnais arc trydan (EAF).
Ffwrnais Ocsigen Sylfaenol (BOF) Gwneud Dur
Gan gyfrif am tua 70% o gynhyrchu dur byd-eang, mae gwneud dur BOF yn defnyddio haearn crai hylifol (70-80% o'r tâl) a dur sgrap (20-30%) fel deunyddiau crai. Mae'r broses yn digwydd mewn trawsnewidydd goog, anhydrin-wedi'i leinio â chynhwysedd o 100–400 tunnell. Mae llafn ocsigen wedi'i oeri gan ddŵr yn cael ei ostwng i'r trawsnewidydd, gan chwythu ocsigen purdeb uchel (99.5%+) i wyneb yr haearn tawdd ar gyflymder uwchsonig. Mae'r ocsigen yn adweithio'n egnïol â charbon (gan ffurfio nwyon CO a CO₂), silicon, manganîs, a ffosfforws, gan gynhyrchu gwres dwys (hyd at 1650 gradd) sy'n cynnal y broses fireinio heb fewnbwn ynni allanol.
Er mwyn rheoli'r cyfansoddiad slag a chael gwared ar sylffwr a ffosfforws yn effeithiol, mae fflwcsau fel calch (CaO) a dolomit yn cael eu hychwanegu yn ystod chwythu. Mae'r cylch mireinio yn para 20-40 munud, ac mae gweithredwyr yn monitro'r broses trwy fesuriadau tymheredd a samplu cemegol i sicrhau bod y dur yn bodloni'r manylebau targed. Unwaith y bydd y mireinio wedi'i gwblhau, mae elfennau aloi (ee, manganîs, silicon, cromiwm, nicel, fanadiwm) yn cael eu hychwanegu i deilwra priodweddau'r dur-er enghraifft, mae manganîs yn gwella cryfder a chaledwch, tra bod cromiwm yn gwella ymwrthedd cyrydiad ar gyfer dur di-staen.
Ffwrnais Arc Trydan (EAF) Gwneud Dur
Mae gwneud dur EAF yn dibynnu'n bennaf ar ddur sgrap (hyd at 100% o'r tâl) fel deunydd crai, gan ei wneud yn broses fwy cylchol ac ynni-effeithlon o'i gymharu â BOF. Mae'r ffwrnais yn defnyddio tri electrod graffit i gynhyrchu arc trydan (1000–1200 gradd) sy'n toddi'r sgrap. Mae ocsigen yn cael ei chwistrellu i ocsideiddio amhureddau, ac ychwanegir fflwcsau i ffurfio slag. Gall EAFs hefyd ymgorffori haearn gostyngol uniongyrchol (DRI) neu haearn briquetted poeth (HBI) i ategu sgrap a gwella ansawdd dur. Defnyddir y dull hwn yn eang ar gyfer cynhyrchu duroedd arbennig (ee, dur offer, dur aloi) ac fe'i ffafrir mewn rhanbarthau sydd â digonedd o adnoddau sgrap neu gostau trydan isel.
Ar ôl mireinio cynradd, mae'r rhan fwyaf o ddur yn mynd trwy fireinio eilaidd (ee, mireinio ffwrnais ladle (LF), degassing gwactod RH) i leihau amhureddau ymhellach, addasu tymheredd, a gwella homogenedd. Mae mireinio eilaidd yn sicrhau bod y dur yn bodloni safonau ansawdd llym ar gyfer cymwysiadau terfynol uchel megis rhannau modurol, cydrannau awyrofod ac adeiladu-dur strwythurol gradd.
3. Castio Parhaus: Solido Dur yn biledau
Mae castio parhaus (CC) yn gyswllt hanfodol rhwng gwneud dur a rholio dur, gan ddisodli'r dull castio ingot traddodiadol i wella effeithlonrwydd, lleihau gwastraff, a gwella ansawdd y cynnyrch. Mae'r broses yn trosi dur tawdd yn gynhyrchion lled-orffen a elwir yn biledau castio parhaus (slabiau, blodau, biledau, neu rowndiau) sy'n uniongyrchol addas i'w rholio.
Mae'r llinell gastio barhaus yn cynnwys nifer o gydrannau allweddol: tundish (llestr canolraddol sy'n storio dur tawdd o'r ffwrnais gwneud dur, yn sefydlogi'r llif dur, ac yn cael gwared ar gynhwysiant mawr), mowld copr wedi'i oeri â dŵr (y parth solidification cynradd), parth oeri eilaidd (wedi'i gyfarparu â ffroenellau chwistrellu sy'n oeri'r cast 坯 â niwl dŵr), a thynnu'n ôl a sythu'r uned i gyflymu'r solet (sy'n ei dynnu'n syth a'i sythu) atal anffurfiad).
