Stal - jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2,03% przerobiony plastycznie i obrobiony cieplnie. W skład stali wchodzą również pierwiastki pochodzące z procesu metalurgicznego: krzem O,4%, mangan 0,8%, tytan o,1%, aluminium 0,1% chrom 0,3%, kobalt 0,1%, siarka 0,005%.

Staliwo - stal o takim samym składzie chemicznym co stal tylko odlana do form, a nie przerobiona plastycznie.

Produkcja stali polega na oczyszczaniu wcześniej otrzymanej stali z zanieczyszczeń. Proces ten nazywamy świeżeniem. Stosujemy kilka metod:

• w konwerterze Bessemera

• w konwerterze Thomasa

• konwerterowo - tlenową

• w piecach elektrycznych katodowych lub łukowych

• metodą martenowską.

Proces konwertorowo - tlenowy polega na załadowaniu pieca (konwertera) wsadem składającym się z ciekłej surówki, złomu stalowego, topników i kamienia wapiennego i włączeniu dmuchu gorącego powietrza (lub gorącego tlenu). Proces ten przebiega bardzo szybko, powietrze lub tlen przechodząc przez ciekłą surówkę utleniają zanieczyszczenia, które na powierzchni metalu tworzą żużel. Po usunięciu żużla następuje zlanie ciekłej stali do pojemnika zwanego kadzią.

Proces konwertorowy przebiega w 3 etapach:

1. tworzenia żużla podczas którego następuje intensywne wypalanie manganu, krzemu i węgla.

2. etap płomienny podczas którego powstają słupy ognia do 10m następuje intensywne wypalanie węgla fosforu i siarki.

3. charakteryzuje się zanikaniem języków ognia i pojawia się dym (okres dymny) intensywne utlenianie żelaza. Przerywa się nadmuch i spuszcza się ciekły metal.

Wydajność tej metody jest znacznie większa niż innych i wynosi do 400 ton na godzinę. W Polsce metodę konwertorowe-tlenową stosuje się m.in. w Hucie im. Sendzimira oraz Hucie Katowice. Tam też wprowadza się nowoczesną metodę ciągłego odlewania stali.

Proces Martenowski

1- przestrzeni roboczej; 2- głowice; 3- kanałów; 4- komory żużlowe; 5- regeneratory; 6- zaworów rozrządczych. Przestrzeń robocza jest ograniczona od spodu trzonem pieca - z boków - głowicami oraz ścianą przednią i ścianą tylną, a od góry - sklepieniem.

Polega na przerobieniu wsadu złożonego ze złomu i surówki, a także rudy, toplików i odtleniaczy na stal o określonym składzie chemicznym. Załadunek pieca martenowskiego przeprowadza się przez okna wsadowe za pomocą ładowarek w kolejności: kamień wapienny, ruda, złom. Piec ogrzewany jest gazem z dodatkiem ropy naftowej. Gaz i ciepłe powietrze są doprowadzane przez dysze do wnętrza pieca, uzyskuję się temperaturę 1700^oC. Tak wysoka temperatura umożliwia dodanie do ciekłego metalu rudy (do 25%) lub złomu (do 75%). Całkowity czas wytopu stali trwa 5-8 godzin.

W zależności od składu wsadu rozróżniamy 3 podstawowe odmiany procesu Martenowskiego:

1. złomowy bezsorówkowy (recykling)

2. złomowy

3. złomowo rudowy 80-90% surówki, reszta to dodatki złomu, topliki.

Proces martenowski obejmuje następujące cykle prac:

1. naprawę pieca.

2. ładowanie pieca (kamień, ruda zlom),

3. podgrzewanie wsadu

4. wlewanie surówki

5. roztapianie całego wsadu

6. świeżenie (utlenianie domieszek)

7. odsiarczanie

8. odtlenianie (usuwanie czystego tlenu)

9. spust do kadzi.

Wsad zaczyna się topić już podczas ładowania pieca i w tym celu spala się największą ilość gazu, gdyż przejście materiałów w stan ciekły wymaga znacznych ilości ciepła.

Podczas świeżenia zachodzą reakcje utleniania krzemu, manganu i węgla, znane nam z procesów konwertorowych. Ponadto w piecach o wyłożeniu zasadowym wykonuje się odfosforzanie i następnie odsiarczanie. Do odfosforzania niezbędne jest wapno tworzące po roztopieniu żużel, do którego dodaje się następnie rudy w celu wytworzenia atmosfery utleniającej. Tak przygotowany żużel reaguje z fosforem. Nasycony fosforem żużel usuwa się z pieca oknem wsadowym, a na jego miejsce wytwarza się nowy przez dorzucenie świeżych porcji wapna. W dalszym ciągu procesu zachodzą reakcje odsiarczania. Wytworzone w tych reakcjach siarczki przechodzą do żużla i wraz z nim są usuwane z pieca.

