1.Podział wytopu na okresy- napisać reakcje(wszystkie) w poszczególnych etapach: a.Naprawa pospustowa
b.Ładowanie wsadu do pieca-max 5min(0,35-0,4)%C
c.Roztapianie wsadu
d.Świeżenie
-utlenianie węgla[C]+[O]{CO}↑
-utlenianie krzemu [Si]+2(FeO)(SiO2)+2[Fe]
[Si]+2[O](SiO2)
-utlenianie manganu [Mn]+ (FeO)(MnO)+[Fe]
[Mn]+[O](MnO)
-odfosforowanie stali
2[P]+5[O](P2O5)
2[P]+5(FeO)( P2O5)+5[Fe]
( P2O5)+3(FeO)(3FeO P2O5)
(3FeO P2O5) +3(CaO)3(FeO)+(3CaO P2O5)
(3CaO P2O5)+(CaO)(4CaO P2O5)
usuwanie wtrąceń niemetalicznych,zmniejszenie wodoru i azotu, wyrównanie składu chemicznego i temp.
e.Okres Rafinacji-Wykańczanie
-odtlenianie
2(FeO)+[Si](SiO2)+[Fe]
[Si]+2[O](SiO2)
2[Al.]+3[O](Al2O3)
[Ti]+12[O](TiO2)
-odsiarczanie
[FeS]+(CaO)CaS)+(FeO)
[MnS]+(CaO)(CaS)+(MnO)
[S]+(CaO)=(CaS)+[O] ↓
uzupełnianie składu chemicznego i osiągnięcie wymaganej temp.)
f.Spust
2.Podać różnicę pomiędzy staliwem a stalami (własności mechaniczne)
Wł. Wytrzymałościowe (Rm,Re,HB) nieznacznie przewyższają wytrzymałość staliwa.Wł.plastyczne stali są odmienne, a spowodowane jest to izotropowością wydłużenia stali walcowanej wydłużenie jest 35% od staliwa. Staliwo ma 20-30% lepsze wł. Od stali walcowanej poprzecznie .Wł te zmieniają się wraz z grubością ścianki.
3.Napisać warunki sprzyjające reakcji odsiarczania
Proces odsiarczanie jest tym bardziej efektywny im:
-wyższa zasadowość żużla
-niższy stopień utleniania
-wyższa temp.
-mniejsza lepkość żużla
-intensywniejsze mieszanie metalu i żużla
-większa jest powierzchnia rozdziału faz metal-żużel
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)
[MnS]+(CaO)=(CaS)+(MnO)
[S]+(CaO)=[CaS]+[O]↓
4.W jaki sposób usuwamy wodór z ciekłego metalu-wyjaśnić mechanizm usuwania wodoru. Podać w jakim etapie następuje jego usuwania.
Wodór usuwany jest w czasie świeżenia tlenem za pomocą wprowadzania do kąpeli metalowej lancy.Wodór przy świeżeniu tlenem gazowym dostaje się w pęcherzyki tlenu i wraz z tymi pęcherzykami wydostaje się na zewnątrz kąpieli
5.Na czym polega odtlenianie dyfuzyjne, podać czym się odtlenia?
Polega na usuwaniu tlenu ze stali za pomocą żużla.Przewodnictwo tlenu z metalu do żużla nastąpi tylko wtedy gdy potencjał chem. tlenu w metalu będzie większy opd potencjału chem. tlenu w żużlu. Jest to proces bardzo wolny30- 40min, a zachodzi na granicy metal-żużel. Jest tym skuteczny im mniej C w metalu i mniej FeO w żużlu
(FeO)+C[Fe]+{CO}
2(FeO)+[Si]2[Fe]+(SiO2)
6.Podać reakcję zwrotną utleniania fosforu i warunki
2(P2O5)+5[Si]=5(SiO2)+4[P]
Warunki:niska temp., duża zasadowość żużla, małe stężenie P2O5 w żużlu w stosunku do utleniania fosforu, duża zawartość O w żużlu, intensywne mieszanie.
7.Czy świeżenie gazowym tlenem(w porównaniu z rudą) stwarza lepsze warunki:
Stwarza lepsze warunki dla usuwania wodoru i wtrąceń niemetalicznych. Gorzej usuwa fosfor (prze wyższą temp. Kąpieli) z tlenków metali ciężkich, wymagane jest urządzenie odpylające i częste czyszczenie filtrów.
