Metalurgia staliwa i stali
Dr inż. Robert Skoblik
Wydział Mechaniczny
Katedra Technologii Materiałów Maszynowych i
Spawalnictwa
Literatura
1. Chodkowski S.:  Metalurgia metali nieżelaznych WGH Katowice 1962
2. Chudzikiewicz R., Briks W.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa. Warszawa: PWN
1977.
3. Encyclopedie des Sciences Industrielles Quillet  MecaniqueLibrairie Aristide
Quillet Paris 1974Encyklopedia techniki  Metalurgia Wyd. Śląsk Katowice1985
4. Kosowski A.:  Zarys odlewnictwa Wyd. AGH Kraków 1997
5. Muszyński Z.:  Zarys technologii metali PWN, Warszawa 1978
6. Praca zbiorowa.  Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym
WNT Warszawa 1973
7. Szweycer M., Nadolska D.: Metalurgia i odlewnictwo. Poznań: Wyd. Politechniki
Poznańskiej 2002
9. Tabor A., Rączka J.S., Kowalski J.S., Kraus E.:  Metalurgia . Wyd. Pol. Krak.
Kraków 1999
10.  Świat Wiedzy
11. INTERNET
Metalurgia staliwa i stali
" Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do
pożądanych - składniki stopowe - zalicza się głównie metale (chrom,
nikiel, mangan, wolfram, miedz
, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak
tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki,
fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.
" Stal otrzymuje się z surówki przeróbczej poprzez usuwanie
zanieczyszczeń i nadmiaru takich pierwiastków jak węgiel, krzem,
mangan w procesie świeżenia.
" Wytapianie stali przeprowadza się w piecach martenowskich - stary
proces, konwertorach i piecach elektrycznych.
" W nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece
konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie
najwyższej jakości stali.
Konwertor Bessemera
Konwertor Bessemera: 1  wyłożenie pieca, 2  dennica, 3  skrzynka dmuchowa, 4  czopy,
5  stojaki, 6  pierścień oporowy, 7, 8  doprowadzenie dmuchu, 9  koło zębate, 10  zębatka,
11  napęd hydrauliczny [4]
Konwertor Thomasa
[3]
Proces bessemerowski
Proces kwaśny  wyłożenie konwertora kwaśne.
Wsad:
Surówka bessemerowska w stanie płynnym zawierająca 1,25
 1,75% Si (główne paliwo), 1,0  1,5%0 Mn
(zabezpieczające przed nadmiernym utlenianiem żelaza),
Minimalne zawartości siarki i fosforu (max. 0,05% S i max.
0,04 % P.
Proces bessemerowski
" Przechylenie konwertora i zalanie surówki
" Ustawienie konwertora i włączenie dmuchu
" Iskrowy,
" Płomienny,
" Dymny,
" Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej
zawartości C, Mn, Si oraz odtlenienia stali dodajemy
surówkę zwierciadlistą, żelazomangan, żelazokrzem,
czasem aluminium
" Przechyla się konwertor,zbiera żużel i wylewa stal
Produkty procesu
bessemerowskiego
Stal bessemerowska  zawartość siarki i tlenu większa
niż w stali martenowskiej, posiada lepszą zgrzewalność
i skrawalność. Przeznaczona do wyrobu drutu, gwoz
dzi,
cienkich blach, rur zgrzewanych, stali prętowej do wyrobu śrub
i na zbrojenia do żelazobetonu.
Żużel bessemerowski  stosowany jako kwaśny topnik w
procesie wielkopiecowym do rud zawierających zasadową
skałę płonną
Proces tomasowski
" Proces zasadowy  wymurowanie pieca zasadowe
" Wsad:
" Surówka tomasowska o zawartości do 0,8 % Si, 1,8 
2,2% P (główne paliwo) i do 1,5% Mn (zwiększa
rzadkopłynność żużla,
" Rozżarzone wapno  które reaguje z fosforem w
następujący sposób
" 2P + 5FeO + 3CaO = Ca3(PO4)2 + 5Fe +Q
Proces tomasowski
" Proces tomasowski przebiega podobnie jak i bessemerowski,
z tym, że gdy zawartość węgla spadnie poniżej 0,4% zachodzi
dopiero reakcja odfosforowania.
" Po zakończeniu wytopu w celu uzyskania pożądanej
zawartości C, Mn, Si dodajemy surówkę zwierciadlistą,
żelazomangan, oraz do odtlenienia stali żelazokrzem i
aluminium
Produkty procesu tomasowskiego
" Stal tomasowska zawierająca więcej azotu, tlenu i
wtrąceńżużlowych od stali martenowskiej i
bessemerowskiej, ale jest tańsza. Używana do wyrobu
drutu,rur bez szwu, taśm itp., stali prętowej.
" Żużel zasadowy  zawierający około 50% CaO i 20 
50% P2O5  po zmieleniu stosowany jako nawóz sztuczny
zwany tomasyną
Proces konwertorowy tlenowy
[3]
Zasadowy proces tlenowy
.
