En stålfabrikk er en fabrikk som brukes til å produsere stål i store mengder, i form av halvfabrikata. Det er vanligvis to typer stålverk: elektriske stålverk som produserer stål fra resirkulert skrap, og oksygen stålverk som arbeider av flytende jern produsert av en masovn .
Akkurat som historien om stålproduksjonen begynner før den av stålindustrien , begrepet "stålverket" forut prosessene i andre industrielle revolusjon . Den kan således brukes til å betegne fabrikker som produserer naturlig eller smeltedigelstål . Men det smeltede stålet som ble oppnådd med omformeren måtte skilles fra jernene som ble oppnådd ved å hamre (spesielt de pølsede jernene ), og terminologien forbeholdt da begrepet "stålverk" for moderne fabrikker basert på prosessene Bessemer , Thomas og Martin . Siemens .
Siden alle raffineringsprosesser før omformere involverte gjentatt hamring eller håndtering av metallbiter, blir fabrikkene som betjener dem referert til som " smier ". I det XVIII th århundre, er Forges derfor anlegg hvor hamring tjener som metallet raffinering ved sin layout . Da disse hamrende raffineringsprosessene forsvant, gjennomgikk begrepet "smie" et semantisk skifte : det betegner bare utformingen av stål fra stålverk.
Begrepet "stålverk" er nå fortsatt direkte korrelert med raffinering av smeltet metall. Dermed er fabrikker som smelter skrap i en lysbueovn også stålfabrikker.
De siste tiårene har verktøy vokst i størrelse for å redusere den økonomiske effekten av varmetap, forbruket av ildfaste materialer og arbeidskostnadene. Siden den generalisering av oksygen omformere og kontinuerlig støping på slutten av 1970-årene har fremskritt i hovedsak fokusert på å kontrollere kostnader (ikke-kvalitet, upålitelighet, måling , forbruk av legeringstilsatser. ..) og forbedret fleksibilitet (tilpasning til prisen på skrap , energi, produksjon av nye legeringer, etc.)
Når det gjelder produksjon av stål fra flytende støpejern , har vi generelt verktøyene:
Hvis stålet er hentet fra resirkulert skrap, erstattes avsvovlings- og avfarkeringsverktøyene med en elektrisk smelteovn som vil helle det flytende stålet i stållommene.
Noen legeringer som ikke er kompatible med størkning ved kontinuerlig støping, støper ingots .
De viktigste produktene som brukes av et stålverk er:
Vanligvis funnet der:
Avsvovling betraktes noen ganger som et verksted avhengig av masovner . Faktisk, da den kjemiske reaksjonen er mer effektiv ved lav temperatur, utføres den på flytende støpejern, som er mindre varmt enn flytende stål. Imidlertid er det vanlig å utføre ytterligere avsvovling i øse metallurgi verkstedet .
Den viktigste rollen til omformeren er å brenne karbonet i støpejernet for å komme frem til et flytende stål. Men en rekke kjemiske reaksjoner finner sted suksessivt i denne reaktoren:
Fosfor og mangan kommer fra jernmalm . Oppgivelsen av fosformalmer (som Minette Lorraine ) reduserte betydningen av avfosforisering uten å få den til å forsvinne. Mangan blir verdsatt som et legeringselement (dets tilstedeværelse forklarer kvaliteten på visse historiske stål): forbrenningen må unngås.
OksygenomformerDe to første forbrenningsreaksjonene i en omformer er veldig eksoterme forbrenninger. Historisk kom oksygen fra luften som ble blåst ved foten av Bessemer og Thomas- omformere . Men det store volumet av nitrogen som også ble blåst avkjølte stålet.
For å unngå tilsetning av nitrogen, et sprøtt element, ble rene oksygenomformere utviklet på 1970-tallet. Varmen fra forbrenningen av silisium og karbon førte til tilsetning av skrap som et kjøleelement. De lave skrapkostnadene, som kan utgjøre en fjerdedel av omformerbelastningen, gjør det også mulig å redusere den endelige prisen på produsert stål. Denne innovasjonen eliminerte etterklangsovnene oppfunnet av Carl Wilhelm Siemens og Pierre-Émile Martin .
Elektrisk ovnProduksjonen av stål fra gjenvunnet skrap smeltet i en elektrisk ovn ble framstilt på 1960-tallet, og ble presentert som en teknisk-økonomisk modell av Nucor i USA . En kurv dekket med ildfaste murstein er fylt med skrapmetall, som smeltes på nytt med en kraftig lysbue. Buen genereres av 3 grafittelektroder forsynt med vekselstrøm, eller noen ganger av en enkelt elektrode som arbeider med likestrøm.
Fordeler :
Ulemper :
Metallurgien av flytende stål dukket opp da vi klarte å eliminere fosfor i jernmalm ved å blåse stål i nærvær av kalk i Thomas-omformere
Metallurgi i lomme eller sekundær metallurgi (de) , dukket opp når legeringene utvikler seg til å bli for kompliserte til å bli utført i en enkelt reaktor, omformeren. Produksjonen av flytende stål avsluttes etter at den er helt fra omformeren (eller fra den elektriske ovnen) i sleiven. Målet er da å:
Vi har sett at slaggen kan fjerne svovelet fra støpejernet. I omformeren fjerner også en slagg rik på kalk fosfor . I disse tilfellene isoleres slaggen fra overflaten av badet etter at den kjemiske reaksjonen av flytende metall - slagg er fullført.