Mae dur tawdd (1500-1550 gradd) yn cael ei dywallt o'r lletwad dur i'r tundish, sy'n dosbarthu'r dur yn gyfartal i un neu fwy o fowldiau. Mae waliau'r mowld yn oeri'n gyflym haen allanol y dur, gan ffurfio cragen wedi'i chaledu (10–20 mm o drwch) tra bod y craidd yn parhau'n dawdd. Wrth i'r cast 坯 gael ei dynnu allan o'r mowld ar gyflymder rheoledig (0.5-2.5 m/munud, yn dibynnu ar faint y cynnyrch), mae'r parth oeri eilaidd yn chwistrellu dŵr ar yr wyneb i gyflymu'r solidiad. Unwaith y bydd wedi'i gadarnhau'n llawn, caiff y cast 坯 ei dorri'n hydoedd penodol (6-12 metr) gan ddefnyddio torwyr fflam neu welleifiau.
Mae castio parhaus yn cynnig manteision sylweddol: mae'n cynyddu cynnyrch dur 10–15% o'i gymharu â chastio ingot, yn lleihau'r defnydd o ynni trwy ddileu'r angen i ailgynhesu ingotau, ac yn cynhyrchu biledau cast â thrawstoriadau unffurf a microstrwythurau mân. Mae'r math o biled cast a gynhyrchir yn dibynnu ar y cynnyrch terfynol-slabiau ar gyfer platiau a stribedi dur, blodau ar gyfer adrannau strwythurol, biledau ar gyfer bariau a gwifrau, a rowndiau ar gyfer pibellau a gofaniadau.
4. Rholio Dur: Siapio a Chryfhau'r Dur
Rholio dur yw cam olaf y broses gynhyrchu, lle mae biledau castio parhaus yn cael eu dadffurfio'n gynhyrchion dur gorffenedig neu led-orffen trwy rolio mecanyddol. Y nod yw lleihau arwynebedd trawsdoriadol y biled, gwella ei gywirdeb dimensiwn, a mireinio ei ficrostrwythur i wella priodweddau mecanyddol (cryfder, hydwythedd, gwydnwch). Y ddau brif ddull treigl yw rholio poeth a rholio oer, a rholio poeth yw'r brif broses ar gyfer y rhan fwyaf o gynhyrchion dur.
Rholio poeth
Mae rholio poeth yn cael ei berfformio ar dymheredd uwch na thymheredd ailgrisialu dur (1100-1250 gradd), sy'n gwneud y deunydd yn fwy hydwyth ac yn haws ei ddadffurfio. Mae'r broses yn dechrau gyda gwresogi'r biled castio parhaus mewn ffwrnais ailgynhesu (1200-1300 gradd ) i sicrhau dosbarthiad tymheredd unffurf. Yna caiff y biled wedi'i gynhesu ei basio trwy gyfres o felinau rholio (melinau garw, melinau canolradd, a melinau gorffen) wedi'u trefnu mewn llinell tandem. Mae pob stondin melin yn cynnwys dwy rolyn neu fwy sy'n rhoi grym cywasgol ar y biled, gan leihau ei drwch (ar gyfer platiau a stribedi) neu newid ei adran groes (ar gyfer bariau, onglau a sianeli).
Yn ystod rholio poeth, mae microstrwythur y dur yn cael ei ailgrisialu-mae grawn bras o'r broses castio yn cael eu disodli gan grawn mân, unffurf, gan wella cryfder a chaledwch y deunydd. Mae'r cyflymder treigl a'r gymhareb lleihau (canran yr arwynebedd trawsdoriadol wedi'i leihau fesul tocyn) yn cael eu rheoli'n ofalus i sicrhau ansawdd y cynnyrch. Ar ôl rholio, mae'r dur yn cael ei oeri gan ddefnyddio aer neu ddŵr (oeri a reolir) i wneud y gorau o'i ficrostrwythur ymhellach. Mae cynhyrchion rholio poeth yn cynnwys coiliau poeth wedi'u rholio (a ddefnyddir ar gyfer pibellau, rhannau modurol ac adeiladu), bariau rholio poeth (ar gyfer peiriannau a chaewyr), a -rhannau rholio poeth (ar gyfer adeiladau a phontydd).
Rholio Oer (Proses Atodol).
Er bod y disgrifiad o'r broses wreiddiol yn canolbwyntio ar rolio poeth, mae rholio oer yn aml yn gam dilynol ar gyfer cynhyrchion sydd angen gorffeniad wyneb uchel a goddefgarwch dimensiwn manwl gywir (ee, paneli corff modurol, taflenni trydanol, stribedi dur di-staen). Mae rholio oer yn cael ei berfformio ar dymheredd ystafell, sy'n cynyddu cryfder y dur trwy galedu gwaith. Mae'r broses yn defnyddio cymarebau lleihau llai fesul pas ac mae angen anelio canolraddol (triniaeth wres) i adfer hydwythedd. Mae gan gynhyrchion rholio oer arwyneb llyfn, rheolaeth drwchus dynn, a nodweddion mecanyddol gwell o gymharu â dur rholio poeth.