Si të shkrihet hekuri nga xeherori. Si nxirret minerali i hekurit dhe shkrihet çeliku. Nga një kunj në një aeroplan

Minerali i hekurit filloi të nxirret nga njerëzit shumë shekuj më parë. Edhe atëherë, përfitimet e përdorimit të hekurit u bënë të dukshme.

Gjetja e formacioneve minerale që përmbajnë hekur është mjaft e lehtë, pasi ky element përbën rreth pesë për qind të kores së tokës. Në përgjithësi, hekuri është elementi i katërt më i bollshëm në natyrë.

Është e pamundur të gjendet në formën e tij të pastër, hekuri gjendet në sasi të caktuara në shumë lloje shkëmbinjsh. Përmbajtja më e lartë e hekurit ka xeherori i hekurit, nxjerrja e metalit nga i cili është ekonomikisht më fitimprurës. Sasia e hekurit që përmban varet nga origjina e tij, proporcioni normal i të cilit është rreth 15%.

Përbërje kimike

Vetitë e mineralit të hekurit, vlera dhe karakteristikat e tij varen drejtpërdrejt nga përbërja e tij kimike. Xeherori i hekurit mund të përmbajë sasi të ndryshme hekuri dhe papastërti të tjera. Në varësi të kësaj, ekzistojnë disa lloje:

• shumë i pasur, kur përmbajtja e hekurit në xehe kalon 65%;
• të pasura, përqindja e hekurit në të cilën varion nga 60% në 65%;
• mesatare, nga 45% e lart;
• e dobët, në të cilën përqindja e elementeve të dobishme nuk kalon 45%.

Sa më shumë nënprodukte të ketë minerali i hekurit, aq më shumë energji nevojitet për përpunimin e tij dhe aq më pak efikas është prodhimi i produkteve të gatshme.

Përbërja e një shkëmbi mund të jetë një kombinim i mineraleve të ndryshëm, shkëmbinjve të mbetur dhe nënprodukteve të tjera, raporti i të cilave varet nga depozitimi i tij.

Xeherorët magnetikë dallohen nga fakti se ato bazohen në një oksid që ka veti magnetike, por kur nxehet fort, ato humbasin. Sasia e këtij lloji shkëmbi në natyrë është e kufizuar, por përmbajtja e hekurit në të mund të jetë po aq e mirë sa minerali i kuq i hekurit. Nga jashtë, duket si kristale të ngurtë të zi-blu.

Xeherori i hekurit spar është një shkëmb xeheror i bazuar në siderit. Shumë shpesh përmban një sasi të konsiderueshme argjile. Ky lloj shkëmbi është relativisht i vështirë për t'u gjetur në natyrë, gjë që e bën atë të përdoret rrallë për shkak të përmbajtjes së ulët të hekurit. Prandaj, është e pamundur t'i klasifikojmë ato si lloje industriale të xeheve.

Përveç oksideve, natyra përmban xehe të tjera të bazuara në silikate dhe karbonate. Sasia e përmbajtjes së hekurit në një shkëmb është shumë e rëndësishme për përdorimin e tij industrial, por gjithashtu e rëndësishme është prania e elementëve të dobishëm si nikeli, magnezi dhe molibden.

Aplikacionet

Fusha e aplikimit të mineralit të hekurit është pothuajse plotësisht e kufizuar në metalurgji. Përdoret kryesisht për shkrirjen e gize, e cila nxirret duke përdorur furra me vatër të hapur ose konvertues. Sot, gize përdoret në sfera të ndryshme të veprimtarisë njerëzore, përfshirë në shumicën e llojeve të prodhimit industrial.

Jo më pak përdoren lidhjet e ndryshme me bazë hekuri - çeliku është më i përdoruri për shkak të forcës dhe vetive të tij kundër korrozionit.

Gize, çeliku dhe lidhje të tjera të tjera të hekurit përdoren në:

1. Inxhinieri mekanike, për prodhimin e makinerive dhe pajisjeve të ndryshme.
2. Industria e automobilave, për prodhimin e motorëve, kutive, kornizave, si dhe komponentëve dhe pjesëve të tjera.
3. Industria ushtarake dhe raketore, në prodhimin e pajisjeve speciale, armëve dhe raketave.
4. Konstruksioni, si element përforcues ose ndërtimi i strukturave mbajtëse.
5. Industritë e lehta dhe ushqimore, si kontejnerë, linja prodhimi, njësi dhe pajisje të ndryshme.
6. Industria minerare, si makineri dhe pajisje speciale.

Depozitat e mineralit të hekurit

Rezervat botërore të mineralit të hekurit janë të kufizuara në sasi dhe vendndodhje. Territoret e akumulimit të rezervave xeherore quhen depozita. Sot, depozitat e mineralit të hekurit ndahen në:

1. Endogjene. Ato karakterizohen nga një vendndodhje e veçantë në koren e tokës, zakonisht në formën e xeheve të titanomagnetitit. Format dhe vendndodhjet e përfshirjeve të tilla janë të ndryshme, ato mund të jenë në formën e lenteve, shtresave të vendosura në koren e tokës në formën e depozitave, depozitave vullkanike, në formën e venave të ndryshme dhe forma të tjera të parregullta.
2. Ekzogjene. Ky lloj përfshin depozitat e xeheve të hekurit kafe dhe shkëmbinjve të tjerë sedimentarë.
3. Metamorfogjene. Të cilat përfshijnë depozitat e kuarcitit.

Depozita të xeheve të tilla mund të gjenden në të gjithë planetin tonë. Numri më i madh i depozitave është i përqendruar në territorin e republikave post-sovjetike. Sidomos Ukraina, Rusia dhe Kazakistani.

Vende të tilla si Brazili, Kanadaja, Australia, SHBA, India dhe Afrika e Jugut kanë rezerva të mëdha hekuri. Në të njëjtën kohë, pothuajse çdo vend i globit ka depozitat e veta të zhvilluara, në rast të mungesës së të cilave, raca importohet nga vende të tjera.

Përfitimi i mineralit të hekurit

Siç u tha, ekzistojnë disa lloje xeherore. Të pasurit mund të përpunohen direkt pas nxjerrjes nga korja e tokës, të tjerët duhet të pasurohen. Përveç procesit të përftimit, përpunimi i xehes përfshin disa faza, si klasifikimi, grimcimi, ndarja dhe grumbullimi.

Sot ekzistojnë disa metoda kryesore të pasurimit:

1. Shpëlarje.

Përdoret për pastrimin e xeheve nga nënproduktet në formë balte ose rëre, të cilat lahen duke përdorur avionë uji me presion të lartë. Ky operacion ju lejon të rrisni sasinë e përmbajtjes së hekurit në mineralin me cilësi të ulët me afërsisht 5%. Prandaj, përdoret vetëm në kombinim me llojet e tjera të pasurimit.

1. Pastrim me gravitet.

Ajo kryhet duke përdorur lloje të veçanta të pezullimeve, dendësia e të cilave tejkalon densitetin e shkëmbit të mbeturinave, por është inferior ndaj densitetit të hekurit. Nën ndikimin e forcave gravitacionale, nënproduktet ngrihen në majë, dhe hekuri bie në fund të pezullimit.

1. Ndarja magnetike.

Metoda më e zakonshme e përftimit, e cila bazohet në nivele të ndryshme të perceptimit nga përbërësit e mineralit të ndikimit të forcave magnetike. Një ndarje e tillë mund të kryhet me shkëmb të thatë, shkëmb të lagësht ose në një kombinim alternativ të dy gjendjeve të tij.

Për të përpunuar përzierjet e thata dhe të lagështa, përdoren bateri speciale me elektromagnet.

1. Flotacioni.

Për këtë metodë, minerali i grimcuar në formën e pluhurit zhytet në ujë me shtimin e një lënde të veçantë (reagent flotacion) dhe ajrit. Nën ndikimin e reagentit, hekuri bashkohet me flluskat e ajrit dhe ngrihet në sipërfaqen e ujit, ndërsa shkëmbi i mbeturinave fundoset në fund. Përbërësit që përmbajnë hekur mblidhen nga sipërfaqja në formë shkume.

Prodhimi i hekurit në Rusi ka qenë i njohur që nga kohra të lashta. Si rezultat i gërmimeve arkeologjike në zonat ngjitur me Novgorod, Vladimir, Yaroslavl, Pskov, Smolensk, Ryazan, Murom, Tula, Kiev, Vyshgorod, Pereyaslavl, Vzhishch, si dhe në zonën e Liqenit Ladoga dhe vende të tjera, qindra u zbuluan vende me mbetje vazosh shkrirëse, furra djathi, të ashtuquajturat “gropa ujku” dhe mjete prodhimi përkatëse të metalurgjisë antike. Në një nga gropat e ujqërve, të gërmuar për shkrirjen e hekurit, afër fshatit Podmokloye në pjesën jugore të pellgut të qymyrit në rajonin e Moskës, u gjet një monedhë e datës 189 të epokës myslimane, e cila korrespondon me fillimin e shekullit të 9-të të modernes. kronologjinë. Kjo do të thotë se ata dinin të nuhasin hekurin në Rusi në ato kohë të largëta, thellësisht parakristiane.

Emrat e popullit rus fjalë për fjalë na bërtasin për përhapjen e metalurgjisë në të gjithë territorin e Rusisë së lashtë: Kuznetsov, Kovalev, Koval, Kovalenko, Kovalchuk. Për sa i përket përhapjes, mbiemrat rusë "metalurgjikë" ndoshta rivalizojnë edhe arketipin anglez John Smith (i cili, në fakt, farkëtar, pra i njëjti kovaç).

