1.Tworzywa metalurgiczne:
- Surowce matalodajne- ich zadaniem jest dostarczanie do procesu wielkopiecowego podstawowego metalu, jakim jest żelazo, w mniejszym stopniu mangan pod postacią rud namiastek rud i innych. Współczesny proces nie dopuszcza do stosowanie surowych rud, natomiast poddaje je odpowiednim procesom przygotowawczym. Podstawowym żelazem jest Fe2O3 który jest niemagnetyczny, w stanie czystym zawiera około 70% Fe. Rudy manganowe uważane sa za wysoko manganowe już powyżej 35%. Do namiatek rud żelaza i manganu zalicza się pył wielkopiecowy, a także żuzle konwertorowe z pieców grzewxczych i wlacownicze.
-Topniki- w procesie wielko piecowym podstawowymi topnikami sa kamień wapienny(CaCO3) oraz dolomit(CaCO3*MgCO3)
-Paliwa-podstawowym paliwem jest koks, który otrzymujemy poprzez sucha destylacje węgla. Ważna jest odpowiednio niska zawartość siarki, popiołu i wilgoci w koksie. Innym paliwem jest gaz ziemny i gaz wielkopiecowy a także paliwo płynne w postaci oleju opałowego zwanego mazutem
2.Grudkowanie- jest to proces zbrylenia rud miałki (bardzo drobnych) nie jest to proces konkurencyjny do spiekania się materiały ziarniste, a grudkuje materiały plastyczne. Dlatego przed spiekaniem materiał poddaje się przesiewaniu i i frakcja poniżej 0,06 mm poddawana jest grudkowaniu. Wytrzymałość powstałej grudki zależy od jej gestości a to z kolei zależy od:
-kształt materiału
-kształt ziaren rudy
-materiale powinna być tak dobrana
-zawartość sił kaloidalnych (sprzyjających grudkowaniu)
Technologia procesu grudkowania:
Etap1- przygotowanie wsadu do produkcji grudek oraz sama produkcja grudek surowych.
Etap2- utwardzenie grudek celem zwiekszenia ich wytrzymałości poprzez wypalanie w temp. 1300 st C oraz metalizowanie grudek(redukcja telnków)
3.Spiekanie- jest to podstawowy proces przygotowywania wsadu wielkopiecowego. Technologie procesu spiekania można podzielić na czynności wstępne oraz na czynności zasadnicze. Wśród wstepnych rozróżniamy:
rozładowanie, składowanie (składowanie na hałdach w postaci pryzny przez co nastepuje usrednianie rud), sortowanie, kruszenie. Do zasadniczysz zaliczamy: namiarowanie, mieszanie i podawanie na taśmie stal, opiekanie na teśmie( taśma spiekalna jest to rodzaj połączonych ze sobą wózków . Nad tasma znajduje się rzad palników), wstepne kruszenie, chłodzenie i końcowe sortowanie spieku.
4. Budowa wielkiego pieca- wp składa się z gardziel, szyb, przestron, gar, trzon. Gardziel od góry zamknięty jest urzadzeniem zasypowym, kolejna część- szyb jest w kasztalcie stożka ścietego o mniejsze podstawie u góry, jest najdłuższa częścia wielkiego pieca. Taki kształt wymusza wzrost objetości tworzyw podczas zachodzenia reakcji. Przestrzo zapewnia przjeście do nastepnej części całkowicie już upłynnionego wsadu. W spadkach przygotowują się już z produkty WP, czyli surówka i żużel. Trzon zamyka WP od wołu zbiornik ciekłych produktów. Załadunek tworzyw do wielkiego pica odbywa się w górnej części za pomocą urzadzenia zasypowego, które zamyka gardziel WP. Tworzywa podawane sa na górę wielkiego pieca za pomocą sównicy albo teransporterów do zbiorników zwanych zasobnikami.
-Wspólczesne urzadzenia zasypowe Wurtha sa bezstożkowe, wsad jest ładowany do 2 lub 3 zbiorników wsadowych zamknietych od góry a od dołu zasówami wsadowymi i zasówami uszczelnijącymi. Zamiast dużego stożka posiada on rynne zasypowa która jest obrotowa a ponadto można regulowac jej kąt nachylenia, co pozwala na precyzyjny rozkład rud wsadu w zalezności od potrzeb technologii.
-W celu zmniejszenia zuzycie koksu w Wp wprowadza się dmuch do wieliego pieca który przechodzi wczesniej przez tzw nagrzewnice odnierające zgromadzone tam ciepło oddane wczesniej gorące spaliny. Nagdzrany do 1200 st C dmuch z nagrzewnic Haupera idzie nastepnie do okreżnicy, która opasuje cały WP posoiada ona szereg wylotów zwanych dyszami, które to doprowadzają dmuch bezposrednio do wielkiego pieca. Taki zestaw dysz o długości co najmniej 1500mm, dysza jest miedziana, chłodzona woda a w zależności od pojemności WP stosuje się od 8 do 16 dysz..
