химия и физика – steel-guide.info

Первичный чугун получают в доменных печах путем восстановления окислов железа в металлическое железо. Условия в этих печах таковы, что железо чрезмерно насыщается углеродом и выходит из домны в виде чугуна. Этот чугун, кроме того, содержит повышенное содержание различных примесей кремния, марганца, фосфора и других.

Принцип производства чугуна практически не изменился с самых древних времен. Древние доменные печи были из глины и производили несколько килограммов чугуна в сутки. Современные доменные печи — самые большие печи в мире — способны производить в сутки до 6000 тонн чугуна.

Чугун производят путем проведения в доменной печи химических реакций железных и марганцевых руд с восстановителями – окисью углерода и атомарным углеродом. Эти восстановители образуются в результате сжигания в печи топлива – кокса, мазута, природного газ и измельченного каменного угля. Кроме железной руды и топлива применяют и другие материалы, в первую очередь, флюсы. Флюсы необходимы для понижения температуры плавления пустой породы железной руды, перевода в шлак серы, фосфора, золы, сжигаемого топлива и образования легкоплавкого жидкотекучего шлака, который удаляется из печи.

Основные материалы для доменной печи

1) Железняки – источник железа.
2) Кокс – топливо и восстановитель.
3) Известняк – при высокой температуре разлагается в образованием СаО, который действует как флюс и переводит кремнистые пустые породы в шлак CaSiO₃.
4) Воздух – поддерживает горение кокса с выделением тепла. Удаляет некоторые неметаллические примеси (кремний, мышьяк) в виде летучих оксидов. Окисляет окись железа FeO в руде до Fe₂O₃, что способствует сохранению железа в руде. Окись железа FeO, основная по природе, реагирует с SiO₂ c образованием шлака FeSiO₃. Воздух делает руду пористой, что способствует однородному восстановлению железа.

Железные руды

В земной коре содержится около 50 % железа в виде окислов, сульфидов и других соединений – всего около 200 различных минералов. Горные породы, из которых технически возможно и экономически целесообразно извлекать металлы называют рудами.

К железным рудам относят красный, бурый, магнитный и шпатовый железняки. Эти руды содержат много соединений железа, из которых его извлекают, и пустой породы, которая относительно легко отделяется при переработке.

Минералы в железных рудах

Основными рудообразующими минералами железа являются гематит, лимонит и магнентит.

Гематит – красный железняк. Содержит железо  в виде безводной окиси железа Fe₂O₃. Содержание железа в красных железняках составляет 45-65 % при небольшом количестве вредных примесей.

Лимонит – бурый железняк. Содержит железо в форме водных окислов типа nFe₂O₃×mH₂O. В буром железняке – 25-50 % железа.

Магнетит – магнитный железняк. Содержит железо  в основном в виде закись-окиси железа Fe₃O₄, обладающего магнитными свойствами. Магнетиты – самые богатые железные руды – содержат 40-70 % железа.

Подготовка руды для производства чугуна

Для нормальной работы доменной печи она должна загружаться кусковым материалом оптимальных размеров. Слишком крупные куски руды и других материалов не успеют должным образом прореагировать, и часть материала уйдет бесполезно. Слишком мелкие куски слишком плотно прилегают друг к другу, не оставляя необходимых проходов для прохождения газов, что затрудняет работу печи.

Оптимальными считают размер кусков шихты 30-80 мм. Более крупные куски измельчают до оптимального размера.

С другой стороны, при дроблении материалов и при добыче руды наряду с крупными кусками образуется мелочь, также не пригодная к плавке. Такие материалы окусковывают до нужных размеров методами агломерации и скатывания.

Кроме агломерации и скатывания производят обогащение руды. Обогащением называют предварительную обработку руды без изменения химического состава основных минералов и их агрегатного состояния. Обогащение руды производят для повышения содержания в ней железа. При этом из руды удаляется значительная часть пустой породы. При обогащении руд применяют различные методы: промывание руды, метод флотации, гравитационный метод и магнитное обогащение.

Конструкция доменной печи

Доменная печь представляет собой печь шахтного типа. Типичная доменная имеет внизу диаметр 6-8 м и высоту 20-36 м. Самая большая домна, японская, имеет диаметр 14,9 м. Профиль доменной печи и ее температурные зоны показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Профиль доменной печи. Материалы на входе и выходе.
Основные химические реакции

Доменная плавка

Доменная плавка заключается в раздельной загрузке в верхнюю часть печи (колошник) офлюсованного агломерата и кокса. Их располагают в печи слоями. Шихта нагревается за счет тепла горения кокса в горячем воздухе, который вдувается в нижней части домны. Шихта постепенно опускается вниз. В результате физико-химического взаимодействия компонентов шихты и поднимающихся газов в нижней части печи – горне – образуются два несмешивающихся жидких слоя – чугун на лещади горна и шлак – над чугуном.

Жидкий чугун выпускают каждые 2-3 часа, в больших печах – каждый час. Шлак из печи выпускают вместе с чугуном. Их разделяют с помощью специальных затворов.

Доменная печь обычно работает непрерывно в течение нескольких лет – до 10 лет.

Физико-химические процессы в доменной печи

В доменной печи одновременно происходят следующие процессы:

1) горение углерода топлива и образование восстановителей;
2) разложение компонентов шихты;
3) восстановление окислов;
4) науглероживание железа и образование чугуна;
5) образование шлака.

Горение топлива и образование восстановителей

Горение углерода топлива происходит в нижней части печи при взаимодействии воздуха при температуре 1000-1300 ºС с коксом:

С + О₂ = СО₂ .

Образующийся углекислый газ поднимается к раскаленному коксу и взаимодействует с ним по реакции с образованием восстановителя СО:

СО₂ + С = 2СО.

Восстановитель СО в присутствии железа разлагается по реакции с образованием атомарного сажистого восстановителя С:

2СО = С + СО₂.

Восстановление окислов железа

Главная задача доменного процесса – восстановление железа из его оксидов. Основную роль в восстановлении железа играют окись углерода и атомарный сажистый углерод, которые образуются в результате доменного процесса.

Зоны реакций восстановления и их температуры в доменной печи показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема восстановления окислов железа
при производстве чугуна в доменной печи

Восстановление окислов железа идет в следующей последовательности:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ →  FeO → Fe

Основными реакциями восстановления являются следующие:

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + CO
3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂
Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂
FeO + CO = Fe +CO₂

В восстановлении железа также участвует водород, который образуется из воды, которая содержится в шихте.

Науглероживание железа

Науглероживание железа происходит за счет взаимодействия твердого губчатого железа с углеродом:

3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂.

Сплав железа с углеродом имеет температуру плавления ниже, чем у чистого железа. В результате этого образуются капли жидкого чугуна, которые стекают на дно горна (лещадь) через слой раскаленного кокса, насыщаясь при этом углеродом.

Образование доменного шлака

Основными реакциями образования шлака являются следующие:

CaCO₃ → CaO + CO₂
CaO + SiO₂ = CaSiO₃

Побочные реакции восстановления примесей

В результате побочных реакций происходит восстановление примесных элементов – марганца, кремния и фосфора:

MnO₂ + 2C = Mn + 2CO
SiO₂ + 2C = Si + 2CO
Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ = 3CaSiO₃ + P₂O₅
P₂O₅ + 5C + 2P + 5CO

Таким образом, в доменной печи мы получаем своего рода загрязненное примесями железо, то есть чугун, который содержит больших количествах свободный углерод, а также примесные элементы – марганец, кремний и фосфор.

Доменный чугун

Типичный химический состав доменного первичного чугуна:
Железо (Fe) = 93,5-95,0%
Кремний (Si) = 0,30-0,90%
Сера (S) = 0,025-0,050%
Марганец (Mn) = 0,55-0,75%
Фосфор (P) = 0,03-0,09%
Титан (Ti) = 0,02-0,06%
Углерод (C) = 4,1-4,4%

Из доменного первичного чугуна выплавляют сталь. Процесс выплавки стали, грубо говоря, заключается в снижении в железе содержания углерода и очистке его от чрезмерного содержания марганца, кремния, фосфора и других примесей.

Производство чугуна в доменной печи

Производство чугуна – процесс, требующий наличия специального оборудования и соблюдения технологии. Рассмотрим его подробно, начиная от материалов, из которых выплавляется чугун, заканчивая самой технологией. 

Итак, выплавка чугуна происходит в доменной печи. Сырьем для производства являются железные руды. Состав железной руды следующий: рудное вещество и пустая порода. Рудное вещество составляют окислы, силикаты и карбонаты железа. А в основе рудной породы находятся кварцит или песчаник. Существует несколько видов железной руды для производства чугуна. 

Красный железняк

Окраска красного железняка варьируется от темно-красной до темно-серой. Железо, находящееся в составе красного железняка имеет вид безводной окиси. Содержание железа в данном виде руды составляет 45-65%. 

Бурый железняк

Железо, находящееся в составе бурого железняка имеет вид водных окислов. Процент железа составляет варьируется от 25-50. Окраска может быть от желтой до буро-желтой. 

Магнитный железняк

Железо представляет собой закись-окись. Процент его содержания в руде — 40-70. Данный вид железняка обладает ярко выраженными магнитными свойствами. 

Шпатовый железняк

Железо в шпатовом железняке имеет вид углекислой соли. Содержание железа составляет 30-37%. Цвет желто-белый или серый. 

Марганцевые руды

Марганцевые руды в процессе выплавки используются для повышения количества марганца и добавляются в шихту. 

Существуют и другие классификации видов чугуна. 

Как мы уже сказали, процесс выплавки чугуна осуществляется в доменной печи. Рассмотрим этот процесс подробно. 

На первом этапе выплавки чугуна, в доменную печь помещают кокс, агломерат и снова кокс. Эти составляющие располагаются в печи слоями. Что такое агломерат? Агломерат – это железная руда, спеченная с флюсом. Для поддержания нужной температуры, в горн вдувается кислород или подогретый воздух. При сгорании кокс образует CO2. Далее CO2 превращается в CO. Именно CO является восстанавливающим средством для руды. При этом железо становится твердым. При опускании в распар (горячую часть печи) железо растворяет в себе углерод. На этом этапе происходит образование чугуна. Здесь чугун начинает плавиться и постепенно стекать в нижнюю часть печи. Благодаря тому, что на поверхности чугуна скапливаются жидкие шлаки, окисление не происходит. Выпуск чугуна осуществляется через специальные отверстия. В период выплавки эти отверстия закрыты глиняным раствором. Процесс выплавки чугуна в доменной печи является непрерывным. 

Производство чугуна

Производство чугуна сосредоточено в домнах, где при высоких температурах происходит выплавка продукта из исходного сырья. Технология впервые использовалась в Китае, затем постепенно осваивалась в европейских государствах, России.

Содержание

1. Процесс производства чугуна
2. Классификация чугуна
3. Сфера применения
4. Заключение

Процесс производства чугуна

Доменная печь – это сооружение сложной формы с высотой до 80 м. Внутренние стены выложены огнестойким кирпичом, наружная поверхность покрыта стальным кожухом. Части домны имеют специальные названия:

• верхняя половина – это шахта;
• отверстие сверху – колошник;
• широкая средняя часть – распар;
• нижняя – горн.

Исходными материалами в производстве чугуна служат:

• руда с высокой концентрацией оксида железа,
• коксовое сырье,
• флюсы.

Кокс – это хорошее топливо. При его сжигании интенсивно выделяется тепловая энергия, необходимая для получения конечного продукта. Помимо энергии кокс необходим как источник монооксида углерода – восстановителя для руды. Флюсы способствуют образованию из бесполезной породы легкоплавких шлаков.

Исходную смесь для производства чугуна послойно подают в домну через колошники. Для поддержания горения в горн нагнетают горячий воздушный поток. В результате химических процессов из кокса получается монооксид углерода. Он вместе с углеродом восстанавливает железо из руды. Расплавленная железная масса стекает вниз, где некоторое ее количество, соприкасаясь с горячим коксом, образует цементит (карбид железа). Остальной расплав растворяет в себе цементит, кремниевые, марганцевые, фосфорные компоненты, образует жидкий чугун.

Порода вместе с продуктом прокаливания флюса образует шлак. Горячий поток из чугуна и шлака стекает в горн. Сплав выпускают из печи через нижнее отверстие, а шлак – по каналу, расположенному немного выше.

Классификация чугуна

Существуют разные принципы, согласно которым классифицируют чугун. Для понимания некоторой информации нужна специальная подготовка в области металлургии. Остальное понятно всем. Главный показатель основной классификации – это содержание и состояние углерода в сплаве.

• В белом чугуне этот элемент находится в виде карбида. Массовая доля железа превышает 3 %.Сплав характеризуется высокой хрупкостью, используется в основном после легирования.
• Серая модификация содержит углеродные пластины. Продукт имеет высокую стойкость к трению.
• Ковкая модификация включает в себя углеродные хлопья. Производство чугуна этого вида отличается сложностью, поэтому сплав стоит дороже, используется для изготовления особо важных деталей.

Эксплуатационные возможности металлического продукта определяются его специфическими качествами:

• стойкостью к износу;
• устойчивостью к трению;
• инертностью к коррозии;
• жаростойкостью;
• отсутствием реакции на магнит.

Согласно приведенным признакам чугун подразделяется на группы. Помимо этого сплавы классифицируются по твердости, сопротивлению к растяжению, другим физическим параметрам.

Сфера применения

Большие объемы чугуна, который называется передельным, используются для получения сталей. Литейные чугуны применяются при производстве декоративных и других различных чугунных изделий:

• сантехники;
• деталей машин;
• двигателей;
• гомогенизаторов;
• труб;
• запорной арматуры;
• радиаторов;
• электротехники;
• изоляторов.

Несмотря на обилие новых материалов, чугунные сплавы остаются неизменно востребованными во многих отраслях.

Заключение

Производство чугуна – технологически сложный процесс. Качественный продукт, изготовленный специалистами, обладает полезными эксплуатационными свойствами. Из чугуна производится как массовая, так и эксклюзивная продукция, пользующаяся спросом у потребителей.

Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы. Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений. Топливным материалом для производства чугуна служит кокс, представляющий собой результат сухой, то есть без участия воздуха, переработки каменного коксугля. Применяемые флюсы, чаще всего это кварц, доломит, песчаники и известняки, позволяют снизить температуру расплавления пустой породы, а также привести ее вместе с золой от топлива к шлаку.

 

Доменное производство чугуна

 

Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи. Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками. Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре. 

Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек). Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии. Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.

 

 

Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением. Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов. В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.

Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа. Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов. Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.

 

 

Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым. На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры. В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.

 

Производство высокопрочного чугуна

 

При производстве высокопрочного чугуна большое место отводится науглероживанию железа. Чугун с такими характеристиками образуется, когда восстановленное в доменной печи из рудного материала железо принимает в себя много углерода и прочих элементов. Начало процесса науглероживания железа характеризуется его образованием в губчатом состоянии на участке печи, где действует температура до 500°С. Только что восстановленное железо выступает в качестве катализатора, способствующего распаду окиси углерода на два компонента: двуокись и сажистый углерод. В итоге распада окиси углерода от температуры 550-650°С получаются карбиды железа, прочих металлов. Наделенный особой активностью, сажистый углерод активно вступает в химическое взаимодействие с частицами железа.

При температуре в 1000°С и больше карбид железа распадается на железо с углеродом. С ростом количества углерода температура в процессе плавления становится существенно ниже. Так, чистое железо расплавляется при температуре от 1539°С, а сплав его с углеродом способен плавиться уже от 1147°С. Плавление сплава происходит в зонах доменных печей, где действуют высокие температуры, то есть внизу шахты. Образующийся жидкий сплав и есть чугун. При стекании вниз он, омывая раскаленные части кокса, еще больше науглероживается.

 

 

Науглероживание металла завершается ниже уровня шлаковой летки – в металлоприемнике. Здесь на соотношение углерода с металлом оказывает влияние содержание других компонентов. Итоговое наполнение углеродом при производстве серого чугуна, например, может зависеть от стойкости карбидов, которая в большой степени определяется содержащимися в чугуне примесями. Например, примесь марганца способствует науглероживанию металла, так как он входит в состав карбида, растворяющегося в чугуне. Аналогичное действие оказывают ванадий, хром, титан. Кремний с фосфором или сера препятствуют образованию карбидов. Из-за этого ферромарганец и зеркальные чугуны всегда содержат больше углерода, чем чугуны передельные, ферросилиций или полученные в литейном производстве чугуны.