Sidoqoftë, rruga e çdo tyte shpate ose topash filloi gjithmonë shumë më herët se farkëtimi metalurgjik dhe, veçanërisht, farkët. Çdo metal është, para së gjithash, një lëndë djegëse (thëngjill ose koks për shkrirjen e tij), dhe së dyti, një lëndë e parë për prodhimin e tij.

Këtu më duhet të vë theksin menjëherë. Pse karburanti është kushti kryesor dhe minerali i hekurit në vetvete është kaq guximshëm në plan të dytë? Gjithçka ka të bëjë me logjistikën e transportit të xehes dhe karburantit të nevojshëm për prodhimin e hekurit në Mesjetë.

Në fund të fundit, karburanti kryesor dhe më cilësor për shkrirjen e hekurit mesjetar të cilësisë së lartë ishte qymyr druri.
Edhe tani, në epokën moderne të iluminizmit, detyra për të marrë qymyr me cilësi të lartë nuk është aspak aq e thjeshtë sa duket në shikim të parë.
Qymyr druri me cilësi më të lartë merret vetëm nga një numër shumë i kufizuar i llojeve të drurit - nga të gjitha llojet mjaft të rralla dhe me rritje të ngadaltë të drurit (lisi, shkoza, ahu) dhe nga arketipali thupër ruse.
Tashmë nga pemët halore - pisha ose bredhi, qymyri rezulton të jetë shumë më i brishtë dhe me një rendiment të madh të gjobës dhe pluhurit të qymyrit, dhe përpjekja për të marrë qymyr të mirë nga aspen ose verr me gjethe të buta është pothuajse e pamundur - rendimenti me cilësi të mirë bie pothuajse përgjysmë në krahasim me lisin.

Nëse nuk kishte mjaft pyje në zonën ku u gjetën depozitat e hekurit, ose nëse pyjet në zonë ishin shkatërruar nga gjeneratat e mëparshme të metalurgëve, ishte e nevojshme të shpikeshin zëvendësues të ndryshëm ersatz.
Për shembull, në Azinë Qendrore, megjithë depozitat e mineralit të hekurit me cilësi të lartë, druri ishte i ngushtë, kështu që në vend të qymyrit ishte e nevojshme të përdorej karburanti inovativ i mëposhtëm:

Nëse dikush nuk e kupton, ky është bajga e lopës. Mund të jetë kali, qengji, dhia ose gomari - nuk luan një rol të veçantë. Plehrat gatuheshin me dorë në ëmbëlsira të sheshta (diçka si kjo), dhe më pas shtroheshin për t'u tharë në diell.
Është e qartë se në një situatë të tillë nuk kishte nevojë të flitej për "qëndrueshmërinë e përbërjes" së karburantit, dhe temperatura e flakës nga djegia e një "karburant të tillë të përbërë" ishte shumë më e ulët se ajo e qymyrit me cilësi të lartë.

Një tjetër zëvendësim shumë më i avancuar teknologjik i qymyrit u shfaq në botë shumë më vonë. Ne, natyrisht, po flasim për koks, mbi të cilën tani bazohet e gjithë metalurgjia moderne me ngjyra.
Historia e "shpikjes" së koksit shkon prapa vetëm dyqind vjet. Në fund të fundit, ishte bateria e furrës së koksit në të cilën "thëngjilli u dogj vetë" ishte breshëria e parë, më e fuqishme e revolucionit industrial. Ishte ajo, bateria e furrës së koksit dhe jo platforma e naftës që krijoi atë "botë të qymyrit dhe avullit" që tani na pëlqen të kujtojmë në libra, filma dhe anime rreth steampunk.

Shumë kohë përpara Revolucionit Industrial, Anglia kishte zhvilluar tashmë depozita të pasura të qymyrit, i cili, megjithatë, përdorej pothuajse ekskluzivisht për ngrohjen e shtëpive. Shkrirja e xeheve në Angli kryhej, si në shumë vende të botës, vetëm me qymyr druri. Kjo ishte për shkak të një fakti të pakëndshëm karakteristik për shumicën e qymyrit - përmbajnë sasi të konsiderueshme fosfori dhe squfuri, të cilët janë shumë të dëmshëm për hekurin e prodhuar në farkë.

Sidoqoftë, Britania e Madhe është një ishull. Dhe, në fund të fundit, nevojat në rritje të metalurgjisë angleze me bazë qymyr druri, tejkaloi të gjitha aftësitë e pyjeve angleze. Anglezët Robin Hoods thjesht nuk kishin ku të fshiheshin- një rritje në shkrirjen e hekurit reduktoi pothuajse të gjitha pyjet e Albionit me Mjegull. Në fund të fundit, kjo u bë një frenë për prodhimin e hekurit, pasi shkrirja kërkonte një sasi e madhe dru zjarri: për përpunimin e një ton xehe - gati 40 metra kub dru të papërpunuar.
Për shkak të rritjes së prodhimit të hekurit, ekzistonte një kërcënim i shkatërrimit të plotë të pyjeve. Vendi u detyrua të importonte metal nga jashtë, kryesisht nga Rusia dhe Suedia. Përpjekjet për të përdorur qymyrin fosil për shkrirjen e hekurit ishin të pasuksesshme për një kohë të gjatë, për arsyen e përmendur më sipër.
Vetëm në 1735, prodhuesi Abraham Derby, pas shumë vitesh përvojë, gjeti një mënyrë për të shkrirë gize duke përdorur qymyr koks. Ishte një fitore. Por para kësaj fitoreje në fillim të shekullit të 9-të pas Krishtit kishin mbetur edhe më shumë se 900 vjet.

Pra, transportoni dru zjarri (ose edhe qymyr të përfunduar) në hekur nuk punon thjesht për shkak të logjistikës së procesit - karburanti i nevojshëm është 4-5 herë më i madh se masa e xehes, dhe akoma më shumë në vëllim - të paktën dhjetë herë. Është më e lehtë për të sjellë hekurin në karburant.

Ka karburant në Rusinë e lashtë dhe me bollëk. Po në lidhje me harduerin në platformën ruse?
Por ka pyetje me harduerin.
Minierë hekuri me cilësi të lartë jo në Rrafshin Ruse.

Dëgjoj menjëherë thirrjet: “Po anomalia magnetike e Kurskut? Xeherorët magnetik të hekurit me cilësi më të lartë në botë!”
Po, disa nga cilësitë më të larta në botë. U hap në vitin 1931. Thellësia e shfaqjes - nga 200 në 600 metra. Është e qartë se detyra nuk është për teknologjitë që ishin në dispozicion të sllavëve të lashtë në shekullin e 9-të pas Krishtit. Tani gjithçka duket bukur, por për atë kohë fotografia e një miniere moderne të mineralit të hekurit ishte si një udhëtim në Alpha Centauri për njerëzimin modern. Në teori është e mundur, por në praktikë nuk është:

Si rezultat, në shekullin e 9-të në Rusi është e nevojshme të bëhet një zgjedhje nga diçka e përfshirë në këtë listë të të gjitha xeheve të hekurit të përdorura aktualisht nga njerëzimi:

Mineral hekuri magnetik - më shumë se 70% Fe në formë magnetit Fe3O4 (shembull: anomalia magnetike e Kurskut që përshkruam)
- mineral hekuri i kuq—55-60% Fe në formë hematiti Fe2O3 (shembull: përsëri anomalia magnetike e Kurskut ose pellgu i Krivoy Rog)
- xeheror i kaftë hekuri (limoniti) - 35-55% Fe në formë përzierjet e hidroksideve hekuri hekur Fe2O3-3H2O dhe Fe2O3-H2O (shembull: depozitimi i Kerçit i rrënuar nga Ukraina).
- mineral hekuri spar - deri në 40% Fe në formë karbonat FeCO3 (shembull: depozita Bakal)

Magnetiti dhe hematiti shtrihen thellë në platformën ruse nuk ka fare mineral hekuri.
Ajo që mbetet është mineral hekuri kafe (limoniti).
Lënda e parë, për ta thënë butë, është e keqe - thjesht shikoni përqendrimin e hekurit në të, por gjëja qesharake është se ajo është e disponueshme në territorin e asaj që ishte atëherë Rusia. pothuajse kudo. Për më tepër, kjo "pothuajse kudo" mrekullisht rezulton të jetë në afërsi të burimit të atëhershëm të karburantit të qymyrit me cilësi të lartë - pyjet e fuqishme të Rrafshit Rus.

Natyrisht, ne po flasim për torfe dhe limonit, i cili gjithashtu quhet shpesh hekuri i moçaleve.
Përveç hekurit të kënetës, ato kanë një gjenezë të ngjashme hekur livadhe dhe liqenor. Sidoqoftë, siç do ta shihni më vonë, gërmimi për një hekur të tillë ishte më fitimprurës në një moçal.

Për të kuptuar gjerësinë e përhapjes së nxjerrjes aktuale të këtij burimi lokal në Rusi, mjafton, si në rastin e "mbiemrave metalurgjikë", thjesht të hapni çdo hartë gjeografike dhe të shikoni emrat e rusë, ukrainas, bjellorusisë ose Fshatrat lituaneze.
Dhe menjëherë do të goditeni nga një numër i madh toponimesh me fjalët Guta, Buda, Ruda. Këtu janë kuptimet e tyre:

Guta: impiant i shkrirjes së qelqit
Ore: minierat e hekurit në moçal
Buda: nxjerrja e potasit nga hiri i bimëve.