-Wielki piec posiada tez otwór spustowy, prze który spuszcza się ciekłą surówke, umieszczony on jest w dolnej części garu pod kątem około 15 st. Podczas pracy jest on wypełniony masą ogniotrwała. Spust odbywa się co 1,5-2,5 h małe piece (do 2000m3) mają 1 otór spustowy, bardzo duże maja 3-4 otworów. W WP jest jeszcze 1 otwór odpływ do spustu żużla który znajduje się poniżej otworu dysz powyżej otworu spustowego sórówki. B duże piece maja 4 otwory spustowe surówki i 2 otwory spustowe żużla, a przy nowoczesnych WP otwory żużlowe sa nie używane i służą jako otwory awaryjne natomiast spust zużla nastepuje późniejszym ich rozdzieleniem ponieważ nowoczesna technologia pozwala na prace z niewielka ilością żuzla.
6.Spalanie koksu
Spalanie koksu w wielkim piecu jest głównym źródłem ciepła. Koks spala się w wielkim piecu przed dyszami doprowadzającymi dmuch, tak więc musi on pokonać drogę z góry w dół pieca czyli od gardzieli do strefy dysz. Spalanie koksu zachodzi w komorach spalania. Dmuch przez dysze doprowadza się z dużą szybkością i pod ciśnieniem 2-4,5 atm a parametry te są zależne od wielkości pieca.Reakcja spalania koksu przed dyszami zachodzi w dwóch etapach-w pierwszym etapie przy wylocie dyszy znajduje się strefa utleniająca o długości le prawie równoznaczna ze strefą cyrkulacji koksu. W strefie tej tlen z dmuchu zostaje zużyty na powierzchniowe spalenie kawałków koksu zgodnie z reakcją C O2 =CO2-w drugim etapie w tzw strefie redukcyjnej o długości lz powstały wcześniej CO2 reaguje z koksem zgodnie z reakcją CO2 C = 2COGaz opuszczający komorę spalania składa się O2, Wodór powstaje z rozkładu pary wodnej (wilgoci lub dmuchu) lub też pochodzi ze spalania prowadzących przez dyszę paliw zastępczych np. gazu ziemnego, oleju opałowego, w myśl reakcji CH4 1/2O2 =2H2 CO W wyniku spalania koksu ustala się w komorze spalania temp rzędu 1800 - 2500C której max przypada w strefie utleniającej w miejscu gdzie występuje ma CO2. w pojęciu chemicznym popartym pomiarami sondą strefa utleniająca kończy się w miejscu gdzie zawartość tlenu wynosi 2% a strefa redukcyjna w miejscu gdzie zawartość CO2 wynosi 2%.
2C + O2 --> 2CO 3CO + Fe2O3 --> 2Fe + 3CO2 CaCO3 --> CaO + CO2
CaO + SiO2 --> CaSiO3
8.Materialy wsadowe do procesow stalowniczych:
a)materialy metaliczne
-surowka żelaza - polska norma pod względem składu chemicznego wyroznia 2 gatunki. M1zwany surowka wysokokrzemowa (0,75-1,25 Si) i M2 niskokrzemowa (Si do 0,25)
-zlom stalowy - zlom pochodzi z odpadow produkcyjnych hutniczych wydziale a także warsztatow mechanicznych, drugim źródłem jest zlom poamortyzacyjny. Zlom stalowy ze względu na kategorie można podzielic na na 2 rodzaj: zlom niestopowy i zlom stopowy. Zlom stopowy jeśli w zlomie znajdzie się choc jeden pierwiastek podanej w normie ilości to zlom ten zostanie sklasyfikowany jako stopowy.zarowno zlom stopowy i nie stopowy dzielimy na zlom K-wsadowy, N-niewsadowy. Zlom nie wsadowy to zlom o takiej postaci która uniemozliwiabezposrednie jego zastosowanie w procesie stalowniczym i wymaga dodatkowych procesow rozrabniajacych lub scalających. Do procesow rozdrabniających zaliczamy ciecie(mechaniczne, ogniowe, kafarownie, przerob strzałowy). Procesy scalające to paczkowanie i brykietowanie.
