Stal- Stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami (Mn, Si, P, S) obrobiony oka stycznie i cieplnie, otrzymywany w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego.

Podział stali:

- skład chemiczny (stal węglowa, stopowa)

- zastosowanie (konstrukcyjna, narzędziowa)

- stopień czystości (jakość zwykła, wyższa i najwyższa)

- sposób odtleniania (uspokojona, niespokojna, półuspokojona)

Składniki wsadowe w procesach wielkopiecowych:

ruda żelaza, koks, kamień wapienny, powietrze podgrzane

W midrex- Grudki rudowe, Fe₃O_4, betonit, woda wypalanie w temp 1250-1350^oC

Konwertory:

Proces konwertorowy

WSAD CIEKŁY Przedmuchiwanie gazem ciekłej surówki (powietrze, O₂)

Wynik- produkty redukcji, utleniania, domieszek

(stal) (żużel) (gazy)

Rodzaje konwertorów:

Proces z dmuchem dolnym

Proces z dmuchem bocznym

(stosowany najrzadziej)

Dmuch z góry poprzez lancę tlenową

(najczęściej stosowany)

Rodzaje konwertorów:

• Powietrzne:

- Besemera

- Thomasa

- Tropensa

Wsad- surówka, powietrze, złom, ruda

• Tlenowe- przedmuchiwanie kąpieli metalowej O₂

- lanca z góry:

* LD (Linz Danowitz)

* LD-AC (fosforowy)

* OLP (fosforowy P=0,4-1,5%)

- przez otwór w dennicy:

* LWS- Francja

*Q- BoP- USA

Wsad- surówka, złom stalowy, O₂, wapno, ruda Fe

• Przedmuchiwanie kąpieli

- dolny dmuch

- boczny dmuch

- górny dmuch (lanca tlenowa)

Świeżenie stali:

Przebieg procesu świeżenia, czyli usuwania nadmiaru węgla i innych pierwiastków z surówki lub stali.

Świeżenie stali; tj. wypalanie- utlenianie węgla do żądanej zawartości %. Tlen podawany jest lancą lub/i pochodzi z rudy Fe.

Powstające CO

[C] + [O] = {CO}

Świeżenie stali nazywa się również gotowaniem. To też utlenianie Mn, Si, P, S

Do konwertora podaje się tlen oraz pył wapienny

Ciepło w konwertorach pochodzi z reakcji egzotermicznych (utleniania domieszek)

2Fe⁺+ O₂= 2FeO

2Mn + O₂ = 2MnO

Si+ O₂ + 2CaO = Ca₂SiO₄

2P + 5/2O₂ + 4CaO = Ca₄P₂O₉

Wykorzystywane do nagrzania surówki, później stali, topnienia złomu, nagrzania rudy.

Piece:

• Łukowe

• Indukcyjne

• Elektrożużlowe przetapianie stali (stosowany do stali wysokojakościowych)

• Obróbka pozapiecowa

Łukowe- Duże elektrody jonizują gaz i powstaje łuk elektryczny (pośredni0 między dwoma elektrodami, bezpośredni- między elektrodami a wsadem). O temp nawet do 5000 ^oC

Piec o łuku pośrednim jest rzadko wykorzystywany ponieważ są duże straty energii.

Piec o łuku bezpośrednim:

Przebieg:

-Załadunek pieca łukowego

- topienie wsadu

- świeżenie C i Si tlenem

- redukcja żużla za pomocą FeSi i Al. (odtlenianie)

- podgrzewanie do temp. 1670- 1700 ^oC i ściąganie żużla

Wyłożenie pieca łukowego- zasadowe, kwaśne (rzadko stosowane); pojemność 150 Mg, moce do 42 MW.

