Металлургийн үйлдвэр

Металлургийн үйлдвэрлэлийн түүхий эд

Төмөрлөгийн үйлдвэрлэлийн үндсэн түүхий эд нь хүдэр бөгөөд хүдэр нь тухайн үеийн техник, технологийн түвшинд олборлох үйл ажиллагаа явуулах боломжтой, ашигтай байх ашигт малтмалын зохих агуулгатай уулын чулуулгийг хэлнэ.Дэлхийн царцдасын 16 км хүртэлх гүнд ойролцоогоор  дараах найман элемент үндсэн хэсгийг эзэлж байдаг. Үүнд: хүчилтөрөгч 46,59%, цахиур 27,72%, хөнгөнцагаан 8,13%, төмөр 5,01%, кальций 3,63%, натрий 2,85%, калий 2,60%, магний 2,09%Өнгөт төмөрлөгтийн эзлэх агуулга: зэс 0,01%, никель 0,01%, хартугалга 0,0016%, цагаантугалга 0,004%, цайр 0,005%, алт 0,0000005% байна.Эрдэс гэдэг нь хүдэр болон уулын чулуулгуудын хоорондын химийн бүтэц, физик шинж чанаруудаараа ялгагдах хэсгийг хэлнэ. Хүдэр нь эрдсүүдийг цогц байдлаар агуулж байдаг. Метал агуулагч эрдсүүдийг хүдрийн гэх бөгөөд бусдыг нь хоосон чулуулаг гэнэ. Хүдэр нь нэг болон хэд хэдэн элементүүдийн бөөгнөрлийг үүсгэдэг. Металуудын бөөгнөрөл үүсгэх шинж чанар нь харилцан адилгүй байх бөгөөд зарим элементүүд хүдрийн ордыг үүсгэж чаддаггүй. Тэдгээрийг тархмал метал гэж нэрлэнэ. Металлургийн үйлдвэрлэлийн гол зорилт нь хүдрээс түүнд агуулагдаж байгаа ашигт малтмалыг аль болохоор бүгдийг нь олборлож авах явдал юм. Хүдрийн эрдсүүдийн найрлагаас хамаарч хүхэржсэн, цуллаг, исэлдсэн гэх ба исэлдсэн хүдэрт зөвхөн ислүүдийг бус хүчилтөрөгч агуулсан эрдсүүдийг ч хамааруулж үздэг.Тухайлбал: силикатууд, карбонатууд гэх мэт Металургийн түлш Кокс, мазут, байгалийн хий, домен зуухны ба коксын үйлдвэрлэлд үүсэх хий зэрэг металургийн үндсэн түлшүүд байдаг.