В ходе плавления восстанавливается не только само железо, но и ряд различных элементов, находившихся в рудной массе. В составе шихтовых материалов в печи, помимо окислов железа, поступают еще окислы и отдельные химические элементы, такие как марганец, хром, ванадий, титан, свинец, медь, цинк, мышьяк и др. Они в полностью или частично восстановленном виде вместе с частицами серы попадают в чугун и влияют на его свойства в худшую или в лучшую сторону. В основах производства чугуна считается, что чаще всего ценными примесями служат кремний с марганцем, а вредоносными – сера с фосфором.

 

 

 

Наличие в чугуне серных компонентов можно уменьшить до оптимального предела путем внедоменного обессеривания. Если выдержать чугун с 2% марганца в ковше-чугуновозе или миксере, то некоторый объем серы в различных ее соединениях с марганцем перейдет из состава металла в шлак. Это возможно благодаря уменьшению растворяемости данного соединения в металлах от снижения температуры. Подобное обессеривание в ковше чугуна может достичь 60%. Кроме этого существуют еще методы внедоменного обессеривания чугунов. В производствах чугуна в мире довольно часто в этих целях используют обессеривающие присадки, такие как известь, кальцинированная сода или металлический магний.

 

Особенности процесса производства чугуна

 

В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи. Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу. Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

 

 

Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов. Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами. Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

 

 

Производство чугуна | Металлургический портал MetalSpace.ru

В Германии чугун и нерафинированную сталь получают посредством конкурирующих процессов на нескольких металлургических заводах с полным циклом, использующих доменные печи и основные кислородные конвертеры.

Растущее в полном соответствии со спросом производство чугуна служит основой увеличения мирового потребления стали. В этом контексте доменный процесс останется ведущим технологическим процессом восстановления железа из руды. В Германии чугун и нерафинированную сталь получают посредством конкурирующих процессов на нескольких металлургических заводах с полным циклом, использующих доменные печи и основные кислородные конвертеры. По уровню технологии и оборудования эти заводы являются ведущими в мире. В рамках иследовательских программ осваивается доменный процесс с кислородным дутьем, который – в сочетании с системами улавливания и хранения СО2 (CCS) – позволит существенно уменьшить выбросы СО2. С помощью процессов прямого восстановления железа из железной руды получают твердое железо прямого восстановления (DRI) без использования кокса. DRI используют главным образом в качестве сырья для электросталеплавильных печей. Большую часть DRI получают посредством газофазных процессов, особенно в тех регионах, где имеется недорогой природный газ. Цель твердофазных процессов прямого восстановления (основанных на применении угля) – получение жидкого чугуна без использования кокса или с очень малым его расходом. Из числа различных вариантов подобных технологических процессов наиболее широкое распространение в промышленных масштабах получили процессы Corex и Finex. В то время как в процессе Corex используют в качестве шихты кусковую руду, процесс Finеx может работать на руде мелких фракций. Оба эти процесса требуют применения технологии CCS для существенного уменьшения выбросов СО₂ в атмосферу.

Благодаря возможностям регулирования в широком диапазоне специфических свойств, благоприятному соотношению затрат и достигаемых с их помощью преимуществ, а также учитывая способность к рециклингу, сталь является базовым материалом и основой устойчивого развития современного индустриального общества. Сталь широко применяется во всех ключевых отраслях промышленности, в первую очередь – в общем машиностроении и приборостроении, мостостроении, строительстве, энергетике, транспорте и упаковке.

Важная роль доменного процесса

Доменный процесс и его предшественники обычно считаются родоначальниками черной металлургии. Это мнение утвердилось потому, что до начала использования металлолома в качестве шихтового материала в сталеплавильном производстве в основе всего металлургического процесса лежало восстановление железа из железной руды. Соотношение объемов производства жидкого чугуна и нерафинированной стали в мире и Германии наглядно свидетельствует о том, что до начала ХХ века сталь практически полностью получали из восстановленной железной руды (рис. 1). Снижение этого соотношения в первые 40 лет XX столетия было вызвано возрастающей долей повторного использования (рециклинга) стального лома. Однако начиная с 1940 г. соотношение выплавленного чугуна к нерафинированной стали остается практически постоянным. С тех пор растущая мировая потребность в стали удовлетворялась путем соответственного увеличения объема выплавляемого чугуна. Беспокойство, вызванное зависимостью доменного процесса от кокса, привело к появлению в 1960-х годах разработок альтернативных процессов восстановления железа из руды. В зависимости от получаемого продукта – жидкого чугуна или железа прямого восстановления (DRI) – эти процессы объединились под названиями «жидкофазное восстановление» (восстановительная плавка) или «прямое восстановление».

Рис. 1. Производство жидкого чугуна и нерафинированной стали в мире и Германии

В Германии в 2008 г. 31,2 млн.т нерафинированной стали (68 % общего объема производства) были выплавлены по технологической схеме «доменная печь – кислородный конвертер», а 14,6 млн.т – в электродуговых печах.

Производство чугуна в Германии

Реструктуризация черной металлургии. Увеличение размеров доменных печей, начавшееся в 1960-х годах, привело к фундаментальной реструктуризации черной металургии Германии (рис. 2) [1].

Рис. 2. Число действующих доменных печей и средняя годовая производительность одной печи в Германии

Для сравнения рассмотрим следующие показатели. В 1960 г. в Западной Германии в 129 доменных печах, входивших в состав 38 цехов, расположенных в 30 городах, было выплавлено 25,7 млн.т чугуна (рис. 3). Такому объему производства соответствовала средняя годовая производительность одной печи, равная 0,2 млн.т чугуна. В Германской Демократической Республике (ГДР) в восьми печах было выплавлено 2 млн.т чугуна. В 1974 г., когда наблюдался экономический подъем, в 78 доменных печах, действовавших в Западной Германии, выплавили 40 млн.т чугуна; средняя годовая производительность одной печи составила 0,5 млн.т. Для сравнения можно упомянуть, что в 2004 г. производительность каждой из 16 действующих доменных печей составила в среднем 2,1 млн.т, что означает рост на 950 % по сравнению с 1960 г. и на 320 % по сравнению с 1974 г. Такой прогресс является результатом не только увеличения размеров доменных печей, но и повышением их удельной производительности.

Рис. 3. Расположение доменных цехов в Германии в 1960 г.

В 1985 г. (в год 125-летия Института стали Общества немецких металлургов) в Западной Германии эксплуатировалось 26 доменных печей на 13 заводах (рис. 4).

Рис. 4. Расположение доменных печей в Германии в 1985 г.

В ГДР чугун выплавляли в шести доменных печах в Айзенхюттенштадте и двух доменных печах в Унтервелленборне.

Современное состояние. На рис. 5 показаны 15 доменных печей, находящихся в эксплуатации на семи заводах Германии в 2008 г. Центром производства чугуна в Германии является Дуйсбург с шестью доменными печами, выплавляющими 15,4 млн. т чугуна. Три доменные печи работают в Зальцгиттере и по две печи – в Диллингене, Бремене и Айзенхюттенштадте. Таким образом, в настоящее время Германия располагает несколькими высокоэффективными заводами с полным металлургическим циклом, на которых выплавляют нерафинированную сталь по конкурентоспособной технологии с использованием доменных печей и другого современного оборудования. Такая концентрация производства сопровождается постоянным совершенствованием технологии и оборудования с целью изыскания возможностей гибкого реагирования на колебания экономической ситуации.

Рис. 5. Расположение доменных печей в Германии в 2008 г.

Поставки руды, кокса и угля

Импорт железной руды

Импорт железной руды для немецкой черной металлургии резко изменился за последние десятилетия (рис. 6). Так, в 1970 г. основным поставщиком железной руды с объемом поставок 1,6 млн.т была шведская фирма LKAB. Кроме того, 8,2 млн.т импортировали из Либерии и 6,3 млн.т поступало из Бразилии. Вследствие гражданской войны в Либерии добыча руды была остановлена, и в 1990 г. рудники со всем оборудованием были закрыты [2]. К 2008 г. распределение импорта железной руды между странами-импортерами резко сместилось в сторону Бразилии, на долю которой приходится 53,7 %, или 22,5 млн. т, далее следуют Канада и Швеция.

Рис. 6. Распределение импорта железной руды в черную металлургию Германии по странам-импортерам в 1970-2008 гг.

Импорт кокса и угля

На протяжении 30 лет немецкая черная металлургия была вынуждена, в соответствии с конвенцией CenturyTreaty, заключенной в 1969 г. с германской угледобывающей фирмой Ruhrkohle, использовать исключительно уголь и кокс собственного производства. Только в начале 1990-х годов, по мере приближения срока окончания действия этого соглашения, ситуация начала меняться, а после 1999 г. немецкая черная металлургия начала постепенно повышать долю импортируемого кокса, коксующегося угля и угля для вдувания, доведя ее до 80 % и выше [3]. В дополнение к коксу, произведенному на собственных коксохимических предприятиях, металлургические заводы Германии в 2008 г. импортировали 3,3 млн.т из-за рубежа, присоединив этот импорт к 2 млн.т кокса, произведенного немецкой угледобывающей компанией RAGDeutscheSteinkohleAG (рис. 7) [1, 4]. Основными экспортерами кокса в Германию являются Польша (33,7 %), Франция (22,7 %), Испания (21,7 %) и Китай (16,7 %). Общий объем импорта коксующегося угля и угля для вдувания в 2008 г. составил 9,2 млн.т, причем основными странами-экспортерами угля были Австралия, США и Канада.

Рис. 7. Импорт угля и кокса для германской черной металлургии в 2008 г. из различных стран

Производство кокса в Германии

Производство кокса в Германии непрерывно сокращалось примерно с 40 млн.т в 1970 г., которые были произведены на 46 коксохимических предприятиях, до 8,26 млн.т в 2008 г., полученных только на пяти коксохимических заводах (рис. 8) [4]. Эту тенденцию можно объяснить, с одной стороны, сокращением потребления кокса в доменных печах в результате мероприятий по оптимизации и совершенствованию процесса, а с другой – потерей прочих рынков сбыта кокса. Особенно пострадали в этой ситуации коксохимические предприятия, принадлежавшие угледобывающим компаниям. Начиная с 1993 г. потребление кокса в доменных цехах и на агломерационных фабриках Германии превышало объем его производства в стране. С этого времени дефицит кокса покрывался поставками с мирового рынка.

Рис. 8. Производство и потребление кокса в Германии

Коксохимические цехи

Из пяти коксохимических цехов, действующих в Германии (рис. 9), цехи заводов, принадлежащих фирмам Pruna Schwelgern, Hьttenwerke Krupp Mannesmann (HKM), Zentralkokerei Saar (ZKS) и Salzgitter подключены к газораспределительным системам металлургических заводов с полным циклом [5]. Коксохимический цех Prosper компании RAG Deutsche Steinkohle имеет островную планировку и не связан с газопроводами металлургических заводов. Избыточный коксовый газ поставляется внешним потребителям. Коксохимический цех в Швельгерне, введенный в эксплуатацию в 2003 г., является наиболее современным цехом и производит 2,7 млн.т кокса/год в 140 коксовых печах [6]. Объем каждой камеры коксования достигает 93 м³, что является наивысшим в мире параметром. В 2008 г. эти пять коксохимических цехов обеспечивали около 75 % потребности немецкой черной металлургии в коксе.

Рис. 9. Расположение коксохимических заводов в Германии

Эволюция технологии доменного процесса

Диаметр горна и рабочий объем

В 1960 г. крупнейшие доменные печи производили около 2 тыс.т/сут. чугуна и имели горны диаметром 9 м, а рабочие объемы около 1400 м³ (рис. 10). Доменная печь Швельгерн-1, введенная в эксплуатацию в 1973 г., имела диаметр горна 14 м, а ее суточная производительность составляла 11 тыс. т чугуна [7]. В 1993 г. фирма ThyssenKruppSteel ввела в эксплуатацию доменную печь Швельгерн-2 (крупнейшую в то время в Западной Европе) с диамет ром горна 14,9 м, рабочим объемом 4769 м³ и производительностью 13 тыс.т/сут, или 4,3 млн.т/год чугуна [8]. Лишь немногие доменные печи в мире имеют годовую производительность, превышающую 4 млн.т чугуна. В их число входят доменные печи Кимицу-3, Оита-1 и Оита-2 фирмы NipponSteel, печи Чиба-6 и Кейхин-1 фирмы JFESteel, а также печь Кашима-3 фирмы SumitomoMetals в Японии; печь Швельгерн-2 фирмы ThyssenKruppSteelEurope в Германии; кроме того, печи № 1 и 4 фирмы BaoshanIronandSteel и печи № 1 и 2 фирмы ShougangJingtangIronandSteel в Китае. Крупнейшими в мире доменными печами являются печи Оита-1 и Оита-2 фирмы NipponSteel, имеющие диаметр горна 15,6 м и совместно выплавляющие 9,4 млн.т/год чугуна. Четыре новые доменные печи сопоставимых размеров сооружаются в настоящее время в Китае (фирмой WuhanIronandSteel в Фангченгганге и фирмой Baosteel в Чжанянг-Сити) [9].

Рис. 10. Эволюция размеров доменных печей в Германии с 1960 по 1993 г.

Технологические измерения и моделирование процесса

Прогресс в области технологических измерений (рис. 11) способствовал разработке моделей для оптимизации процесса плавки и контроля теплового баланса, а также внедрению их в доменный процесс. В этом плане решающую роль играет характер распределения материалов, температуры и газов на уровне засыпи и в массе шихты. Измерением давления и температуры по высоте печи можно определить расположение зоны когезии. Ключевым параметром для регулирования доменного процесса служит измерение теплопередачи в системе охлаждения и тепловых потерь над плоскостью фурм.

Рис. 11. Технологические измерения в доменной печи

Системы загрузки

Поток газов через столб шихтовых материалов регулируется целенаправленным распределением железосодержащей шихты (агломерата, окатышей, кусковой руды) и кокса на колошнике по периметру печи (рис. 12) [10]. Однако при использовании засыпного аппарата конусного типа, даже с регулируемым защитным сегментом на колошнике, такое регулирование возможно лишь в ограниченных пределах, так как невозможно контролировать распределение шихтовых материалов в тангенциальном направлении, вплоть до осевых зон колошника. Все известные засыпные аппараты конусного типа с регулируемыми защитными сегментами не могут решить проблемы распределения шихты. Операторы доменных печей искали пути решения проблемы целенаправленного распределения шихтовых материалов по периметру печи и их спирального или кольцевого перемещения к середине печи при плавной подаче материалов, которые обеспечили бы лишь небольшие зоны уплотнений, быстрое перемещение компонентов, низкий уровень капитальных затрат и небольшие расходы на ремонт и содержание оборудования. Полное удовлетворение этих требований возможно только в случае применения бесконусного загрузочного устройства с вращающимся желобом (рис. 13). Внедрение подобного загрузочного устройства в 1972 г. позволило значительно уменьшить массу оборудования (были исключены тяжелые конусы), а также сократить высоту конструкций над печью. С тех пор бесконусные загрузочные устройства подвергались непрерывному совершенствованию. В настоящее время почти все современные доменные печи имеют системы такого типа для загрузки и распределения шихты. В последние годы разработаны альтернативные бесконусные загрузочные устройства, которые внедрены лишь на нескольких печах [11, 12].

Рис. 12. Сравнение высоты конструкций загрузочных устройств доменных печей с диаметром горна 14 м

Рис. 13. Бесконусное загрузочное устройство доменной печи фирмы PaulWurth (1972г.)

Охлаждение и футеровка доменной печи

Конструкции систем охлаждения кожуха и футеровки доменных печей значительно отличаются для отдельных печей. Для охлаждения доменных печей, работающих на заводах Германии, применяются плитовые или коробчатые холодильники, а также сочетание этих двух типов холодильников. Новой разработкой в области охлаждения доменных печей являются медные плитовые холодильники, устанавливаемые в зонах, подверженных наиболее интенсивным тепловым нагрузкам (рис. 14) [13]. После первых успешных испытаний в некоторых зонах доменной печи Хамборн-4 медные плитовые холодильники впервые применили в промышленном масштабе в 1993 г. Так, на доменной печи Швельгерн-2 установили один ряд этих охлаждающих элементов, а затем на доменной печи в Зальцгиттере – три ряда охлаждающих элементов [8, 14]. Кроме охлаждения нижнего участка шахты, распара и заплечиков, такие элементы применяют также для охлаждения кожуха горна [15, 16].