8.Jeżeli zastosujemy gazowy tlen do świeżenia, to w jaki sposób możemy zwiększyć
szybkość utleniania P?
Obniżając temp. Kąpieli metalowej
9.Co to jest zasadowość żużla?
B=N(MeO)/N(SiO2)+N(P2O5)=tlenki żelaza/tlenków kwaśnych.
Niskozasadowe 1,3-1,6, średniozasadowe 1,6-2,0, wysokozasadowe>2,0. Rola żużli: reguluja dopływ O do metalu lub jego usuwanie.Ograniczaja wnikanie gazów, umożliwiają usuwanie S iP itp.Wchłaniają wtrącenia niemetaliczne
10.W jaki sposób można wykorzystać wykres Ellinghama i Richardsona podczas wytopu.
Powinowactwo chem. Pierwiastków na podstawie położenia prostej prężności rozkładowej tlenku danego pierwiastka względem tlenku żelaza. Kolejność utleniania i wprowadzania pierwiastków. Do określenia procesów redukcji.
11.Jeżeli z końcowej analizy składu chem. Przed spustem wynika, że nie możemy dodać więcej Al., to czy powinniśmy odtleniać w kadzi?Podać ile wprowadza się Al. na 1 MG wsadu
Aluminium 0,6-1kg Al./1 tonę metalu Al>0,06 obniża plastyczność i może obniżyć lejność oraz powoduje kruchość stali.
12.Jeżeli w analizie chem. Pod koniec świeżenia zawartość wszystkich pierwiastków mieści się w normie natomiast zawartość węgla jest wyższa to co powinien zrobić wytapiacz?
Należy dalej świeżyć i dodać wapna palonego z fluorytem i boksytem
13.Jeżeli mamy otrzymać staliwo o zawartości węgla 0,25%C to jaki powinien być skład chem. Wsadu?
0,25%C można osiągnąć ustalając skład chem wsadu czyli dodając 0,2-0,4 czyli więcej niż zadano ale możemy dodać nawet 0,6-0,8
14.Podać def. Stopnia odfosforowania
Stała podziału fosforu-stopień odfosforowania
ηp= (P2O5)/[P]=const
15. Wymienić odtleniacze złożone:
FeSi, FeMn, FeCaSi, MnCaSi
16.Podać cel wprowadzania wapna palonego podczas wytopu, podaj skład chem. Wapna:
W celu utworzenia się żużla
17.Wytopy odzyskowe-omówić
Roztapianie(próba na skład),świeżenie(rudą lub tlenem gazowym) próba po świeżeniu, ściąganie żużla, odtlenianie , odsiarczanie i rafinacja, uzupełnianie składu, spust, odtlenianie w kadzi
18. Źródłem wtrąceń niemetalicznych mogą być :
-zanieczyszczenia ze wsadu
-żużel
-nawęglacze (złom elektrod grafitowych, koks mielony)
-wyłożenie pieca i kadzi
-produkty reakcji zachodzących między składnikami w stali
19.W jakim celu podczas odsiarczania do żużla dodaje się fluorytu (CaF2) lub piasku kwarcowego?
CaF2 jest używany w procesach zasadowych dla rozrzedzenia żużli. Piasek kwarcowy stosuje się jako dodatek do zasadowych żużli okresu dla ich rozrzedzenia.
20.Wymień i scharakteryzuj znane wtrącenia siarczkowe:
-FeS: gwałtownie zmienia rozpuszczalność przy krzepnięciu, rozdzielając roztwór na Fe i Fe-S
-MnS: wydziela się wewnątrz i na granicy ziaren
-tlenko siarczki
21.Wymienić główne zadania żużli w procesie wytapiania stali:
-reguluje dopływ tlenu do metalu powodując jego usuwanie
-ogranicza możliwość wnikania gazów do ciekłej stali
-umożliwia usuwanie zanieczyszczeń np.(S i P)
-wchłania wypływające ze stali wtrącenia niemetaliczne
-ochrona kąpieli metalowej przed nadmiernymi stratami ciepła
22.Dlaczego zaleca się aby przed spustem zmienić żużel na biały?