КоксШирэм хайлуулан гаргах домен зуух, цутгах хэсгийн ширмийг хайлуулах зуух-вагранкад гол түлш болдог. Битүү агаар орохгүй тусгай зууханд нунтагласан чулуун нүүрсийг хийж, 950-110°С температурт 15-18 цагийн туршид хайрахад дэгдэмхий бодисууд дэгдэн ялгарснаас сэвсийж үлдсэн хатуу үлдэгдлийг кокс гэнэ.Кокс дунджаар 82-90% С, 0.5-2% S, 0.2% P, 1% дэгдэмхий бодис, 10-15%  үнс, 5%  чийг агуулагдах 6500-7500 ккал/кг дулаан ялгаруулах чадвартай.
МазутГан хайлуулан гаргах мартен зуухны ба цувих хэсгийн халаах зуухыг галлахад мазутыг өргөн хэрэглэнэ. Нефтийг нэрж бензин, керосин зэрэг хөнгөн хэсгүүдэд ялгаруулан авсны дараах шингэн үлдэгдлийг мазут гэнэ. Мазут нь 80-87% C, 12-14% H₂, 1% O₂ + N₂-оос бүрдэх бөгөөд 8500-10500 ккал/кг дулаан ялгаруулна. Шатахдаа үнс үүсгэдэггүй, шаталтыг хялбар тохируулах давуу талтай.Байгалийн хийИх илчтэй хямд түлш юм. 92-95% CH₄ -метан, 0.3% CO₂; 1% N; 1% H₂; 3% C_mH_n агуулдаг. Нунтагласан кварцаар тоосго бэлтгэж мартен, цахилгаан ба бусад төрөл бүрийн зуухны хана, ёроол, дээвэр хийх бөгөөд тэд нь 1550°С-аас эхлэн зөөлөрч, 1690-1730°С-т хайлдаг. 8000 ккал/кг-ээс багагүй дулаан ялгаруулдаг.Мөн коксжуулалтын хий, домен зуухны хий зэргийг ашигладаг.
Галд тэсвэрлэх материал
            Металургид галд тэсвэрлэх материалыг ашиглагдах чадвараар нь ердийн /1580-1750°С/, өндөр /1750-2000°С/, гоц тэсвэртэй /2000°С-ээс илүү/ гэж ангилна. Ажлын нөхцөлөөс шалтгаалан халаахад механик бат бэх чанараа алдахгүй, шингэн метал, шаар, хийн химийн үйлчилгээг сайн эсэргүүцдэг, тэлэлт багатай, сэвсгэр байх зэрэг шаардлага галд тэсвэрлэх материалд тавигдана. Галд тэсвэрлэх материалын тоосгоор хана, дээврийг өрөх, нунтгаар нь зуухны ёроол, налуу гадаргууг шавах, мөн түүнчлэн төвөгтэй хийц бүхий хоолой, аяга мэтийг доторлоход хэрэглэдэг.Галд тэсвэрлэх материалыг химийн шинж чанараар нь хүчиллэг, суурилаг, саармаг гэж ангилна. Галд тэсвэрлэх хүчиллаг материалд 93-100% SiO₂  агуулсан өөхөн чулуу буюу кварцын элс орно. Нунтагласан кварцаар тоосго бэлтгэж мартен, цахилгаан ба бусад төрөл бүрийн зуухны хана, ёроол, дээвэр хийх бөгөөд тэд нь 1550°С-аас эхлэн зөөлөрч, 1690-1730°С-т хайлдаг. Галд тэсвэрлэх суурилаг материалд доломит, шатаасан буюу хайлуулсан магнезит хамаарна. MgCO₃,CaCO₃ -уулын чулуулгыг доломит гэнэ.Галд тэсвэрлэх саармаг материалд каолинит Al₂O₃, Cr₂O₃- хромит зэрэг нь орно.Ширмийн үйлдвэрлэлДомен үйлдвэрлэлДомен зууханд ердийн чанартай ширэм үйлдвэрлэхэд төмрийн ба манганы хүдэр, идэвхжүүлэх нэмэлт/флюс/, идэвхжүүлэх хольцтой төмрийн хүдэр/агломерат/, хүдрийн бөмбөлөг, түлш/кокс/ зэргээс бүрдсэн үйцийг ашиглана. Үйц материалын /бутлах, ангилах, баяжуулах, ширхгийг томруулах зэрэг/ бэлтгэл ажлаас эцсийн эцэст хайлуулан гаргасан ширмийн чанар шалтгаалдаг.