Indukcyjne

Elektryczne piece indykcyjne:

Bezrdzeniowe (tyglowe)

• Rdzeniowe)

Napięcie zasilające:

• Niskiej (sieciowej) częstotliwości

• Średniej częstotliwości: 150- 3000 Hz

• Wysokiej częstotliwości: do 25000 Hz

Bardzo precyzyjna regulacja przebiegu procesu wytopu

Przebieg wytopu (proces kwaśny):

-wsad (złom, surówka do 15%)

- żelazostopy i metale stopowe (FeSi, FeCaSi, SiAlMn)

-mat. żużlotwórcze (ruda Fe, wapno, piasek kwarcowy, fluoryt)

- mat. nawęglające (grafit, koks)

Schemat pieca indukcyjnego tyglowego:

1. Tygiel

2. Cewka

3. Pokrywa

4. Rynna wlewowa

5. siłownik

EPS- Elektrożużlowe przetapianie stali

Etapy procesu:

• Zainicjowanie przepływu prądu przez żużel (procesu) i ustabilizowanie parametrów prądowych

• Roztapianie żużla (3): 30% CaO, 60% CaF2, 10 Al2O3

• Przetapianie elektrody

Ciepło potrzebne do topienia elektrody pochodzi z przepływu prądu przez żużel, który topiąc się nagrzewa się do ok. 2000 ^OC. Od ciepła wytworzonego w żużlu topi się elektroda. Topiąca się elektroda przepływa przez żużel i oczyszcza się (zmniejsza się zawartość S i wtrąceń niemetalicznych).

Elektrożużlowe przetapiania stosuje się do stali stopowych: łożyskowych, kwasoodpornych, żaroodpornych, konstrukcyjnych chromowo-niklowych, np. na łopatki turbin, narzędziowych (np. szybkotnących).

Schemat EPS.

1. Przetapiana elektroda 8- Izolacja

2. Krystalizator chłodzony wodą 9- Podstawka krystalizatora

3. Ciekły żużel 10- Woda chłodząca

4. Ciekły metal

5. Zakrzepła powłoka żużlowa

6. Szczelina powietrzna

7. wlewek

Obróbka pozapiecowa

Cel:

• ujednorodnienie składu chemicznego i temperatory

• doprowadzenie ciekłej stali do odpowiedniego składu chemicznego i temperatury

• zmniejszenie ilości szkodliwych pierwiastków, głównie siarki i gazów

• przeprowadzenie głębokiego odtleniania przy małej ilości wtrąceń niemetalicznych

Metody:

• obróbka ciekłej stali w próżni (odgazowanie stali w komorze próżniowej- wymuszony ruch ciekłej stali)

• obróbka ciekłej stali gazami (przedmuchiwanie metali O₂, Ar)

- świeżenie O₂

- odtlenianie Ar- usunięcie CO

- zmniejszenie ilości wtrąceń niemetalicznych

• obróbka ciekłej stali żużlami syntetycznymi (odtlenianie, odgazowywanie, zmniejszanie S)

• połączenie 1 i 2 metody

Obróbka w próżni- odgazowywanie strumieniowe, w kadzi, obiegowe, pulsacyjne.

Schemat odgazowywania w kadzi

. .

. .

P_a > P + P_b + P_k

P_a- ciśnienie cząsteczek gazu w pęcherzyku

P- ciśnienie nad powierzchnią stali

P_b- ciśnienie metalostatyczne

P_k- ciśnienie kapsularne

Schemat odgazowania próżniowego

Schemat obróbki gazami

Kształtka gazo przepuszczalna- ceramiczny materiał porowaty przepuszczający tylko gazy

Wytapianie stali metodą VOD (Vaccum + oxygen + decarburization)

I etap- wytop stali w piecu łukowym

II etap- obróbka stali w komorze VOD (próżniowej)

Obróbka w urządzeniu VOD

- ustawianie kadzi w komoże próżniowej

- wytwarzanie próżni do 8000 Pa i świeżenie tlenu (wypalanie C) przy ciągłym mieszaniu

- dodatkowe odwęglanie poprzez Ar bez wdmuchiwania tlenu i przy próżni

- likwidacja próżni; pobieranie próbek do analizy; pomiar temp. 1650- 1700 ^oc

- dodawanie odtleniaczy (FeSi, Al., CaSi), żużla i uzupełnianie składu chemicznego.

- wytwarzanie próżni i mieszanie Ar w celu redukcji tlenków Cr z żelaza, odsiarczanie, rozpuszczanie żelazostopów

- likwidacja próżni z przedmuchiwaniem Ar i odlewanie

Metoda VAD

- wytwarzanie stali o dużej czystości i precyzyjnym składzie chemicznym

- podgrzewanie ciekłej stali łukiem elektrycznym w kadzi

Metoda AOD (proces argonowo- łukowy)

Ar : O₂ = 1: 2

- przedmuchiwanie tlenem tj. świeżenie -> CO

- argonem