Slaggen kan også absorbere inneslutningene av oksider oppløst i metallet, vanligvis som følge av sedimentering. For dette er det viktig å kontrollere sammensetningen for å gjøre den reaktiv. Et høyt kalkinnhold gjør for eksempel slaggen grunnleggende, som er gunstig med hensyn til aluminiumoksydinneslutninger. Imidlertid må denne slaggen også beskytte de ildfaste mursteinene ... justeringen av slaggene er derfor et kompromiss.
Noen slaggoksider, slik som FeO, kan oksidere legeringstilsetninger som titan , aluminium , bor ... I dette tilfellet forbrukes disse legeringselementene og bortkastes før de når metallet. For mye slagg, eller dårlig kontrollert slagg oksidasjon er derfor uoverkommelige i dette tilfellet.
Verktøyene forbundet med behandling av slagg består generelt av en "rake" for å "skumme" den slaggen som flyter på flytende stål. Hoppere tillater tilsetning av produkter som er ment å utgjøre eller endre slaggen.
VakuumverktøyVi noen ganger snakker om avgassing, oppførselen til flytende stål i et vakuum da være lik som en brusflaske plutselig åpnet. I tillegg til utdriving av oppløste gasser, favoriserer passering til vakuum kjemisk likevekt knyttet til avsvovling, avkalking ... To verktøy brukes vanligvis til å føre flytende stål under vakuum (verdi som kan være mindre enn 1 mbar ):
Disse to installasjonene er noen ganger utstyrt med en oksygenlanse beregnet for oppvarming av stålet med aluminotermi ( Oxygen Blowing Process ).
Brygge- og skyggestasjonSkyggelegging (tilsetning av legeringselementer) kan gjøres ved omformeren når avkalkningssyklusen er fullført. Gitt mangfoldet av stålkvaliteter som skal produseres og begrensningene knyttet til oppløsningen av legeringselementer, har denne fremgangsmåten en tendens til å forsvinne. Generelt gjøres gradasjonen av flytende stål med spesifikke verktøy, i flere trinn:
Ovennevnte rekkefølge respekteres generelt. Det skal imidlertid forstås at sedimentering bare er virkelig nødvendig hvis stålet vil bli stivnet ved kontinuerlig støping . Den kokillestøping tillater størkning king stål, det stål brusende , fritt for urenheter, fordi oksydene som skapes av calmage ikke flyte til alle slaggen. I tillegg induserer størkning avgassing av oppløst oksygen som, når det stiger opp til overflaten, renser og omrører stålet som fremdeles er flytende.
Det er også mulig å passere gjennom et vakuumverktøy . Hvis dette verktøyets rolle er å perfeksjonere avkalkingen som startet i omformeren, må dette trinnet gjøres før avregningen. Hvis målet er dehydrogenering eller denitrering , vil dette trinnet komme når den endelige kjemiske sammensetningen er nådd.
Den blanding gjøres så snart vi legge til elementer av legering . Det kan være pneumatisk: argon injiseres deretter med en nedsenket lans, eller gjennom de ildfaste mursteinene som fôrer lommen. Omrøringen kan også være elektromagnetisk.
Slaggens rolle må aldri overses under tilsetningsfasen av legeringselementene. Det kan faktisk forstyrre driften ved å:
Kontinuerlig støping krever vanligvis stål temperaturer på omtrent 30 ° C over legeringens liquidus . Oppvarmingsmidlene er enten den elektriske lommeovnen eller en kjemisk prosess som aluminotermi . Det er også mulig å jobbe veldig varmt hele tiden, slik at du bare kjøler deg ned til riktig temperatur i siste øyeblikk.
Veske av rustfritt stålDe rustfrie stålene har et høyt innhold av krom og nikkel og et veldig lavt karboninnhold (mindre enn 100 tusen) som vil øke væsketemperaturen til det smeltede stålet betydelig (over 1700 ° C ). De beste kjemiske balansene for metall - slagg krever enda høyere temperaturer enn ildfaste murstein ikke tåler. Vi jobber derfor med slagger som er veldig lastet med kromoksider, som behandles og gjenbrukes.
Kontinuerlig støping er verktøyet for å stivne metall. Stållommen er plassert på en svivel, som har to armer, for å få plass til to lommer, og flyter derfor kontinuerlig. Metallet strømmer gjennom støpekanalen til en fordeler som vil distribuere det over to støpelinjer. Når du forlater distributøren, ankommer metallet i støpeformen som vil gi den sin endelige form ( plate , blomst , kalk etc.) ved avkjøling med vann. På slutten av linjen kuttes platen til ønsket lengde ved flammeskjæring , og deretter fortsetter du å rulle .
Ingot castingIngot casting er forfedre til kontinuerlig casting. Den brukes nesten ikke mer, bortsett fra enkeltdeler (gratis smiing).
Selv om det ikke er veldig forurensende (spesielt hvis man sammenligner det med koksverket og agglomerasjonsanlegget som ofte er forbundet med konverteringsstålverk), genererer et moderne stålverk hyppige fjær av "rød røyk", støv av jernoksider. , Spesielt synlig og rotete . På 1970-tallet forlot Thomas-omformerne (som genererer tre ganger mer røyk enn oksygen) og Martin (som må varmes opp ved forbrenning av en gass) til fordel for oksygenomformere utstyrt med gjenvinning av røyk for å lage gass, var en betydelig fremgang. På samme måte har støv av elektriske ovner blitt systematisk.