Żużel biały świadczy o tym, że odtlenianie jest przeprowadzone prawidłowo. Zmieniamy karbidyczny na biały, ponieważ żużel karbidyczny jest niekorzystny: trudno się oddziela, działa silnie odtleniająco oraz przchodzi z niego do kąpieli metalowej węgiel. Aby zmienić żużel karbidyczny należy otworzyć okno wsadowe by utlenić węgiel.
23.Podać różnicę między żużlem białym a karbidycznym:
-skład chemiczny (karbidyczny zawiera CaC2)
-żużel biały jest korzystny a kabidyczny jest niekorzystny gdyż działa nawęglająco i jest silnie odtleniający
-żużel kabidyczny trudno się oddziela
24.Podczas intensywnego gotowania max. Szybkość utleniania węgla zależy od:
-zawartości początkowej węgla
-intensywnego doprowadzenia tlenu
-ruchu ciekłego metalu
25.Wymienić jakie pierwiastki mogą utrudniać utlenianie fosforu:
Si, Mn utleniają się przed fosforem
26.Wymienić źródła wodoru w ciekłym metalu:
-zawilgocone materiały wsadowe
-zlasowane wapno zawierające oprócz wilgoci wodorotlenek wapnia Ca(OH)2
-żelazostopy i metale; atmosfera przestrzeni roboczej pieców zawierająca parę wodną
27.Jak należy prowadzić wytop aby uzyskać jak najmniejszą zawartość wodoru w ciekłym metalu:
Należy uzyskać wysoka temp. Oraz intensywnie mieszać kąpiel. Podczas świeżenia wodór dyfunduje do CO.
28.Napisać reakcję odsiarczania:
[FeS]+(CaO)(CaS)+(FeO)
[MnS]+(CaO)(CaS)+(MnO)
29.Napisać reakcję i warunki utleniania węgla, podać stałą równowagi:
[C]+[O]{CO}
-utlenianie jest tym intensywniejsze im wyższa jest początkowa zawartość tlenu i intensywność jego doprowadzenia
-zasadowe wyłożenie pieca
-mieszanie metalu
30.W okresie świeżenia wprowadza się około:
-2% rudy i 2% wapnia
31.Podać warunki odfosforowania, stałą równowagi, podać definicję stopnia odfosforowania:
-prowadzeni odfosforowania w niskiej temp. Umożliwia osiągnięcie niższego stężenia fosforu w stali, lecz wmaga to bardzo długiego czasu
-duża zasadowość żużla
-mała zawartość P2O5 w żużlu
-intensywne mieszanie
-silnie utleniająca atmosfera
-mała gęstość żużla
Stopień odfosforowania jest to stosunek ilości tlenku fosforu zawartego żużlu do ilości fosforu w kąpieli: ηp= (P2O5)/[P]=const
32.Czy świeżenie gazowym tlenem w porównaniu z rudą stwarza lepsze warunki:
-usuwania wodoru i wtrąceń niemetalowych
33.Prowadzenie wytopu pod dwoma żużlami prowadzi się:
-dla każdego staliwa gdy zawartość w pierwszej próbie P>0,03%
34.Przetrzymywanie metalu pod żużlami o niskim stężeniuFeO stwarza skuteczne warunki:
-odsiarczania
35.W piecu indukcyjnym nie zachodzi:
-odfosforowanie i odsiarczanie
36.żużel okresu świeżenia zawiera:
40-50%CaO, 4-10%MgO, 1%MnO, 1%FeO
37.Siarka jest czynnikiem decydującym o:
-kruchości stali na zimno i na gorąco
38.Odsiarczanie jest bardziej efektywne przy:
-wyższej zasadowości żużla, niskim stopniu utlenienia, wyższej temp. I mniejszej lepkości żużla
39.Ruda żelaza to:
-90% tlenków żelaza, do 6% SiO2
40.Definicja i rodzaje lejności:
Lejność to zdolność ciekłego metalu do wypełniania wnęki formy i umożliwia otrzymanie odlewu o zadanym kształcie.