- żelazostopy i metale techniczne - Sa to stopy żelaza i innych pierwiastkow przeznaczonych do uzupełnienia składu w celu nadania im określonych własności.
b)Materialy żużlotwórcze - ich zadaniem jest wytworzenie zuzla o odpowiednim skladzie chemiczny i w odpowiedniej ilosci
- wapno hutnicze - uzyskiwane przez wypalanie kamienia wapiennego w piecach wapienniczych. Reakcja wypalania CaCO3 (900^C) Ca+CO2. Kamien wapienny wypala się w piecach szybowych, obrotowych, i specjalnych konstrukcjach piec Marea. W zależności od typu pieca stosuje się wapno: miękkie palone(1050-1150^C), srednio palone(1200-1250^C), twardo palone(1300-1350^C). Ocena parametrow wapna hutniczego: sklad chemiczny, kawałkowość, reaktywność, porowatość, czas jaki upłynął od wypalenia wapna do zastosowania go w procesie.
- kamien wapienny
- dolomit
c)materialy pomocnicze
- swierzace ich zadaniem jest dostarczenie do procesu tlenu który potrzebny jest do przebiegu reakcji utlenienia domieszek sa to: czysty tlen, ruda żelaza
- nawęglające dostarczaja wegiel w celu uzupełnienia wsadu w postaci: koksu, grafitu.
Rafinacja pozapiecowa cieklej surowki:
- regulowac temperature stali(podnieść temp. stali do temp odlewania)
- odsiarczyc stal(obniżyć zawartość koncowa siarki)
- obniżyć zawartość wtrąceń niemetalicznych
- obniżyć zawartość gazow w stali(próżniowe odgazowanie)
- odtlenienie stali
- uzupełnienie składu chemicznego
- homogenizacja składu(ujednorodnienie składu chem i temp)
9.Utlenianie domieszek kapieli metalowej:
a)Utlenianie manganu - wystepuje w materiałach wsadowych takich jak: surowka i zlom stalowy i wówczas w procesie stalowniczym będzie się utlenial zgodnie z rekcja: [Mn]+(FeO) = (MnO)+[Fe] lub [Mn]+(Fe2+)=(Mn2+)+[Fe] jest to przykład reakcji wymiany kationow pomiedzy metalem a zuzlem.
b)Utlenianie krzemu - wystepuje w materiałach wsadowych(surowka, zlom) krzem posiada duze powinowactwo chemiczne do tlenu a to oznacza ze latwo utlenia się i jego utlenianie zachodzi zgodnie z reakcja [Si]+2[O]+2(O2-)=(Sio4,4-) przebieg tej reakcji jest możliwy tylko dla zuzli zasadowych bo tylko zuzle zasadowe maja wodne aniony tlenowe w zuzlu krzem jest na tyle silnym pierwiastkiem iż można przyjąć ze po zakończeniu dmuchu tlenowego w konwertorzezawartosc tlenu w kapieli metalowej wynosi zero a to oznacza ze caly krzem wprowadzony do surowki i zlomu stalowego utlenil się i przeszedl do zuzla.
c)Utlenianie wegla - jest reakcja wiodaca w metalurgii proces utleniania wegla w kamien zachodzi zgodnie z reakcja [C]+[O]={CO} reakcja jest slabo egzotermiczna. Wydziela się gazwy produkt reakcji gazowy tlenek wegla: nie zanieczyszcza kapieli metalowej, ujednorodnia sklad chemiczny metalu i zuzla, ujednorodnienie temp kapieli metalowej, przyspiesza proces wyplywania wtrąceń niemetalicznych, sprzyja usuwaniu rozpuszczonych w kapieli metalowej gazu typu wodor i azot.
d)Fosfor jest domieszka szkodliwa wywolujaca kruchość stali przy niskich temp dlatego tez na każdym etapie wytwarzania srowki żelaza i stali będziemy dozyc do maksymalnego odpuszczenia zawartości fosforu. W stalach weglowych zwyklej jakości zawartość fosforu jest na poziomie 0,015-0,040. reakcja przebiega na granicy faz i można ja zapisac 2[P]+5[O]=(P205) lub w postaci jonowej 2[P]+5[O]+3(O2-)= 2(PO4,3-) z reakcji wymnika ze utlenienie fosforu jest możliwe tylko przy zuzlach zasadowych. Optymalne warunki odfosforowania: wysoka temp procesu, szybkie utworzenie zuzla, prowadzenie procesow pod zuzlem o zasadowości najlepiej ok. 3
e)Odsiarczanie - siarka podbnie jak fosfor jest również domieszka szkodliwa stali. Na każdym etapie wytwarzania surowki i stali dazy się do max ograniczenia jej zawartości. W stalach zwyklej jakości zaw siarki jest na poziomie 0,15- 0,35% a w stalach wysokiej jakości poniżej 0,15%. Reakcja utleniania siarki zachodzi na granicy utleniania faz jest mozliw atylko w zuzlach zasadowych [S]+(MeO)=(Mes)+[O] lub [S]+(O2-)=(S2-)+[O].
f)Odtlenianie stali prowadzi się 3 sposobami: osadowe, ekspresyjne, próżniowe.