Рис. 14. Установка медных холодильников на доменной печи в фирмы SalzgitterFlachstahlGmbH

По сравнению с холодильниками, изготовленными из чугуна с шаровидным графитом, медные холодильники могут обеспечивать более низкий уровень рабочих температур благодаря их большей теплопроводности. Из-за этого они менее подвержены растрескиванию и преждевременному износу (рис. 15). Еще одним их преимуществом является значительно меньшая толщина, что допускает увеличение рабочего объема доменной печи без изменения размеров кожуха.

Рис. 15. Изменение температуры холодильников горна из чугуна с шаровидным графитом и меди

 

Конструкция горна

На рис. 16 представлены типовые конструкции горнов доменных печей, работающих в Германии [17]. Слева показан вариант горна, изготовленного в нижней части из микропористых, а в верхней – из аморфных углеродистых блоков. С кожухом контактирует кладка из графитовых кирпичей, отличающихся высокой теплопроводностью. Днище горна выложено горизонтальными аморфными углеродистыми блоками, под которыми расположен слой графитовой кладки. На рис. 16 справа показан горн со стенками, изготовленными из микропористых углеродистых блоков. В этом варианте также имеется слой графитовых или полуграфитовых кирпичей между микропористыми блоками и кожухом. Днище горна выложено тремя верхними изолирующими слоями шамота, под которыми помещены углеродистые блоки. Горячая поверхность горна защищена керамической оболочкой.

Рис. 16. Типовые конструкции горна

Стойкостью горна определяется срок службы доменной печи. Учитывая, что при определенной глубине металлосборника становится невозможным равномерное дренирование ванны расплавленного металла и стабильный выпуск плавки без локализации износа, в настоящее время проявляется тенденция работы доменной печи с достаточно глубоким металлосборником. Кладка горна доменной печи часто подвергается преждевременному износу (эрозии), особенно на переходных участках от днища к стенке. Износ часто имеет форму «слоновьей ноги» или грибовидную форму. Выбор подходящей конструкции огнеупорной футеровки и геометрии горна гарантирует более равномерный износ днища горна (рис. 17) [18, 19].

Рис. 17. Типичные профили износа доменных печей

Продолжительность кампании

Условием экономичного производства чугуна является длительная кампания доменной печи. Самая длительная кампания в Германии – более 22 лет – была достигнута на доменной печи Хамборн-9 фирмы ThyssenKrupp Steel Europe. За время этой все еще продолжающейся кампании на доменной печи было выплавлено 36 млн.т чугуна. До настоящего времени на значительно более крупной печи Швельгерн-2 за 16 лет (все еще продолжающейся первой кампании, начавшейся в 1993 г.), было выплавлено 62 млн.т чугуна.

Мировой рекорд удерживает доменная печь № 1 фирмы ArcelorMittal Tubarao в Бразилии, на которой за 26 лет ее первой кампании было произведено 86 млн.т чугуна. Наряду с конструкцией важным условием длительной кампании доменной печи являются такие факторы, как непрерывная безаварийная работа с использованием высококачественных шихтовых материалов.

---

Совершенствование работы доменной печи

Наилучшие результаты работы доменной печи могут быть достигнуты только при использовании высококачественных шихтовых материалов. Растущая роль продуктов агломерированной железной руды в доменном производстве Германии проиллюстрирована на рис. 18. В настоящее время совместная доля агломерата и окатышей в шихте составляет примерно 86 %. Состав железосодержащей шихты на разных заводах значительно различается в зависимости от производительности агломерационных фабрик, которые обычно работают с полной загрузкой (рис. 19).

Рис. 18. Изменение среднего состава железосодержащей шихты доменных печей в Германии за период с 1950 г. и состав шихты в 2008 г.

Рис. 19. Состав железосодержащей шихты доменных печей на заводах Германии
(в среднем за 2008 г.)

Усилия операторов доменных печей и других специалистов металлургического производства привели не только к повышению производительности доменных печей, но и к снижению расхода кокса и/или сокращению общего расхода восстановительных агентов (рис. 20) [1]. До середины 1960-х годов в доменном процессе на 100 % использовали кокс в качестве восстановительного агента. В то время сокращение расхода кокса не было приоритетной задачей для операторов доменных печей ввиду относительной его доступности и низкого уровня цен. В начале 1950-х годов уровень потребления кокса все еще превышал 900 кг/т чугуна. Последовавшее сокращение расхода кокса можно объяснить в первую очередь использованием более высококачественных шихтовых материалов.

Рис. 20. Среднее потребление восстановительных агентов в доменных печах Германии

Повышение температуры дутья

Меры по повышению температуры дутья привели к росту температуры пламени и изменениям в положении и форме зоны когезии в доменной печи. Это, в свою очередь, оказало сильное влияние на производительность печи и расход восстановительных агентов в доменной плавке. Регулирование температуры пламени и приведение этого показателя в соответствие с конкретными рабочими условиями можно осуществить только вдуванием дополнительных восстановительных агентов через фурмы, учитывая температуру и влажность дутья, а также количество добавляемого в дутье кислорода. Решение об использовании конкретных восстановительных агентов во многом зависит от экономических соображений, например от энергетической концепции, которой руководствуется данная компания, от уровня инвестиций, закупочных цен и возможностей реализации колошникового газа [20, 21].

В связи с нефтяными кризисами 1972-1973 и 1980-х годов, которые сильно отразились и на металлургической промышленности, технологический процесс доменной плавки был серьезно пересмотрен. Например, вдувание нефти и других видов первичной и связанной энергии, например природного или коксового газов было сокращено из-за высокого уровня цен на них. Это заставило доменщиков вернуться к чисто коксовому варианту процесса плавки. На некоторых доменных печах это сопровождалось понижением температуры дутья, уменьшением количества добавляемого кислорода и снижением производительности [22].

В середине 1980-х годов были усовершенствованы способы утилизации тепла при предварительном нагреве в воздухо- и газонагревателях доменных печей, что вновь позволило получать температуру дутья 1200 °С и выше. Благодаря этому вдувание дополнительных восстановительных агентов через фурмы для стабилизации температуры пламени и минимизации расхода кокса стало вызывать большой интерес. Руководствуясь экономическими соображениями, многие доменщики Германии начали использовать вдувание порошкообразного угля, внедрение которого началось в середине 1980-х годов.

Первая установка по вдуванию порошкообразного угля была введена в эксплуатацию в 1985 г. на доменной печи Хамборн-4 фирмы ThyssenStahlAG в Дуйсбург-Хамборне [23]. В настоящее время на 12 из 15 доменных печей, действующих в Германии, применяется технология вдувания порошкообразного угля. Это согласуется также с концепцией использования высококалорийных отходов из других отраслей промышленности.

Например, в некоторых случаях обогащенные отходы пластмасс и высококалорийные автомобильные отходы вдувают через фурмы в качестве восстановительных агентов. При этом следует определять наличие в этих материалах необходимых химических и физических свойств для использования в доменном процессе [24].

За период с 1960 по 2008 г. общий расход восстановительных агентов удалось сократить на 40 % – до уровня 489,4 кг/т чугуна. В международном аспекте доменные печи Германии и Европы занимают ведущее место по такому показателю, как расход восстановительных агентов (рис. 21).

Рис. 21. Расход восстановительных агентов в доменных печах стран мира, 2007-2008гг.

Дальнейшее сокращение расхода восстановительных агентов путем использования в доменной печи скрапа или предварительно восстановленных шихтовых материалов (например, железа прямого восстановления – DRI или горячебрикетированного железа – HBI) возможно, однако неэффективно с точки зрения экономики и экологии. Эксперименты, проведенные на заводе CorusIjmuiden и результаты эксплуатации некоторых доменных печей в Северной Америке, на которых использовали шихту с HBI, подтвердили выводы, сделанные на основе теоретических расчетов, касающихся эффективности усовершенствований технологии доменного процесса и сокращения расхода восстановительных агентов [25].

Использование предварительно обработанных обогащенных железных руд и минимизированный расход восстановительных агентов в большой степени способствовали заметному уменьшению объема шлака (рис. 22). Так, с 1985 г. количество шлака уменьшилось до уровня ниже 300 кг/т чугуна. Доменный шлак на 100 % утилизируется как сырьевой или строительный материал. В цементном производстве используется до 86 % гранулированного доменного шлака, что существенно сокращает выбросы СО₂.

Рис. 22. Средний объем шлака в доменных печах Германии

Альтернативные доменные процессы

Выбросы СО

₂

Учитывая особенности традиционного доменного процесса, теоретическое минимальное количество углерода, необходимое для его проведения, составляет 414 кг/т чугуна, что соответствует выбросам СО₂ 1519 кг/т чугуна (рис. 23) [26, 27].

Рис. 23. Использование углерода в доменной печи в качестве химического сырьевого материала

С такими показателями доменная печь является одним из крупнейших источников выбросов СО₂ в технологическом цикле производства стали. В связи с этим доменщики с целью защиты климата должны использовать все потенциальные возможности для значительного сокращения выбросов СО₂. В доменной печи традиционной конструкции часть колошникового газа применяют для нагрева дутья, а избыточный колшниковый газ – для других целей и выработки электроэнергии.

Доменная печь с кислородным дутьем и рециркуляцией колошникового газа представляет собой вариант доменного процесса, направленный на сокращение выбросов СО₂ путем уменьшения потребности углерода (рис. 24) [28]. В этом процессе холодный кислород вдувают на уровне фурм вместо горячего дутья. Большая часть колошниковых газов подвергается очистке от СО₂ с помощью процесса VPSA (Vacuum Pressure Swing Absorption – абсорбция под переменным вакуумом). Оставшийся СО частично вдувают через фурмы при температуре до 1200 °С, а частично (при температуре 900 °С) – в нижнюю часть шахты через фурмы второго уровня. Моделирующие расчеты и эксперименты, проведенные в рамках европейского проекта ULCO S (Ultra Low СО₂ Steelmaking) на небольшой опытной доменной печи фирмы LKAB в Лулеа, показали, что потребность в углероде может быть снижена на 25–28 % [29]. Вдувание восстановительного газа в нижнюю часть шахты обеспечивает предварительное восстановление до 95 % железосодержащей шихты в этой зоне доменной печи. Это позволяет сократить потребность в углероде для проведения реакции Boudouard на нижних горизонтах печи со 107 до 15 кг/т чугуна, и в результате уменьшить общую потребность в углероде. Около 190 кг кокса на 1 т чугуна все еще должны находиться на нижних горизонтах печи, обеспечивая возможность прохождения газов и дренирования жидких фаз в ходе технологического процесса. При всестороннем анализе следует учитывать поступление энергии, необходимой для извлечения СО₂ из колошникового газа, и изменения в энергетическом балансе, связанные с возможностями использования связанной энергии, так как в таком варианте технологического процесса объем возможного экспорта колошникового газа значительно сокращается [30]. В настоящее время планируют внедрить процесс кислородного дутья на промышленных доменных печах небольшого объема. Однако заметного сокращения выбросов СО₂ можно достичь только после внедрения системы CCS (СО₂ Capture and Storage – улавливание и складирование СО₂).

Рис. 24. Доменная печь с кислородным дутьем

Прямое восстановление железных руд

Типы процессов

Все процессы прямого восстановления основаны на одном принципе. Железную руду восстанавливают до состояния твердого губчатого железа, называемого также DRI (Direct Reduced Iron – железо прямого восстановления) или HBI (Hot Briquetted Iron – горячебрикетированное железо) со степенью металлизации 85-95 %. При меньшей степени металлизации полученный продукт называют предварительно восстановленной рудой.

Процессы восстановления в зависимости от типа используемого восстановительного агента подразделяются на газо- и твердофазные. В промышленных масштабах газофазные процессы проводят в шахтных печах, ретортах и в псевдоожиженном (кипящем) слое. Твердофазное восстановление происходит во вращающихся обжиговых печах, печах с вращающимся подом или многоподовых. Основное направление развития процессов прямого восстановления – возможность восстановления железа без использования кокса (на котором основан доменный процесс).

Производство DRI в мире

В 2008 г. мировое производство DRI/HBI составило 68,5 млн.т [31]. Большая часть этой продукции затем подвергалась дальнейшей обработке в электросталеплавильных цехах (рис. 25). Около 14 млн.т (20,4 %) произведенного DRI/HBI были отгружены по суше или морю другим потребителям.

Рис. 25. Мировое производство и отгрузка DRI/HBI

В 1970-е годы многочисленные эксперты предсказывали быстрое расширение масштабов применения процессов прямого восстановления. Их прогнозы были основаны на следующих соображениях [32].

1. Уголь и избыточный природный газ, которые просто сжигаются в факелах, являются широко доступными и более дешевыми восстановительными агентами. Например, еще в 2004 г. в Нигерии 75 % производимого природного газа (около 15 млрд.м³), сжигалось, что составляло около 20 % газа, сжигаемого во всем мире.

2. Внедрение непрерывного литья и сокращение в результате этого объемов внутризаводского скрапа в черной металлургии, а также постоянное повышение выхода годного в металлургии и степени использования металла в металлообработке приведет к сокращению доли скрапа.

Однако мировое производство DRI не оправдало этих ожиданий. Несоответствие прогнозов и реальности можно объяснить двумя основными причинами:

– современная ситуация в энергетике ограничивает возможность работы таких предприятий лишь несколькими регионами с дешевыми энергоносителями, в частности природным газом;

– эволюция рынка стального скрапа, который стал продуктом мировой торговли, на протяжении многих лет опровергает прогнозы, предсказывавшие рост потребности в высококачественном DRI/HBI.

Производственные мощности процессов прямого восстановления

В соответствии с приведенной выше классификацией типов процессов прямого восстановления железа на установках Midrex с объемом производства 39,9 млн.т в 2008 г. было изготовлено около 58 % общего выпуска железа прямого восстановления. На долю газофазных процессов Midrex, HyL и Finmet суммарно приходится 74,3 % общего объема производства (рис. 26) [31].

Рис. 26. Производство DRI/HBI в 2008 г. по различным технологиям (общий объем производства 68,5 млн.т)

На протяжении нескольких последних лет новые производственные мощности по прямому восстановлению железа сооружались прежде всего в Азии и на Ближнем Востоке (рис. 27). Основными странами производителями DRI/HBI в 2008 г. являлись Индия (21,2 млн.т), Иран (7,5 млн.т), Венесуэла (6,9 млн.т) и Мексика (6 млн. т) [31].

Рис. 27. Производство DRI/HBIв 2000 и 2008 гг. по регионам

Склонность изготовленной DRI к повторному окислению, требует принятия специальных мер предосторожности при его транспортировании и складировании. Удельная поверхность DRI оказывает решающее влияние на его температуру воспламенения. В связи с этим Международная Морская Организация (IMO) установила особые правила транспортирования DRI [33]. Наиболее эффективным является брикетирование DRI и получение HBI с высокой плотностью.

Жидкофазное восстановление

Теоретически процессы жидкофазного восстановления позволяют получать жидкий чугун без использования кокса. Современные варианты процессов жидкофазного восстановления в общем случае можно разделить на процессы, использующие плавильные газификаторы (Corex, Finex), и процессы использующие реакторы жидкофазного восстановления (HIsmelt) [27]. Процесс Corex реализуется в своего рода доменной печи, разделенной на две части; при этом исключаются присущие доменному процессу зоны размягчения или когезии (рис. 28).

Рис. 28. Исключение зоны когезии в процессе Corex

Установки Corex работают на кусковой шихте (окатыши, кусковая руда). Восстановительный газ генерируется в процессе газификации кускового угля и небольшого количества кокса (который может быть более низкосортным, чем применяемый в доменной печи), происходящей под действием кислорода в плавильном газификаторе [34]. Генерированный газ с высоким содержанием СО, используют для получения DRI из железной руды в восстановительной шахте. Экономические показатели процесса во многом зависят от возможного поступления средств в результате утилизации или экспорта колошникового газа, образующегося в больших объемах. Этот газ может быть использован, например, для выработки электроэнергии или как восстановительный на других установках прямого восстановления.

Вариантами дальнейшего усовершенствования процесса Corex являются процессы, в которых можно использовать руду мелких фракций и мелкодисперсные отходы прокатного производства. Кроме того, восстановительный уголь может быть частично заменен отходами производства пластмасс, что позволяет осуществлять их рециклинг [35].

Установка Finex

Установка Corex, введенная в эксплуатацию фирмой Posco в Пхохане в 1995 г., была переоборудована на процесс Finex в 2003 г. после успешных испытаний восстановления железа из руды тонких фракций на пилотной установке [36]. Для этого установили четырехступенчатый реактор с кипящим (псевдо ожиженным) слоем, через который шихта (железорудная мелочь) поступает сверху вниз в плавильный газификатор и после восстановления в реакторах с кипящим слоем и перед загрузкой в плавильный газификатор подвергается горячему прессованию (рис. 29). После успешных испытаний на пилотной установке Finex производительностью 600 тыс.т/год фирма Posco приняла решение о сооружении второй подобной установки производительностью 1,5 млн.т/год, которая была введена в действие в апреле 2007 г.