Fshatra të tillë do të gjeni kudo - në një brez të gjerë në kënetat Polesie - nga Bresti në Sumy. Në Rusi kishte shumë burime të " xeheve të kënetës". "Hekuri i kënetës" formohet përgjithësisht pothuajse kudo ku ka një kalim nga tokat që përmbajnë oksigjen në një shtresë pa oksigjen (pikërisht në kryqëzimin e këtyre dy shtresave).
Në këneta, ky kufi është thjesht i vendosur, ndryshe nga llojet e tjera të terrenit, shumë afër sipërfaqes, prandaj, nyjet e hekurit atje mund të gërmohen fjalë për fjalë me një lopatë, duke hequr vetëm një shtresë të hollë të bimësisë së kënetës.

Ja si duket hekuri i kënetës: .
Por ishte pikërisht kjo që e shpëtoi Rusinë.

Vetë depozitat e hekurit të moçaleve janë klasike vendosës.
Placerët janë zakonisht depozita shumë më të vogla se trupat xeherorë, vëllimi i tyre i përgjithshëm rrallë i kalon dhjetëra mijëra tonë (ndërsa depozitat e xehes mund të përmbajnë miliona e miliarda ton xehe), por depozituesit e minierave janë zakonisht shumë më të thjeshtë se nxjerrja e një trupi xehe.
Placerët zakonisht mund të zhvillohen pothuajse me duar të zhveshura dhe me shtypje minimale të shkëmbinjve, pasi vendosësit zakonisht ndodhin në shkëmbinj sedimentarë tashmë të shkatërruar.
Kjo është përgjithësisht një praktikë e zakonshme: fillimisht minohen vendosësit, pastaj xehet.
Për më tepër, për të gjitha metalet, mineralet ose komponimet.

Meqë ra fjala, "kallaji prej druri" (për të cilin kam shkruar në serinë për Katastrofën e Epokës së Bronzit) është gjithashtu një vend.

Megjithatë, nuk mund të thuhet se nxjerrja e vendosësve të hekurit të kënetave ishte një detyrë e thjeshtë.

Hekuri i kënetës nxirrej në tre mënyra kryesore.

E para - gjatë verës, llumi i poshtëm u hodh nga gomone në liqene kënetore dhe lumenj që rridhnin nga kënetat. Trapi mbahej në një vend nga një shtyllë (një person) dhe një person tjetër përdori një barierë për të hequr baltën nga fundi. Përparësitë e kësaj metode janë thjeshtësia dhe stresi i ulët fizik tek punëtorët.
Disavantazhet - një sasi e madhe e punës së padobishme, pasi jo vetëm shkëmbi i mbeturinave u grumbullua me hekur, por përveç kësaj, sasi të mëdha uji së bashku me llum gjithashtu duhej të ngriheshin lart. Përveç kësaj, është e vështirë të përdoret një lugë për të hequr dheun në thellësi të mëdha.

Mënyra e dytë. Në dimër, në vendet ku kanalet ngrinë deri në fund, akulli u prerë fillimisht, dhe më pas u pre edhe sedimenti i poshtëm që përmban hekur të kënetës. Përparësitë e kësaj metode: aftësia për të zgjedhur një shtresë të madhe që përmban hekur bog. Disavantazhet: është fizikisht e vështirë për të prerë akullin dhe tokën e ngrirë. Nxjerrja është e mundur vetëm në thellësinë e ngrirjes.

Metoda e tretë ishte më e zakonshme. Në breg pranë përrenjve ose liqeneve kënetore, u montua një kornizë, si për një pus, vetëm në madhësi më të mëdha, për shembull, 4 me 4 metra. Më pas ata filluan të gërmojnë shtresën mbuluese të shkëmbinjve të mbeturinave brenda shtëpisë së drurit, duke e thelluar gradualisht shtëpinë e drurit. Më pas u zgjodh edhe shkëmbi që përmban hekurin e moçaleve. Rrotullat e trungjeve u shtuan ndërsa shtëpia e trungjeve thellohej.
Uji me rrjedhje të vazhdueshme shpërndahej në mënyrë periodike. Sigurisht, ishte e mundur që thjesht të gërmohej pa i forcuar muret me trungje, por në rast të një shembjeje shumë të mundshme të dheut të larë dhe punëtorëve që të flinin në gropë - vështirë se do të ishte e mundur të shpëtohej dikush - njerëzit shpejt u mbytën dhe u mbytën. Përparësitë e kësaj metode: aftësia për të zgjedhur të gjithë shtresën që përmban hekur të kënetës dhe më pak kosto pune në krahasim me metodën e dytë. Përveç kësaj, ishte e mundur që edhe para fillimit të minierave të përcaktohej përafërsisht cilësia e lëndëve të para të nxjerra ("banorët vendas e gjykojnë mirësinë e mineralit edhe nga lloji i pemëve që rriten në të; kështu, ai që gjendet nën pemët e thuprës dhe aspenit konsiderohen më të mirat, sepse hekuri prej tij është më i butë, dhe në vendet ku rritet pylli i bredhit, është më i ashpër dhe më i fortë").
Disavantazhet: duhet të punoni në ujë gjatë gjithë kohës.

Në përgjithësi, minatorët e lashtë rusë kishin një kohë të vështirë. Tani, sigurisht, reenaktorët në të gjithë botën po bëjnë udhëtime në terren dhe madje po gërmojnë gropa në vende më të thata dhe më të arritshme, ku mund të nxjerrin lehtësisht disa minerale kënetore:

Fëmijët e reenaktorëve janë të lumtur. Në shekullin e 9-të, mendoj se gjithçka ishte ndryshe.

Sidoqoftë, për të kuptuar situatën në Rusi në shekujt 9-12, duhet kuptuar shkallë peshkimi që u organizua nga paraardhësit tanë në një burim kaq të kotë si kënetat.

Në fund të fundit, nëse vetë procesi i gërmimit të llumit në këneta nuk la asnjë gjurmë që mund të gjurmohej ndër shekuj, atëherë përpunimi i mëpasshëm i hekurit të kënetës la gjurmë në shtresën kulturore, dhe çfarë lloji të tilla!

Në fund të fundit, për procesin e fryrjes së djathit, i cili në atë kohë përdorej në metalurgjinë e lashtë ruse dhe prodhonte skorje shumë hekuri, ishte e nevojshme shume i pasur mineral hekuri. Dhe limoniti, siç kujtojmë, është një mineral i varfër.
Për të marrë një koncentrat të mirë limoniti, ishte e nevojshme të pasurohen paraprakisht xehet e minuara - si këneta ashtu edhe livadh. Prandaj, metalurgët e lashtë rusë pasuruan domosdoshmërisht xeherorët e hekurit të kënetave që shkojnë në shkrirje.

Operacioni i pasurimit ishte një kusht shumë i rëndësishëm teknologjik për prodhimin e hekurit në furrat e djathit.
Studimet e mëvonshme, përmes analizës së monumenteve historike, zbuluan metodat e mëposhtme të pasurimit të xehes:

1) tharje (moti, brenda një muaji);
2) qitje;
3) bluarje;
4) larje;
5) shoshitje.

Prodhimi i xehes me koncentrim të lartë nuk mund të kufizohej vetëm në një ose dy operacione, por kërkonte përpunim sistematik me të gjitha metodat e mësipërme. Një operacion i njohur arkeologjikisht është pjekja e xeheve.
Siç e kuptoni, pjekja kërkonte gjithashtu lëndë djegëse të cilësisë së lartë (qymyr), dhe gjithashtu në sasi të konsiderueshme.

Gjatë eksplorimit arkeologjik pranë fshatit Lasuna në bregun e Gjirit të Finlandës, një grumbull mineralesh të djegura u zbulua në një nga gropat. Për të gjitha operacionet e pasurimit të xeheve, nevojiten pajisje shumë të thjeshta: për grimcimin e mineralit - një bllok druri dhe llaç, dhe për shoshitje dhe larje - një sitë druri (rrjetë shufrash).
Disavantazhi i pjekjes së mineralit të kënetës në zjarre dhe gropa ishte heqja jo e plotë e ujit prej tij gjatë pjekjes së copave të mëdha dhe humbjet e mëdha gjatë pjekjes së copave të vogla.

Në prodhimin modern, natyrisht, pasurimi është shumë më i thjeshtë - minerali i grimcuar imët përzihet me të njëjtin koks të bluar dhe futet në një pajisje të ngjashme me një mulli të madh mishi. Shtylla ushqen përzierjen e mineralit dhe koksit në një rrjet me vrima jo më të mëdha se 8 mm. Duke u shtrydhur nëpër vrima, një përzierje e tillë homogjene hyn në flakë, ndërsa koksi digjet, duke shkrirë mineralin, dhe përveç kësaj, squfuri digjet nga xeherori, kështu që në të njëjtën kohë ndodh desulfurizimi i lëndëve të para.

Në fund të fundit, hekuri i kënetës, si qymyri, përmban papastërti të dëmshme - squfur dhe fosfor. Sigurisht, ishte e mundur të gjesh lëndë të para që përmbajnë pak fosfor (mirë, relativisht pak - gjithmonë ka më pak në hekurin e xeherorit sesa në hekurin e kënetës). Por ishte pothuajse e pamundur të gjeje hekurin e moçaleve që përmbante pak fosfor dhe squfur. Prandaj, përveç gjithë industrisë së nxjerrjes së hekurit në moçal, u ngrit një industri po aq e madhe e pasurimit të saj.

