Как разделить легирующие материалы из переработанных сталей?

Как я знаю, очень значительная часть перерабатываемых в настоящее время сталей (около половины) поступает в переработку.

Но в то время как стали, поступающие в процесс переработки, обычно поступают из разных источников, и, таким образом, они содержат очень разные легирующие материалы.

Но выход переработанной стали должен быть из стали, содержащей сплавы именно в указанных соотношениях.

Происходит ли какой-либо тип «разделения» или «удаления» предыдущих сплавов из переработанной стали? И если да, то как это работает?

Это верно, что существует ряд нежелательных или попутных металлов (Cu, Sn, Sb, As), которые попадают в поток рециркуляции, например, из кузовов автомобилей, которые измельчаются в металлолом без удаления всей медной проводки или олова. стальные банки Сурьма и мышьяк имеют тенденцию проникать из низкокачественных и недорогих первичных источников железа.

Ответ на вопрос - нет. Переработанная сталь смешивается как можно более равномерно из различных источников, измеряется ее состав, а затем по мере необходимости добавляется чистое железо для разбавления трамвайных металлов до приемлемых уровней для перепродажи или дальнейшей обработки, например, для достижения определенной марки стали для конкретного продукта. или приложение. Нержавеющие стали и другие высоколегированные марки, известные во время переработки, обрабатываются отдельно из-за значения Ni, Cr и т. Д.

В настоящее время нецелесообразно перерабатывать железо для удаления элементов бродяги, и поэтому это просто не делается вообще. В двух книгах упоминается, что процесс является регулярным и экономичным: ( Полезные ископаемые, металлы и устойчивое развитие: удовлетворение будущих потребностей в материалах , стр. 284, начиная с «разбавления») и ( Производство стали: процессы, продукты и остаткиНачиная с п. 104, читай, пока это уже не актуально). Причина, по которой это неэкономично, состоит в том, что элементы бродяги реагируют с кислородом более слабо, чем железо при постоянной температуре, поэтому для их удаления путем окисления сначала потребуется окислить все железо. Причиной этого является термодинамика, и она основывается на том факте, что среди конкурирующих реакций те, у которых наибольшее уменьшение свободной энергии идет практически до завершения, даже до начала других реакций, особенно с большими различиями в свободной энергии среди конкурирующих реакций. Чтобы определить, какие реакции имеют наибольшее снижение, можно использовать диаграмму Эллингема.

На приведенной ниже диаграмме Эллингема горизонтальная ось - это температура, вертикальная ось - это изменение свободной энергии Гиббса. Линии, проходящие через диаграмму под различными углами, соответствуют изменению свободной энергии, вызванному реакциями окисления элементов кислородом, в зависимости от температуры. В нашем случае диаграмма может быть прочитана путем выбора интересующей температуры и чтения снизу, чтобы найти первый элемент, который вступит в реакцию с кислородом. Например, если у нас есть сталь с Fe, Mn, Sn и Cu в ней, мы можем видеть, что при 1000K Mn, Fe (до FeO), Sn и Cu являются порядком наибольшего или наименьшего падения свободной энергии.

Разумеется, интересующая температура ближе к 1900 К (выше точки плавления железа), но общие тренды каждой функции изменения свободной энергии Гиббса продолжают справа на диаграмме, а железо остается ниже элементов-бродяг Cu, Sn, As и Sb при практических температурах и, вероятно, до их соответствующих температур кипения. В результате удаление бродяг из Fe потребовало бы сначала эффективного окисления всего железа. А поскольку Sn, Sb, As и Cu слабо растворимы в железе, они требуют отделения посредством химической реакции.

Можно увидеть растворимость бродяг по их фазовым диаграммам с железом, о которых я выложил Sb-Fe ниже. Диаграмма имеет зависимость температуры от состава, причем каждая смежная двумерная область состоит из одной фазы или смеси двух фаз слева и справа, которые находятся в равновесии при таком сочетании температуры и состава. Внизу слева мы видим, что для небольших количеств Sb и комнатной температуры существует смежная область, которая в этом случае обозначает одну фазу, или альфа-Fe (вид, с которым мы знакомы). Поскольку присутствует Sb, и он находится в одной фазе, он должен быть растворен в железе. То же самое верно, с различной степенью тяжести, других бродяг.