Использование кислорода вместо горячего дутья позволяет получать колошниковый газ с низким содержанием N₂, пригодный для сепарации СО₂ и рециркуляции полученного газа, обогащенного СО, и возвращения его в технологический процесс (аналогично доменной печи с кислородным дутьем и рециркуляцией колошникового газа). На более крупной установке Finex фирмы Posco в Пхохане эта мера, совместно с регулированием температуры пламени путем вдувания порошкообразного угля через фурмы в количестве до 250 кг/т чугуна, позволила добиться общего расхода угля-восстановителя на уровне 700-750 кг/т чугуна.

При производстве чугуна в доменной печи уголь потребляется в количестве 650 кг/т чугуна, учитывая также садку коксующегося угля в коксовую печь (1,27 т сухой массы на 1 т сухой массы кокса) и коксовую мелочь, используемую на агломерационной фабрике (50 кг/т агломерата).

Основным преимуществом процесса Finex перед доменным является возможность прямого использования руды и угля мелких фракций, а также снижение расхода кокса.

В ноябре 2009 г. в мире работали четыре установки Corex и две Finex, суммарной мощностью 5,85 млн.т чугуна. Три установки Corex общей производительностью 3,1 млн.т чугуна в настоящее время сооружаются в Китае и Индии (таблица).

Установки Corex и Finex, находящиеся в эксплуатации, по состоянию на ноябрь 2009 г.
Фирма, страна	Число модулей	Год ввода в эксплуатацию	Железо-содержащая шихта	Производительность, млн.т/год чугуна	Использованиеэкспортируемого газа
Posco (Пхохан),Южная Корея	1	1995/2003 (Corex/Finex)	Железорудная мелочь	0,60	Энергоцех,сталеплавильный цех
Posco (Пхохан),Южная Корея	1	2007 (Finex)	Железорудная мелочь	1,50	Энергоцех,сталеплавильный цех
Jindal South West Steel (Торанагаллу), Индия	2	1999/2001	Кусковая руда, окатыши	1,60 (2´0,8)	Энергоцех,аглофабрика,сталеплавильный цех
ArcelorMittal South Africa Ltd., ЮжнаяАфрика	1	1999	Кусковая руда, окатыши	0,65	Установка прямого восстановления Midrex (0,8 млн. т/год DRI), сталеплавильный цех
Baosteel (Люочжинь/Шанхай), Китай	1	2007	Кусковая руда, окатыши	1,50	Энергоцех,сталеплавильный цех
Baosteel (Люочжинь/Шанхай) Китай	1	2010	Кусковая руда, окатыши	1,50	Энергоцех,сталеплавильный цех
Essar Steel, Хазира, Индия	2	2009	Окатыши	1,60(2´0,8)	Сталеплавильный цех

Перспективы

В 2008 г. в мире было произведено 928 млн.т чугуна (из них 923 млн. т в доменных печах) и 68,5 млн.т DRI. Важная роль доменного процесса, основанного на восстановлении железной руды, как поставщика исходного материала для сталеплавильного производства, не подвергается сомнению. Однако необходимость общего сокращения выбросов СО₂ ставит перед операторами печей и разработчиками доменной технологии новые задачи. В долгосрочной перспективе широкомасштабное сокращение выбросов СО₂ возможно только в случае улавливания, транспортирования и хранения СО₂, отделенного после влажной очистки колошникового газа, даже в случае успешного внедрения доменных печей с кислородным дутьем в практику промышленного производства. Такой подход является приемлемым и в политическом плане. Доменный процесс достиг чрезвычайно высокого уровня развития, он допускает большую гибкость в выборе шихтовых материалов и восстановительных агентов, характеризуется высоким уровнем производительности. Однако как одностадийный процесс, проводимый в печи шахтного типа, он всегда будет зависеть от кокса и крупнокусковой руды как шихтовых материалов, а следовательно, от предшествующих стадий подготовки шихты и агломерации.

Аналогичным образом процессы прямого восстановления железа в шахтных печах и процесс жидкофазного восстановления Corex используют в качестве шихтового материала кусковую руду. В противоположность этому процесс Finex– восстановление железа из руды мелких фракций – в случае работы без использования кокса позволит исключить цехи подготовки шихты. Что касается сокращения выбросов СО₂, то ситуация для процессов жидкофазного восстановления Corex и Finex аналогична ситуации для доменных печей. Значительное сокращение выбросов СО₂ возможно только при использовании технологии CCS (улавливание и складирование СО₂). В отличие от жидкофазных процессов прямого восстановления, преимуществом газофазной технологии является меньший уровень выбросов СО₂. Однако локализация этих процессов будет ограничена регионами, в которых доступен дешевый природный газ.

• Люнген Х.Б.
• Петерс М.
• Шмёле П.

Производство чугуна служит основой увеличения мирового потребления стали.

• чугун,
• доменная печь,
• железная руда,
• колошниковый газ,
• выбросы СО₂,
• кислородное дутье,
• шихта,
• процесс прямого восстановления железа,
• природный газ,
• производительность.

1. VDEh-Hochofenaussehuss, 2009.
2. Siebel, С.N.A.; Haus, R.; Jacobs, W.; Baur, H.: Bong Mining Compa ny, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 2000.
3. Jahrbuch Stahl 2010, Bd. 1, S. 311, Stahleisen Communications, Nov. 2009.
4. VDEh-Kokereiausschuss, 2009.
5. Dombrowski, G.; Jager, H.-W.; Lüngen, H. В.; Masuth, M.; Nelles, L.; Spitz, J.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 6, S. 39/50.
6. Neuwirth, R.; Schuster, D.: MPT Internat. 26 (2003) Nr. 5, S. 38/48.
7. Zimmermann, К.-A.; Heynert, G.; Peters, К.H.: stahl u. eisen 94(1974) Nr. 25; S. 1283/91.
8. Peters, К.H.; Wilms, E.; Land, S.; Schulz, E.; Kowalski, W.; Bachhofen, H.J.: stahl u. eisen 115 (1995) Nr. 11, S. 41/54.
9. Stahlinstitut VDEh, Anlagendatenbank Plantfacts, 2009.
10. Heynert, G.; Peters, K.H.; Ringkloff, G.: stahl u. eisen (1973) Nr. 12, S. 505/17.
11. N.N.: Modernization solutions – reach for the sky, Metals Ɛt Mining, Siemens VAI (2009) Nr. 3, S. 8/17.
12. Nogratnig, H.: Z. Ɛt J. bell less top charger, Sitzung des Fachaus schusses Hochofenverfahren, Dьsseldorf, 30. Okt. 2008 (unveröff.),
13. Heinrich, P.; Hille, H.: Der Kupfer-Stave – Ein wesentlicher Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Hochofenverfahrens, Fachausschussbe richt Nr. 1031 des Stahlinstitutes VDEh, Düsseldorf, Juli 1998.
14. Großpietsch, K.-H.; Stähler, K.; Jacob, A.; Zischkaie, W.: Neubau des Hochofens В der Preussag Stahl AG in Salzgitter, Eisenhüttentag 1993, 11. Nov. 1993, Düsseldorf (unveröff.).
15. Ringel, D.; Janz, J.; Trecker, K.: stahl u. eisen 120 (2000) Nr. 6, S. 27/32.
16. Eisen, P.: stahl u. eisen 121 (2001) Nr. 9, S. 51/57.
17. Peters, M.; Lüngen, H. В.: Iron making in Western Europe, Proc. 5. Internat. Congress on Science and Technology of Ironmaking, 19. – 24. Okt. 2009, Shanghai, China, S. 20/26.
18. Peters, M.; Schmöle, P.; Rüther, P.; Lüngen, H.В.: Blastfurnace campaign prolongation philosophies in Germany, Meeting of the European Blast Furnace Committee, 11. Okt. 2007, Linz, Österreich.
19. Peters, M.; Schmöle, P.; Rüther, H.P.; Leuermann, С.: stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 1, S. 21/26.
20. Peters, M.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 122 (2002) Nr. 4, S. 43/50.
21. Diemer, P.; Killich, H.-J.; Knop, K.; Lüngen, H.В.; Reinke, M.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 7, S. 21/30.
22. Peters, К. H.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 110 (1990) Nr. 2, S. 55/64.
23. Cappel, J.; Geerdes, M.; Langner, K.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 108 (1988) Nr. 9, S. 459/67.
24. Buchwalder, J.; Großpietsch, K.-H.; Hartig, W.; Janz, J.; Lüngen, H.В.; Schmöle, P.: Stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 1, S. 29/37.
25. Schmöle, P.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 127 (2007) Nr. 4, S. 47/54.
26. Scholz, R.: Gutachten zur stofflichen Nutzung von Kohlenstoff im Hochofenprozess, TU Clausthal, Clausthal-Zellerfeld, 2. Jan. 2004.
27. Lüngen, H.В.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 11, S. 63/72.
28. Birat, J.-P.; Hanrot, F.: ULCOS – European steelmakers efforts to reduce greenhouse gas emissions; Proc. 5. Europ. Coke and Iron-making Congress, 12. – 15. Juni 2005, Stockholm, Schweden.
29. Zuo, G. et al.: Trials for the new blastfurnace concept ULCOS, STAHL 2008, 13. Nov. 2008, Düsseldorf (unveröff.).
30. Schmöle, P.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 5, S. 27/34.
31. www.midrex.com: World Direct Reduction Statistics, 2008.
32. Lüngen, H.В.; Knop, К.; Steffen, R.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 7, S. 25/40.
33. Direct from Midrex, 4. Quartal 2006, S. 4.
34. Delport, H.M.W.; Holaschke, P.J.: Corex Symposium 1990, Special Publications Series SP 4, The South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg, Südafrika, 1990.
35. Böhm, C.; Wieder, K.: Das Corex-Verfahren, Berichtsband des Ar beitskreises Verfahrensanalyse, Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf, März 2003.
36. Lee, H.-G.; Joo, S.; Shin, M.-K.: An update on Finex plant operations, Proc, 3. Internat. Meeting on Ironmaking and 2. Internat. Sympos. on Iron Ore, 22. – 26. Sept. 2008, Sao Luis, Brasilien, S. 650/55.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Чугунное литье на заказ, штучное и серийное производство деталей из чугуна, художественное литье

Красота и изысканность российского чугунного литья воспета в литературе! Чугунное литье – одна из наиболее востребованных услуг Литейного цеха №1. Популярность использования данного металла в различных отраслях промышленности, в архитектурных сооружениях и художественном оформлении интерьеров объясняется его высокой устойчивостью к повреждениям и доступной стоимостью.

Наши услуги

• штучное и серийное литье изделий из чугуна по чертежам, опытным образцам заказчика
• создание дизайна для чугунного художественного литья
• производство модельной оснастки
• подготовка необходимой документации по эксплуатации
• механическая обработка чугунных отливок
• порошковая окраска в любой желаемый цвет или придание изделию состаренного вида

Мы можем изготовить

1. Изделия для строительства, сантехники, машиностроения, которые не будут подвергаться высоким нагрузкам. Обычно для таких изделий используется серый чугун марки СЧ10-СЧ35, основное достоинство которого – минимальная стоимость.
2. Декоративные изделия для ЖКХ и благоустройства: чугунные литые решетки, уличные лавчки, фонари, элементы заборов и ворот, балясины и ограждения
3. Художественное литье различного применения: резные элементы заборов и ворот; эксклюзивные мангалы, грили, посуда; необычные балясины для лестниц и ажурные ограждения; садовые столики, арки, беседки.
4. Запчасти, которые будут подвергаться высоким нагрузкам: элементы насосов высокого давления, детали турбин, прокатные валики, клапаны. Для таких изделий литье осуществляется из высокопрочного чугуна марок ВЧ40-ВЧ80.
5. Детали, которые будут подвергаться сильному абразивному трению и нагреваться: элементы жаростойкого оборудования, компрессоров, дизелей. В этом случае используется легированный или антифрикционный чугун марок ЧС15, ЧХ16, АЧС.

При производстве изделий из чугуна применяется инновационная технология литья в холодно твердеющих смесях ХТС. Использование данной технологии позволяет добиться максимальной точности размеров деталей, а также значительно повысить производительность работы.

Стоимость работ

Конечная цена напрямую зависит от марки чугуна, количества затраченного материала, сложности изготовления, объема заказа. Наш чугунно-литейный завод осуществляет полный цикл работ, начиная от эскиза и заканчивая монтажом изделия. Мы работаем без посредников и можем держать вполне конкурентные цены. Хотите узнать точную стоимость чугунного литья? Свяжитесь с нами и мы сделаем расчет в течение 1 дня! На все изделия дается гарантия производителя.