1. Төмрийн, манганы хүдэр

Төмрийн хүдэр нь хүдрийн минерал, хоосон чулуулаг, хольцуудаас бүрдэнэ. Төмрийн байгалийн нэгдэл/ихэвчлэн исэл/-ийг хүдрийн минерал гэнэ. Домен зуухны үйлдвэрлэлд хүдрийн доторх төмрийн 98-99% нь ширмийн бүрэлдэхүүнд шилждэг. Хоосон чулуулаг төрөл бүрийн химийн найрлагатай байж болно. Энэ нь ихэвчлэн цахиурын исэл SiO₂ буюу шаварлаг хайрга /Al₂O₃+2SiO₂x2H₂O/, заримдаа шохойн чулуу  /CaCO₃/ буюу доломит  /CaCO₃xMgCO₃/-оос бүрдэнэ. Хоосон чулуулаг нь домен зууханд хайлж шаарын бүрэлдэхүүнд шилжинэ.            Хоосон чулуулгийн хэмжээнээс шалтгаалан 45-70% төмөр агуулсан хүдрийг төмөр ихтэй, 45%-иас доош төмөр агуулсныг төмөр багатай гэж хуваадаг. Төмөр ихтэй хүдрийг буталж ангилан шууд хайлуулах бөгөөд төмөр багатай хүдрийн төмрийн ислийн харьцангуй хэмжээг ихэсгэх зорилгоор эхлэн баяжуулж хайлуулна. Төмрийн хүдэрт хортой хольц - хүхэр, мыщьяк, фосфор бага хэмжээгээр  байнга агуулагдана. Хортой хольц, хоосон чулуулаг багатай төмрийн ордыг түрүүлж ашигладаг. Ширэм хайлуулахад улаан, хүрэн, соронзонт, жоншит төмөрлөг, мөн түүнчлэн холимог төмрийн хүдэр хэрэглэнэ.

1. 50-60% төмөр агуулах улаан төмөрлөгийн хүдэрт төмөр нь усгүй исэл /Fe₂O₃/ гематит хэмээх минерал байдалтай оршино. 70% Fe агуулсан гематит хүхэр, фосфорын хольц бага, SiO₂-ын хоосон чулуулаг кварцит байдаг. Улаан төмөрлөгийн нягт, бат бэх нь янз бүр байхын дээр хүчилтөрөгчөө алдан сэлбэгдэхдээ сайн байна. Манай орны Тамирын гол, Алтайн Ачит нуур зэрэг ордуудад ихээхэн тохиолддог.
2. 30-50% төмөр агуулах хүрэн төмөрлөгийн хүдэрт төмөр нь устай исэл /2Fe₂O₃x3H₂O/ - лимонит байдалтай оршино. Лимонит 52-66% Fe агуулдаг. Элсэрхэг шаврын гаралтай заримдаа фосфорыг ихээр агуулсан хоосон чулуулагтай байна. Өндөр температурт хүрэн төмөрлөгийн чийг нь ууршин сэвсийж амархан хүчилтөрөгчөө алдаж сэлбэгдэх чанар нь сайжирдаг. Манай орны Дорноговь аймгийн Чойрын орчимд Цагаан толгой хэмээх газарт бий.
3. 55-60% төмөр агуулах соронзонт төмөрлөгийн хүдэрт төмөр нь дутуу исэл /Fe₂O₄/ магнетит хэмээх минералын байдалтай байдаг. Магнетит нь 72.4 % Fe агуулна. Хоосон чулуулаг нь цахиурын ба бусал ислүүдээс бүрдэнэ. Энэ төмөрлөг хар хүрэн буюу хүрэн өнгөтэй хамгийн нягт төмрийн хүдэр юм. Зарим тохиолдолд соронзонт төмөрлөгт хүхэр /1.5-2% хүртэл/ ихээр агуулагдаж цайраар бохирлогдсон байдаг. Бусад хүдрийг бодвол соронзонт төмөрлөг хүчилтөрөгчөө сэлбэхдээ муу байна. Монголын Төмөртэй, Төмөр толгой, Хойд хэнтийн Баян голын бүлэгт, Төмөр овоо, Хөл худаг зэрэг газруудад оршдог.
4. 30-40% төмөр агуулсан жоншит төмөрлөгийн хүдэрт төмөр нүүрсхүчлийн давс /FeCO₃/- сидерит хэмээх минерал байдалтай оршино. Сидерит 48.3% Fe агуулдаг. Түүний хоосон чулуулаг нь SiO₂, Al₂O₃ ба бага хэмжээний магнийн ислээс бүрдэнэ. Заримдаа сидерит цагаан шар буюу саарал өнгөтэй оршдог. Тэр амархан исэлдэн СО₂-ыг алдаж хүрэн төмөрлөгт шилжинэ. Төмрийн бүх хүдрээс хамгийн амархан хүчилтөрөгчөө алдаж сэлбэгддэг нь сидерит юм. Сидеритыг ихэвчлэн домен зууханд хийхийн өмнө шатааж сэлбэхэд сэвсийж хялбар бутлагдан нунтаг тоос бага үүсгэнэ. Сидерит бүхий орд газар Алтайн нуруунд оршдог.

