Ocelárna je z výroby použity pro výrobu oceli ve velkých množstvích ve formě polotovarů. Obecně existují dva typy oceláren: elektrická ocelárna, která vyrábí ocel z recyklovaného šrotu, a kyslíková ocelárna, která pracuje z tekutého železa vyráběného vysokou pecí .
Stejně jako historie výroby oceli začíná před historií ocelářského průmyslu , termín „ocelárna“ předchází procesům druhé průmyslové revoluce . Lze jej tedy použít k označení továren na výrobu přírodní nebo kelímkové oceli . Ale roztavená ocel získány pomocí převodníku musela být odlišeny od žehličky získaných příklepem (zejména puddled žehličky ) a terminologie pak vyhrazen termín „ocelárnu“ pro moderní továrny na základě Bessemer , Thomas a Martin procesů. Siemens .
Protože všechny procesy rafinace před zpracovateli zahrnovaly opakované bušení nebo manipulaci s kousky kovu, jsou továrny, které je provozovaly, označovány jako „ kovárny “. V XVIII -tého století, kovárny jsou tedy rostliny, kde bušení slouží jako rafinace kovu při jeho rozložení . Když tyto procesy kladivového rafinování zmizely, termín „kovárna“ prošel sémantickým posunem : označuje pouze tvarování oceli z ocelárny.
Pojem „ocelárna“ nyní zůstává v přímé korelaci s rafinací roztaveného kovu. Továrny tavící železný šrot v elektrické obloukové peci jsou tedy také ocelárnami.
V posledních desetiletích došlo k nárůstu velikosti nástrojů, aby se snížil ekonomický dopad tepelných ztrát, spotřeba žáruvzdorných materiálů a cena práce. Od zevšeobecnění konvertorů kyslíku a kontinuálního lití na konci 70. let se pokrok soustředil hlavně na kontrolu nákladů (nekvalita, nespolehlivost, měření , spotřeba slitinových přísad. ..) a lepší flexibilitu (přizpůsobení ceně šrotu , energie, výroba nových slitin atd.)
V případě výroby oceli z tekuté litiny máme obecně nástroje:
Pokud je ocel získávána z recyklovaného šrotu, jsou odsiřovací a oduhličovací nástroje nahrazeny elektrickou tavicí pecí, která nalije tekutou ocel do ocelových kapes.
U některých slitin, které nejsou kompatibilní s tuhnutím kontinuálním litím, se poté praktikuje lití ingotů .
Hlavní produkty používané ocelárnami jsou:
Obvykle se tam nachází:
Odsíření se někdy považuje za dílnu závislou na vysokých pecích . Chemická reakce je účinnější při nízké teplotě a provádí se na tekuté litině, která je méně horká než tekutá ocel. Je však běžné provádět další odsiřování v dílně kapesní metalurgie .
Podstatnou rolí převaděče je spalování uhlíku litiny, aby se dosáhlo kapalné oceli. V tomto reaktoru však postupně probíhá řada chemických reakcí:
Fosfor a mangan pocházejí ze železné rudy . Opuštění fosforových rud (například Minette Lorraine ) snížilo význam defosforizace, aniž by zmizelo. Mangan je oceňován jako legující prvek (jeho přítomnost vysvětluje kvalitu některých historických ocelí): je třeba se vyhnout jeho spalování.
Konvertor kyslíkuPrvní dvě reakce spalování v měniči jsou velmi exotermické spalování. Historicky kyslík pocházel ze vzduchu vháněného na základně konvertorů Bessemer a Thomas . Ale velký objem dusíku, který byl také vyfukován, ocel ochladil.
Aby se zabránilo přidání dusíku, křehkého prvku, byly v 70. letech vyvinuty konvertory čistého kyslíku . Teplo ze spalování křemíku a uhlíku vedlo k přidání šrotu jako chladicího prvku. Nízké náklady na šrot, které mohou představovat čtvrtinu zatížení měniče, také umožňují snížit konečnou cenu vyrobené oceli. Tato inovace způsobila, že doznívací pece, které vynalezli Carl Wilhelm Siemens a Pierre-Émile Martin, zmizeli .
Elektrická troubaSpolečnost Nucor ve Spojených státech, která se objevila v 60. letech, představovala jako technicko-ekonomický model výrobu oceli z regenerovaného šrotu roztaveného v elektrické peci . Koš pokrytý žáruvzdorných cihel se naplní šrotu, který je znovu roztaveny s použitím silný elektrický oblouk. Oblouk je generován 3 grafitovými elektrodami napájenými střídavým proudem nebo někdy jednou elektrodou pracující se stejnosměrným proudem.
Výhody :
Nevýhody :
Metalurgie tekuté oceli se objevila, když jsme byli schopni eliminovat fosfor přítomný v železné rudě foukáním oceli v přítomnosti vápna v Thomasových měničích
Metalurgie v kapse nebo sekundární metalurgie (de) se objevila, když se slitiny staly příliš složitými na to, aby mohly být prováděny v jediném reaktoru, převaděči. Výroba tekuté oceli je dokončena poté, co byla nalita z konvertoru (nebo z elektrické pece) do pánve. Cílem je pak:
Viděli jsme, že struska může odstranit síru z litiny. V konvertoru struska bohatá na vápno také odstraňuje fosfor . V těchto případech je struska izolována z povrchu lázně po dokončení chemické reakce tekutý kov - struska.