a)Lejność rzeczywista-mierzy się stopień lejności przy ściśle określonej temp. Przegrzania ponad temp. W której lejność jest równa zero
b)Lejność praktyczna-mierzona przy stałej temp zalewania
41.Podać zawartość P i S w staliwach węglowym, niskostopowym i staliwie Hadfielda:
-węglowe: P i S do 0,035
-niskotopliwe P i S do 0,03
-Hadfielda P <=0,1 S<=0,03
42.Spust staliwa przeprowadza się z:
-żużlem, ponieważ: odizolowanie od atmosfery, chronimy przed wtórnym utlenianiem, zawodorowaniem, mniejsze straty ciepła, dobre odsiarczanie
-bez żużla, ponieważ: gdy metal spuszczamy do większej kadzi (należy zagęścić go dolomitem i częściowo ściągnąć)
43.Napisz reakcję utleniania fosforu i podaj warunki termodynamiczne utleniania P:
2[P]+[O]=(P2O5)
[P]+5(FeO)= (P2O5)+5[Fe]
-obniżenie temp. Sprzyja przejściu fosforu do żużla
-wysoki stopień utleniania kąpieli
-silnie zasadowy żużel
-małe stężenie P2O5 w żużlu
-powierzchnia odfosforowania
44.Wymienić materiały nawęglające:
antracyt, złom elektrod grafitowych, koks, brykiety węglowe
45.W czasie świeżenia zachodzą następujące procesy:
odfosforowanie kąpieli, zmniejszenie zawartości wodoru, oczyszczenie metalu od wtrąceń niemetalicznych, nagrzanie metalu, wyrównanie składu chemicznego i temperatury
46.Do świeżenia można zastosować:
rudę żelaza, gazowy tlen
47.Rodzaje i funkcje nadlewów:
Rodzaje:- zwykle: otwarte, ukryte, boczne, górne
-ciśnieniowe: gazy z rdzenia, gazy z naboju, ciśnienie sprężonego powietrza
-łatwo usuwalne
-o zwolnionym krzepnięciu: w otulinach, podgrzewane elektrycznie
Funkcje: -zasilają odlew metalem
-wchłaniają wtrącenia niemetaliczne
-wchłaniają zanieczyszczenia
-wchłaniają zanieczyszczenia
-wchłaniają składniki ulegające segregacji
-zapewniają kierunkowe krzepnięcie
48.Podać strukturę staliwa węglowego w stanie lanym i po obróbce cieplnej:
Struktura staliwa węglowego w stanie lanym charakteryzuje się tzw. Strukturą Widmannstattena, będącą mieszaniną iglastego ferrytu (w postaci igieł) i perlitu. W staliwach o niskiej zawartości węgla (0,2-0,25%) przeważa ferryt, natomiast w staliwach wysokowęglowych- perlit. Aby wyeliminować niekorzystną strukturę Widmannstattena odlewy poddaje się normalizowaniu w temp. 30-500C powyżej temp AC3. Wytrzymujemy tak długo w tej temp aż otrzymamy w każdym miejscu osnowy strukturę austenitu.
49.Podać skład chem i zastosowanie staliwa Hadfielda oraz podać technologię jego wytopu:
Skład chemiczny w %: C=(1,0-1,4), Mn=(12-14), Si=(0,3-1,0), P<=0,10, S<=0,03, Cr=1,0, Ni=1,0
Zastosowanie:
-przemysł energetyczny (bijaki młynów weglowych, pancerze do młynów)
-przemysł wydobywczy (części do maszyn budowlanych: np.zęby pogłębiarek)
-przemysł maszynowy (zwrotnice, gąsienice pojazdów)
Technologie wytopu:
Uzyskanie całkowicie austenitycznej struktury w odlewach o grubości ścianki powyżej 70mm możliwe jest tylko przy wprowadzeniu do stali 2-4%Ni. Aby uzyskać żądaną ilość MN wprowadza się FeMn, który zawiera jednak fosfor. Zwiekszona zawartość P powoduje pęknięcia na gorąco, zmniejsza plastyczność oraz obniża udarność. Staliwo to utwardza się pod wpływem nacisku, co powoduje większą odporność na żużycie. Obróbkę cieplną (przesycenie w temp. 1050-11500C stosuje się aby uzyskać strukturę austenityczną.