- osadowe - polega na wprowadzeniu do kapieli metalowej pierwiastka lub jego stopu którego powinowacto chemiczne do tlenu jest silniejsze niż żelaza x[R]+y[O]=(RxOy)_sl. Najlepszym odtleniaczem jest glin(Al.) słabszym mangan a najsłabszym C . prędkość wyplywania wtrąceń niemetalicznych okresla prawo Stockesa. Z tego prawa wynika ze prędkość wyplywania wtrąceń niemetalicznych będzie rosla wraz ze wzrostem roznicy gęstości wtrąceń niemetalicznych prędkość będzie malala przy wzroście lepkości.
- ekstrakcyjne - zwane również utlenianiem dyfuzyjnym polega ono na odtlenieniu zuzla w wyniku czego postaje roznica stezen tlenu miedzy zuzlem i metalem a ta roznica stezen spowoduje dyfuzje tlenu z metalu do zuzla tak aby zlikwidowac ta roznice. Wada tego procesu jest jego niewielka prędkość zwiazana z prędkością dyfuzji.
- próżniowe - wada osadowego jest produkt reakcji odtleniania zanieczyszcza stal w postaci tlenkowych wtrąceń niemetalicznych. Wada dyfuzyjnego odtleniania jest niska skuteczność przy próżniowym odtleniania stali wykorzystuje się wzrost standardowej zdolności odtleniającej wegla. [C]+[O]={CO} Kc=Pco/(a[c]*a[o]).
g)Gazy w stali - pod pojeciem gazu w stali bedziemmy rozumiec wodor i azot rozpuszczaja się w zelazie i jego stopach zgodnie z prawem Sievertsa prawo zwane jest również prawem pierwiastka kwadratowego. ½{G2}=[G] KG=a[G]/(Pg^2)^1/2 aktywnosc w metalu a[G]=fG*[%G] G=H lub N charakteryzuje się [G]=Kg* pierwiastek(Pg2)/fG . zawartość kapieli metalowej jest wprost proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego spreznosci tego gazu. Z prawa Sivertsa wynika ze chcąc uzyskac nieskie stezenie H lub N w stali trzeba onbnizyc prężność tego gazu a to realizuje się poprzez zastosowanie prozni nad kapiela metalowa lub tez poprzez wdmuchiwanie gazow obojętnych np. Ar do kapieli metalowych.
10.Tlenowe procesy konwertorowe:
-procesy konwertorowe z gornym dmuchem tlenowym LD,
-z dolnym dmuchem tlenowym
-z kombinowanym dmuchem tlenowym.
Jest to jedna z podstawowych technologii wytapiania stali.
Z uwagi na swoje zalety,dzis stosuje się procesy z dmuchem kombinowanym,a instniejace konwertory z gornym dmuchem sa przebudowywane na konwertory z dmuchem kombinowanym,
Konwertor sklada się z:
-stozkowej gardzieli
-cylindrycznej czesci środkowej
-dennicy w kształcie sferycznym
Stozkowy kształt gardzieli ogranicza wyrzuty metalu i zuzla podczas dmuchu tlenowego,ogranicza straty cieplne ,ogranicza zasysanie dzikiego powietrza do konwertora.
W gardzieli znajduje się otwor spustowy sluzacy jedynie do spustu stali. Pancerz konwertora wykonany jest z blach stalowych o grubości 50-100mm.
Dennica konwetora może być na odejmowana lub na stale polaczona z czescia cylindryczna.
Dennice odejmowane stosuje się w konwertorach malych (poniżej 150 ton),w dużych konwertorach trudno byloby uzyskac szczelność polaczenia dennica-czesc srodkowa.
