Składniki stali konwertorowej.

Współczesna metalurgia wytwarza niemal 90% wszystkich stali w konwertorach, co oznacza że jest to najważniejsza jednostka piecowa a tal z niej jest najwyższej jakości:

1. Pożądane są w składzie każdej stali:

C, Si, Mn, (P,S)-kruchość stali

Taka stal nosi nazwę stali węglowej.

2. Niepożądane są w każdej stali (zwykle nieokreślone, nieanalizowane):

O₂ (O), H₂ (H), N₂ (N)

Te gazy tworzą przede wszystkim pęcherze gazowe, płatki śnieżne (mikropęknięcia), które są przyczyną pęknięć, rys i nakłuć.

3. Pożądane - wprowadzane celowo do tzw. stali nisko- i wysokostopowych. Składniki podnoszą wytrzymałość na rozciąganie R_m, twardość HB, udarność KC itd.

Cr, Ni, W, Mo, Co, V, Ti, Al.

W tych dodatkach występują dodatki specjalne noszące nazwę mikrododatków: cyrkon Zr, Nb, Ti, inne, które znakomicie modyfikują stal podnosząc jej własności.

4. Niepożądane - ale nie uniknione - w każdej stali są to tzw. wtrącenia niemetaliczne ,,WN” pochodzące z procesu wytapiania stali (wyprawa pieca) i z żużli:

Krzemionka SiO₂, glina Al₂O₃, dwutlenku tytanu TiO₂ i ich związków.

Stal i jej własności.

Podział stali.

Stal - jest plastycznie i cieplnie obrobionym stopem żelaza Fe i C i innymi pierwiastkami, otrzymywanym w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego.

Ogólna klasyfikacja stali przy je zamawianiu.

Kryterium podziału	Grupy stali
Skład chemiczny	Węglowe, stopowe
Zastosowanie	Konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych własnościach fizycznych, np. kwaso-żaro-ługoodporne, odporne na korozję, żaroodporne, żarowytrzymałe, na ścieranie, o wysokim iloczynie (B * H)max
Stopień czystości	Zwykłej jakości - wysoka zawartość fosforu i siarki ok. 0,5%. Wyższej jakości - średnia zawartość fosforu i siarki Smax=0,05%, Pmax=0,07%. Najwyższej jakości - o zawartości Smax=0,005%, Pmax=),005%.
Sposób wytwarzania	Martenowska, konwertorowa, elektryczna i inne.
Sposób odtleniania	Uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona to znaczy że w procesie metalurgicznym usunięto z nich lub nie tlen wolny i związany.
Rodzaj wyrobu	Blachy, rury, druty, pręty, wyrób specjalny (np. magnez trwały), itp.
Postać	Lana (L), kuta (K), walcowana na gorąco (W), na zimno (Z), ciągniona (C).
Stan kwalifikacyjny stali	Surówka (S), zmiękczona (M), normalizowany (N), itp.

W stalach wszystkich gatunków występują pewne pierwiastki które w procesie metalurgicznym i później przy przetwórstwie są dla nie szkodliwe, ale również są celowo wprowadzane dla podniesienia całokształtu własności stali.

Domieszki w stali szkodliwe:

Mn (mangan) → tworzy siarczek manganu MnS (wysokotopliwy 1620^oC), powoduje on niekorzystny rozrost ziarna w czasie obróbki cieplnej i plastycznej.

Si (kszem) → obniża stężenie gazów, przeciwdziała segregacji (czyli osadzaniu) fosforu i siarki ale również powoduje kruchość stali.

P (fosfor) → wróg nr. 1 stali, powoduje kruchość na niebiesko, powoduje gruboziarnistość.

S (siarka) → wróg nr.2 stali, tworzy siarczek manganu MnS i siarczek żelaza FeS (topi się w 990^oC), powoduje kruchość na gorąco, niską spawalność.

H₂ (wodór) → powoduje płatki śnieżne (mikropęknięcia), pęcherze gazowe.

N₂ (azot) → powoduje kruchość na niebiesko, nakłucia, zmniejsza plastyczność stali z powodu tworzenia azotków tytanu, boru, itd.

O₂ (tlen) → powoduje w stali pęcherze, tworzy szkodliwe żużle w postaci tlenków i wiąże się jeśli jest w nadmiarze z każdym pierwiastkiem w stali.

Pierwiastki pożądane w stali:

WĘGIEL (C) → występuje w ilościach 0,01 ÷ 1,4%

Procentowy wzrost zawartości węgla powoduje wzrost wytrz. na rozciąganie wzrost twardości Brinela

C%↑ → R_m↑ HB↑

obniżenie wydłużenia obniżenie przewężenia obniżenie udarności

A₅↓ C↓ KC↓

C%↑ → R_m↑ ,HB↑ ,A₅↓ , C↓ , KC↓

Węgiel pogarsza spawalność stali a w zasadzie pogarsza jej równoważnik węgla

Ekfiwalent węgla (równoważnik) - C_E

- spawalność na zimno

- spawalność na gorąco

Stal jest spawana na zimno jeśli
co oznacza że w stalach spawalnych nie powinno być więcej niż ok. 0,2% węgla. Jeśli
spawa się na gorąco a spoiny odpręża się w ok. 500^oC.