Struska může také absorbovat inkluze oxidů rozpuštěných v kovu, což je obecně důsledkem sedimentace. Za tímto účelem je nezbytné kontrolovat jeho složení, aby bylo reaktivní. Vysoký obsah vápníku například činí strusku zásaditou, což je příznivé z hlediska inkluzí oxidu hlinitého. Tato struska však musí chránit také žáruvzdorné cihly ... úprava strusek je proto kompromisem.
Některé oxidy strusky, jako je FeO, mohou oxidovat přísady slitin, jako je titan , hliník , bór ... V tomto případě jsou tyto legující prvky spotřebovány, a proto zbytečně, před dosažením kovové kapaliny. Příliš mnoho strusky nebo špatně řízená oxidace strusky je proto v tomto případě prohibitivní.
Nástroje spojené se zpracováním strusky obecně sestávají z „hrábě“, aby se „strusila“ struska plovoucí na tekuté oceli. Násypky umožňují přidávání produktů určených k vytvoření nebo změně strusky.
Vakuové nástrojeNěkdy mluvíme o odplynění, chování tekuté oceli ve vakuu je podobné chování lahve s nealkoholickým nápojem, která se náhle otevřela. Kromě vylučování rozpuštěných plynů zvýší přechod do vakua chemické rovnováhy spojené s odsířením, oduhličením ... K průchodu kapalné oceli pod vakuem se obvykle používají dva nástroje (hodnota, která může být menší než 1 mbar):
Tato dvě zařízení jsou někdy vybavena kyslíkovou přívodní trubkou určenou k ohřevu oceli aluminotermií (proces vyfukování kyslíkem ).
Pivovarnická a stínicí staniceStínění (přidání legujících prvků) lze provést na převaděči, jakmile je dokončen cyklus oduhličení. Vzhledem k rozmanitosti jakostí oceli, které se mají vyrábět, a omezením spojeným s rozpuštěním legujících prvků má tato praxe tendenci mizet. Obecně se gradace tekuté oceli provádí pomocí konkrétních nástrojů v několika fázích:
Výše uvedené pořadí je obecně respektováno. Mělo by však být zřejmé, že usazování je skutečně nutné pouze tehdy, když bude ocel zpevněna kontinuálním litím . Odlévání ingotů umožňuje tuhnutí močí oceli, ocelové šumivý , bez nečistot, protože oxidy vytvořené calmage nejsou float všem strusky. Ztuhnutí navíc indukuje odplynění rozpuštěného kyslíku, který, jak stoupá na povrch, čistí a míchá ještě kapalnou ocel.
Je také možné projít vakuovým nástrojem . Pokud je úlohou tohoto nástroje zdokonalit oduhličování spuštěné v převaděči, je nutné tento krok provést před usazením. Pokud je cílem dehydrogenace nebo denitridace , tento krok přijde, jakmile je dosaženo konečného chemického složení.
Míchání se provádí, jakmile přidáme prvky slitiny . Může to být pneumatické: argon se poté vstřikuje ponořenou kopím nebo skrz žáruvzdorné cihly lemující kapsu. Míchání může být také elektromagnetické.
Role strusky nesmí být nikdy opomíjena během fáze přidávání legujících prvků. Ve skutečnosti může narušit provoz:
Kontinuální lití typicky vyžaduje teploty oceli asi 30 ° C nad kapalinou slitiny. Topnými prostředky jsou buď elektrická kapesní pec nebo chemický proces, jako je aluminotermie . Je také možné po celou dobu pracovat velmi horko, takže se na poslední chvíli ochladíte pouze na správnou teplotu.
Pouzdro z nerezové oceliV nerezové oceli mají vysoký obsah chromu a niklu a velmi nízkým obsahem uhlíku (méně než 100 tisíc), který bude podstatně zvýšit teplotu likvidu roztavené oceli (nad 1700 ° C ). Nejlepší chemické bilance kovů a strusky vyžadují ještě vyšší teploty, než žáruvzdorné cihly nevydrží. Pracujeme proto se struskami velmi nabitými oxidy chromu, které jsou přepracovány a znovu použity.
Kontinuální lití je nástroj pro tuhnutí kovu. Ocelová kapsa je umístěna na otočném čepu, který má dvě ramena, aby se do něj vešly dvě kapsy, a proto proudí nepřetržitě. Kov proudí licím kanálem do rozdělovače, který jej bude distribuovat po dvou licích linkách. Při odchodu z rozdělovače se kov dostane do kokily na kokily, která jí dodá svůj konečný tvar ( deska , kvádr , sochor atd.) Ochlazením vodou. Na konci linky se deska rozřízne na požadovanou délku řezáním plamenem a poté se odvaluje .
Odlévání ingotůOdlévání ingotů je předkem kontinuálního odlévání. Už se sotva používá, s výjimkou jednotlivých dílů (volné kování).
I když to není příliš znečišťující (zvláště když se to porovná s koksovnou a aglomerací, které jsou často spojovány s konverzními ocelárnami), moderní ocelárna generuje časté oblaky „červeného kouře“, prachu oxidů železa. , Zvláště viditelné a špinavé. V 70. letech bylo upuštění od konvertorů Thomas (které generují třikrát více kouře než u kyslíku) a Martina (které musí být zahřívány spalováním plynu) ve prospěch konvertorů kyslíku vybavených rekuperací výparů plyn, byl významný pokrok. Rovněž se stalo systematické odprášení elektrických pecí.