Pancerz konwertora w czesci środkowej jest opasany pierścieniem oporowym do którego przymocowane sa dwa czopy. Na czopach konwertor jest w mechanizmie przechylania konwertora, co umozliwia:
-zaladowanie zlomu
-zalanie ciekłej surowki
-pomiar temp
-pobranie prob metalu i zuzla
-spust stali
-spust zuzla
Wady procesow konwertorowych z gornym dmuchem
-niewystarczajace wymieszanie kapieli metalowej i zuzla,co powoduje ,ze reakcje przebiegające na granicy podzialu faz metal-zuzel(np. odsiarczanie) przebiegaja w dalekim oddaleniu od stanu równowagi
-niemozliwe wytworzenie stali o bardzo niskich stężeniach wegla-stad poawstal proces z dolnym dmuchem tlnowym,w których tlen wdmuchiwany jest bezpośrednio poprzez 2przelotowe dysze cylindryczne z zabudowanym w dennicy .Wdmuchiwany Tlen bezpośrednio do kapieli met,powoduje ze zachodi intensywny przebieg reakcji domieszek. Reakcje te sa egzotermiczne,gdyby nie chlodzenie dyszy doszloby do szybkiego jej zniszczenia. Miejsca te chlodzi się poprzez podawanie mediow chłodzących
np. -para wodna, - gaz propan butan, -olej opalowy. Chlodzenie polega na dysocjacji tych mediow
Technologia procesu konwertorowego z dmuchem kombinowanym:
Przez caly okres wytopu o dolu wdmuchiwany jet gaz mieszający po to by nie dopuścić do zatkania się dysz. Pierwsza operacja to ladowanie wsadu-konwertor przechyla się na str. Wsadowa i i laduje się zlom stalowy w ilości ok. 25-30% masy wsadu,nastepnie wlewa się ciekla surowke i wrzuca 1 porcje wapna hutniczego. Konwertor staje do pionu,opuszcza lance tlenowa i rozpoczyna się dmuch tlenowy który trwa ok20min. W początkowym okresie lance ustawia się w pllozeniu gornym po to by utlenic Fe i Mn,po kilku minutach lance ustawia się w dolne polozenie co powoduje intensywne utlenianie domieszek i wegla. Wybor rodzaju gazu (Ar, Ni) zalezy od technologii,a dokladnie od gatunku wytapianej stali. Po zakończeniu dmuchu tlenowego ,jeśli konwertor nie ma dodatkowej lancy pomiarowej to podnosi się lance tlenowa,przechyla konwertor celem zmierzenia temp stali i pobrania probki do analizy składu chemicznego. Jeśli wynik jest pozytywny to przystepuje się do spustu,jeżeli nie to stosuje się podmuch korekcyjny.
Spust metalu wykonywany jest w taki sposób by ie dopuścić do przedostania się zuzla do cieklej stali w kadzi.
Zalety procesow z dmuchem kombinowanym
-mozliwosc znacznie głębszego odsiarczania ,odfosforowania kapieli metalowej
-mniejsze zuzycie wapna,
-nizsze przetlenienie kapieli metalowej i zuzla,co ozn. Nizsze zuzycie odtleniaczy i żelazostopów
-mozliwosc wytwarzania stali o bardzo niskich stężeniach wegla bez konieczności stosowania prozni
-nizsze zuzycie wytworzenia ogniotrwałego konwertora.
Wyłożenie ogniotrwale konwertora:
W dawnych konwertorach stosowano trójwarstwowe wyłożenie ogniotrwale,warstwa najbliżej pancerza to warstwa armaturowa,jej zadaniem było niedopuszczenie do przegrzania pancerza. 2-to warstwa posrednia jej zad. Polegalo na niedopuszczeniu do penetracji metalu i zuzla do warstwy armatury.
3 to warstwa robocza,w miare poprawy jakości mat.ogniotrwalych technologii wytopow,remontow,pozwolilo na zrezygnowanie warstwy pośredniej-dzis występują 2 wartswy:
-warstwa robocza wykonana jest dzis z reguly z mat. Magnezytowo weglowych o grubości (dla konw.350ton HK 700-900mm)stosuje się tzw. Wyłożenie strefowe,poszczególne rejony konwertora zabudowywane sa materiałami najbardziej odpornymi na lokalnie działające parametry.
Czynniki niszczące wyłożenie to:
-mechaniczne
-chemiczne
-fizyczne
Najważniejszy wpływ negatywny i pozytywny na dl kampani maja:
Negatywny
-dodmuch korekcyjny
-wysoka temp.
-przestoje konwertora
-zawartosc Feo w zuzlu
pozytywne
-zawartosc MgO w zuzlu
-zawartosc C w kapieli
Dzialania zmierzające w kierunku wydłużenia kampanii konwertora
-ciagla poprawa jakości materiałów ogniotrwałych,
-poprawa technologi zabudowy wyłożenia ogniotrwałego
-poprawa technologii wytapiania stali
-technologia remontu
Lanca tlenowa
Sluzy do wdmuchiwania tlenu do konwertora,który bierze udzial w reakcjach utleniania domieszek.
Lanca tlenowa zbudowana jest z:
3koncentrycznie ułożonych rur stalowych(rura najbardziej wewn.plynie tlen.pozostalymi dopływa i odplywa woda chlodzaca.) U dolu lanca zakonczona jest miedziana glowica w której znajduja się otwory czyli dysze de'Lovala. Dysze te umożliwiają przekształcenie przepływu z prędkością poddzwiekowa na wejściu na prędkość ponaddzwiekowa przy wyjsciu z dyszy.
Parametry tlenu na wejsciu Cisnienie tlenu na wejściu:10-15atmosfer ,prędkość poniżej prędkości dźwięku,czystość dmuchu 99,6%.