MANGAN (MU) → 0,2÷13%

Mn%↑→R_m↑,HB↑,KC
,C
,A₅↑↓

KRZEM (Si) →0,25÷kilku%

Si%↑→ R_m↑, HB↓, A₅↓, C↓, KC↓, R_sp(granica sprężystości)↑

CHROM (Cr) →0,1÷25%

Cr%↑→ HB↑, R_m↑, A₅↓, C↓, KC↓

Chrom jest najważniejszym pierwiastkiem w stalach stopowych obok niklu, molibdenu, przy jego ilość 12÷25% i bardzo niskiej zawartości węgla powyżej 0,1% a najlepszej poniżej 0,01% daje stale odporne na korozję, żaroodporne, żarowytrzymałe, odporne na zużycie (ścierane). Chrom z węglem w stali tworzy twarde wydzielenia tzw. węgliki (M_x,C_y) [M_x-metal, C_y-węgiel], np. Cr₂₃C₆.

NIKIEL (Ni) →0÷35%

Ni%↑→
↑, A₅↑, C↑, KC↑

Nikiel przy zawartości węgla C
0,1% zapewnia kwasoodporności stali.

MOLIBDEN (Mo)

→0÷5%

WOLFRAM (W)

Mo,W↑→
↑ ale po obróbce cieplnej.

Powoduje samohartowność stali (Mo). W stalach narzędziowych i szybkotnących (Mo i W). Wolfram sprzyja wykonywaniu ze stali narzędzi do kucia na gorąco.

PROCES KONWERTOROWY jest procesem samonapędzającym się, to znaczy że surówka ciekła o temperaturze 1600^oC przelana do pieca konwertorowego i przedmuchana tlenem sama w sobie powoduje wypalanie się niepożądanych pierwiastków lub obniżenie się zawartości pożądanych pierwiastków. Kolejność wypalania pierwiastków zawartych w surówce czyli ich utleniania lub świeżenia surówki jest następująca:

C, Mu, Si, P, S.

Cechy procesu konwertorowego są następujące: używana jest tylko surówka ciekła o wysokiej temperaturze ok. 1600^oC często zbyt gorąca i schładza się ją już w konwertorze przez wrzucanie grubego złomu stalowego. Brak jakiegokolwiek ogrzewania konwertora, bowiem ciepło pochodzi ze spalania węgla, manganu, fosforu i siarki. Proces jest bardzo szybki ok. 400 ton surówki świeżymy na stal od 15 do 60 minut.

Trzy typy pieców konwertorowych:

1. konwertor z dolnym dmuchem

2. konwertor z bocznym dmuchem

3. konwertor z górnym dmuchem (z lancą górną)

RYSUNEK 5.

Charakterystyka konwertorów.

Wydajność - Q=30, 100, 400 ton (w Hucie Katowice Q=360 ton)

Wysokość - H=8, 14, 16 metrów

Średnica wewnętrzna - ∅_w=5; 7,5; 11metrów

Ilość dysz - i=250 sztuk

Zużycie tlenu - Q^*=50m³/tonę stali

Powietrze dmuchu - Q^*=300m³/tonę stali

Czas świeżenia - τ_s= 15÷24 minut

Czas procesu - τ_p=25÷50 minut

Poważne huty nie dmuchają powietrza tylko tlen.

PROCES ,,LD”

(LINTZ - DONAWITZ)

Charakteryzuje się:

1. Pracuje na czystym tlenie (99,5% O₂).

2. Odbywa się przy udziale:

• ciekła surówka wielkopiecowa

alternatywnie Σ ~2% masy surówki

+

złom stalowy

(dla obniżenia temperatury surówki z ok. 1750°C do ok. 1600°C)

Wszystkie wymienione minerały tworzą pojedynczo- lub dwukrotnych zestawach żużel konwertorowy o składzie:

CaO, Al₂O₃, CaF₂, CaCO₃ (przygotowany syntetycznie w workach wrzuconych do konwertora).

W wyniku podawania rudy żelaza Fe₃O₄ w której jest dużo tlenu oraz tlen dmuchu tworzą FeO który jest podstawą procesów chemicznych w konwertorze.

RYSUNEK 6.

Torkretowanie - jest to proces pneumatycznego narzucania ciekłej wyprawy ceramicznej (gęstwy) w konwertorze w tych miejscach gdzie po procesie wytapiania stali odpadła część wyłożenia ceramicznego pieca i trzeba ją na gorąco naprawić bowiem przerwa między kolejnym zapełnieniem konwertora surówką wynosi nie całe 15 minut.

Cykl wytapiania w procesie ,,LD”:

1. Ładowanie złomu lub ru 3 do 4 minut

2. Wlewanie surówki 6 do 7 minut

3. Ładowanie wapna CaO 1 minuta

4. Dmuch tlenu 18 do 20 minut

5. Ściąganie żużla i pobieranie próby metalu na skład chemiczny 8 minut

6. Spust stali do kadzi i odtlenianie tej stali w kadzi 5 minut

7. Torkretowanie wyprawy pieca 3 minuty

RAZEM ok. 48 minut

13

---