Производство чугуна

Чугун является железом или сплавом, который нагревают, пока он сжижается, а затем выполняют литье чугуна в форму для затвердевания. Это, как правило, сделано из чугуна. Компоненты сплава влияет на его цвет, когда перелом: белый чугун имеет карбид примесей, которые позволяют трещин пройти прямо через.  Серый чугун, или серого чугуна, имеет графитовых хлопьев, которые отклоняют проходящий трещины и инициировать множество новых трещин, разрывов материала.  Углерод (С) и кремний (Si) являются основными легирующими элементами, с количеством от 2,1 до 4% масс и от 1 до 3 мас%, соответственно. Железные сплавы с содержанием углерода менее известны, как сталь. Хотя это технически делает эти тройные сплавы на основе Fe-C-Si сплавов, литье принцип затвердевания железа понял из двоичной железоуглеродистых фазовой диаграммы. С композициями из самых чугуна составляет около эвтектической точки из системы железо-углерод, температура плавления тесно коррелируют, как правило, в диапазоне от 1150 до 1200 ° C (2102 до 2192 ° F), что составляет около 300 ° C (572 ° F) ниже, чем температура плавления чистого железа.  Чугун, как правило, хрупкий, за исключением ковкого чугуна. Благодаря своей относительно низкой температурой плавления, хорошей текучестью, литейные, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформациям и износу, чугунов стали конструкционный материал с широким спектром применения и используются в трубах, машинной и автомобильной промышленности, таких как цилиндры, блоки цилиндров и коробки передач. Он устойчив к разрушению и ослаблению путем окисления (ржавчины). Самые ранние чугуна артефакты датируются 5 веке до н.э., и были обнаружены археологами в то, что сейчас современные Luhe County , Цзянсу в Китае. Чугун использовался в Древнем Китае для ведения войны, сельского хозяйства и архитектуры. Во время 15-го века, чугун стали использовать для артиллерии в Бургундии, Франции, и в Англии во время Реформации. Первый чугунный мост построен в 1770-х годах по Авраама Дарби III , и известен как Железный мост. Чугун производится переплавки чугуна, часто вместе с значительное количество металлолома, стальной лом, известняк, уголь (кокс) и принимают различные меры для удаления нежелательных примесей. Фосфор и сера может быть сожжена из расплавленного железа, но это также выгорает углерод, который должен быть заменен. В зависимости от приложения, углерода и кремния содержание корректируется до нужного уровня, который может быть от 2 до 3,5% и от 1 до 3% соответственно. Другие элементы, которые затем добавляются в расплав перед окончательной форме производится путем литья. Железный иногда плавится в специальной типа доменной печи известны как купол, но чаще плавят в электрических индукционных печах или электрических печах. После таяния завершена, расплавленный чугун заливается в раздаточную печь или ковш. Легирующие элементы Свойства чугуна изменяются путем добавления различных легирующих элементов. В составе с углеродом, кремнием является наиболее важным потому что она заставляет углерода из раствора. Вместо форм углерода графит, что приводит к более мягким железом, уменьшает усадку, снижает прочность, плотность и уменьшается. Сера, если присутствует, образуется сульфид железа, который препятствует образованию графита и увеличивает твердость. Проблема с серой является то, что она делает расплавленный чугун вялым, что приводит к небольшим дефектам в перспективе. Для борьбы с последствиями серы, добавляют марганец  потому что две формы в сульфида марганца, и сульфид железа. Сульфида марганца легче расплава поэтому, как правило, чтобы плавать из расплава и в шлак. Количество марганца, необходимого для нейтрализации серы составляет 1,7 × содержание серы 0,3%. Если больше, чем это количество марганца добавляют, то карбид марганца формы, что увеличивает твердость и охлаждение, за исключением серого чугуна, где до 1% марганца увеличивает прочность и плотность. Никель является одним из наиболее распространенных легирующих элементов, поскольку он уточняет перлит и графит структуру, улучшает прочность и твердость, сглаживает различия между разделами по толщине. Хром добавляется в небольших количествах в ковш для уменьшения свободного графита, производить холод, и потому, что является мощным карбида стабилизатора; никеля часто добавляют в совокупности. Небольшое количество олова может быть добавлено в качестве заменителя 0,5% хрома. Медь добавляется в ковше или в печи, порядка от 0,5 до 2,5%, чтобы уменьшить озноб, уточнить графит и увеличить текучесть. Молибден добавляется порядка от 0,3 до 1% увеличить холод и уточнить графита и перлита структуры, она часто добавляют в сочетании с никелем, медью, хромом и формировать высокие силы. Titanium добавлены в дегазатор и восстановитель, но он также увеличивает текучесть. От 0,15 до 0,5% ванадия добавляют в чугун для стабилизации цементита, повышения твердости и увеличения сопротивления носят и тепла. 0,1 до 0,3% циркония способствует формированию графита, раскисления и повышения текучести. В ковкие расплавы добавляют по шкале от 0,002 до 0,01%, увеличить, сколько кремния могут быть добавлены. В белом железо, бор добавлены, чтобы помочь в производстве ковкого чугуна, оно также снижает эффект огрубления. Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой, что приводит к переломам материала, чтобы получать серый цвет. Это наиболее часто используемый чугун и наиболее широко применяемый литой материал. Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, остальное железо. Серый чугун имеет меньшую прочность на разрыв и ударопрочностью, чем сталь, но его прочность на сжатие сравнима с низкой и средней углеродистой стали. Это железо, которое отображает белую поверхность скола в связи с присутствием цементита. С низким содержанием кремния и более быстрым охлаждением, углерод в белом чугуне выпадает из расплава как метастабильные фазы цементита, Fe 3 C, а не графита. Цементита, который осаждается из расплава формы, как относительно крупные частицы, как правило, в эвтектической смеси, где другие фазы аустенита (который при охлаждении может превращаться в мартенсит ). Эти эвтектические карбиды являются слишком большими, чтобы обеспечить дисперсионное твердение (как в некоторых сталях, где цементита осадки могут препятствовать пластической деформации, препятствующие движению дислокаций через ферритовые матрицы). Скорее всего, они увеличивают объем твердость чугуна просто в силу своей очень высокой твердости и их значительная доля объема, такая, что основную твердость можно приблизить правила смесей. В любом случае, они предполагают твердость за счет вязкости. Поскольку карбид составляет большую часть материала, белого чугуна может быть обоснованно классифицировать как металлокерамические. Белое железо слишком хрупкое для использования во многих структурных компонентов, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно низкой стоимостью, она находит применение в таких местах, как износ поверхности ( рабочее колесо ) из шламовых насосов, раковины лайнеров, мельницы, мельницы самоизмельчения, зубья экскаватора на ковше (хотя мартенситной стали используются чаще для этого приминения).  Это затрудняется для быстрого охлаждения больших отливок, чтобы укрепить расплав в виде белого чугуна на всем периоде охлаждения. Тем не менее, быстрое охлаждение может быть использовано для укрепления корпуса из белого чугуна, после чего остаток охлаждается более медленно, чтобы сформировать ядро ​​из серого чугуна. В результате литье, называется охлажденным литьем.  Высокое содержание хрома в сплаве белого чугуна позволяет делать массивные отливки (например, 10-тонное рабочее колесо), т. е. высокая скорость охлаждения не требуется, а также предоставляется внушительное сопротивление от истирания. Ковкий чугун начинается в виде белого чугуна, который затем подвергается термической обработке при температуре около 900° C (1650° F). Графит выделяется гораздо медленнее, в этом случае, так что поверхностное натяжение есть время, чтобы сформировать его в сфероидальных частиц, а не хлопья. В связи с их более низкой пропорции, сфероидов относительно короткие и далеко друг от друга, и имеют более низкий сечение VIS-A-VIS распространяющейся трещины или фононов. Они также имеют тупые границ, в отличие от хлопьев, что облегчает концентрацию напряжений проблемах, с которыми сталкиваются серого чугуна. В целом, свойства ковкого чугуна больше похожи на мягкой стали. Существует предел тому, насколько большую роль может быть приведен в ковкого чугуна, так как он сделан из белого чугуна. В последнее время развитие узловой или высокопрочного чугуна. Небольшое количество магния или церия добавлен в этих сплавах замедлить рост графита осадка путем приклеивания к краям графитовых плоскостей. Наряду с тщательным контролем других элементов и сроки, это позволяет отделить углерода, как сфероидальных частиц в качестве материала затвердевает. Свойства похожи на ковкой железа, но детали могут быть поданы с большим сечением. Предыдущие статьи: Похожие статьи: Следующие статьи:

Спросите у металлурга: Кованое железо против чугуна

Какие отличия? Узнайте и узнайте, как они используются

Кованое железо обычно используется для декоративных, архитектурных применений, таких как заборы или каркасы скамеек.

Люди часто предполагают, что чугун и кованое железо — это взаимозаменяемые термины для обозначения ранних работ по чугуну, но между ними есть огромная разница.

Кованое железо — это железо, которое нагревали и затем обрабатывали инструментами.

Чугун — это железо, которое было расплавлено, вылито в форму и оставлено для застывания.

Основное различие между чугуном и кованым железом заключается в том, как они производятся. Различия можно найти в названиях: ковка — это причастие работы прошедшего времени («обработанное железо»), а литье описывает все, что образовалось в процессе литья.

Различные методы производства позволяют создавать металлы различной силы и слабости, поэтому вы редко встретите чугунный забор или кованую сковороду.

Что такое кованое железо?

Кованое железо обрабатывается кузнецом

Кованое железо состоит в основном из элементарного железа с небольшими количествами (1-2 процента) добавленного шлака (побочный продукт плавки железной руды, обычно состоящий из смеси оксидов кремния, серы, фосфора и алюминия).Кованое железо получают путем многократного нагрева материала и обработки его инструментами для его деформации.

Кованое железо очень ковкое, что позволяет его нагревать, повторно нагревать и обрабатывать в различных формах. Кованое железо становится прочнее, чем больше его обрабатывают, и отличается своим волокнистым внешним видом. Кованое железо содержит меньше углерода, чем чугун, что делает его более мягким и пластичным. Он также обладает высокой устойчивостью к утомлению; если приложить большое давление, он подвергнется большой деформации, прежде чем выйдет из строя.

Термин «кованое железо» сегодня часто используется неправильно; он обычно используется для описания дизайна, похожего на исторические изделия из кованого железа, независимо от используемого металла. Низкоуглеродистая сталь, которая была подвергнута машинной гнутой форме в холодном состоянии, или стальные литые и железные детали, окрашенные в черный цвет, регулярно ошибочно маркируются как изделия из кованого железа. Однако, чтобы на самом деле считаться кованым железом, металлический предмет должен быть выкован кузнецом, который нагревает его и придает ему форму.

Кованое железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры на Анатолийском полуострове (ныне Турция), и оно широко использовалось в строительстве на протяжении всего XIX века.Однако достижения в области металлургии в 20-м веке упростили и удешевили машинную формовку и сварку металлических деталей. Сравнительно дорогой и трудоемкий характер кузнечного дела привел к прекращению его крупномасштабной коммерческой практики в середине 1970-х годов. Это означает, что большинство настоящих изделий из кованого железа сегодня — это либо предметы антиквариата, либо особые изделия, разбитые местными мастерами.

Что такое чугун?

Чугун используется для производства многих продуктов, используемых в нашей повседневной жизни.

Чугун может относиться к ряду сплавов железа, но чаще всего он ассоциируется с серым чугуном.Несмотря на название «железо», это не чистое элементарное железо (Fe в периодической таблице) — на самом деле это сплав, содержащий 2–4 процента углерода, а также небольшое количество кремния и марганца. Другие примеси, такие как сера и фосфор, также обычны.

Чугун получают путем плавки железной руды или чугуна (промежуточный продукт добычи железной руды) и смешивания его с металлоломом и другими сплавами. Затем жидкую смесь выливают в формы и дают ей остыть и затвердеть.

Чугун очень хрупкий по своей природе, что означает, что он сравнительно твердый и не ковкий.

Окончательный результат сильный, но хрупкий. Из-за более высокого содержания углерода чугун затвердевает как гетерогенный сплав, что означает, что он содержит несколько компонентов или материалов в разных фазах в своей микроструктуре.

Эта смешанная микроструктура придает чугуну его отличительные физические свойства. Внутренние частицы углерода создают точки внутреннего напряжения, способствующие разрушению.Чугун тверже, хрупче и менее податлив, чем кованое. Его нельзя сгибать, растягивать или придавать форму молотком, поскольку его слабая прочность на разрыв означает, что он сломается до того, как согнется или деформируется. Однако он обладает хорошей прочностью на сжатие.

Чугун имеет практически безграничное промышленное применение.

Литье значительно менее трудоемко, чем производство кованого железа, и было распространенной формой производства на протяжении 18 и 19 веков. Появление стали и технологий автоматизированной обработки снизило роль литья в некоторых отраслях, но во многих других оно остается рентабельным и широко используемым процессом.В то время как сталь почти полностью вытеснила чугун в строительстве, чугун остается популярным для изделий сложной формы, которые легче отливать, чем обрабатывать станком. Чугун менее реагирует с материалами форм, чем сталь, и имеет более низкую температуру плавления, что делает его более текучим.

Чугун обладает положительной текучестью, что делает его идеальным для изготовления таких деталей, как декоративные скамейки и другая уличная мебель.

Ковкий чугун: прочность и универсальность

Ковкий чугун, также известный как высокопрочный чугун, представляет собой современный и уникальный вид чугуна, разработанный исследователями в 1940-х годах.Они обнаружили, что, добавляя избранные сплавы — вначале сплав магния с медью, а затем церий — они могут манипулировать атомами углерода для формирования микроструктуры, отличной от микроструктуры чугуна. Микроструктура ковкого чугуна предотвращает образование трещин, в результате чего металл обладает преимуществами чугуна без хрупкости.

Можно производить ковкий чугун для достижения высокой пластичности и прочности на разрыв

Ковкий чугун можно производить нескольких марок для достижения высокой пластичности и прочности на разрыв.Ковкий чугун после закалки, полученный с дополнительной термообработкой, обладает еще лучшими механическими свойствами и устойчивостью к износу.

Ковкий чугун также демонстрирует относительно небольшую усадку при охлаждении, что делает его идеальным для точного литья. Ковкий чугун часто используется в отливке, что означает, что он не требует термической обработки. Это может помочь снизить производственные затраты, особенно в долгосрочной перспективе.

Отливки из высокопрочного чугуна и чугуна производятся путем заливки расплавленного чугуна в изложницы.

Рекомендации по коррозии

Чугун и кованое железо подвержены коррозии, когда оголенные поверхности подвергаются воздействию кислорода в присутствии влаги.Это может быть проблематично для наружных сред с почти постоянным воздействием осадков и влажности. В отличие от других металлов, которые образуют защитное окислительное покрытие, железо через некоторое время полностью ржавеет и отслаивается.

Чтобы предотвратить ржавчину, изделия из железа следует покрывать защитным покрытием. Краска обычно используется для покрытия и защиты голого металла. Порошковое покрытие — еще один метод, идеально подходящий для уличной мебели, более подверженной износу в местах с интенсивным движением. Порошковые покрытия очень долговечны и не выгорают, не трескаются и не трескаются в течение длительного времени.

Исторический заповедник

От Линкольна, Массачусетс, до Линкольна, Небраска, до Линкольна, Онтарио, Северная Америка богата историей. Каждому городу есть что рассказать, и здания в этих городах сыграли такую ​​же роль в создании прошлого, как и сами люди.

При реставрации исторических зданий с использованием архитектурного железа и металлоконструкций качество и подлинность имеют решающее значение. Большие наружные элементы, такие как тумбы, ворота, заборы, светильники и скамейки в парке, играют важную роль в создании атмосферы, верной историческим временам.Современные литейные предприятия могут воспроизвести ранние металлоконструкции, взяв за основу свои дизайнерские идеи из исторических чертежей или самих оригинальных конструкций.

Для получения дополнительной информации о чугуне или для запроса предложения по индивидуальному проекту, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Источники

Как делают чугун?

Сырье

Производство чугуна начинается с комбинации сырья. Железо редко встречается в чистом виде.Только метеориты содержат чистое железо. Железо, используемое веками, представляет собой сочетание железа и других элементов. Эти комбинации известны как оксиды железа. Горная промышленность извлекает большую часть железа из железных руд, которые представляют собой горные породы, обнаруженные на внешних слоях земли, которые содержат железо. Затем эта железная руда превращается в различные типы железа, но сначала ее перерабатывают в доменной печи для производства передельного чугуна. Сам по себе чугун практически не используется из-за его хрупкости. Легированный другими металлами чугун находит новое применение.

Производство чугуна

Термин чугун обычно используется для описания серого чугуна, но он также может описывать и целую группу сплавов. Цвет поверхности чугуна часто используется для его идентификации. Чугун начинает свою жизнь как чугун, который переплавляют и часто объединяют с большим количеством лома, а иногда и со сталью. Загрязняющие вещества удаляются из расплавленного чугуна, и после плавления чугун отливают. Литье — это процесс заливки чугуна в форму, придающего ему форму.Формы и способы заливки разделяют этот процесс. Формы могут быть как одноразовые (песок), так и одноразовые (металлические). Заливка может происходить под действием силы тяжести, низкого давления или вакуума. Чем сложнее форма, тем важнее становится контроль за процессом разливки.

Затвердевающий чугун

После литья чугуну дают затвердеть. При неправильном выполнении процесс затвердевания может разрушить усилие, и металл затем повторно используется в качестве металлолома, таким образом, перерабатывается и снова превращается в чушковый металл, готовый к литью.Контроль кривой охлаждения очень важен для правильной практики затвердевания и позволяет заметить разницу между высококачественным и средним чугуном. Быстрое охлаждение дает мелкозернистую конструкцию, а медленное охлаждение — крупнозернистую. Чугун, который не охладился равномерно, дает некачественную отливку. Другие проблемы, с которыми сталкиваются во время процесса чугуна, включают загрязнение чугуна, пористость газа (образование пузырьков в чугуне) и проблемы с текучестью металла. Процесс литья — это искусство, которое необходимо изучить и испытать, чтобы полностью понять.

Как компания Lodge изготавливала чугунные сковороды в течение 125 лет

Чугунные сковороды являются незаменимыми предметами кухонной посуды. Один из самых популярных, широко доступных и доступных брендов — это Lodge Cast Iron. В этом эпизоде ​​ Dan Does ведущий Дэниел Джинин совершает экскурсию по огромному заводу компании в Южном Питтсбурге, штат Теннесси, чтобы увидеть, как более чем 100-летний бренд создает одну из самых последовательных и широко любимых чугунных сковородок в Америке. история.

Первая остановка Дженин — гигантская куча металлического мусора.Эти обрезки чугуна, стали и забракованных чугунных кастрюль собираются огромным магнитом и опускаются в печь для плавления при температуре 2800 градусов по Фаренгейту. Затем робот «шлаковывает» расплавленный металл, что означает, что он удаляет все примеси, такие как ржавчина и песок, всплывшие наверх. Оттуда робот переносит расплавленный металл в гигантский ковш, который переносит его на следующую стадию процесса.

Пока все это происходит, формы для кастрюль изготавливаются из мелкого пластичного песка, который прессуется в массивных машинах.Ковши заливают расплавленный металл в эти изложницы. После заливки и охлаждения металла формы для песка помещают в вытряхивающую машину, которая стряхивает песок с поддона, а затем в огромный барабан, чтобы стряхнуть остатки. Кастрюли, наконец, помещаются на гигантскую конвейерную ленту для сортировки и проверки. Любые сковороды, которые не могут быть собраны, отбрасываются обратно в исходную кучу металлолома, где их снова переплавляют и переделывают в другую сковороду.

После того, как сковороды признаны достойными, их обрабатывают гранулами из нержавеющей стали в гигантской ванне вместе с мылом и водой, чтобы очистить и отполировать.Затем начинается процесс приправы. Сковороды подвешивают на крючки, опрыскивают соевым маслом и запекают при высоких температурах.