Për të kuptuar qëllimin e këtij veprimi, unë do të jap një shembull: gjatë gërmimeve në Ryazan të Vjetër në 16 nga 19 banesa të qytetarëve u zbuluan gjurmë të gatimit “në shtëpi” të hekurit në tenxhere në një furrë të zakonshme.
Udhëtari i Evropës Perëndimore Jacob Reitenfels, pasi kishte vizituar Muscovy në 1670, shkroi se "vendi i Moskovitëve është një burim i gjallë buke dhe metali".

Pra, në një vend të zhveshur, pa asgjë nën to, përveç tokave të varfra pyjore me thupër të rrëgjuara dhe moçalore torfe, paraardhësit tanë papritmas zbuluan një "minierë ari" fjalë për fjalë nën këmbët e tyre. Dhe edhe sikur të mos ishte një venë, por një vendosës, dhe jo ari, por hekuri, situata nuk ndryshoi.

Vendi ende në zhvillim ka marrë vendin e tij në botë dhe një rrugë qytetëruese që do ta çojë atë në armët Balaklava, në tankun T-Z4 dhe në Topol-M ICBM.
Burimet. Punë. Prodhimi. Armë.

Sepse duke pasur burime, ju në mënyrë të pashmangshme vini tek armët. Ose - dikush tjetër vjen për burimet tuaja.
Epoka e hekurit filloi në Rusi.
Një shekull, ose më mirë, një mijëvjeçar i armëve ruse.

Një mijëvjeçar në të cilin shpata do të ngrihet - dhe do të bjerë përsëri, pasi armiku tjetër të mposhtet dhe të hidhet larg nga pyjet e thuprës dhe moçaleve të torfe.

Dhe armiqtë nuk vonuan të vinin.
Në të vërtetë, në shekullin e 10-të, gara e armatimeve në epokën e hekurit tashmë po merrte vrull.

Minerali i hekurit merret në mënyrën e zakonshme: minierat e hapura ose nëntokësore dhe transportimi i mëvonshëm deri në përgatitjen fillestare, ku materiali grimcohet, lahet dhe përpunohet.

Xeherori derdhet në një furrë shpërthyese dhe shpërthehet me ajër të nxehtë dhe nxehtësi, që e kthen atë në hekur të shkrirë. Më pas hiqet nga fundi i furrës në kallëpe të njohura si derrat, ku ftohet për të prodhuar gize. Shndërrohet në hekur të farkëtuar ose përpunohet në çelik në disa mënyra.

Çfarë është çeliku?

Në fillim kishte hekur. Është një nga Ajo mund të gjendet pothuajse kudo, e kombinuar me shumë elementë të tjerë, në formën e xehes. Në Evropë, fillimi i punës me hekur daton në 1700 para Krishtit.

Në 1786, shkencëtarët francezë Berthollet, Monge dhe Vandermonde përcaktuan me saktësi se ndryshimi midis hekurit, gize dhe çelikut ishte për shkak të përmbajtjes së ndryshme të karbonit. Megjithatë, çeliku, i bërë nga hekuri, u bë shpejt metali më i rëndësishëm i Revolucionit Industrial. Në fillim të shekullit të 20-të, prodhimi global i çelikut ishte 28 milionë tonë, gjashtë herë më shumë se në 1880. Deri në fillimin e Luftës së Parë Botërore, prodhimi i tij ishte 85 milion ton. Brenda disa dekadave, ai praktikisht zëvendësoi hekurin.

Aktualisht ka më shumë se 3000 marka të kataloguara (përbërje kimike), pa llogaritur ato të krijuara për të përmbushur nevojat individuale. Të gjithë ata kontribuojnë për ta bërë çelikun materialin më të përshtatshëm për zgjidhjen e sfidave të së ardhmes.

Lëndët e para për prodhimin e çelikut: parësore dhe dytësore

Shkrirja e këtij metali duke përdorur shumë komponentë është metoda më e zakonshme e minierave. Materialet e ngarkimit mund të jenë primare ose dytësore. Përbërja kryesore e ngarkesës është zakonisht 55% hekur i derrit dhe 45% skrap i mbetur. Ferroaliazhet, giza e konvertuar dhe metalet teknikisht të pastra përdoren si elementë kryesorë të aliazhit, si rregull, përfshijnë të gjitha llojet e metaleve me ngjyra;

Minerali i hekurit është lënda e parë më e rëndësishme dhe bazë në industrinë e hekurit dhe çelikut. Për të prodhuar një ton gize, nevojiten rreth 1.5 ton të këtij materiali. Për të prodhuar një ton hekur derri, përdoren rreth 450 ton koks. Madje shumë impiante metalurgjike përdorin

Uji është një lëndë e parë e rëndësishme për industrinë e hekurit dhe çelikut. Përdoret kryesisht për forcimin e koksit, ftohjen e furrës së shpërthimit, gjenerimin e avullit për funksionimin e pajisjeve hidraulike dhe largimin e ujërave të zeza. Duhen rreth 4 ton ajër për të prodhuar një ton çeliku. Fluksi përdoret në një furrë shpërthyese për të hequr papastërtitë nga minerali i shkrirjes. Guri gëlqeror dhe dolomiti kombinohen me papastërtitë e nxjerra për të formuar skorje.

Të dy furrat me shpërthim dhe çeliku janë të veshura me zjarrdurues. Ato përdoren për furrat e linjës të projektuara për shkrirjen e mineralit të hekurit. Silicë ose rërë përdoret për formim. Alumini, kromi, kobalti, bakri, plumbi, mangani, molibdeni, nikeli, kallaji, tungsteni, zinku, vanadiumi, etj., përdoren për prodhimin e llojeve të ndryshme të çelikut, mangani përdoret gjerësisht në shkrirjen e çelikut.

Mbetjet e hekurit të marra nga strukturat e çmontuara të impianteve, makineritë, automjetet e vjetra etj., riciklohen dhe përdoren gjerësisht në këtë industri.

Gize për çelik

Shkrirja e çelikut duke përdorur gize kryhet shumë më shpesh sesa me materiale të tjera. Gize është një term që zakonisht i referohet hekurit gri, megjithatë ai identifikohet gjithashtu me një grup të madh ferroaliazhesh. Karboni përbën rreth 2,1 deri në 4 % peshë, ndërsa silikoni zakonisht përbën 1 deri në 3 % peshë në aliazh.

Hekuri dhe çeliku shkrihen në një pikë shkrirjeje ndërmjet 1150 dhe 1200 gradë, që është rreth 300 gradë më e ulët se pika e shkrirjes së hekurit të pastër. Gize gjithashtu shfaq rrjedhshmëri të mirë, përpunueshmëri të shkëlqyer dhe rezistencë ndaj deformimit, oksidimit dhe derdhjes.

Çeliku është gjithashtu një aliazh hekuri me përmbajtje të ndryshueshme karboni. Përmbajtja e karbonit të çelikut varion nga 0,2 në 2,1 në masë, dhe është materiali aliazh më ekonomik për hekurin. Shkrirja e çelikut nga gize është e dobishme për një sërë qëllimesh inxhinierike dhe strukturore.

Ore hekuri për çelik

Procesi i shkrirjes së çelikut fillon me përpunimin e mineralit të hekurit. Shkëmbi që përmban mineral hekuri është i grimcuar. Xeherori nxirret duke përdorur rula magnetikë. Minerali i hekurit me kokrriza të imta përpunohet në gunga me kokërr të trashë për t'u përdorur në furrën e shpërthimit. Qymyri pastrohet nga papastërtitë duke rezultuar në një formë pothuajse të pastër të karbonit. Përzierja e mineralit të hekurit dhe qymyrit më pas nxehet për të prodhuar hekur të shkrirë ose hekur derri, i cili përdoret për të bërë çelikun.

Në furrën kryesore të oksigjenit, minerali i shkrirë i hekurit është lënda e parë kryesore dhe përzihet me sasi të ndryshme skrap çeliku dhe lidhjeve për të prodhuar lloje të ndryshme çeliku. Një furrë me hark elektrik shkrin skrapin e çelikut të ricikluar drejtpërdrejt në çelik të ri. Rreth 12% e çelikut është bërë nga materiali i ricikluar.

Teknologjia e shkrirjes

Shkrirja është procesi me të cilin një metal përftohet ose si element ose si përbërës i thjeshtë nga xeherori i tij duke u ngrohur mbi pikën e tij të shkrirjes, zakonisht në prani të agjentëve oksidues si ajri ose agjentëve reduktues si koksi.

Në teknologjinë e prodhimit të çelikut, një metal që kombinohet me oksigjen, si oksidi i hekurit, nxehet në një temperaturë të lartë dhe oksidi formohet në kombinim me karbonin në lëndë djegëse, i cili del si monoksid karboni ose dioksid karboni.
Papastërtitë e tjera, të quajtura kolektivisht venat, hiqen nga shtimi i një rryme me të cilën kombinohen për të formuar skorje.

Shkrirja moderne e çelikut përdor një furrë reverberuese. Xeheror dhe përrua të përqendruara (zakonisht gur gëlqeror) ngarkohen në majë, dhe mat i shkrirë (një përbërje prej bakri, hekuri, squfuri dhe skorje) tërhiqet nga fundi. Një trajtim i dytë termik në një furrë konverter është i nevojshëm për të hequr hekurin nga sipërfaqja mat.