Odtlenianie stali następuje dzięki dodaniu, podobnie jak w procesach konwertorowych, odtleniaczy w postaci surówki zwierciadlistej, żelazomanganu, żelazokrzemu i aluminium. Utworzone w krótkim czasie tlenki doprowadzanych składników wypływają do żużla. Po zakończonym wytopie spuszcza się stal otworem spustowym do kadzi odlewniczej.

Otrzymywanie stali w piecach elektrycznych:

W piecach elektrycznych wytapia się stal stopową i wysoko jakościową. Wsadem jest stal zwykła węglowa oraz żelazostopy między innymi żelazo mangan, żelazo krzem i żelazo chrom. Najczęściej piece elektrodowe służą do rafinacji stali wytopionej uprzednio np. w piecu martenowskim.

Proces rafinacji rozpoczyna się od napełnienia pieca stalą, zwykle dostarczaną w stanie ciekłym z pieców stalowniczych lub złomem stalowym.

Odfosforzanie przebiega w atmosferze utleniającej i z tego powodu wraz ze stalą dodaje się do pieca kilka procent rudy i ponadto do związania fosforu - około 5% wapna. Stopione w czasie pracy pieca wapno tworzy żużel, szczelnie pokrywający stopiony metal. Między stalą a żużlem zachodzą reakcje (znane nam z procesu martenowskiego), powodujące przechodzenie fosforu do żużla. Jeżeli żużel nasyci się zbytnio fosforem, należy go zlać i zastąpić świeżym.

Po odfosforzeniu przeprowadza się odsiarczanie, które wymaga atmosfery redukcyjnej. W tym celu do pieca doprowadza się drobno zmielony koks lub pokruszone elektrody grafitowe. W celu wytworzenia żużla, podobnie jak poprzednio, ładuje się wapno. Siarka tworząca z żelazem siarczek żelaza reaguje z wapnem i węglem. W wyniku wzajemnego chemicznego oddziaływania oprócz żelaza i tlenku węgla powstaje siarczek wapnia, który przechodzi do żużla i wraz z nim jest usuwany.

Po rafinacji zawartość siarki i fosforu w stali jest mniejsza niż 0,03%. Po zakończeniu odsiarczania stal odtlenia się za pomocą żelazomanganu lub żelazokrzemu i następnie zlewa do kadzi odlewniczej.

Stal wytworzoną w piecach elektrycznych nazywamy niekiedy stalą szlachetną ze względu na jej wielką czystość warunkującą dobre własności użytkowe.

Otrzymywanie stali w piecach łukowych

Proces ten przeprowadza się w wyniku wytwarzania łuku między wsadem, a elektrodami węglowymi lub grafitowymi. Nowoczesny piec łukowy składa się z: kotła, sklepienia, elektrod, mechanizmu do przechylania pieca, mechanizmu do opuszczania elektrod, transformatora. Pojemność takiego pieca wynosi od 5 do 200 ton. Istnieją dwie metody wytapiania:

1. ze świeżeniem i ściąganiem żużla stosowana w celu uzyskania stali wysokostopowych.

2. bez świeżenia (odzyskowa) stosowana w celu odzyskania składników stopowych ze złomu stalowego.

Piec indukcyjny

Składa się z tygla (kotła) wykonanego z tworzywa ogniotrwałego. Wokół kotła znajduje się uzwojenie elektryczne. W skład wyposażenia pieca wchodzi również mechanizm do przechylania pieca, generator elektryczności oraz baterii kondensatorów. Po nałożeniu wsadu włącza się w obwód prąd o wysokiej częstotliwości do 20tys. Hz.

Wytworzona stal w stanie ciekłym jest następnie odlewana do form stalowych (wlewnic) po stąpnięciu nazywa się ją wlewką. Stal po wyprodukowaniu przed zlaniem do kadzi poddaje się odtlenianiu. Jeżeli do zlanej stali doda się FeMn, FeSi, i Al., stanowiące tzw. odtleniacze to stal intensywnie wrze, tzn. następuje usuwanie gazów, tlenu, azotu wodoru, Jest to stal uspokojona. Stal nieuspokojona to z domieszkami FeMn i FeSi ST3X, ST3Y - półspokojna z niewielkimi domieszkami FeMn, FeSi, Al. Po skrzepnięciu stal uspokojona tworzy wlewek w którym wyróżniamy jamę wsadową, która tworzy głowę i stopę. W przypadku stali nieuspokojonej na całej objętości wlewka rozmieszczone są zanieczyszczenia. Wytworzona stal w piecach zlana do kadzi i odtleniona jest przenoszona na stanowisko z trwałych stalowych form zwanych wlewnicami. Wlewnice te są napełniane ciekłą stalą w której krzepną.

Istnieją trzy metody odlewania stali.

1. odlewanie stali metodą zalewania z góry,

2. odlewanie wlewków od dołu (syfonowa),

3. metoda COS (ciągłego odlewania stali),

• o ruchu prostym

• o ruchu zgiętym

• ruchu łukowym

5

---