«Если вы думаете о том, что мы здесь делаем, — говорит Ларри Рэйдо, менеджер по коммерциализации продукции Lodge. «Мы берем это сырье, которое было ничем, когда оно попало в Лодж, и в течение пары часов мы делаем совершенно новый продукт, который кто-то собирается достать из коробки и приготовить в нем еду. для их семьи в ту ночь. Это то, что движет сюда многих из нас.”

Подпишитесь на Подпишитесь на рассылку новостей Eater

Самые свежие новости из мира продуктов питания каждый день

Как восстановить ржавые и поврежденные чугунные сковороды и посуду

Serious Eats стал отличным ресурсом для приготовления чугунных блюд, благодаря некоторым статьям, написанным Кендзи по этой теме, от рецептов до руководств по уходу и уходу, а также некоторым серьезным мифам.

Одно из чудес чугуна в том, что он крепкий, как гвоздь, и может прослужить несколько поколений. Для тех, кто хочет поднять свою чугунную кулинарию на новый уровень, хорошая винтажная посуда — довольно приятный первый шаг. Дело не в том, что старинные предметы намного лучше, чем современные сковороды, доступные сегодня — более гладкая поверхность, характерная для очень старого чугуна, обеспечивает лишь незначительно лучшие антипригарные свойства.

Но для тех из нас, кто достаточно ботаник, чтобы восхищаться деталями, винтажный чугун имеет много преимуществ.Во-первых, он, как правило, легче своих современных аналогов, что, если вы регулярно используете чугун, может начать влиять на качество вашей жизни (по крайней мере, ваша спина будет вам благодарна). Во-вторых, у него гладкая отделка — последний этап производства, от которого давно отказались в пользу скорости и эффективности производства. Помимо небольшого улучшения антипригарных качеств, которые предлагает гладкая поверхность, она также намного красивее на вид.

Но, пожалуй, самое лучшее в старинных чугунных сковородках — это прошлое, с которым мы нас связываем — эти сковороды восходят к периоду американской истории с середины 1800-х до начала 1900-х годов, когда чугун был серьезной отраслью промышленности, а не только для сковородок. но паровые радиаторы и дровяные печи, мосты и даже здания (штаб-квартира Serious Eats находится всего в нескольких кварталах от Сохо, где находится удивительная коллекция чугунной архитектуры 19 века).

Помимо национальной истории, есть повседневная жизнь, запеченная в каждой старой чугунной посуде: просто подумайте обо всех блюдах, которые шипели в сковороде, которая восходит к Первой мировой войне или даже Гражданской войне.

Это магия старинного чугуна, но как насчет того, чтобы купить его на самом деле? Вы можете выбрать легкий путь и заплатить больше за вещь, которая уже была отремонтирована. Или вы можете пойти по пути «сделай сам», купив ржавый старый драндулет на распродаже в гараже или на барахолке и починив его самостоятельно. Однако посмотрите в Интернете, и вы найдете множество разных идей о том, как лучше всего его очистить.

Обычно здесь, в Serious Eats, мы сами проводим все методические испытания, но это непрактично для старинного чугуна: я просто не могу найти достаточно, чтобы опробовать каждый метод.Так что для этой истории я сделал следующее лучшее, и получил урок от Ника Здона, директора по продукту в Best Made Company, магазине, посвященном классным вещам, таким как топоры, карманные ножи, походные принадлежности и другие предметы коллекционирования, которые парню вроде меня не следует Мне не позволено даже близко, чтобы я не обанкротился.

Ник начал с восстановления старинных головок топоров, затем заинтересовался чугунной посудой, которую он охотится в мусорных лавках, на распродажах и в антикварных магазинах в сельских районах Мэриленда и Пенсильвании *. большинство распространенных методов.Короче говоря, он сделал легкую работу, так что мне не пришлось.

* Если у кого-то из читателей SE в этой части страны возникнут проблемы с поиском старинных сковородок, вы можете обвинить Ника: он говорит, что в значительной степени обескровил эти места.

Все предметы, которые восстанавливает Ник, продаются в магазине Best Made’s Tribeca и на их веб-сайте. На момент написания будет большая партия, но я не могу гарантировать, что они все еще будут доступны, когда вы прочтете это — если прошлые лоты являются какой-то мерой, все это будет продаваться очень быстро.Но это нормально. «Я бы предпочел научить людей делать это самим, потому что эта старинная чугунная программа, которую мы проводим, не является устойчивой», — говорит он.

Советы по покупке винтажного чугуна

Первый шаг — достать кусок винтажного чугуна. Книги, вероятно, можно написать только по этой теме, и может потребоваться некоторое время, чтобы ознакомиться с ландшафтом многих торговых марок времен расцвета чугуна Америки. Есть Гризвольды и Вагнеры, Победители и Фавориты, старые ложи, Вапаки и Бирмингемская плита и хребты.Есть еще кое-что, что я могу рассказать здесь, поэтому для начала ознакомьтесь со следующими сайтами: Griswold and Cast Iron Cookware Association, The Cast Iron Collector и Brimingham Stove and Range.

Потребуется некоторое время, чтобы ознакомиться с логотипом каждого бренда и тем, как он менялся за десятилетия (полезно знать, сколько лет антикварному предмету), но даже если вы не совсем в курсе, если вы видите что-то такое, выглядит старым, гладким и не таким тяжелым, как современные сковороды, которые продаются по дешевке, вы всегда можете взять его и побеспокоиться об этих деталях позже.

Тем не менее, с самого начала есть несколько вещей, на которые вам обязательно стоит обратить внимание. Во-первых, убедитесь, что вы получаете простой старый чугун, по крайней мере, если ваша цель — сковорода, которую можно приправить до антипригарного покрытия. Например, та, которую вы видите выше, представляет собой старую чугунную сковороду Вагнера, покрытую никелем. В этом нет ничего плохого, и он тоже коллекционный, но, как и эмалированный чугун (например, Le Creuset), его нельзя приправлять.

Обнаружение трещин

Допустим, вы находитесь на свалке, и вам бросается в глаза старая чугунная сковорода.По словам Ника, одним из первых шагов является поиск трещин, потому что вам не нужна сковорода с трещинами — это недостаток, который может сделать сковороду бесполезной. Некоторые трещины, как на сковороде выше, хорошо видны. Но другие могут быть погребены под слоями ржавчины и приправ.

Хитрость, говорит Ник, заключается в том, чтобы поднять сковороду и постучать по ней костяшками пальцев. Твердая чугунная сковорода без трещин будет звенеть с колокольным резонансом. Если звук глухой и резкий, как от дешевой жести, двигайтесь дальше, поскольку, скорее всего, есть трещина, которую вы не увидите.

Точечная коррозия и другие изъяны

Значительные язвы и эрозия на нижней стороне сковороды.

Питтинг — еще один недостаток, который следует учитывать. Многие старые сковороды будут иметь ямки, и это не является решающим фактором. Тем не менее, лучше избегать посуды с небольшим количеством изъязвлений на поверхности для приготовления пищи, так как это может затруднить получение хорошего ровного слоя приправ. То, сколько язвы вы готовы терпеть и где он находится, — это личное дело каждого.

Красноватый цвет, который вы видите на сковороде выше, — это не просто ржавчина: это необратимое тепловое повреждение металла, и на него сложно приготовить хорошую приправу. Некоторым нравится чистить чугун в духовке, настроенной на цикл очистки. Это может сработать, но Ник предостерегает от этого, поскольку есть риск, что со временем он нанесет именно такой ущерб.

Небольшая ямка на поверхности для приготовления пищи на сковороде выше может помешать приготовлению приправы, хотя для ее устранения можно накапливать достаточно приправы.

Перед покупкой лучше узнать о дефектах чугуна, включая точечную коррозию и коробление, а также о том, преодолимы ли они, чтобы принять осознанное решение.

Восстановление чугуна

Когда у вас есть чугун, вам, вероятно, придется сделать две вещи: удалить старые слои приправы, а также избавиться от ржавчины. Как только сковорода достаточно взбита, не стоит пытаться спасти находящуюся на ней приправу. Чтобы получить действительно красивое и функциональное изделие, вам нужно снять этого ребенка, а затем собрать его с нуля.

Не рекомендуется: Naval Jelly

Во-первых, подсказка, чего нельзя делать. Некоторые сайты рекомендуют вам использовать Naval Jelly, форму фосфорной кислоты. На фотографии выше изображена сковорода, на которой было нарисовано Naval Jelly. Как видите, он сохнет, и его становится очень трудно удалить. По словам Ника, он может работать с очень маленькими кусками чугуна, которые можно полностью погрузить в желе, но большая часть посуды слишком велика.

Пескоструйная очистка — еще один метод, от которого, по словам Ник, следует избегать: она не только очищает все, но и навсегда изменяет исходную поверхность чугуна.

Как удалить старую приправу: щелок

Приправа для чугуна представляет собой полимеризованное масло, по сути пластиковое покрытие, которое образуется при нагревании масла в присутствии железа и кислорода. Щелок, общее название щелочного соединения гидроксида натрия, может расщеплять полимеризованное масло.

Щелок используется для самых разных целей, от изготовления мыла до придания кренделькам темно-коричневой корочки, но с ним нужно обращаться осторожно: растворы щелока способны вызвать неприятные химические ожоги, и с ними следует обращаться с той же осторожностью, что и при 350 ° F. масло для жарки.Подобно горячему маслу, при ответственном обращении его можно использовать без проблем — точно так же, как масло для жарки, не попадает на кожу. Обязательно используйте прочные резиновые перчатки и защитные очки, а остальную часть кожи держите закрытой.

По словам Ника, если у вас есть одна или две винтажные сковороды, проще всего использовать такой продукт, как Easy-Off, средство для чистки духовки, распыляющее пену на основе щелока. Чтобы использовать его, распылите пену по всей посуде, затем запечатайте ее в прочных мешках для мусора и оставьте на 24 часа.

Затем протрите сковороды мощным скребком, чтобы удалить приправу, и очистите сковороду до ее первоначальной металлической поверхности, которую вы узнаете по темно-серому цвету. Обратной стороной Easy-Off является то, что часто требуется несколько применений и сеансов мытья, прежде чем вся приправа будет удалена.

Для более крупных работ или если вы хотите получить более быстрые результаты, следующий лучший вариант — наполнить большое пластиковое ведро раствором щелочи и погрузить в него сковороды.Ник покупает щелок в хозяйственных магазинах, например бутылку со средством для чистки сливов, которую вы видите выше (просто убедитесь, что вы покупаете чистый щелок). Он добавляет 1-фунтовую бутылку щелока в 5 галлонов воды и, опять же, обратите внимание: вы всегда должны добавлять щелок в воду, а не наливать воду на щелок, так как это может вызвать бурную реакцию.

Ник позволяет сковородам впитаться в раствор щелочи на 24 часа, а затем вытирает их. Если им нужно немного больше времени в растворе щелочи, он кладет их обратно, проверяя и время от времени вытирая, пока вся приправа не будет удалена.Хорошая новость заключается в том, что щелок совершенно не повредит металл, поэтому можно не бояться слишком долго замачивать посуду в щелоке.

Еще одно замечание по технике безопасности: ведро щелочного раствора — вещь опасная, такая же опасная, как горшок с горячим маслом. Держите детей и домашних животных подальше от него и убедитесь, что щелок не находится в таком месте, где любопытный ребенок или домашнее животное может найти его самостоятельно; Также всегда держите ведро надежно закрытым, когда вы не работаете с посудой.

На фотографии выше вы можете видеть, что в сковороде осталось еще немного приправ (темные пятна), прежде чем она будет готова к ополаскиванию, а затем перейдет к следующему шагу.

Удаление ржавчины: уксус

После того, как вы удалили всю старую приправу, следующим шагом будет избавление от ржавчины. К счастью, для удаления ржавчины не требуется ничего более отвратительного, чем щелок: уксусная кислота, A.K.A. уксус сделает свое дело. Обязательно купите для этого большие кувшины дешевого дистиллированного белого уксуса.

Ник позволяет сковородам пропитаться чистым дистиллированным белым уксусом на шесть-двенадцать часов, а затем протирает его. Но он предупреждает, что этот шаг никогда не должен длиться дольше 24 часов — уксус может не представлять большой проблемы для нашей кожи, но разрушит и вызовет коррозию чугуна, если оставить на нем слишком долго.

Мне нравятся эти фотографии: вы, наконец, можете увидеть, как появляется оригинальный чугун.

Ник маркирует каждое ведро, чтобы не было путаницы, какое из них содержит щелок, а какое — уксус.

На ручке осталось немного ржавчины, но в остальном эта сковорода готова к новой жизни. Только учтите, что после воздействия чугун почти сразу начинает ржаветь только на воздухе. Чтобы этого не произошло, сразу же смажьте сковороду маслом, как описано ниже.

Отреставрированная старинная чугунная посуда, готовая к приправке. Фото: Дэниел Гритцер.

Одновременное удаление приправ и ржавчины: Электролиз

Для тех, кому нужно решение, которое одновременно борется с приправой и ржавчиной, лучше всего выбрать установку для электролиза. Это непрактично для многих людей дома, но автолюбители могут уже иметь под рукой зарядное устройство. Если это похоже на вас, читайте дальше.

Ник запускает свой с этим зарядным устройством Шумахера, которое он настраивает на 10 ампер.Он соединяет положительный красный зажим со стальной пластиной в баке, а отрицательный черный зажим — с очищаемой сковородой. «Просто помните, что черная грязная сковорода имеет черный зажим», — говорит он.

На этих фотографиях сковорода не полностью погружена, но в идеале так и должно быть, поскольку единственная очищаемая часть сковороды — это погруженная поверхность, обращенная к стальной пластине. (Это также не чугунная сковорода, но мы можем игнорировать это.) Некоторые люди окружают сковороду стальными пластинами со всех четырех сторон, чтобы ускорить процесс; в противном случае вам придется время от времени переворачивать сковороду, чтобы подвергать все поверхности действию тока.(Также не забудьте выключить зарядное устройство, прежде чем прикасаться к чему-либо в настройке — в конце концов, через него проходит электрический ток.)

Чем ближе сковорода к стальным пластинам, тем лучше будет реакция, но они не могут касаться друг друга или не получится.

Сам раствор представляет собой воду с добавлением примерно одной столовой ложки стиральной соды (карбоната натрия) на галлон.

Вы узнаете, что он работает, как только он включится, по облачному потоку пузырьков, текущему между стальной пластиной и чугуном.

Ник позволяет своему электролизу пройти всю ночь.

Как только это будет сделано, вся грязь — как приправы, так и ржавчина — должна соскоблить и стереть.

Уход после снятия изоляции

Как я уже упоминал выше, чугун начинает ржаветь почти сразу после того, как его разделят до чистого металла. Если вы не собираетесь приправлять его сразу, вы можете временно предотвратить ржавчину, протерев сковороду минеральным маслом.

Хорошо протрите масло тканью, пока не исчезнет блеск.Затем обязательно смойте его теплой мыльной водой, прежде чем пытаться приправить сковороду.

Новый сезон

Фотография: Вики Васик.

Когда вы будете готовы к сезону, следуйте нашим инструкциям здесь. Подойдет любое нейтральное кухонное масло, такое как кукурузное, овощное или рапсовое; избегайте льняного масла, которое делает приправу красивой, но имеет тенденцию легко стираться.

Как только вы закончите, сделайте шаг назад и оцените красоту своей работы. Если вы щедры, это станет подарком для тех, кого вы любите, кому также нравится чугунная посуда.В моем случае это, вероятно, означало бы, что я отдам его себе. Потому что я такой жадный.

Примечание редактора: эта статья была обновлена ​​улучшенными советами по маслу для приправы.

7 мифов, которые нужно забыть

Если вы не заметили, я большой поклонник чугуна. Когда прошлой весной я собрал свою квартиру и должен был прожить целый месяц, имея только две сковороды на кухне, можете поспорить, что первая, которую я схватил, была моя верная чугунная сковорода.

Я использую его для хрустящего картофельного шашлыка и для безумно хороших стейков. Я использую его для выпечки чесночных узлов, кукурузного хлеба или самой простой, лучшей пиццы на сковороде, которую вы когда-либо испекали (шучу, это может быть самая легкая пицца). Я использую его для полноценного куриного ужина с безумно хрустящей кожицей и для хрустящих кремовых запеканок из макарон.

Дело в том, что это универсальная рабочая лошадка, и никакая другая кастрюля даже близко не приближается к ее лиге.

Но когда дело доходит до чугунных сковородок, существует также таинственная, наполненная мифами история.С одной стороны, есть люди, которые утверждают, что нужно относиться к своей чугунной посуде, как к нежному цветочку. С другой стороны, есть мачо, которые подхватывают свои , мой чугун hella non-stick или , черт возьми, моя сковорода нагревается равномерно!