Metoda e konvekcionit të oksigjenit

Procesi BOF është procesi kryesor i prodhimit të çelikut në botë. Prodhimi botëror i çelikut konvertues në vitin 2003 arriti në 964.8 milion ton ose 63.3% të prodhimit të përgjithshëm. Prodhimi i konvertuesve është një burim i ndotjes së mjedisit. Sfidat kryesore të kësaj janë reduktimi i emetimeve, shkarkimeve dhe reduktimi i mbetjeve. Thelbi i tyre qëndron në përdorimin e energjisë sekondare dhe burimeve materiale.

Nxehtësia ekzotermike gjenerohet nga reaksionet e oksidimit gjatë fryrjes.

Procesi kryesor i prodhimit të çelikut duke përdorur rezervat tona:

• Hekuri i shkrirë i derrit (ndonjëherë i quajtur metal i nxehtë) nga një furrë shpërthyese derdhet në një enë të madhe me rreshtim të papërshkueshëm nga zjarri të quajtur lugë.
• Metali në lugë dërgohet drejtpërdrejt në fazën kryesore të prodhimit ose të përpunimit të çelikut.
• Oksigjeni me pastërti të lartë, me një presion prej 700-1000 kilopascals, injektohet me shpejtësi supersonike në sipërfaqen e vaskës së hekurit përmes një heshteje të ftohur me ujë që është pezulluar në një enë dhe mbahet disa këmbë mbi banjë.

Vendimi për para-trajtim varet nga cilësia e metalit të nxehtë dhe cilësia e kërkuar përfundimtare e çelikut. Konvertorët e parë me fund të lëvizshëm, të cilët mund të shkëputeshin dhe riparoheshin, janë ende në përdorim. Shtizat e përdorura për fryrje janë ndryshuar. Për të parandaluar bllokimin e tuyerit gjatë pastrimit, u përdorën pranga me vrima me një majë të gjatë prej bakri. Majat e majave, pas djegies, djegin CO të prodhuar nga fryrja në CO 2 dhe sigurojnë nxehtësi shtesë. Shigjetat, topat zjarrdurues dhe detektorët e skorjeve përdoren për të hequr skorjen.

Metoda e konvekcionit të oksigjenit: avantazhet dhe disavantazhet

Nuk kërkon kosto për pajisjet e pastrimit të gazit, pasi formimi i pluhurit, pra avullimi i hekurit, zvogëlohet me 3 herë. Për shkak të uljes së rendimentit të hekurit, vërehet një rritje e rendimentit të çelikut të lëngshëm me 1.5 - 2.5%. Një avantazh tjetër është se intensiteti i pastrimit në këtë metodë rritet, gjë që bën të mundur rritjen e produktivitetit të konvertuesit me 18%. Cilësia e çelikut është më e lartë sepse temperatura në zonën e fryrjes zvogëlohet, gjë që çon në një ulje të formimit të azotit.

Disavantazhet e kësaj metode të shkrirjes së çelikut kanë çuar në një ulje të kërkesës për konsum, pasi niveli i konsumit të oksigjenit rritet me 7% për shkak të konsumit të lartë të djegies së karburantit. Ka një përmbajtje të shtuar të hidrogjenit në metalin e përpunuar, për këtë arsye është e nevojshme të kryhet pastrimi me oksigjen për ca kohë pas përfundimit të procesit. Ndër të gjitha metodat, metoda e konvertuesit të oksigjenit ka formimin më të lartë të skorjeve, arsyeja është pamundësia për të monitoruar procesin e oksidimit brenda pajisjes.

Metoda e vatrës së hapur

Procesi i vatrës së hapur përfshinte pjesën më të madhe të përpunimit të të gjithë çelikut të prodhuar në botë për pjesën më të madhe të shekullit të 20-të. William Siemens në vitet 1860 kërkoi një mjet për të rritur temperaturën në një furrë metalurgjike, duke ringjallur një propozim të vjetër për të përdorur nxehtësinë e mbeturinave të krijuara nga furra. Ai e ngrohu tullën në një temperaturë të lartë, më pas përdori të njëjtën rrugë për të futur ajrin në furrë. Ajri i ngrohur paraprakisht rriti ndjeshëm temperaturën e flakës.

Gazi natyror ose vajrat e rënda të atomizuara përdoren si lëndë djegëse; ajri dhe karburanti nxehen para djegies. Furra është e mbushur me skrap të lëngshëm hekuri dhe çeliku së bashku me mineral hekuri, gur gëlqeror, dolomit dhe flukse.

Vetë soba është prej materialesh shumë refraktare, si tulla magneziti për vatrat. Furrat me vatra të hapura peshojnë deri në 600 ton dhe zakonisht instalohen në grupe në mënyrë që pajisjet ndihmëse masive të nevojshme për ngarkimin e furrave dhe përpunimin e çelikut të lëngshëm të mund të përdoren me efikasitet.

Megjithëse procesi i vatrës së hapur është zëvendësuar pothuajse plotësisht në shumicën e vendeve të industrializuara nga procesi bazë i oksigjenit dhe furra me hark elektrik, ajo prodhon rreth 1/6 e të gjithë çelikut të prodhuar në mbarë botën.

Avantazhet dhe disavantazhet e kësaj metode

Përparësitë përfshijnë lehtësinë e përdorimit dhe lehtësinë e prodhimit të çelikut të lidhur me aditivë të ndryshëm që i japin materialit veti të ndryshme të specializuara. Aditivët dhe lidhjet e nevojshme shtohen menjëherë para përfundimit të shkrirjes.

Disavantazhet përfshijnë reduktimin e efikasitetit në krahasim me metodën e konvertuesit të oksigjenit. Gjithashtu, cilësia e çelikut është më e ulët në krahasim me metodat e tjera të shkrirjes së metaleve.

Metoda e prodhimit të çelikut elektrik

Metoda moderne e shkrirjes së çelikut duke përdorur rezervat e veta është një furrë që ngroh materialin e ngarkuar duke përdorur një hark elektrik. Furrat me hark industrial variojnë në madhësi nga njësi të vogla me një kapacitet ngarkese prej rreth një ton (të përdorura në shkritore për të prodhuar produkte prej gize) deri në njësi prej 400 tonësh të përdorura në metalurgjinë dytësore.

Furrat me hark të përdorura në laboratorët kërkimorë mund të kenë një kapacitet prej vetëm disa dhjetëra gram. Temperaturat e furrës me hark elektrik industrial mund të jenë deri në 1800 °C (3,272 °F), ndërsa instalimet laboratorike mund të kalojnë 3000 °C (5432 °F).

Furrat me hark ndryshojnë nga furrat me induksion në atë që materiali i karikimit është i ekspozuar drejtpërdrejt ndaj harkut elektrik, dhe rryma në terminale kalon përmes materialit të ngarkuar. Furra me hark elektrik përdoret për prodhimin e çelikut, përbëhet nga një rreshtim refraktar, zakonisht i ftohur me ujë, është i madh në përmasa dhe i mbuluar me një çati të anulueshme.

Furra ndahet kryesisht në tre seksione:

• Predha e përbërë nga mure anësore dhe një tas çeliku më i ulët.
• Vatra përbëhet nga një zjarrdurues që shtrin tasin e poshtëm.
• Çatia e veshur me zjarr ose e ftohur me ujë mund të projektohet si një seksion topash ose si një kon i cunguar (seksion konik).

Avantazhet dhe disavantazhet e metodës

Kjo metodë zë një pozitë udhëheqëse në fushën e prodhimit të çelikut. Metoda e shkrirjes së çelikut përdoret për të krijuar një metal me cilësi të lartë që ose është plotësisht i lirë ose përmban sasi të vogla të papastërtive të padëshiruara si squfuri, fosfori dhe oksigjeni.

Avantazhi kryesor i metodës është ngrohja, falë së cilës mund të kontrolloni lehtësisht temperaturën e shkrirjes dhe të arrini shpejtësi të jashtëzakonshme të ngrohjes për metalin. Puna e automatizuar do të jetë një shtesë e këndshme për mundësinë e shkëlqyer për përpunimin me cilësi të lartë të hekurishteve të ndryshme.

Disavantazhet përfshijnë konsumin e lartë të energjisë.

Hekuri përbën më shumë se 5% të kores së tokës. Xeherorët kryesorë të përdorur për nxjerrjen e hekurit janë hematiti dhe magnetiti. Këto xehe përmbajnë nga 20 deri në 70% hekur. Papastërtitë më të rëndësishme të hekurit në këto xehe janë rëra dhe alumini (oksidi i aluminit).

bërthama e tokës

Bazuar në dëshmi indirekte, mund të konkludojmë se bërthama e Tokës është kryesisht një aliazh hekuri. Rrezja e saj është afërsisht 3470 km, ndërsa rrezja e Tokës është 6370 km. Bërthama e brendshme e Tokës duket të jetë e fortë dhe ka një rreze prej rreth 1200 km. Ajo është e rrethuar nga një bërthamë e jashtme e lëngshme. Rrjedha e turbullt e lëngut në këtë pjesë të bërthamës krijon fushën magnetike të Tokës. Presioni brenda bërthamës varion nga 1.3 në 3.5 milion atmosfera, dhe temperatura varion nga

Edhe pse është vërtetuar se bërthama e Tokës përbëhet kryesisht nga hekuri, përbërja e saktë e saj nuk dihet. Është vlerësuar se 8 deri në 10% e masës së bërthamës së tokës përbëhet nga elementë të tillë si nikeli, squfuri (në formën e sulfurit të hekurit), oksigjeni (në formën e oksidit të hekurit) dhe silikoni (në formën e silicid hekuri).