Төмөрт цахиур

Хүдрийн минерал нь магнетит буюу гематит юм. Иймд хүдэрт 35-40% Fe агуулагдах ба цахиурлаг хоосон чулуулагтай төмрийн холимог хүдэрт төмрөөс гадна өөр металууд агуулагдах бөгөөд хайлуулалтын үед ширэмд шилжин түүнийг чанаржуулна

Манганы хүдэр Манганы MnO₂, пиролизит, Mn₂O₃ браунит, Mn₃O₄ - гаусманит ислийн минералуудаас гадна манганы болон бусад элементүүдийн ислийн нэгдлээс бүрдэнэ. 25-50% Mn агуулсан манганы хүдрийг домены үйлдвэрлэлийн үйцэнд хийж зарим маркийн ширэм ба 82% Mn агуулдаг манганы төмрийг гарган авахад хэрэглэнэ. Мангант хүдэр шаварлаг элсэрхэг хоосон чулуулагтай байх тул түүнийг малтан авах ба тээвэрлэх үед амархан бутарч ширхэг нь жижгэрч тоосорхог болно. Зарим уурхайд манганы хүдрийг усаар угааж баяжуулдаг.

1. Түлш, идэвхжүүлэх нэмэлт/флюс/

Түлш

Хүдрийг сэлбэж хайлуулах ба гарсан ширэм, шаарыг халаахад шаардагдах өндөр температурыг шаталтаараа үүсгэхээс гадна түлшний шатаж амжаагүй, дангаараа буюу угаарын хий байдалтай нүүрстөрөгч нь хүдрийн доторх төмрийн ислийн хүчилтөрөгчийг ангижруулан сэлбэх, сэлбэгдсэн төмрийг нүүрстөрөгчжүүлэн ширэм болгох учир кокс нь домен зуухны ажиллагаанд маш чухал үүрэг гүйцэтгэнэ.      Домен зуухны үйлдвэрлэлд хэрэглэгдэж байгаа кокс нь хангалттай бат бэх, сэвсгэр байвал зуухны хийн чөлөөт урсгалд саад болохгүй, шатахдаа сайн байхын дээр хортой хольц, үнс доод хэмжээгээр агуулан дулаан ялгаруулах чадвар өндөртэй байх шаардлагатай байдаг.

Флюс/Идэвхжүүлэх нэмэлт/

Хүдрийн өндөр температурт хайлдаг хоосон чулуулаг ба түлшний үнсийг шааранд шилжүүлэн ялгаруулах зорилгоор флюсийг ашиглана.     

Хоосон чулуулаг, үнс, флюстэй холилдон амархан хайлж, домены шаарыг үүсгэх бөгөөд шаар нь хайлмал байдалтайгаар зуухнаас тусгай цоргоор гадагш ялгагдан гардаг. Флюс нь шаардагдах химийн найрлага, физикийн шинж чанартай шаарыг ялгаруулахаас гадна мөн ширмийн найрлагад зохих хэмжээгээр нөлөөлдөг. Хүдрийн хоосон чулуулгаас шалтгаалан флюсыг сонгон авдаг. Төмрийн хүдрийн хоосон чулуулагт SiO₂  \цахиурын исэл\ их хэмжээгээр агуулагдах учир CaCO₃ \шохойн чулууг\ флюсээр ихэвчлэн ашигладаг.