В мире чугуна есть необоснованные, непроверенные утверждения слева направо и по центру. Пора развеять некоторые из этих мифов. Затем ознакомьтесь с нашим обзором чугунных сковородок, чтобы убедиться, что вы готовите на самой лучшей сковороде.

Миф №1: «Чугун сложно обслуживать».

Теория: Чугун — это материал, который легко ржавеет, сколы или трещины. Покупка чугунной сковороды похожа на одновременное усыновление новорожденного ребенка и щенка. Вам придется побаловать его на ранних этапах его жизни и быть нежным при хранении — эта приправа может отколоться!

Реальность: Чугун крепок как гвоздь! Есть причина, по которой 75-летние чугунные сковороды ходят на дворовых распродажах и в антикварных магазинах.Этот материал рассчитан на длительный срок службы, и его очень сложно полностью испортить. Большинство новых сковород даже поставляются предварительно заправленными, а это значит, что самая сложная часть уже сделана за вас, и вы готовы сразу приступить к приготовлению.

А как его хранить? Если приправы нанесены тонким ровным слоем, как и должно быть, не волнуйтесь. Это не отколется. Я храню свои чугунные сковороды вложенными друг в друга. Угадай, сколько раз я раскалывала их приправы? Попробуйте сделать это со своей сковородой с антипригарным покрытием, не повредив ее поверхность.

Миф № 2: «Чугун действительно нагревается равномерно».

The Theory: Для жарки стейков и картофеля требуется сильный, равномерный нагрев. Чугун отлично подходит для жарки стейков, так что он должен хорошо нагреваться равномерно, верно?

Реальность: На самом деле чугун ужасен при равномерном нагреве. Теплопроводность — мера способности материала передавать тепло от одной части к другой — составляет примерно от трети до четверти, чем у такого материала, как алюминий.Что это значит? Бросьте чугунную сковороду на горелку, и вы в конечном итоге образуете очень чистые горячие точки прямо над пламенем, в то время как остальная часть сковороды останется относительно холодной.

Основным преимуществом чугуна является то, что он имеет очень высокую объемную теплоемкость, а это означает, что когда он горячий, он остается горячим. Это жизненно важно при обжаривании мяса. Чтобы по-настоящему равномерно нагреть чугун, поместите его над горелкой и дайте ему прогреться не менее 10 минут или около того, время от времени вращая его.Как вариант, нагрейте его в горячей духовке в течение 20-30 минут (но не забудьте использовать прихватку или кухонное полотенце!)

Чтобы узнать больше об этом, ознакомьтесь с этой замечательной статьей Дэйва Арнольда в Cooking Issues.

Другим преимуществом является его высокая излучательная способность, то есть его тенденция отводить много тепловой энергии от своей поверхности в виде излучения. Излучательная способность нержавеющей стали составляет около 0,07. Даже когда очень жарко, вы можете поднести к нему руку и ничего не почувствовать.Нагревается только пища, непосредственно контактирующая с ней.

С другой стороны, чугун имеет колоссальный коэффициент излучения 0,64, что означает, что, когда вы готовите в нем, вы не просто готовите поверхность, соприкасающуюся с металлом, но и готовите много еда над ним. Это делает его идеальным для приготовления гашиша или запекания курицы и овощей на сковороде.

Миф № 3: «Моя хорошо выдержанная чугунная сковорода не пригорает, как и любая другая сковорода с антипригарным покрытием.»

Theory: Чем лучше вы приправите чугун, тем более антипригарным он станет. Хорошо выдержанный чугун должен быть совершенно антипригарным.

Реальность: Ваша чугунная сковорода (и моя) может быть действительно действительно антипригарным — достаточно антипригарным, чтобы вы могли без проблем приготовить в нем омлет или поджарить яйцо — но давайте серьезно. Это далеко не такой антипригарный материал, как, скажем, тефлон, материал настолько антипригарный, что нам пришлось разработать новые технологии только для того, чтобы заставить его приклеиться к дну сковороды.Можете ли вы бросить холодные яйца в чугунную сковороду, медленно нагреть ее без масла, а затем вытащить эти приготовленные яйца обратно, не оставив после себя ни единого пятна? Потому что это можно сделать в тефлоне.

Ага, так не думала.

Тем не менее, не говоря уже о мачо-позе, если ваша чугунная сковорода хорошо приправлена ​​и вы обязательно хорошо ее нагреете, прежде чем добавлять какую-либо еду, у вас не должно возникнуть никаких проблем с прилипанием.

Миф №4: «НИКОГДА нельзя мыть чугунную сковороду с мылом.»

Theory: Приправа — это тонкий слой масла, который покрывает внутреннюю часть вашей сковороды. Мыло предназначено для удаления масла, поэтому мыло повредит вашу приправу.

Реальность: Приправа на самом деле , а не тонкий слой масла, это тонкий слой полимеризованного масла , ключевое отличие. В правильно выдержанной чугунной сковороде, которую натерли маслом и неоднократно нагревали, масло уже распалось на пластиковую субстанцию, которая приклеилась к поверхности металла.Это то, что придает хорошо выдержанному чугуну его антипригарные свойства, а поскольку этот материал больше не является маслом, поверхностно-активные вещества в мыле для посуды не должны влиять на него. Идите, намылите его и вычистите.

Единственное, что вы, , не должны делать ? Дайте ему впитаться в раковину. Постарайтесь свести к минимуму время, которое проходит с момента начала очистки до того, как вы высушите и снова приправите сковороду. Если для этого нужно оставить его на плите, пока ужин не будет готов, пусть будет так.

Миф № 5: «Не используйте металлическую посуду на чугунной сковороде!»

Theory: Приправа в чугунных кастрюлях нежная и может легко отслаиваться или раскалываться, если использовать металл.Придерживайтесь деревянной или нейлоновой посуды.

Реальность: Приправа в чугуне на самом деле необычайно эластична. Он не просто приклеивается к поверхности, как лента, он фактически химически связан с металлом. Соскребите металлическим шпателем, и если вы на самом деле не выдолбите поверхность металла, вы сможете без проблем продолжать готовить в нем.

Значит, вы иногда видите, как во время готовки из сковороды вылетают черные хлопья? Это , возможно, — это приправа, но маловероятно.Чтобы приправа от моей чугунной сковороды отслаивалась, мне пришлось хранить ее в духовке в течение месяца для циклов нагрева и сушки, не добавляя приправы, прежде чем я начал замечать некоторые накипи.

Скорее всего, эти черные хлопья представляют собой обугленные кусочки пищи, которые прилипли к поверхности сковороды из-за того, что вы отказались отмыть их с мылом в прошлый раз, когда готовили.

Миф № 6: «Современный чугун так же хорош, как и старый чугун. В конце концов, это один и тот же материал.»

The Theory: Металл есть металл, чугун есть чугун, новый материал ничем не отличается от старых сковородок Вагнера и Гризвольда начала 20-го века, которые люди фетишируют.

Реальность: Материал может быть таким же, но методы производства изменились. Раньше чугунные сковороды изготавливали путем литья в формы на основе песка с последующей полировкой полученных галечных поверхностей до гладкости. Винтажный чугун обычно имеет атласную гладкую поверхность.К 1950-м годам, когда производство расширилось и было оптимизировано, этот заключительный этап полировки был исключен из процесса. Результат? Современный чугун сохраняет эту неровную галечную поверхность.

Разница более незначительная, чем вы думаете. Если вы правильно приправили сковороду, и винтажный, и современный чугун должен иметь приятную антипригарную поверхность, но ваш современный чугун никогда не будет таким же антипригарным, как винтажный.

Миф № 7: «Никогда не готовьте кислые продукты в чугуне.»

The Theory: Кислая пища может реагировать с металлом, заставляя его проникать в вашу пищу, придавая вам неприятный запах и потенциально медленно убивая вас.

Реальность: В хорошо выдержанной чугунной сковороде пища в сковороде должна контактировать только со слоем полимеризованного масла в сковороде, а не с самим металлом. Так что в идеальном мире это не должно быть проблемой. Но никто из нас не совершенен, как и наши сковородки. Независимо от того, насколько хорошо вы приправляете, все же есть большая вероятность, что есть пятна голого металла, и они действительно могут взаимодействовать с кислотными ингредиентами в вашей пище.

По этой причине рекомендуется избегать долго варившихся кислых продуктов, особенно томатного соуса. С другой стороны, немного кислоты не повредит. Я все время обжигаю свою сковороду вином после запекания курицы. Короткое кипение никоим образом не навредит вашей пище, сковороде или вашему здоровью.

Как следует использовать чугунную сковороду

Это единственные правила, которые вам нужно знать, чтобы иметь успешные отношения со своим чугуном на всю жизнь.

• Добавьте сезон, когда получите. Даже предварительно выдержанный чугун может обеспечить некоторую дополнительную защиту. Чтобы приправить сковороду, нагрейте ее на плите, пока она не станет горячей, затем втирайте в нее немного масла и дайте ей остыть. Повторите этот процесс несколько раз, и все готово.
• Очищайте его после каждого использования. Тщательно очищайте сковороду после каждого использования, промывая ее водой с мылом и удаляя мусор со дна. Я использую для этого чистую сторону губки.
• Заново заправить. Смойте излишки мыла водой, затем поместите сковороду на сильно нагретую горелку. Когда большая часть воды в сковороде высохнет, добавьте половину чайной ложки нейтрального масла, например растительного, рапсового, льняного или жирного масла. Потрите бумажным полотенцем. Продолжайте нагревать сковороду, пока она не начнет дымиться, затем еще раз хорошо потрите. Дайте остыть, и готово.
• Fry and Sear in it. Как лучше сохранить приправу? Просто много используйте кастрюлю! Чем больше вы будете в нем жарить, обжаривать или запекать, тем лучше получится приправа.
• Не позволяйте ему оставаться влажным. Вода — естественный враг железа, и если вы оставите даже каплю воды в кастрюле, когда вы ее уберете, может образоваться пятно ржавчины. Не конец света, но ржавчина потребует небольшой чистки и повторной обработки. Я всегда вытираю сковороду бумажным полотенцем и смазываю ее небольшим количеством масла перед хранением.

Ну вот, это было так сложно? А теперь иди и начинай готовить!

Для получения дополнительной информации о чугуне ознакомьтесь с нашим руководством по покупке, сезону и уходу за чугунной посудой.

В чем разница между литым и кованым железом?

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fd31» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов в 2016 г. 04 Работа из кованого железа «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2016/04/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2016_04_Weled_patformat&fit_ru = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% Люди могут подумать, что термин« чугун »относится ко всем ранним изделиям из железа, или что ранние изделия из железа всегда были« коваными », или что и то, и другое может быть правдой.Они будут неправы. На самом деле, основное различие между ними простое:

Чугун — это железо, которое было расплавлено, вылито в форму и оставлено для охлаждения.

Кованое железо — это железо, которое было нагрето, а затем обработано с помощью инструментов. Фактически, термин «обработанный» произошел от причастия прошедшего времени слова «работал».

Но давайте углубимся в подробности.

Чугун

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fd33» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2016 04 1 Заливка чугуна «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2016/04/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2016_04_1_Cast_Iron_Pour.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed»} a generic «data-embed» термин, который относится к ряду сплавов железа, но обычно связан с наиболее распространенным серым чугуном. Хотя чугун может звучать как литая форма чистого железа, на самом деле это сплав, содержащий от 2 до 4% углерода плюс меньшее количество кремний и марганец, а также другие примеси, такие как сера и фосфор.

Чугун получают путем плавки железной руды или чугуна (продукт добычи железной руды) и смешивания с ломом металлов и другими сплавами. Жидкую смесь разливают в формы и дают ей остыть и затвердеть. Из-за более высокого содержания углерода чугун затвердевает как гетерогенный сплав, поэтому он содержит несколько материалов в разных фазах в своей микроструктуре, что влияет на его физические свойства.
Например, в микроструктуре чугуна есть частицы углерода, которые при охлаждении металла образуют удлиненные чешуйки графита.Графит имеет низкую плотность и твердость, но высокую смазывающую способность. Таким образом, он предлагает немного структурных преимуществ, но он действительно ставит под угрозу окружающую железную матрицу, создавая точки внутреннего напряжения, которые могут привести к трещинам.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fd35» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2016 04 Чугунные велосипедные стойки «data-embed-src =» https: //base.imgix.net / files / base / ebm / machinedesign / image / 2016/04 / machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2016_04_Cast_Iron_Bike_Racks.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% По сравнению со сталью, чугун или кованое железо является хрупким, твердым и не податливым. Его нельзя сгибать, растягивать или придавать форму молотком. Его слабая прочность на разрыв означает, что он сломается до того, как согнется или деформируется. Однако он обладает хорошей прочностью на сжатие и до появления сталелитейной промышленности в начале 20 века широко использовался в строительстве.

По сравнению со сталью чугун имеет более низкую температуру плавления, более текуч и менее реагирует с материалами форм, что делает его хорошо подходящим для литья. Это значительно менее трудоемкий процесс, чем изготовление изделий из кованого железа, поэтому он был заметной формой производства на протяжении 18 и 19 веков. В строительной отрасли чугун в значительной степени был заменен сталью, но он все еще используется во многих отраслях промышленности.

Кованое железо

Кованое железо состоит в основном из железа с добавлением от 1 до 2% шлака, побочного продукта плавки железной руды — обычно смеси оксидов кремния, серы, фосфора и алюминия.Во время производства утюг снимают с огня и обрабатывают молотком, пока он еще горячий, чтобы придать ему окончательную форму.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fd37» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2016 04 Чугунные болларды «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2016/04/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2016_04_Cast_Iron_Iron_Iron_.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}% Кованое железо часто характеризуется волокнистым внешним видом, но оно также мягче и пластичнее, чем чугун. Кованое железо очень пластично, а это означает, что оно его можно нагревать и повторно нагревать, а также придавать ему различные формы. Фактически, он тем сильнее, чем больше обрабатывается.
Кованое железо имеет гораздо более высокий предел прочности на разрыв, чем чугун, что делает его более подходящим для использования в строительстве горизонтальных балок. В целом сильно противостоит переутомлению.Он деформируется без сбоев, если он не перегружен намного выше допустимой нагрузки или не деформируется из-за воздействия сильного тепла (например, из-за огня).

Он широко использовался в строительстве зданий в XIX веке, но в XX веке был заменен сталью. Сегодня кованое железо используется в основном в декоративных целях.

Коррозия

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df27718f6d5f267ee27fd39» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = »Com Sites Machinedesign Machinedesign com Загрузка файлов 2016 04 Забор из кованого железа «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2016/04/machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_uploads_2016_04_Waught_Iron_Fence.png?auto=format&fit=max&w=1440 «Suspension» и «кованое железо» — заголовок% = «data-embed iron»% к коррозии, когда оголенные поверхности подвергаются воздействию кислорода в присутствии влаги. В отличие от других металлов, которые образуют защитное окислительное покрытие, железо — через некоторое время — ржавеет и полностью отслаивается. влажность может быть постоянной.

Чтобы предотвратить ржавчину, изделия из железа следует покрывать защитным покрытием. Краска обычно используется для защиты голого металла. Порошковые покрытия — это еще один метод, который хорошо подходит для уличной мебели, подверженной износу в местах с интенсивным движением. Порошковые покрытия очень долговечны и не выгорают, не трескаются и не трескаются в течение длительного времени.

Брэд Доне, вице-президент
Reliance Foundry Co. Ltd., Британская Колумбия, Канада

Ищете запчасти? Зайдите в SourceESB.

Чугунная сковорода — проектный жизненный цикл

Elyse Lim

Professor Cogdell

Des40A, осень 2016 г.

1 декабря 2016 г.

Жизненный цикл чугунной сковороды

Считается в США дома чугунные сковороды имеют репутацию вневременных. На самом деле чугунная посуда появилась в Китае еще в шестом веке (Wagner 335). Этот вневременной дизайн действительно пережил века и культуры.Lodge, ведущий бренд чугунных сковородок, хвастается на своем веб-сайте, что они производят с 1896 года (Lodge). Поскольку они были рядом с нами до такой степени, что стали частью повседневной жизни, что мы действительно знаем о производимых чугунных сковородах? Благодаря исследованиям и анализу жизненного цикла чугунной сковороды, особенно в отношении материалов, мы можем увидеть, что современный способ создания и потребления продукта существовал веками.