Të paktën 12 vende në botë kanë rezerva të vërtetuara të mineralit të hekurit që tejkalojnë një miliard ton. Këto vende përfshijnë Australinë, Kanadanë, SHBA-në, Afrikën e Jugut, Indinë, BRSS dhe Francën. Niveli global i prodhimit të çelikut aktualisht arrin në 700 milion ton. Në Britaninë e Madhe, niveli i prodhimit të çelikut është 20 milionë tonë në vit.

Prodhimi i hekurit

Nxjerrja e hekurit nga minerali i hekurit kryhet në dy faza. Fillon me përgatitjen e mineralit - bluarjen dhe ngrohjen. Xeherori grimcohet në copa me diametër jo më shumë se 10 cm. Më pas, minerali i grimcuar kalcinohet për të hequr ujin dhe papastërtitë e paqëndrueshme.

Në fazën e dytë, minerali i hekurit reduktohet në hekur duke përdorur monoksid karboni në një furrë shpërthyese (Fig. 14.12). Reduktimi kryhet në temperatura rreth 700°C:

Për të rritur rendimentin e hekurit, ky proces kryhet në kushtet e dioksidit të karbonit të tepërt

Monoksidi i karbonit CO formohet në një furrë shpërthyese nga koksi dhe ajri. Ajri fillimisht nxehet në rreth 600 °C dhe derdhet në furrë përmes një tubi të veçantë - një tuyere. Koksi digjet në ajër të nxehtë të kompresuar për të formuar dioksid karboni. Ky reagim është ekzotermik dhe shkakton një rritje të temperaturës mbi 1700 °C:

Dioksidi i karbonit ngrihet në furrë dhe reagon me më shumë koks për të formuar monoksid karboni. Ky reagim është endotermik:

Oriz. 14.12. Furra shpërthyese, 1 - xeheror hekuri, gur gëlqeror, koks, 2 kon ngarkues (sipër), 3 - gaz i sipërm, 4 - murature furre, 5 - zona e reduktimit të oksidit të hekurit, 6 - zona e formimit të skorjeve, 7 - zona e djegies së koksit, 8 - injektimi i ajrit të nxehtë nëpër tuyere, 9 - hekur i shkrirë, 10 - skorje e shkrirë.

Hekuri i formuar gjatë reduktimit të xehes është i kontaminuar me papastërtitë e rërës dhe aluminit (shih më lart). Për t'i hequr ato, në furrë shtohet gur gëlqeror. Në temperaturat ekzistuese në furrë, guri gëlqeror i nënshtrohet dekompozimit termik me formimin e oksidit të kalciumit dhe dioksidit të karbonit:

Oksidi i kalciumit kombinohet me papastërtitë për të formuar skorje. Skorja përmban silikat kalciumi dhe aluminat kalciumi:

Hekuri shkrihet në 1540°C (shih Tabelën 14.2). Hekuri i shkrirë së bashku me skorjen e shkrirë derdhet në pjesën e poshtme të furrës. Skorja e shkrirë noton në sipërfaqen e hekurit të shkrirë. Secila prej këtyre shtresave lirohet periodikisht nga furra në nivelin e duhur.

Furra shpërthyese funksionon gjatë gjithë orës, në mënyrë të vazhdueshme. Lëndët e para për procesin e furrës shpërthyese janë minerali i hekurit, koksi dhe guri gëlqeror. Ato futen vazhdimisht në furrë nga sipër. Hekuri lirohet nga furra katër herë në ditë, në intervale të rregullta. Ai derdhet nga furra në një rrjedhë të zjarrtë në një temperaturë prej rreth 1500 °C. Furrat e furrës vijnë në madhësi dhe produktivitet të ndryshëm (1000-3000 ton në ditë). Në SHBA ka disa dizajne të reja të furrës me

katër dalje dhe lëshim i vazhdueshëm i hekurit të shkrirë. Furra të tilla kanë një kapacitet deri në 10,000 tonë në ditë.

Hekuri i shkrirë në një furrë shpërthyese derdhet në kallëpe rëre. Ky lloj hekuri quhet gize. Përmbajtja e hekurit në gize është rreth 95%. Gize është një substancë e fortë, por e brishtë me një pikë shkrirjeje rreth 1200 °C.

Gize prodhohet duke shkrirë një përzierje hekuri, hekuri dhe çeliku me koks. Hekuri i shkrirë hidhet në kallëpe dhe ftohet.

Hekuri i farkëtuar është forma më e pastër e hekurit industrial. Prodhohet duke ngrohur hekurin e papërpunuar me hematit dhe gur gëlqeror në një furrë shkrirjeje. Kjo rrit pastërtinë e hekurit në afërsisht 99.5%. Pika e shkrirjes së saj rritet në 1400 °C. Hekuri i farkëtuar ka forcë, lakueshmëri dhe duktilitet të madh. Megjithatë, për shumë aplikime ai zëvendësohet me çelik të butë (shih më poshtë).

Prodhimi i çelikut

Çeliqet ndahen në dy lloje. Çeliqet e karbonit përmbajnë deri në 1.5% karbon. Çeliqet e aliazhuara përmbajnë jo vetëm sasi të vogla karboni, por edhe papastërti (aditivë) të metaleve të tjera të futura posaçërisht. Llojet e ndryshme të çeliqeve, vetitë dhe aplikimet e tyre diskutohen në detaje më poshtë.

Procesi i konvertimit të oksigjenit. Në dekadat e fundit, prodhimi i çelikut është revolucionarizuar nga zhvillimi i procesit bazë të oksigjenit (i njohur gjithashtu si procesi Linz-Donawitz). Ky proces filloi të përdoret në vitin 1953 në fabrikat e çelikut në dy qendra metalurgjike austriake - Linz dhe Donawitz.

Procesi i konvertuesit të oksigjenit përdor një konvertues oksigjeni me një rreshtim kryesor (masoneri) (Fig. 14.13). Konvertuesi është i ngarkuar në një pozicion të pjerrët

Oriz. 14.13. Konvertues për shkrirjen e çelikut, 1 - oksigjen dhe 2 - tub i ftohur me ujë për shpërthim oksigjeni, 3 - skorje. 4-bosht, 5-çelik i shkrirë, trup 6-çelik.

hekuri i shkrirë i derrit nga furra e shkrirjes dhe hekurishtet, më pas u kthye në një pozicion vertikal. Pas kësaj, një tub bakri i ftohur me ujë futet në konvertues nga lart dhe përmes tij një rrymë oksigjeni e përzier me gëlqere pluhur drejtohet në sipërfaqen e hekurit të shkrirë. Ky "pastrim i oksigjenit", i cili zgjat 20 minuta, çon në oksidim intensiv të papastërtive të hekurit, dhe përmbajtja e konvertuesit mbetet e lëngshme për shkak të çlirimit të energjisë gjatë reaksionit të oksidimit. Oksidet që rezultojnë bashkohen me gëlqere dhe kthehen në skorje. Tubi i bakrit më pas nxirret jashtë dhe konverteri anohet për të kulluar skorjen. Pas fryrjes së përsëritur, çeliku i shkrirë derdhet nga konverteri (në një pozicion të pjerrët) në një lugë.

Procesi i konvertuesit të oksigjenit përdoret kryesisht për prodhimin e çeliqeve të karbonit. Karakterizohet nga produktiviteti i lartë. Në 40-45 minuta, në një konvertues mund të prodhohen 300-350 tonë çelik.

Aktualisht, i gjithë çeliku në MB dhe shumica e çelikut në mbarë botën prodhohen duke përdorur këtë proces.

Procesi i prodhimit të çelikut elektrik. Furrat elektrike përdoren kryesisht për shndërrimin e skrapit të çelikut dhe gize në çeliqe të aliazhuara me cilësi të lartë si çelik inox. Furra elektrike është një rezervuar i thellë i rrumbullakët i veshur me tulla zjarrduruese. Furra mbushet me skrap përmes kapakut të hapur, pastaj kapaku mbyllet dhe elektrodat ulen në furrë përmes vrimave në të derisa të vijnë në kontakt me skrapin. Pas kësaj, rryma ndizet. Ndodh një hark midis elektrodave, në të cilin zhvillohet një temperaturë mbi 3000 °C, metali shkrihet dhe formohet çeliku i ri që ju lejon të prodhoni 25-50 ton çelik.

Teknologjia e prodhimit të hekurit në kohët e lashta

Për të marrë hekur nga xeherori, së pari duhet të merrni kritsa. Për këtë, fillimisht u përdor minerali i hekurit i oksiduar, i cili më së shpeshti gjendet afër sipërfaqes. Pas zbulimit të pronave të saj, depozita të tilla u shteruan shpejt si rezultat i zhvillimit intensiv të tyre.