Parametry tlenu na wyjsciu z dyszy:
-Czystość dmuchu min99.6%
-predkosc powyżej prędkości swiatla
-cisnienie rowne ciśnieniu atmosferycznemu
11.Budowa elektrycznego pieca lukowego
Nowoczesne piece posiadaja następujące cechy:
-ksztalt owalny zapewniający równomierny rozklad naprężeń cieplnych
-trzon wyposażony w mimośrodowy spust denny
-chlodzenie wodne ścian bocznych i sklepienia,
-przewodzace ramiona nosne z uchwytami elektrod chlodzonymi woda.
Konstrukcja pieca:
-trzon,
-sciany boczne,
-sklepienie,
-tor wielkoprądowy,
-kolumny nosne z ramionami elektrod
-elektrody
Technologia wytopu:
Cel: w możliwie krotkim czasie roztopic wsad,przeprowadzic podstawowa rafinacje,podgrzac kapiel do temperatury spustu i spust.
Z uwagi na to ze większość operacji technologicznychtj uzupełn.skl.chem., -odtlenianie, ogazowanie, odbywa się poza piecem to technologia wytopu ograniczona jest do etapu:
-ladowanie,
-roztapianie,
-nagrzewanie,
-spust.
Wytwarzanie stali ferrytycznych i martenzytycznych.
Martenzytyczne stale chromowe(12-14%Cr)
Ferrytyczne(23-27%Cr)
1.Można wytopic stosując technologie ze świeżeniem ruda,bazując na zlomie niestopowym i drogim bezweglowym Febr,technologia ta jest doga i w praktyce zadko stosowana.
2.technologia odzyskowa-przetop zlomu stopowego tych stali,również technologia droga.
3.Nalezy opracowac taka technologie ,by można było utlenic duze ilości wegla z kapieli zawierajacej powyżej 10%Cr . Przy zawartości powyżej 9% tworzący się zuzel będzie nasycony tlenkiem Cr3O4
3[Cr] + 4[O] = (Cr3O4)
4[C] + 4[O] = 4{CO}
(Cr3O4) + 4[C] = 3[Cr] + 4{Co}
K Cr-C = (a3 Cr * p4Co )/ (a4C * aCr3O4)
Rafinacja pozapiecowa stali.
12.Rafinacja stali argonem w kadzi.
Ważnym jest doprowadzenie Ar do ciekłej stali w kadzi, by w max. stopniu pęcherzyki Ar były rozdrobnione (większa jest wówczas powierzchnia kontrastu faz pęcherzyk Ar - KM). Sposoby: 1.doprowadzenie argonu przez dno kadzi poprzez kształtkę gazoprzepuszczalną. 2. wdmuchiwanie argonu lancą.
Zmiana ciśnienia Ar w czasie rafinacji:
1. szybki wzrost ciśnienia, pokonanie oporu przepływu przez kształtkę gazoprzepuszczalna
2. ustalanie ciśnienia na stałym poziomie, nie wolno przerwać powierzchni żużla. W tym okresie następuje ujednorodnienie składu chemicznego KM, odgazowanie
3. obniżenie ciśnienia, usuwanie WN i cząstek żużla.
Procesy wprowadzania materiałów stałych do stali.
1. wdmuchiwanie za pomocą lancy
2. wstrzeliwanie lub wprowadzanie w postaci drutu.
Do grupy tych metod zaliczyć też można: -rafinacje stali żużlami syntetycznymi.
Żużle synttyczne musza spełniać nastepujące wymagania:
1. łatwość emulgowania w stali (żużel musi mięć małe napięcie powierzchniowe, małą lepkość i niską temperature topn.)
2. łatwośc wypływania ze stali cząstek żużla (odpowiednia gęstość, duże napięcie międzyfazowe do stali.)
3. dobre własności rafinacyjne siarki i tlenkowych WN w stali.
Żużel o akładzie: 54,5% CaO i 45,5% Al2O3 ma najniższą temp topnienia 1395 st i charakteryzuje się dobrymi własnościami rafinacyjnymi.
Po spuście stali z pieca stalowniczego, oddzieleniu zużla piecowego, naprowadza się nowy żużel syntetyczny i dodatkowo poddaje się rafinacji argonem.
Rafinacja stali w piecu kadziowym.
Piec kadziowy (piecowadz) znalazł najszersze zastosowanie w rafinacji pozapiecowej.
Cele metalurgiczne procesu:
1. wzrost wydajności- przesunięcie procesu rafinacji poza piec stalowniczy powoduje wzrost produkcji pieca stalowniczego . obniża temperaturę spustu i wykonywania rafinacji poa piecem pozwala na skrócenie czasu między spustami. Niższa temp spustu - to niższe zużycie materiałów ogniotrwałych
2. regulacja temp - możliwość dokładnej regulacji temp stali w piecokadzi.
3. regulacja składu chem - dodatek zelazostopów w kadzi daje duży uzysk. Można wytwarzać stal o bardzo wąskim przedziale składu chem.