Сначала необходимо собрать сырые компоненты для обработки.Основными компонентами чугунного поддона являются чугун, стальной лом и поддоны из переработанного чугуна. По сути, эти элементы плавятся в горячей печи, чтобы превратиться в одну ванну с расплавленным металлом, который будет разливаться в формах. Как металлы, большинство из них получают из уже существующих форм или как новые материалы из земли.

Хотя чугун является наиболее «новым» или наиболее близким к тому состоянию, в котором он был впервые произведен, его также легко получить, что делает его идеальной основой для этой посуды.Чугун — это неочищенная форма чугуна с высоким содержанием углерода, которая поступает непосредственно из доменных печей (IIMA). Обычно он производится и потребляется на самих сталелитейных заводах путем обработки сырой руды, окатышей, известняка и кокса в доменной печи (Bieda 1). Однако товарный чугун, или чугун, который продается в качестве поставки в основном компаниям, занимающимся литьем металла, создается в виде холодного чугуна в изложницах, что создает продолговатую форму, напоминающую поросят, и причину, по которой коммерсант называет его передельным чугуном. заводы или сталелитейные заводы, которые производят излишки (IIMA).Таким образом, чугун очень доступен и производится во многих местах по всему миру, включая Польшу, Южную Африку, Индию и Германию (Bieda 1). Одной из компаний, производящих и поставляющих чугун, является ООО «Миллер энд Компани»; они утверждают, что являются ведущим поставщиком чугуна. Их производство базируется в Канаде и Южной Африке, а их источники также происходят из Германии (Miller and Co LLC). Высокое содержание углерода в металлической смеси, используемой в чугунных сковородах, является причиной ее черного цвета и высокой теплоотдачи.Таким образом, как доступный материал, чугун помогает придать посуде важнейшие свойства.

Как экономичный материал, стальной лом представляет собой часть посуды из чугуна, которая делает посуду на удивление экологичной. Известный как рециркуляция черных металлов, выброшенный металл, такой как сталь в форме бытовых приборов, автомобилей и других отходов, может собираться центрами обращения с ломом для переработки. Некоторая часть стального лома образуется в качестве побочного продукта на самих сталелитейных заводах и известна как домашний или заводской лом; в этом случае лом можно быстро переработать, обычно на заводе (Fenton 3).Старый лом — это сталь, которая использовалась для определенной цели и также известна как лом после потребления. В этом случае лом должен пройти сортировку, очистку от лужения и удаление цинка, прежде чем он будет переработан (Fenton 3). Наконец-то появился новый лом. Новый лом — это лом, который является побочным продуктом производственных предприятий и является результатом промышленной деятельности (Fenton 3). Это излишки, которые разрезаются или иным образом физически изменяются во время производства, и обычно они быстро перерабатываются или отправляются в центр переработки по причинам хранения.По иронии судьбы, в мире производится слишком много стали, и в результате стальной лом становится недорогим и широко доступным. Поскольку спрос на стальной лом составляет конкуренцию новому производству чугуна и стали, лом является экономичным ответом на литье. Кроме того, сколько его можно найти по всему миру, его можно найти на местных предприятиях по переработке. В 2011 году Recycling Today опубликовала отчет, в котором говорится, что Sims Metal Management в Нью-Йорке была одним из крупнейших переработчиков лома черных металлов в США, переработав около 8.7 миллионов брутто-тонн (Тейлор). Однако в каждом штате есть много центров переработки. Как надежный и недорогой материал, стальной лом зарекомендовал себя как бережливый и экологичный материал для изготовления чугунной посуды.

Подобно стальному лому, переработанный чугун является на удивление устойчивым решением проблемы перепроизводства чугуна. Переработанный чугун — это посуда, которая, возможно, уже была отлита и снята с производства из-за дефектов или по другой причине (Lodge). Затем они отправляются на фронт производства для переплавки и повторного литья (Fenton 3).Другими словами, переработанный чугун — это новый лом. Поскольку он генерируется на производственной линии, он наиболее доступен, потому что он уже там. Мало того, это дешево, потому что это практически бесплатно, если не считать стоимость оригинального чугуна. Использование дефектного материала в качестве запаса помогает устранить отходы и максимально использовать железо. В качестве материала, используемого в производстве, переработанный чугун является ценным активом для чугунной посуды как экономичное и разумное решение.

При производстве и переработке этих материалов используется вермикулит. Чугун, стальной лом и переработанный чугун нагреваются для образования смеси расплавленных металлов. Когда примеси поднимаются в нагретом шламе, примеси удаляются в процессе, называемом шлакированием. Затем вермикулит, связующий агент, добавляется в смесь непосредственно перед тем, как раствор будет готов к заливке (Лодж). Вермикулит — это гидратированный минерал силиката магния и алюминия. Информации о назначении вермикулита не так много, за исключением его связывающих свойств и способности расширяться при нагревании.Есть рудники по всему миру, включая Бразилию, Зимбабве, Южную Африку, Россию, Китай и Соединенные Штаты (Вермикулитовая ассоциация). Вермикулит кажется доступным ресурсом.

Даже на самых важных этапах производства, таких как отливка посуды, в чугунной посуде по-прежнему используются материалы, доступные на местном уровне. Формовка в песчаные формы, также известная как литье в песчаные формы, представляет собой технику литья, при которой железо выливается в узор, сделанный из формовочного песка. Как заявляет Федеральное управление автомобильных дорог по исследованиям и технологиям, формовочный песок — это «чистый, однородный по размеру, высококачественный кварцевый песок или озерный песок, который связывается для формирования форм для черных металлов (чугун и сталь) и цветных металлов (медь, алюминий, латунь). металлические отливки ».В Соединенных Штатах формовочный песок обычно получают в самих литейных цехах, которые расположены во многих штатах Среднего Запада (Федеральное управление автомобильных дорог по исследованиям и технологиям). После того, как кастрюли отлиты, песок стряхивают. Тонкая сталь подвергается пескоструйной очистке, чтобы удалить больше песка. Затем сковороды моют водой с мылом и упаковывают. Интересно отметить, что другой материал, используемый для производства чугунной посуды, — это материал местного производства.

При распределении и транспортировке используются картон и ископаемое топливо.На этапах упаковки посуда отправляется в картонной коробке, часто вместе с бумажной этикеткой. Лодж говорит, что они перерабатывают картон, но не говорит, используют ли они переработанный картон. Наконец, посуда отправляется, как правило, в транспортном средстве, в котором используется ископаемое топливо, добываемое из земли.

При использовании, повторном использовании и техническом обслуживании чугунной посуды требуется только повторное добавление приправ. Приправа — это обработка посуды маслом, чтобы она стала антипригарной в результате полимеризации жира.Обычно используются растительные масла; они легко доступны для потребителей на рынках. В лодже для заправки кастрюль готовят соевое масло.

При переработке и утилизации чугунных поддонов новые материалы не используются. Обычно при правильном хранении и уходе чугунная посуда может прослужить долго. Эта посуда даже передается из поколения в поколение, и люди даже находят удовольствие в коллекционировании старинных или старых моделей чугунной посуды.Кроме того, по истечении срока службы посуда может быть переработана в металлолом, который нужно расплавить и переработать для выполнения другой функции. Возможно, даже послужит еще одной чугунной сковородой.

В заключение, на протяжении всего исследования и анализа жизненного цикла чугунной сковороды, особенно с точки зрения материалов, чугунная посуда — технология, которая использовалась веками, выдерживает даже современное потребление. Чугунная посуда в настоящее время промышленно развита и усовершенствована для массового потребления за счет использования и повторного использования материалов.Большая часть сырья — это либо избыточный материал, либо отходы, подлежащие вторичной переработке; эти варианты являются недорогими и доступными, и могут быть таковыми постоянно. Вермикулит и песчаные формы также получены из земли и могут быть получены из местных источников. По окончании срока службы он оптимизирует свойства утюга для плавления, а посуду можно переработать и использовать повторно. Конечно, чугунные сковороды являются основным продуктом в американских домах, поскольку их теплоудерживающие свойства (вызванные высоким содержанием углерода) идеально подходят для приготовления жареного стейка.Однако, возможно, изобретательность технологии «от колыбели к колыбели» является причиной того, что чугунная посуда просуществовала столетия и является образцом экологически чистых продуктов будущего.

Цитированные работы

Беда, Богуслав. «Процессы инвентаризации жизненного цикла компании Mittal Steel Poland (MSP) S.A. в Кракове, Польша — производство чугуна в доменных печах — тематическое исследование». Международный журнал оценки жизненного цикла 17.6 (2012): 787-94. Интернет.

Редакторы Британской энциклопедии.»чугун». Британская энциклопедия. Энциклопедия Britannica Online. Энциклопедия Britannica Inc., 2016. Интернет. 26 октября 2016 г. .

Фентон, Майкл Д. «ПЕРЕРАБОТКА ЧУГУНА И СТАЛИ В США В 1998 ГОДУ». (н.о.): 1-11. Интернет. 10 октября 2016 г. .

IIMA. «Чугун.» Международная ассоциация производителей железа (IIMA). N.p., n.d. Интернет. 01 октября 2016 г. .

Домик. «Экскурсия по литейной официальной ложи — расширенная». YouTube. YouTube, 29 апреля 2015 г. Интернет. 17 ноября 2016 г. .

Миллер и Ко ООО. «Чугун.» Миллер и компания. N.p., n.d. Интернет. 01 октября 2016 г. .

Управление исследований, разработок и технологий «Руководство пользователя по отходам и побочным продуктам при строительстве тротуаров». Литейный песок — Описание материала — Руководство пользователя по отходам и побочным продуктам при строительстве мостовой — FHWA-RD-97-148.Федеральное управление шоссейных дорог и технологии, 8 марта 2016 г. Интернет. 20 ноября 2016 г.

Тейлор, Брайан. «20 крупнейших переработчиков лома черных металлов». Переработка сегодня. Переработка сегодня, 22 апреля 2011 г. Интернет. 10 ноября 2016 г.

Трейси, Эрика. «Как домики из чугуна Skillets производятся в Теннесси — тур производителя». The Kitchn, 12 августа 2014 г. Интернет. 26 октября 2016 г. .

Вермикулитовая ассоциация. «Свойства — Вермикулитовая ассоциация.»The Vermiculite Association. Np, nd Web. 01 ноября 2016 г.

Вагнер, Дональд. Железо и сталь в Древнем Китае. Лейден 1996: Brill Publishers

Ифэн Чжан

Профессор Когделл

DES 40a 01

9 ноября 2016

Жизненный цикл чугуна: энергия

Чугун используется уже тысячи лет. Первоначально он был изобретен для испарения соли и использовался еще во времена династии Хань в Китае (206 г. до н.э. — 220 г. н.э.) (Архив ).Чугунная сковорода стала одним из основных инструментов приготовления пищи для каждой семьи, позволяя людям жарить и перемешивать без липкости, а также дешево, доступно и долговечно. Современный чугун уже не такой, как исходный, ни по материалам, ни по энергии, ни по отходам, которые используются на протяжении всего жизненного цикла чугунной сковороды. Изменился процесс изготовления чугуна. Изучая энергию, используемую во всех аспектах жизненного цикла современной чугунной сковороды, мы можем увидеть количество генерируемой энергии, связанной с одним из самых универсальных в мире кухонных устройств.

Чугун кажется очень простым. Не слишком много сырья для изготовления чугунной сковороды. Сырье — чугун, лом, кремний, известняк и углерод. Различное соотношение того сырья, которое было использовано в процессе, также изменило конструкцию чугуна. В мире почти нет чистого железа в естественной форме, железо в основном существует в виде железных руд, которые также известны как оксиды железа. Железные руды — это сочетание железа и других микроэлементов.Чтобы получить чугун, железную руду необходимо обжечь в доменной печи, и доменная печь также будет использоваться в процессе производства чугуна. Чугун содержит больше углерода, чем другие виды чугуна. Чугун имеет очень высокое содержание углерода, обычно 3,5–4,5% (Кэмп и Фрэнсис). В доменной печи чугун получают путем плавки железной руды. Во время этого процесса доменная печь работает на коксе, угле или древесном угле, при сжигании с кислородом для получения тепла химическая энергия превращается в тепловую.Тепло удаляет кислород из железной руды и оставляет после себя чугун и металлолом. Кремний — это химический элемент, который также не существует в природе. Кремний обычно извлекают из песка, кварца или молотого кремня. Аналогичным образом кремнезем превращается в чистый кремний при нагревании его с коксом в печи. Это снова процесс преобразования химической энергии в тепловую. Известняк — это карбонат кальция из скелетов морской фауны, который добавляют в печь и используют в качестве флюсового материала, который образует шлак поверх жидкого металла.

После подготовки сырья оно попадает в процесс производства чугуна. Чугун в основном получают путем переплавки чугуна в доменной печи. Существует особый вид доменной печи — вагранка. Купола обычно снабжены охлаждающими рубашками, чтобы стороны оставались прохладными, и впрыском кислорода, чтобы нагреть коксовый огонь. Чем горячее печь, тем больше тепловой энергии можно использовать для производства чугуна. На этом этапе химическая энергия еще раз преобразуется в тепловую.Плавят чугун всегда вместе с ломом чугуна и стали. Общая теоретическая энергия, необходимая для плавления лома и его перегрева до типичных температур крана, требует около 350 — 370 кВтч / т стали. Эта энергия может быть получена от электрической дуги, от впрыска ископаемого топлива или окисления исходного лома (База данных по технологиям эффективности промышленности). Фактическое использование электроэнергии в ДСП составляет от 300 до 550 кВтч / т, а в 1999 году достигло среднего уровня 425 кВтч / т. По оценкам МЭА за 2005 год, снижение среднего потребления электроэнергии с 425 кВтч до 350 кВтч на каждую тонну стали, произведенной в ЭДП по всему миру, 0.1 ЭДж энергии можно сэкономить ежегодно (IEA, 207. pp. 130-131) (База данных по технологиям повышения эффективности промышленности). В большинстве отраслей они добавляли в печь больше стали, чтобы повысить уровень углерода. Потому что для образования чугуна требуется больше углерода. Когда сгоревший уголь или кокс дают достаточно тепла, железо сейчас находится в жидкой форме. Затем следующий шаг — отливка. Заливка жидкого чугуна в форму, которая придаст форму чугуну. Заливка жидкого чугуна — еще один важный прием в процессе изготовления чугуна.Кроме того, он разбивается на материал формы, такой как песок или металл, и метод разливки, такой как сила тяжести, вакуум или низкое давление (Degarmo, Black и Kohser). Для изготовления чугунных сковородок в промышленных масштабах в основном будут использоваться песчаные формы и метод самотечной заливки. При заливке жидкого железа в форму потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию под действием силы тяжести. Форма позволила высвободить тепловую энергию и дать чугуну остыть и затвердеть. В это время выделяется тепловая энергия.После того, как чугун полностью застынет, пора снимать форму. Преимущество песчаной формы в том, что она легко удаляется, потому что это одноразовая форма, и ее очень легко сломать.

Когда изготовление чугунных кастрюль закончено, их нужно доставить в магазин для продажи. Транспортировка используется еще до изготовления. Сырье необходимо транспортировать в первую очередь в промышленность. Есть изображение, демонстрирующее, откуда в основном берутся железные руды. Как показано, в основном железные руды поступают из Бразилии (18%), Австралии (17%) и России (16%).Темные пятна на изображении (рисунок 10.1) — это районы производства чугуна и стали в мире, восточное побережье Северной Америки, Европа, Китай и Япония — основные районы производства чугуна и стали. Из таблицы становится ясно, что Китай является ведущим производителем чугуна и стали в мире, на долю которого приходится около 23,9% производства чугуна и 17% нерафинированной стали в мировом производстве (Чанд). Современные чугунные сковороды производятся на автоматических станках в различных отраслях промышленности. Это еще более доказало, что живая энергия в наши дни превратилась в неодушевленную.Транспорт развивался так быстро. Есть несколько способов доставки товаров из одного места в другое: поездом, грузовиком, кораблем или самолетом. В зависимости от цен, времени и веса товаров компания должна выбрать лучший способ доставки товаров в разные места для совершения покупок людьми. На изображении ниже показано распределение рынка железа. В конечном итоге чугун поступает в Украину (29,07%), Польшу (17,28%), Чехию (13,55%), Китай (10,91%) и Словакию (10,90%). Соединенные Штаты ежегодно используют 28% своей общей энергии для перемещения людей и товаров из одного места в другое (The National Academics of S.ЭМ). Расход бензина (включая топливный этанол) на транспорт в среднем составлял около 9 миллионов баррелей (379 миллионов галлонов) в день. (Около 6 миллионов галлонов бензина в день потреблялось не для транспортировки) (Управление энергетической информации США).