_{(источник: himikatus.ru )}

Как прокомментировал Крис Х., также возникает вопрос, когда контролируются другие легирующие элементы. Обычно добавление сплава контролируется как можно ближе к затвердеванию, чтобы минимизировать потери сплава.

Лом расплавляется навалом в электродуговой печи. Если поток металлолома достаточно смешан, то концентрация бродяги может быть оценена на основе прошлого использования, и первичное железо добавляется до химического анализа, чтобы компенсировать оценку. Затем основная масса расплавляется, кислород удаляется путем добавления элементов внизу диаграммы Эллингема, в частности, Ca и Al, и расплавленный металл переносится в один или несколько высокоизолированных ковшей. Са и Al быстро реагируют с кислородом, растворенным в расплаве, с образованием оксидного шлака низкой плотности, который плавает и удаляется механически. Химия берется после этого процесса, и если бродяги достаточно разбавлены, металл переносится в ковши. Если нет, то для разбавления расплава добавляют достаточное количество первичного железа.

Попав в ковш, добавляются дополнительные легирующие элементы. Они не добавляются ранее из-за диаграммы Эллингема: большинство легирующих элементов, включая Mn, Mo, Cr, V, C и т. Д., Имеют большую потерю свободной энергии, чем Fe, и поэтому реагируют первыми. Другими словами, они исчезают. Чтобы избежать выцветания при добавлении дорогих сплавов, их добавляют как можно ближе к процессу затвердевания. Кроме того, благодаря удалению кислорода с использованием сначала Al и Ca, в железе растворяется меньше кислорода, чтобы реагировать с более дорогими легирующими элементами. Оказавшись в ковше, очень мало турбулентности границы раздела жидкость-атмосфера, поэтому диффузия нового кислорода в жидкое железо происходит относительно медленно. Конечно, еще есть ограничение по времени, и слишком длительное удерживание ковша приведет к выцветанию сплава. После добавления сплава проверяют химию, а затем разливают ковш.

Отредактировано для добавления источников. Отредактировано, чтобы добавить обсуждение контроля сплава.

Насколько мне известно, такое разделение компонентов не предпринималось.

У меня есть друг, который когда-то работал на Lukens Steel в Коутсвилле, штат Пенсильвания. Его работа заключалась в том, чтобы писать компьютерное программное обеспечение, которое отслеживало бы состав всего стального лома, который они имели в своих дворах, и придумывать правильные пропорции того, какие виды лома использовать для любых новых расплавов. Очевидно, это подразумевает, что они провели довольно всесторонний анализ всего поступающего лома и отсортировали аналогичные сплавы в отдельные кучи.

Чтобы согласиться с David Tweed & starrise , неэкономично разделять отдельные металлы в стальных сплавах.

Для этого прежде всего потребуется, чтобы сплавы были раздроблены и размолоты до размера кристаллических зерен внутри сплавов. Затем необходимо будет разработать какую-то форму отбора минералов / кристаллов, чтобы отделить и отделить желаемое от нежелательного, например: пенная флотация; возможно тяжелые СМИ; возможно, методы гравитационного разделения, такие как встряхивающие столы или спирали (но я сомневаюсь, что они будут успешными, поскольку методы гравитационного разделения полагаются на значительные различия плотности и веса); хотя магнитное разделение, как используется в промышленности минеральных песков, может быть вариантом для некоторых сплавов. Даже после этого всегда будет разделение отходов или хвостохранилищ, где на свалке будут собираться действительно сложные кристаллы сплава.

Дробление, измельчение и разделение - все это стоит денег. Эти затраты и прибыль должны быть получены от переработки стальных сплавов в отдельные металлы.