Xherorët e kënetës janë shumë më të përhapura. Ato u formuan në periudhën subatlantike, kur gjatë procesit të kënetimit, xeherori i hekurit u vendos në fund të rezervuarëve. Gjatë gjithë mesjetës, metalurgjia e zezë përdori xehe të kënetave. Madje me ta paguanin edhe detyrimet. Prodhimi i hekurit nga xeherori në sasi relativisht të mëdha u bë i mundur pas shpikjes së furrës së djathit. Ky emër u shfaq pas shpikjes së shpërthimit të ajrit të nxehtë në furrat e shpërthimit. Në kohët e lashta, metalurgët ushqeheshin me ajër të papërpunuar (të ftohtë) në farkë. Në temperaturën 900 o, me ndihmën e dioksidit të karbonit, i cili largon oksigjenin nga oksidi i hekurit, hekuri zvogëlohet nga minerali dhe fitohet një brumë ose copë pa formë, poroze e njomur me skorje - kritsa. Për të kryer këtë proces, qymyri ishte i nevojshëm si burim i dioksidit të karbonit. Më pas kritsa u farkëtua për të hequr skorjen prej saj. Metoda e bërjes së djathit, e quajtur ndonjëherë shkrirja e hekurit, është joekonomike, por për një kohë të gjatë mbeti e vetmja dhe e pandryshuar metoda e përftimit të metaleve me ngjyra.

Në fillim, hekuri shkrihej në gropa të zakonshme, të mbyllura më vonë, filluan të ndërtohen furra balte. Xeherori i grimcuar dhe qymyri u ngarkuan në hapësirën e punës të farkës në shtresa, e gjithë kjo iu vu zjarri dhe ajri kaloi nëpër vrimat e grykës me shakull të veçantë (lëkurë). Shkëmbi vendoset në skorje në një temperaturë prej 1300-1400 o, në të cilën përftohet çeliku - hekur që përmban nga 0,3 në 1,2%. karbonit. Ndërsa ftohet, bëhet shumë e vështirë. Për të marrë gize - hekur i shkrirë me përmbajtje karboni 1,5-5% - ju nevojitet një dizajn më kompleks i farkëtimit me një hapësirë ​​të madhe pune. Në këtë rast, pika e shkrirjes së hekurit ishte më e ulët dhe pjesërisht doli nga furra së bashku me skorjen. Kur u ftoh, u bë i brishtë dhe në fillim u hodh, por më pas mësuan ta përdornin. Për të bërë hekur të lakueshëm nga gize, duhet të hiqni karbonin prej tij.

Pajisja e parë për marrjen e hekurit nga xeherori ishte një furrë djathi e disponueshme. Me një numër të madh të disavantazheve, për një kohë të gjatë kjo ishte mënyra e vetme për të marrë metal nga xeherori.

Njerëzit e lashtë jetuan në mënyrë të pasur dhe të lumtur për një kohë të gjatë - sëpatat prej guri ishin bërë nga diaspri, dhe malakiti digjej për të marrë bakër, por të gjitha gjërat e mira priren të marrin fund. Një nga arsyet e shembjes së qytetërimit të lashtë të Mesdheut ishte shterimi i burimeve minerale. Ari mbaroi jo në thesar, por në thellësi, kallaji mbaroi edhe në "ishujt e kallajit". Edhe pse bakri ende minohet në Sinai dhe Qipro, depozitat që po zhvillohen tani nuk ishin të disponueshme për romakët. Ndër të tjera ka mbaruar edhe minerali i përshtatshëm për përpunimin e djathit. Kishte ende shumë plumb.

Megjithatë, fiset barbare që vendosën Evropën, e cila ishte bërë pa pronar, nuk e dinin për një kohë të gjatë se burimet e saj minerale ishin varfëruar nga paraardhësit e tyre. Duke pasur parasysh rënien e madhe të prodhimit të metaleve, burimet që romakët i përbuznin ishin të mjaftueshme për një kohë të gjatë. Më vonë, metalurgjia filloi të ringjallet kryesisht në Gjermani dhe Republikën Çeke - domethënë, ku romakët nuk arritën me kazma dhe karroca dore.

Një fazë më e lartë në zhvillimin e metalurgjisë së zezë u përfaqësua nga furrat e përhershme të larta të quajtura furrat e llaçit në Evropë. Ishte vërtet një sobë e gjatë - me një tub katër metra për të rritur tërheqjen. Shakulli i makinës së llaçit tashmë po lëkundet nga disa njerëz dhe ndonjëherë nga një motor uji. Stukofeni kishte dyer nga të cilat kritsa hiqej një herë në ditë.

Stukofenët u shpikën në Indi në fillim të mijëvjeçarit të parë para Krishtit. Në fillim të epokës sonë, ata erdhën në Kinë, dhe në shekullin e VII, së bashku me numrat "arabë", arabët e huazuan këtë teknologji nga India. Në fund të shekullit të 13-të, Stuktofen filluan të shfaqen në Gjermani dhe Republikën Çeke (dhe madje edhe më parë ata ishin në Spanjën jugore) dhe gjatë shekullit të ardhshëm u përhapën në të gjithë Evropën.

Produktiviteti i stuktofenit ishte pakrahasueshëm më i lartë se ai i një furre për fryrje djathi - prodhonte deri në 250 kg hekur në ditë dhe temperatura e shkrirjes në të ishte e mjaftueshme për të karburizuar një pjesë të hekurit në gjendjen e gize. Sidoqoftë, kur furra u ndal, giza e llaçit ngriu në fund të saj, duke u përzier me skorje, dhe në atë kohë ata mund të pastronin metalin nga skorja vetëm duke farkëtuar, por gize nuk iu dha hua. Ai duhej të hidhej tutje.

Ndonjëherë, megjithatë, ata u përpoqën të gjenin ndonjë përdorim për gizën e gizës. Për shembull, hinduët e lashtë hodhën arkivole nga gize e ndyrë, dhe turqit në fillim të shekullit të 19-të hodhën topa. Është e vështirë të gjykosh se si janë arkivolet, por topat që dolën prej tyre ishin të tilla.

Topat për topa u derdhën nga skorje hekuri në Evropë në fund të shekullit të 16-të. Rrugët ishin bërë nga gurë shtrimi të derdhur. Në Nizhny Tagil, ndërtesat me themele të bëra nga blloqe skorje të derdhur ruhen ende.

Metalurgët kanë vërejtur prej kohësh një lidhje midis temperaturës së shkrirjes dhe rendimentit të produktit - sa më i lartë të ishte, aq më e madhe e hekurit që përmbahet në mineral mund të rikuperohej. Prandaj, herët a vonë atyre u erdhi ideja për të shpejtuar stukofenin duke ngrohur paraprakisht ajrin dhe duke rritur lartësinë e tubit. Në mesin e shekullit të 15-të, në Evropë u shfaq një lloj i ri furre - blauofen, i cili menjëherë u dha çelikut një surprizë të pakëndshme.

Temperatura më e lartë e shkrirjes me të vërtetë rriti ndjeshëm rendimentin e hekurit nga xeherori, por rriti gjithashtu përqindjen e hekurit që karburohej në gjendjen e gize. Tani, jo 10%, si në makinën e llaçit, por 30% e prodhimit ishte gize - "hekur derri", jo i përshtatshëm për asnjë qëllim. Si rezultat, përfitimet shpesh nuk i paguanin modernizimit.

Gize Blauofen, si gize me llaç, ngurtësohet në fund të furrës, duke u përzier me skorje. Doli disi më mirë, pasi kishte më shumë, prandaj, përmbajtja relative e skorjes ishte më e vogël, por vazhdoi të mbetej e papërshtatshme për derdhje. Gize e marrë nga blauofen doli të ishte mjaft e fortë, por megjithatë mbeti shumë heterogjene - prej saj dolën vetëm objekte të thjeshta dhe të përafërta - vare, kudhëra. Tashmë kishin dalë mjaft gjyle topi.

Përveç kësaj, nëse në furrat e fryrjes së djathit mund të përftohej vetëm hekuri, i cili më pas karburohej, atëherë në stukofen dhe blauofen shtresat e jashtme të kritsa doli të ishin prej çeliku. Kishte edhe më shumë çelik në krits blauofen se hekur. Nga njëra anë, kjo dukej e mirë, por doli të ishte shumë e vështirë të ndash çelikun dhe hekurin. Përmbajtja e karbonit po bëhej e vështirë për t'u kontrolluar. Vetëm farkëtimi i gjatë mund të arrijë uniformitetin e shpërndarjes së tij.

Në një kohë, të përballur me këto vështirësi, indianët nuk lëvizën më tej, por filluan të përsosin teknologjinë dhe arritën në prodhimin e çelikut damask. Por indianët në atë kohë nuk ishin të interesuar për sasinë, por për cilësinë e produktit. Evropianët, duke eksperimentuar me gize, shpejt zbuluan një proces konvertimi që e ngriti metalurgjinë e hekurit në një nivel cilësor të ri.

Faza tjetër në zhvillimin e metalurgjisë ishte shfaqja e furrave të shpërthimit. Për shkak të rritjes së madhësisë, parangrohjes së ajrit dhe shpërthimit mekanik, në një furrë të tillë i gjithë hekuri nga xeherori shndërrohej në gize, i cili shkrihej dhe lëshohej periodikisht jashtë. Prodhimi u bë i vazhdueshëm - furra punonte gjatë gjithë orës dhe nuk ftohej. Prodhonte deri në një ton e gjysmë gize në ditë. Distilimi i gizës në hekur në farkë ishte shumë më i lehtë sesa rrahja e tij nga kritsa, megjithëse kërkohej ende falsifikim - por tani ata rrihnin skorjen nga hekuri, dhe jo hekurin nga skorja.

Furrat e shpërthimit u përdorën për herë të parë në fund të shekujve 15-16 në Evropë. Në Lindjen e Mesme dhe Indi, kjo teknologji u shfaq vetëm në shekullin e 19-të (në një masë të madhe, ndoshta sepse motori i ujit nuk u përdor për shkak të mungesës karakteristike të ujit në Lindjen e Mesme). Prania e furrave të shpërthimit në Evropë e lejoi atë të kapërcejë Turqinë në shekullin e 16-të, nëse jo në cilësinë e metalit, atëherë në bosht. Kjo pati një ndikim të padyshimtë në rezultatin e luftës, veçanërisht kur doli se topat mund të derdheshin nga gize.