4. odsiarczanei i wzrost czystości stali - można odsiarczyć stal do < 0,01%. Otrzymać stal o zaw <20ppm. Możliwość znacznego usunięcia WN.
Rafinacja stali w próżni
Ma na celu głównie zmniejszenie gazów, głównie wodoru oraz częściowo azotu i tlenu w stali.
1. odgazowanie stacjonarne(komorowe) - najprostsze ale i najmniej skuteczne. Wydzielenie gazów odbywa się po wstawieniu kadzi do komory i wytworzeniu próżni. Wdmuchiwanie Ar od dołu poprawia skuteczność poprzez dyfuzję H2, N2 do pęcherzyków Ar.
2. odgazowanie strumieniowe - przelewanie stali z kadzi do komory próżniowej. Pod działaniem prózni nastepuje zarodkowanie i wydzielanie pecherzyków gazowych powodujące rozbicie strugi na drobne krople. Dyfuzyjne wydzielenie gazów odbywa się bezpośrednio z powierzchni kropel w strudze oraz powierzchni stali w zbiorniku.
3. obiegowe próżniowe odgazowanei stali
w komorowym i strumieniowym odgazowaniu stali nie można przewidywać (zadawać) końcowych stężeń wodoru i stali. Metoda polega na odgazowaniu w specjalnej komorze próżniowej małych porcji stali, które w sposób porcjowy lub ciągły są w niej wymieniane.
a)metoda porcjowa DH
-kadż ze stalą ustawia się na podnośniku hydraulicznym
-ruch do góry, zanurzenie króćca, odgazowanie porcji metalu
-ruch w dół, wypływ odgazowanej porcji metalu do kadzi
-itd.
Z reguły cała masa stali „obiega” 3 razy komorę próżniową.
b)metoda ciągła RH
-róznica polega na tym ze komora u dołu ma dwa króćce, jeden doprowadzający a drugi odprowadzający stal do komory.
-w króćcu doprowadzającym zabudowana jest dysza, przez która wdmuchuje się gaz obojętny dla wymuszenia obiegu stali.
-dno komory próżniowej jest nachylone w kierunku króćca odpływowego.
-można wytwarzać stale o zwiększonym składzei chemicznym i zawartości wodoru <2cm3/100g.
VAD - rozwinięcie piecokadzi LF
-kompleksowa rafinacja stali w kadzi z podgrzaniem i odgazowaniem prózniowym
-kadz umieszczona jest w komorze próżniowej wyposażonej w urządzenia prózniowe oraz nagrzewanie łukowe.
-ciekła stal przepłukiwana jest Ar przez kształtkę gazoprzepuszczalną w dnie kadzi.
-poszczególne etapy procesu: -nagrzewanie -odgazowanie -odtlenianie -odsiarczanie -reg.składu chem. Przebiegaja w próżni (<1Tr)
VOD - rozwinięcie stacjonarnego odgazowania stali w kadzi
-do wytwarzania nieskowęglowych, wysokochromowych stali nierdzewnych, kwaso i żaroodpornych
-świerzenie prowadzi się w próżni przez wdmuchiwanie tlenu z góry lancą z równoczesnym przepłukiwaniem stali argonem przez kształtkę w dnie kadzi.
13. Odlewanie stali do wlewnic i COS
Odlewanie stanowi ostatni etap produkcji stali w stalowni. W czasie odlewania i krzepnięcia stali zachodzi szereg procesówfizycznych i fizykochemicznych wpływających bezpośrednio na jakośc wlewka oraz pośredni na jakość wyrobów walcowanych. Do zapewnienia prawidłowego przebiegu odlewania, stal przed spustem wytopu powinna być nagrzana do temp o 80-150st wyższej od temp likwidusu. Do najbardziej rozpowszechnionych sposobów odlewania stli zalicza się odlewanie z góry, syfonowe i ciągłe (COS).
Odlewanie z góry.
Odlewanie z góry jest najprostszym i równocześnie najtańszym sposobem odlewania stali. Polega na bezpośrednim napełnieniu wlewnicy stalą przez wylew zabudowany w dnie kadzi. Wypływający z kadzi strumień stali powinien znajdować się w osi wlewnicy. Podczas odlewania kadz ze stalą transportuje się z pomocą suwnicy od jednej do drugiej wlewnicy. Wlewnice znajdują się na płytach podwlewnicowych umieszczonych na wózkach kolejowych lub w dołach odlewniczych. Do głównych zalet odlewania z góry zalicza się:
-nieskomplikowany sprzęt do odlewania
-wiekszy uzysk stali
-korzystniejsze ukształtowanie jamy usadowej
-mniejsze zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi egzogenicznego pochodzenia.