1. Хайлуулах үйц бэлтгэх

Домен зуухны үйлдвэрлэлийн үйц нь төмрийн хүдэр, түлш, флюсээс бүрдэнэ. Домен зууханд коксыг хийхийн өмнө домбон буюу дүгрэгт шигшүүрээр шүүдэг. Флюсын хацар буюу бул бутлуураар буталж доргиолтод буюу эргэлтэт шигшүүрээр шүүнэ.Хайлалтанд хүдрийг бэлтгэхОрчин үеийн ширэм хайлуулахад ашиглах хүдрийн зөвхөн 5% орчмыг түүхий хүдэр, 95%-ийг урьдчилан бэлтгэсэн хүдэр эзэлнэ. Хүдрийн бэлтгэл ажиллагаа нь бутлах, ширхэгийн том, жижгээр нь ангилах, химийн найрлага, шинж чанараар тэнцүүлэх, хүдрийг баяжуулах, тоосонцор, жижиг хүдрийн ширхгийг томруулах/агломератжуулах/ буюу бөмбөлөг бэлтгэх зэргээс бүрдэнэ. Хайлуулалтад төмрийн хүдрийг бэлтгэх ажиллагаа нь төмрийн агуулга, түүний физикийн шинж чанараас шалтгаална. Төмрийн агуулга ихтэй хүдрийг бутлах, ангилах тусгай фабрик уруу явуулдаг. 60-100 мм буюу түүнээс дээш хэмжээтэй хүдрийг 30-80 мм болтол буталж ангилна. Дунд зэргийн ширхэгтэй 30-80 мм хүдрийг урьдчилан боловсруулахгүйгээр шууд төмөр буюу усан замын тээврээр металургийн завод уруу явуулдаг.БутлалтХүдрийг зохих хэмжээтэй болтол жижиглэх зорилготой. Домен зуухны хайлуулалтад хүдрийн ширхгийн хэмжээ       10-80 мм, агломератынх 5-10 мм-ээс багагүй, соронзон баяжуулалтынх 0.1 мм хүртэл байх шаардлагатай.Хүдрийн ангилалт1-3 мм-ээс том хэмжээтэй ширхэгтэй хүдрийг механик шигшүүрээр ангилна. Түүнээс жижиг ширхэгтэй хүдрийг шингэн ангилагчаар ангилна. Төвөөс зугатах хүчний үйлчилгээг ашиглан тусгай төхөөрөмжинд усаар үйлчилэхэд том ширхэгтэй нь тунаж, жижиг ширхэгтэй нь урсаж ангилагддаг.ТэнцүүлэлтДомен зуухны ажиллагааг явуулахын тулд хүдрийг найрлага, шинж чанараар нь тэнцүүлэн хольдог. Металургийн үйлдвэрт төмрийн хүдрийг агуулах бункерт тодорхой системээр тэдгээрийн найрлагыг дундлаж байдалд шилжүүлнэ.
Хүдрийн баяжуулалтОрчин үед хүдрийн 80%-ийг баяжуулсны дараа хайлуулж байна. Төмөр багатай /20-45% Fe-тэй/ хүдрийг металургийн заводад хүргэхийн өмнө баяжуулна. Жишээ нь хүрэн төмөрлөгийг усаар угааж хоосон чулуулгыг хүдрийн минералаас усаар түрэн зайлуулна. Энэ үйлдлийг тунгаах машинаар гүйцэтгэнэ. Магнетитын шинж чанартай хүдрийг цахилгаан соронзонгийн аргаар ялгах машинд баяжуулна. Үүний тулд магнетит бүхий хүдрийг 25-30 мм ширхэгтэй болтол буталж соронзонгийн хуурай ангилалт явуулна.