[10]
Zasadowy proces tlenowy
" Produkcja stali w zasadowym
procesie tlenowym. Surowcami są tu
surówka żelazna z wielkiego pieca
oraz złom stalowy. Dodatek złomu
zapobiega przegrzaniu metalu.
Zasadowy proces tlenowy
[10]
Zasadowy proces tlenowy
[10]
Zasadowy proces tlenowy
[10]
Zalewanie konwertora
[11
Konwertor Tropenasa
Konwertor z bocznym dmuchem stosowany w odlewniach
do wytopu staliwa.
Wsad  ciekłe żeliwo.
Proces kwaśny podobny do procesu bessemerowskiego
Proces martenowski
[3]
Proces martenowski
[10]
Proces martenowski
[3]
Proces martenowski kwaśny
Wymurowanie pieca kwaśne.
W
Wsad musi zawierać niewielkie ilości siarki i fosforu.
y
Stal wykazuje większą jednorodność chemiczną, lepsze odtlenienie
ł
i mniejszą zawartość wtrąceń niemetalicznych, a dzięki temu lepszą
o
udarność i plastyczność od stali zasadowej.
ż
e
Stal droga, stosowana m. in. w przemyśle zbrojeniowym, na wały
n
pędne itp..
i
e
p
i
Proces martenowski zasadowy
" Wymurowanie pieca do linii nieco powyżej linii żużla
zasadowe.
" Odmiany procesu zasadowego w zależności od rodzaju
wsadu:
" Proces rudny  wsad ponad 75% ciekłej surówki i mniej
niż 25% złomu stalowego  stosowany rzadko
" Proces złomowo  rudny  wsad- 25  50% ciekłej
surówki. Dodawana jest ruda w ilości do 20%
" Proces złomowy  wsad  30  45% stałej surówki, 55 
70% złomu, 5% rudy.
" Proces bezsurówkowy  wsad wyłącznie złom.
Proces martenowski zasadowy
Przebieg procesu:
" 1. Naprawa pospustowa (ok.. 30  40 min).
" 2. A
adowanie wsadu stałego przy użyciu wsadzarek (2-4 godz.) 
najpierw kamień wapienny, następnie rudę i zgorzelinę i wreszcie
złom. Ciekła surówkę wlewa się po częściowym stopieniu złomu
" 3. Okres topienia i wypalania domieszek. Odsiarczanie ,
odfosforowanie, częściowe odtlenianie stali
" 4. Ściąganie żużla
" 5. Spust stali
" Całkowity czas wytopu 8  10 godzin
Proces martenowski zasadowy
" Proces martenowski zasadowy umożliwia otrzymanie
bardzo taniej stali w dużych ilościach, zarówno
węglowych stosowanych do produkcji wyrobów
masowych, jak i stali wysokojakościowych stopowych do
wyrobu odpowiedzialnych części maszyn i konstrukcji
Piece elektryczne
" Piece elektryczne łukowe zasadowe i
kwaśne
" Piece elektryczne indukcyjne  najczęściej
stosowane piece indukcyjne bezrdzeniowe
Piece elektryczne łukowe
[3]
Piece elektryczne łukowe
[10]
Piece elektryczne łukowe
[3]
Piece elektryczne łukowe
" Proces kwaśny  stosowany głównie do wytopu staliwa.
Wykazuje gorsze własności niż stal zasadowa.
" Wsad musi zawierać małe ilości siarki i fosforu.
" W procesie kwaśnym łatwiej uzyskać wysokie przegrzanie
stali, co zwiększa rzadkopłynność i polepsza wypełnianie
form odlewniczych
Piece elektryczne łukowe
" Proces zasadowy:
" Istnieje możliwość otrzymywania zarówno stali
węglowych o większych zawartościach węgla, jak i stali
stopowych zawierających nawet mniej niż 50% żelaza.
" Wsad podobny jak i w piecu martenowskim
" Proces składa się z dwóch okresów:
" - utleniającego, w czasie którego następuje odfosforzenie
kąpieli,
" - redukującego, zwanego także okresem rafinacji stali
Piece elektryczne łukowe
" Przebieg procesu wytapiania stali w piecu łukowym;
" 1. Naprawa pieca po spuście,
" 2. A
adowanie wsadu,
" 3. Roztapianie wsadu,
" 4. Świeżenie wsadu
" 5. Odtlenianie,
" 6. Wprowadzenie dodatków stopowych.
" 7. Spust.
" 8. Przygotowanie pieca do następnego wytopu
Piece elektryczne indukcyjne
" Schemat pieca indukcyjnego bezrdzeniowego: 1  metal, 2  ogniotrwała
wyprawa, 3  spirala przez którą przepływa prąd i chłodząca ją woda, 4 
obudowa azbestowa,5  tygiel, 6  oś obrotu pieca [4]
Rodzaje stali
[4]
Rozlewanie stali
Odlewanie stali: a) metoda tradycyjna, b) metoda odlewnia ciągłego [2]
Rozlewanie stali
[10]
Rozlewanie stali
CI
GA
E
ODLEWANIE
STALI w Hucie
im. T. Sendzimira
S.A.
http://www.biprostal.
com.pl/sektor2.php
Krzepnięcie wlewka
Krzepnięcie