По состоянию на начало февраля 2015 года стоимость выбора металлов составляет:

• Золото 1233,30 долл. США за унцию, 39,6515 долл. США за г или 39 651 510,84 долл. США за тонну (да, 39,651 млн долл. За тонну)

• Платина 1220 долл. США за унцию или 39 223 905,97 долл. США за тонну (39,2239 млн долл. США / т)

• Серебро 16.68 долл. США за унцию или 536 274,38 долл. США за тонну (0,536 274 млн долл. США / т)

• Кобальт 29 500 долларов США за тонну
• Никель 14 965 долларов США за тонну
• Свинец 1850 долларов США за тонну
• Стальная заготовка 500 долларов США за тонну

Для метко названных драгоценных металлов, Au, Pt & Ag, источником цены был Kitco . Источником цен на основные металлы, Co, Ni, Pb и стальную заготовку был LME .

Железная руда в настоящее время продается по цене около 65 долларов США за тонну, как указано в индексах Mundi и Y Charts . Это для среднего сорта железа 60 процентов. Открытые железные рудники в Австралии и Бразилии, которыми управляют Rio Tinto , BHP-Billiton & Vale , очень рады производить железную руду по этой цене. LKAB также рад добывать железную руду магнетит из подземного рудника Кируна в Швеции по этой цене.

У Macrobusiness есть статья о возможности снижения цен на железную руду до 30 долларов за тонну в 2015 году.

При таких ценах, как 0,536–39,6 миллиона долларов за тонну, легко понять, почему драгоценные металлы перерабатываются. Но при цене 500 долларов США за тонну стальной заготовки и 65 долларов США за тонну железной руды нет никаких стимулов отделять легирующие металлы от стальных сплавов.

Сначала лом отделяется у источника; например, чугун обычно содержит только Si и Mn. Элементы с высоким давлением пара испаряются или собираются во флюсе / шлаке: например, Zn, Pb, Sn, Bi, An ,,,, Алюминий окисляется и попадает в шлак. Стали поглощают остатки Cr, Ni, Mo и Cu, как правило, это выгодно; все они добавляют к прокаливаемости, кроме Cu. (Cu важен в коррозионной стойкости атмосферы). V и Nb и W присутствуют в очень небольших количествах, так что они незначительны. И Co, дорогой и имеет специализированные приложения, поэтому он также отделен от источника очистки; Со скребком легко определить; медицинские протезы и лопасти и лопасти горячего сечения реактивного двигателя, а также в некоторых высокоскоростных инструментах - снова разделенные у источника царапин. Сплавы Ni и аустенитная нержавеющая сталь разделяются у источника, поскольку они не являются ферромагнитными. Магнитный мартенситный и ферритный нержавеющий (как правило, 13% Cr) могут быть разделены в источнике очистки. Разделение сталей по источникам осуществляется потому, что все легирующие элементы стоят больше, чем углеродистая сталь. На это должны быть книги; это основной фактор в сталелитейной промышленности. Пример того, что происходит в реальном мире; лист из углеродистой стали класса A 516 является рабочей лошадкой в ​​промышленности, но при заказе толстого сечения с высокой прочностью «так или иначе» остаточные количества Cr, Mo, Ni являются высокими, что позволяет получить приемлемые результаты термообработки. это основной фактор в сталелитейной промышленности. Пример того, что происходит в реальном мире; лист из углеродистой стали класса A 516 является рабочей лошадкой в ​​промышленности, но при заказе толстого сечения с высокой прочностью «так или иначе» остаточные количества Cr, Mo, Ni являются высокими, что позволяет получить приемлемые результаты термообработки. это основной фактор в сталелитейной промышленности. Пример того, что происходит в реальном мире; лист из углеродистой стали класса A 516 является рабочей лошадкой в ​​промышленности, но при заказе толстого сечения с высокой прочностью «так или иначе» остаточные количества Cr, Mo, Ni являются высокими, что позволяет получить приемлемые результаты термообработки.