Хүдрийн томруулалтШигшсэн жижиг ширхэгтэй төмрийн хүдэр, соронзонгийн нойтон ангилалтын баяжмал, домен зуухнаас үлээгдэн гарсан төмрийн хүдрийн тоос зэргийг урьдчилан ширхгийг нь томруулж хайлуулалтад ашигладаг. Үүний тулд тэдгээрийг дангаар нь буюу /шавар, шингэн шил, давирхай, цемент зэрэг/ холбогч материалтай хольж тусгай хэв дотор хийж шахсаны дараа агаарт хатаах эсвэл өндөр температурт шатаах замаар батжуулж, бат бэх шахмал гарган авдаг.Бөмбөлөг үйлдвэрлэлтЖижиг тоосонцор хүдэр, баяжмалыг бөмбөлөг болгох замаар хайлуулалтад бэлтгэх арга нь улам өргөн хэрэглэгдэж байгаа бөгөөд маш ирээдүйтэй арга юм. Хүдрийн тоосонцор холимогийг бага хэмжээний /нунтагтаглагдсан шавар, шохойн чулуу зэрэг/ холбогч хольж, 8-10% хүртэл чийглэн хутгах байгууламжид өөрөөр хэлбэл, гүехэн налуу аяга мэт сав дотор хийж эргүүлэхэд хүдрийн үйц чийглэгдэн холилдож, эхлээд наалданги бөөмсүүд үүсэж улмаар үрэл мэт 25-30 мм-ийн хэмжээтэй бөмбөлгүүд болно. Хутгуураас механизмаар гарган авсан бөмбөлгийг хатааж шатаадаг.Агломерат бэлтгэх /нэгтгэн бөөгнөрүүлэх/Жижиг тоосонцор хүдрийн ширхгийг томруулах /агломераци/ арга өргөн хэрэглэгдэж байна. Үүнийг агломерацын машинаар хийдэг. Энэ машины бүтээл нь хоногт 2-2.5 мянган тонн агломерат гаргадаг. Агломератад орох үйц нь 5-8 мм-ийн хэмжээтэй жижиг хүдэр, 3 мм хүртэл хэмжээтэй коксын нунтаг, хүдрийн тоосонцор, баяжмалаас бүрддэг. Үйцийн жингийн 6-10%-ийг нунтаг кокс эзлэх бөгөөд жижиг хүдэр, тоосонцор, баяжмалын харьцаа нь тухайн гаргаж авах ширэмний шинж чанар, нөхцөлөөс шалтгаална.  Жигнэхийн өмнө 5-6% хүртэл чийглэж, хутгах тусгай байгууламжаар сайн холиход бөөгнөрөлдөн мөхлөгийн шинжтэй болдог. Түүнийг агломерацын машины нүх бүхий колосник /тракторын гинж мэт хавтгай төмөр/ дээр 200-300 мм-ийн зузаан үеэр асгаж дээрээс нь хийн хошууны дөлөөр төөнөж колосникийн доороос вакуум саваар дамжуулан хөөргөөр хүчтэй соруулахад халуун агаар үйцээр нэвт татагдах замдаа нунтаг коксыг шатаах бөгөөд шаталтаар 1450⁰С хүртэл дулаан ялгарна. Энэ дулаанаар сэвсгэр бүтээгдэхүүн агломерат үүсдэг. Үйцний найрлагад 1210⁰С-т хайлдаг 2FeOxSiO₂  байх бөгөөд энэ нь үйцний бусад ислүүдтэй нэгдэж 1130-1200⁰С-т хайлдаг Fe x SiO₂ x CaO үүсгэдэг. Эдгээр нь амархан хайлж, үйцний хайлахгүй байгаа хатуу хэсгүүдийг холбож царцахдаа хүдрийг томруулдаг. 10мм-ээс дээш хэмжээтэй агломератыг домены цехэд аваачиж хайлуулна. 10мм-ээс жижиг ширхэгтэй агломерат агломерацид эргэж  орно.