Zmniejszenie wpływu ciśnienia ferrostatycznego stali w kadzi na szybkośc jej odlewania można osiągnąć przez zastosowanie tzw. Garnca, podwieszonego pod wylewem kadzi lub umieszczonego bezpośrednio na wlewnicy. Taka sama rolę co garniec spełnia kadz pośrednia, umożliwiająca jednoczesne odlewnaie z góry kilku wlewków.
Odlewanie syfonowe.
Odlewnaie syfonowe pozwala na równoczesne napełnianie stala od kilku do kilkudziesięciu wlewnic. Napełnianie wlewnic przebiega zgodnie z zasada naczyń połączonych. zestaw składa się z płyty podwlewnicowej, ustawionych na niej wlewnic i leja syfonowego. Główna zaleta syfonowego odlewania stali jest dobra jakośc powierzchniowa wlewka, pozbawiona łusek i podobnych wad.
Ciągłe odlewanie stali.
Ciągłe odlewnaie stali ma szereg zalet techniczno - technologicznych i ekonomicznych. Proces COS składa się z szeregu powiązanych ze sobą operacji, od przebiegu których zalezy jakośc odlanego wlewka ciągłego. Najważniejszą częścią urządzenia COS jest krystalizator chłodzony wodą. Do głównych zalet procesu COS zalicza się duża wydajność i mechanizację prac, możliwość odlewania kilkudziesięciu wytopów bez zatrzymania urządzenia, dobrą makrostrukturę wlewka, duży uzysk kęsów z uwagi na wyeliminowanie odpadu technologicznego.
15.Wady wlewków odlanych do wlewnic.
Do głównych wad wlewków stalowych zalicza się : pęknięcia, łuski, pęcherze, zafałdowania i niespawy.
16.Wady wlewków ciągłych
Przy COS, oprócz podobnych wad jakie maja miejsce przy odlewaniu wlewków do wlewnic, mogą dodatkowo wystąpić wady charakterystyczne tylko dla tego procesu. Sposoby zapobiegania im są tez podobne. Najcześciej spotykane wady wlewków ciagłych można podzielić na trzy grupy: -wady powierzchniowe -wady wewnetrzne -wady kształtu przkroju.
1. Wady powierzchniowe - takie jak pęknięcia podłużne i poprzeczne występujące w narożach lub bokach ciągłego wlewka, łuski, pęcherze oraz niespawy. Przyczyną powstawania pęknięć może być zbyt wys. temp. lub za duża szybkość odlewania, nierównomierne lub zbyt intensywne chłodzenie wlewka w krystalizatorze, zaginanie wlewka przy zbyt niskiej temp., wadliwa konstrukcja krystalizatora. W przypadku przerw w odlewaniu, np. w skutek zamontowania wylewu w kadzi pośrednie, ciekła stal zaczyna krzepnąć od wewn. ścianki krystalizatora do jego środka. Po wznowieniu odlewania ciekła stal nie może już całkowicie roztopić zakrzepłej warstwy metalu w krystalizatorze i w rezultacie powstaje wada niespawu. Bardzo szkodliwa dla jakości powierzchni wlewka ciągłego jest przedostająca sięz kadzi pośredniej do krystal. wtrąceń żużlowych, może to doprowadzić do wycieku ciekłej stali po wyjściu wlewka z krystalizatora.
2. Wady wewnętrzne - zalicza się defekty struktury wlewka nie ujawniające się na jego powierzchni, są one wykrywalne tylko na przekroju poprzecznym i wzdłużnym wlewka oraz przy pomocy badań nieniszczących.
Do podstawowych wad zalicza się: rzadziznę osiową, segregację, wtrącenia niemetaliczne oraz pęknięcia wewnętrzne. Przyczyną powstawania wad wewn. są najczęściej niewłaściwe warunki odlewania i krzepnięcia wlewka ciągłego. Wys. temp. i duża szybkość odlewania zwiększają stopień nasilenia porowatości i rzadzizny osiowej, a także segregację w osiowej części wlewka. Również wypływanie wtrąceń niemetal. w czasie odlewania ciągłego jest utrudnione. Pęknięcia wewn. spowodowane są mechanicznymi i cieplnymi naprężeniami występującymi w czasie odlewania i krzepnięcia wlewka, jak również naprężeniami wywołanymi przemianami fazowymi stali. wady wewn., przy niewielkim nasileniu występowania, znikają w czasie przerobu plastycznego wlewka na gorąco.
3. Wady kształtu przekroju - zalicza się do nich zmiany wymiarow poprzecznego przekroju wlewka. Są one specyficznymi wadami występującymi w COS. Występowanie tej wady wiąże się zazwyczaj z niewłaściwym chłodzeniem oraz nadmierną temp. i szybkością odlewania w połączeniu z niewłaściwym prowadzeniem wlewka ciągłego w rolkach.
Do najczęściej występujących wad kształtu przekroju należą: rombowość, owalność, spłaszczenia oraz wypchnięcia.