50.Wymienić materiały żużlotwórcze oraz materiały służące do uzupełniania składu chem staliwa:
a)materiały żużlotwórcze:
wapno palone, fiuoryt, złom szamotowy, piasek kwarcowy, tłuczka szklana
b)materiały służące do uzupełniania składu chemicznego:
Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Al., Fe-Ti, Fe-Ni-Si, Fe-Mn-Si, Fe-Si-Zr
51.Podać przyczyny powstawania naprężeń w odlewach:
-hamowanie skurczu
-niejednakowa temp stygnięcia
-przemiany fazowe w różnych częściach odlewu
52.Podaj mechanizm usuwania wodoru i azotu podczas wytopu:
Usuwanie wodoru i azotu następuje w wyniku ich dyfuzji do pęcherzyków CO w okresie świeżenia. Dąży się wówczas do zaistnienia równowagi między stężeniem wodoru i azotu w metalu i pęcherzykach. Następnie pęcherzyki te dyfundują do żużla i oczyszczają kąpieli ze szkodliwego azotu i wodoru
53.Wymień stosowane materiały ogniotrwałe do budowy pieca łukowego:
Warstwę izolacyjną trzonu pieca tworzy się z prostek szamotowych na zaprawie kwarcowej z glinką ogniotrwałą. Następnie muruje się warstwę podstawową z kształtek magnezytowych. Szczeliny pomiędzy kształtkami zasypuje się zmielonym magnezytem. Skosy buduje się z klinów i prostek magnezytowych a szczeliny zasypuje się zmielonym dolomitem. Na ścianach pieca układa się warstwę izolacyjną z cegieł magnezytowych na suchej zaprawie magnezytowej. Sklepienia pieców muruje się z materiałów krzemionkowych. Trzon i ściany pieców kwaśnych muruje się z cegły krzemionkowej.
54.Wymienić źródła wtrąceń niemetalicznych:
-zanieczyszczenia ze wsadu
-żużel
-nawęglacze(złom elektrod grafitowych, koks mielony)
-wyłożenie pieca i kadzi
-produkty reakcji zachodzących między składnikami w stali
55.Scharakteryzuj znane wtrącenia siarczkowe:
-FeS: gwałtownie zmienia rozpuszczalność przy krzepnięciu, rozdzielając roztwór na Fe i Fe-S
-MnS: wydziela się wewnątrz na granicy ziaren
-tlenko-siarczki
56.Jak należy prowadzić wytop , aby uzyskać jak najmniejszą zawartość wodoru:
-świeżenie gazowym tlenem
-prowadzenie wytopu pod dwoma żużlami
-intensywne gotowanie kąpieli
57.Wymień podstawowe wielkości charakteryzujące żużel:
-zasadowość żużla
-stopień utleniania
-zdolność utleniająca
-rodzaj żużla
58.Wymień własności fizyczne żużli:
-lepkość
-napięcie p[owierzchniowe
-napięcie międzyfazowe na granicy z metalem
-przewodnictwo cieplne i elektryczne
59.Wpływ parametrów zalewania formy na kształt i wielkość jamy skurczowej:
Im wyższa temperatura zalewania formy, tym większa skłonność do powstawania jam. Należy dążyć do tego , aby całą jama skurczowa występowała w postaci jednej makrojamy, w górnej części odlewu. Makrojamę skurczowa można stosunkowo łatwo wyeliminować stosując kierunkowe krzepnięcie odlewu i wyprowadzenie jej do właściwie zaprojektowanego nadlewu.
60.Podać ilość Al. Jaką należy wprowadzić podczas wytopu. Podać co się stanie po wprowadzeniu większej ilości Al. do ciekłej stali?
Podczas wytopu wprowadza się 0,8-1,2kg Al. na 1 tonę ciekłego metalu. Dodaje się go porcjami w miarę podnoszenia się poziomu metalu w kadzi. Większa ilość Al. powoduje zwiększenie skłonności do pęknięć na gorąco, a niekiedy występowanie kamienistego przełomu.
61.Definicja zdolności odtleniającej pierwiastka:
Jest to aktywność tlenu będąca w równowadze aktywnością danego pierwiastka-odtleniacza
62.Czy zdolność odtleniająca pierwiastka jest decydującym czynnikiem w procesie odtleniania:
Nie, ponieważ decyduje też szybkość wypływania do żużla, rozpuszczalność i temp.