Nga fillimi i shekullit të 17-të, Suedia u bë farkë evropiane, duke prodhuar gjysmën e hekurit në Evropë. Në mesin e shekullit të 18-të, roli i saj në këtë drejtim filloi të bjerë me shpejtësi për shkak të një shpikje tjetër - përdorimi i qymyrit në metalurgji.

Para së gjithash, duhet thënë se deri në shekullin e 18-të përfshirëse, qymyri praktikisht nuk përdorej në metalurgji - për shkak të përmbajtjes së lartë të papastërtive të dëmshme për cilësinë e produktit, kryesisht squfurit. Që nga shekulli i 17-të në Angli, qymyri filloi të përdoret në furrat e pjekjes për pjekjen e gize, por kjo bëri të mundur arritjen e vetëm kursimeve të vogla në qymyr - shumica e karburantit shpenzohej për shkrirjen, ku ishte e pamundur të përjashtohej kontakti i qymyr me xehe.

Ndër profesionet e shumta të metalurgjisë të asaj kohe, ndoshta profesioni më i vështirë ishte ai i pellgut. Pudingu ishte metoda kryesore e marrjes së hekurit pothuajse gjatë gjithë shekullit të 19-të. Ishte një proces shumë i vështirë dhe që kërkonte shumë kohë. Puna nën të shkoi kështu: Hekuri i derrit ngarkohej në fund të furrës së zjarrtë; ishin shkrirë. Ndërsa karboni dhe papastërtitë e tjera digjeshin nga metali, temperatura e shkrirjes së metalit u rrit dhe kristalet e hekurit mjaft të pastër filluan të "ngrijnë" nga shkrirja e lëngshme. Një grumbull mase ngjitëse si brumë e mbledhur në fund të furrës. Punëtorët e pellgut filluan operacionin e rrotullimit të brumit duke përdorur një skrap hekuri. Duke e përzier masën e metalit me një levë, ata u përpoqën të mblidhnin një gungë, ose kritsa, hekuri rreth levës. Një gungë e tillë peshonte deri në 50 - 80 kg ose më shumë. Krica nxirrej nga furra dhe ushqehej direkt nën çekiç - për falsifikim në mënyrë që të hiqte grimcat e skorjes dhe të ngjeshte metalin.

Ata mësuan të eliminonin squfurin duke koksuar në Angli në 1735, pas së cilës u bë e mundur përdorimi i rezervave të mëdha të qymyrit për shkrirjen e hekurit. Por jashtë Anglisë, kjo teknologji u përhap vetëm në shekullin e 19-të.

Konsumi i karburantit në metalurgji ishte tashmë i madh edhe atëherë - furra e shpërthimit konsumonte një ngarkesë qymyrguri në orë. Qymyri është bërë një burim strategjik. Ishte bollëku i drurit në vetë Suedinë dhe Finlandën e saj që i lejoi suedezët të zhvillonin prodhimin në një shkallë të tillë. Anglezët, të cilët kishin më pak pyje (edhe ato ishin të rezervuara për nevojat e flotës), u detyruan të blinin hekur në Suedi derisa të mësonin të përdornin qymyr.

Metodat elektrike dhe me induksion të shkrirjes së hekurit

Shumëllojshmëria e kompozimeve të çelikut e bën shumë të vështirë shkrirjen e tyre. Në fund të fundit, në një furrë dhe konvertues me vatër të hapur atmosfera oksidohet, dhe elementë të tillë si kromi oksidohen lehtësisht dhe kthehen në skorje, d.m.th. janë të humbur. Kjo do të thotë që për të marrë çelik me përmbajtje kromi 18%, duhet të futet në furrë shumë më tepër krom sesa 180 kg për ton çelik. Dhe kromi është një metal i shtrenjtë. Si të gjeni një rrugëdalje nga kjo situatë?

Një zgjidhje u gjet në fillim të shekullit të 20-të. U propozua të përdorej nxehtësia e një harku elektrik për të shkrirë metalin. Hekurishtet u ngarkuan në një furrë rrethore, derdhej gize dhe u ulën elektrodat e karbonit ose grafitit. Një hark elektrik me një temperaturë prej rreth 4000 ° C u ngrit midis tyre dhe metalit në furrë ("banjë"). Metali shkrihej lehtë dhe shpejt. Dhe në një furrë elektrike të tillë të mbyllur mund të krijoni çdo atmosferë - oksiduese, reduktuese ose plotësisht neutrale. Me fjalë të tjera, elementët e vlefshëm mund të parandalohen që të digjen. Kështu u krijua metalurgjia e çeliqeve të cilësisë së lartë.

Më vonë, u propozua një metodë tjetër e shkrirjes elektrike - induksioni. Nga fizika dihet se nëse një përçues metalik vendoset në një spirale nëpër të cilën kalon një rrymë me frekuencë të lartë, në të induktohet një rrymë dhe përcjellësi nxehet. Kjo nxehtësi është e mjaftueshme për të shkrirë metalin brenda një kohe të caktuar. Një furrë me induksion përbëhet nga një kavanoz me një spirale të ngulitur në rreshtimin e saj. Një rrymë me frekuencë të lartë kalon nëpër spirale, dhe metali në kavanoz shkrihet. Në një sobë të tillë mund të krijoni edhe çdo atmosferë.

Në furrat me hark elektrik, procesi i shkrirjes zakonisht ndodh në disa faza. Së pari, papastërtitë e panevojshme digjen nga metali, duke i oksiduar ato (periudha e oksidimit). Pastaj skorja që përmban oksidet e këtyre elementeve hiqet (shkarkohet) nga furra, dhe ngarkohen ferroaliazhet - lidhjet e hekurit me elementë që duhet të futen në metal. Furra mbyllet dhe shkrirja vazhdon pa akses ajri (periudha e rikuperimit). Si rezultat, çeliku është i ngopur me elementët e kërkuar në një sasi të caktuar. Metali i përfunduar lëshohet në një lugë dhe derdhet.

Reaksionet kimike në prodhimin e hekurit

Në industrinë moderne, hekuri merret nga minerali i hekurit, kryesisht nga hematiti (Fe 2 O 3) dhe magnetiti (Fe 3 O 4).

Ka mënyra të ndryshme për të nxjerrë hekurin nga xehet. Më i zakonshmi është procesi i domenit.

Faza e parë e prodhimit është reduktimi i hekurit me karbon në një furrë shpërthimi në një temperaturë prej 2000 °C. Në një furrë shpërthyese, karboni në formën e koksit, minerali i hekurit në formën e aglomeratit ose peletit dhe fluksi (si p.sh. guri gëlqeror) ushqehen nga lart dhe takohen nga një rrjedhë ajri i nxehtë i detyruar nga poshtë.

Në furrë, karboni në koks oksidohet në monoksid karboni (monoksid karboni) nga oksigjeni atmosferik:

2C + O 2 → 2CO.

Nga ana tjetër, monoksidi i karbonit redukton hekurin nga minerali:

3CO + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3CO 2.

Fluksi shtohet për të nxjerrë papastërtitë e padëshiruara nga xeherori, kryesisht silikate të tilla si kuarci (dioksid silikoni). Një fluks tipik përmban gur gëlqeror (karbonat kalciumi) dhe dolomit (karbonat magnezi). Flukse të tjera përdoren kundër papastërtive të tjera.

Efekti i fluksit: karbonati i kalciumit dekompozohet nën ndikimin e nxehtësisë në oksid kalciumi (kalcium i shpejtë):

CaCO 3 → CaO + CO 2 .

Oksidi i kalciumit kombinohet me dioksidin e silikonit për të formuar skorje:

CaO + SiO 2 → CaSiO 3.

Skorja, ndryshe nga dioksidi i silikonit, shkrihet në një furrë. Skorja, më e lehtë se hekuri, noton në sipërfaqe dhe mund të kullohet veçmas nga metali. Më pas, skorja përdoret në ndërtim dhe bujqësi. Hekuri i shkrirë i prodhuar në një furrë shpërthyese përmban mjaft karbon (gize). Me përjashtim të rasteve kur giza përdoret drejtpërdrejt, ai kërkon përpunim të mëtejshëm.

Karboni i tepërt dhe papastërtitë e tjera (squfuri, fosfori) hiqen nga gize me anë të oksidimit në furrat ose konvertuesit me vatër të hapur. Furrat elektrike përdoren gjithashtu për shkrirjen e çeliqeve të lidhur.

Përveç procesit të furrës së shpërthimit, procesi i prodhimit të drejtpërdrejtë të hekurit është i zakonshëm. Në këtë rast, minerali i grimcuar paraprakisht përzihet me argjilë të veçantë, duke formuar pelet. Peletat shkrihen dhe trajtohen në një furre bosht me produkte të nxehtë të konvertimit të metanit që përmbajnë hidrogjen. Hidrogjeni redukton lehtësisht hekurin pa e ndotur hekurin me papastërti të tilla si squfuri dhe fosfori - papastërtitë e zakonshme në qymyr. Hekuri përftohet në formë të ngurtë dhe më pas shkrihet në furrat elektrike.

Hekuri kimikisht i pastër përftohet nga elektroliza e tretësirave të kripërave të tij.