1. Procesy stalownicze – usuwanie nadmiaru węgla i zanieczyszczeń.

Procesy stalownicze mają za zadanie przetworzyć surówkę żelaza a także złom stalowy na stal wysokiej jakości. Dzielimy je na : proces konwertorowy i proces odbywający się w piecu elektrycznym łukowym.

1. Proces konwektorowy – ciekła surówka o temperaturze 1600 ^oC przelana jest do pieca konwertorowego i przedmuchana czystym tlenem. Surówka sama w sobie wypalanie się niepożądanych pierwiastków lub obniżenie się zawartości pożądanych pierwiastków. Pierwiastki zawarte w surówce wypalają się w następującej kolejności: C, Mu, Si, P, S.

Cechy procesu konwertorowego:

• 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. Materiałem wsadowym jest surówka przeróbcza, zawierająca 1,4-1,8% Mn, 0,4-0,5%Si, do 0,3% P i do 0,05% S.

• kąpiel przedmuchuje się tlenem o czystości 98,5-99,8% O₂. Tlen wdmuchuje się przez lancę pod ciśnieniem 6-15 at. Zwykle do konwertora ładuje się rudę lub złom (10-20%), a następnie wlewa się surówkę (80-90%).

• po ułożeniu konwertora w położeniu pionowym, dodaje wapno, ustawia się lancę tlenową i następuje dmuchanie tlenem. Strumień wdmuchiwanego tlenu przebija warstwę żużla, dostaje się do kąpieli i reaguje z domieszkami.

Wyróżniamy 3 typy pieców konwertorowych:

• konwertor z dolnym dmuchem

• konwertor z bocznym dmuchem

• konwertor z górnym dmuchem (z lancą górną)

1. Piec elektryczny łukowy.

Piec elektryczny, w którym wsad nagrzewany jest łukiem elektrycznym osiągającym temperaturę do kilkunastu tysięcy stopni Celsjusza, co umożliwia nagrzewanie roztapianego wsadu do temperatur od 1400 do 2000 °C. Piece łukowe stosuje się do produkcji karbidu, w hutnictwie do wytwarzania między innymi dodatków stopowych trudnotopliwych i wymagających wysokiej temperatury do redukcji rudy metali.

Rozróżniamy:

• Piece łukowe pośrednie – w których łuk płonie ponad wsadem między elektrodami, ciepło zaś przenosi się do wsadu przez promieniowanie(bezpośrednio lub odbite od ścian komory),

• Piece łukowe bezpośrednie – w których łuk płonie między elektrodami, a wsadem.

Materiały wykorzystywane w procesie to:

• złom stalowy (100%),

• topniki – materiały żużlotwórcze (głównie palone wapno i wapno dolomitowe),

• nawęglacze (węgiel, złom elektrod węglowych, koks),

• dodatki stopowe (głównie żelazostopy),

Budowa elektrycznego pieca łukowego

Elektryczny piec łukowy składa się z trzonu wyłożonego materiałami ogniotrwałymi i górnej części pancerza z chłodzonymi wodą panelami oraz chłodzonego wodą sklepienia. Cały piec może być pochylany w celu wylania stali przez otwór spustowy lub żużla przez okno żużlowe. Elektrody służące do dostarczania energii elektrycznej przechodzą przez sklepienie pieca. Sklepienie może być obracane na bok w celu umożliwienia załadowania złomu do pieca. Sklepienie posiada także dodatkowy otwór, przez który z pieca do odpylni odprowadzane są gazy odlotowe powstające w wyniku reakcji związanych z procesem wytwarzania stali.

Proces wytapiania stali w łukowym piecu elektrycznym:

Ładowanie wsadu (100% złomu stalowego) Roztapianie Świeżenie

Rafinacja Spust stali Naprawa popustowa

1. Metody otrzymywania surówki w Wielkim Piecu

Proces wielkopiecowy to proces redukcji tlenku zelaza i przebiega on w sposób ciągły. Zasada działania pieca oparta jest o zjawisko przeciwprądów. Od góry, warstwami, do pieca wprowadza się za pomocą urządzeń zasypowych surowce. Materiały wsadowe wędrują z góry na dół nagrzewając się stoponiowo, a ich objętność rozrasta się. Ruda podlega procentowej redukcji. Ciekle produkty zbierają się w garze, spuszczane są z pieca za pomocą otworów spustowych.

Produktami procesu są:

• ruda żelaza

• koks, czyli produkt odgazowania węgli kopalnych, najczęściej węgla kamiennego, zawiera ok. 80 % czystego węgla

• topniki, czyli substancje, które obniżają temperaturę topnienia rud oraz ułatwiającą oddzielenie metalu od innych domieszek, zawartych w rudzie.

Surówka, którą otrzymuje się jako pierwszy produkt w procesie wielkopiecowym, jest mieszaniną żelaza i węgla. Oprócz tego zawiera inne pierwiastki: siarkę, fosfor, mangan, krzem oraz inne. Skład surówki zależy od rodzaju użytych topników oraz rud. Można wyróżnić kilka gatunków surówek żelaznych:

- surówka szara - wysokokrzemowa; zawiera niewielki ilości manganu. Jest szara, krucha i stosunkowo łatwo się topi. Zawiera węgiel w postaci grafitu.

Wykorzystuje się ją do otrzymywania produktów żeliwnych. Zanim jednak stanie się żeliwem zostaje ponownie przetopiona wraz z koksem i wapieniem w piecu szybowym.

- surówka biała - wysokomanganowa; zawiera niewielkie ilości krzemu. Jest biała, krucha, lecz trudno się topi. Zawiera węgiel w postaci Fe₃C. Służy do otrzymywania stali.

W celu uzyskania stali z surówki białej należy usunąć z niej siarkę i fosfor oraz częściowo węgiel. Dokonuje się tego w procesie świeżenia, który polega na utlenianiu surówki tlenem z powietrza. W efekcie otrzymuje się surówkę zawierającą żelazo, niewielkie ilości węgla oraz śladowe ilości innych pierwiastków. Aby uzyskać stal o określonych właściwościach dodaje się do niej odpowiednie ilości różnych pierwiastków chemicznych - tworząc stopy.