63.Jakie warunki należy stworzyć podczas rafinacji aby zwiększyć szybkość odsiarczania:
-wysoka temp
-duża zasadowość CaO w żużlu
-mało tlenków jak FeO i MnO
-mało CaS w żużlu
64.Szybkość utleniania C na 1 godz. W czasie świeżenia rudą żelaza wynosi: 05-1,5% a gazwoym tlenem :3-5%
65. Wymienić materiały żużlotwórcze i nawęglające:
a)materiały żużlotwórcze:
wapno palone, fiuoryt, złom szamotowy, piasek kwarcowy, tłuczka szklana
b)materiały nawęglające:
antracyt, złom z elektrod grafitowych, koks, brykiety węglowe
66.Podać jaka powinna być zawartość tlenu w momencie spustu w, a jaka w odlewie. Uzasadnij zabiegi prowadzone w kadzi:
W momencie spustu z pieca stal zawiera na ogół 100-200ppm tlenu, a w odlewie nie powinna zawierać więcej niż 50-80ppm
Spust metalu z pieca do kadzi przeprowadza się wraz z żużlem lub bez żużla. Korzystniejszym rozwiązaniem jest spust metalu wraz z żużlem, gdyż umożliwia to dobre odsiarczanie kąpieli i mniejsze straty ciepła. Ponadto metal jest wówczas lepiej chroniony przed wtórnym utlenianiem i zawodorowaniem. Konieczne jest końcowe odtlenianie metalu w kadzi. Powszechnie stosowanym odtleniaczem jest aluminium hutnicze. Wprowadza się proporcjami w miarę podnoiszenia się poziomu metalu w kadzi.
67.Moment wprowadzania dodatku stopowego zależy od:
-temp ciekłego metalu
-temp topnienia i wrzenia dodatku stopowego
68.Jakie procesy nie zachodzą w ciekłym metalu, jeżeli przykryw go żużel kwaśny:
-odsiarczanie
-odfosforowanie
-odtlenianie
69.Wymienić czynniki wpływające na lejność:
-czynniki związane z metalem:
zakres krzepnięcia, ciepło właściwe, ciepło krzepnięcia, przewodność cieplna, gęstość, lepkość, napięcie powierzchniowe
-czynniki związane z formą odlewnicza i warunkami odlewania:
szybkość przepływu, budowa układu zasilającego, ciśnienie metalostatyczne, współczynnik akumulacji ciepła, materiał formy
kształt odlewu.
70.pdać czynniki wpływające na wielkość jamy skurczowej:
-skład chemiczny: składniki zwiększające skurcz w stanie ciekłym oraz zmniejszające przewodność cieplną, zwiększają wielkość jamy skurczowej ( wraz ze wzrostem zawartości węgla, wielkość jamy się zwiększa)
-temperatura zalewania: im większa różnica temperatury między cieczą a zakrzepłym metalem w początkowym stadium, tym większy skurcz i jama skurczowa
-sposób doprowadzenia metalu i szybkość zalewania: doprowadzamy metal w taki sposób, aby zapewnić krzepnięcie kierunkowe
-konstrukcja odlewu
71.Wpływ C na strukturę i właściwości staliwa weglowego:
Wraz ze wzrostem węgla w staliwie węglowym poprawiają się własności wytrzymałościowe, natomiast maleje plastyczność. W staliwach o niskiej zawartości węgla (0,2-0,25%) przeważa ferryt, natomiast w staliwach wysokowęglowych-perlit.
72.Podać przykłady staliwa odpornego na korozję (mikrostruktura, skład chemiczny):
-staliwo chromowo-niklowe LH18N9
skład chem w %:C=0,15, Mn=2,0, Si=2,0, P=0,035, S=0,035, Cr=(17-19), Ni=(8-11)
mikrostruktura po przesyceniu:austenit+wtrącenia niemetaliczne
-staliwo wysokochromowe LH14
skład chem w %:C=(0,15-0,30), Mn<=0,7, Si=(0,4-0,8), P=0,035, Cr=(13-15), Ni<=1