Metalurgia wyklad 03.doc

Składniki stali konwertorowej.             

Współczesna metalurgia wytwarza niemal 90% wszystkich stali w konwertorach, co oznacza że jest to najważniejsza jednostka piecowa a tal z niej jest najwyższej jakości:

1.      Pożądane są w składzie każdej stali:

C, Si, Mn, (P,S)-kruchość stali

Taka stal nosi nazwę stali węglowej.

2.      Niepożądane są w każdej stali (zwykle nieokreślone, nieanalizowane):

O2 (O), H2 (H), N2 (N)

Te gazy tworzą przede wszystkim pęcherze gazowe, płatki śnieżne (mikropęknięcia), które są przyczyną pęknięć, rys i nakłuć.

3.      Pożądane – wprowadzane celowo do tzw. stali nisko- i wysokostopowych. Składniki podnoszą wytrzymałość na rozciąganie Rm, twardość HB, udarność KC itd.

Cr, Ni, W, Mo, Co, V, Ti, Al.

W tych dodatkach występują dodatki specjalne noszące nazwę mikrododatków: cyrkon Zr, Nb, Ti, inne, które znakomicie modyfikują stal podnosząc jej własności.

4.      Niepożądane - ale nie uniknione -  w każdej stali są to tzw. wtrącenia niemetaliczne ,,WN” pochodzące z procesu wytapiania stali (wyprawa pieca) i z żużli:

Krzemionka SiO2, glina Al2O3, dwutlenku tytanu TiO2 i ich związków.

Stal i jej własności.

Podział stali.

Stal – jest plastycznie i cieplnie obrobionym stopem żelaza Fe i C i innymi pierwiastkami, otrzymywanym w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego.

Ogólna klasyfikacja stali przy je zamawianiu.

W stalach wszystkich gatunków występują pewne pierwiastki które w procesie metalurgicznym i później przy przetwórstwie są dla nie szkodliwe, ale również są celowo wprowadzane dla podniesienia całokształtu własności stali.

Domieszki w stali szkodliwe:

Mn (mangan) ® tworzy siarczek manganu MnS (wysokotopliwy 1620oC), powoduje on niekorzystny rozrost ziarna w czasie obróbki cieplnej i plastycznej.

Si (kszem) ® obniża stężenie gazów, przeciwdziała segregacji (czyli osadzaniu) fosforu i siarki ale również powoduje kruchość stali.

P (fosfor) ®  wróg nr. 1 stali, powoduje kruchość na niebiesko, powoduje gruboziarnistość.

S (siarka) ®  wróg nr.2 stali, tworzy siarczek manganu MnS i siarczek żelaza FeS (topi się w 990oC), powoduje kruchość na gorąco, niską spawalność.

H2 (wodór) ® powoduje płatki śnieżne (mikropęknięcia), pęcherze gazowe.

N2 (azot) ® powoduje kruchość na niebiesko, nakłucia, zmniejsza plastyczność stali z powodu tworzenia azotków tytanu, boru, itd.

O2 (tlen) ® powoduje w stali pęcherze, tworzy szkodliwe żużle w postaci tlenków i wiąże się jeśli jest w nadmiarze z każdym pierwiastkiem w stali.

Pierwiastki pożądane w stali:

WĘGIEL (C) ® występuje w ilościach 0,01 ¸ 1,4%

Procentowy wzrost zawartości węgla powoduje wzrost wytrz. na rozciąganie wzrost twardości Brinela

              C%­                                        ®                  Rm­                                         HB­                  

obniżenie wydłużenia obniżenie przewężenia obniżenie udarności 

         A5¯                                    C¯                           KC¯

C%­ ® Rm­ ,HB­ ,A5¯ , C¯ , KC¯ 

Węgiel pogarsza spawalność stali a w zasadzie pogarsza jej równoważnik węgla

Ekfiwalent węgla (równoważnik) - CE 

- spawalność na zimno

- spawalność na gorąco

Stal jest spawana na zimno jeśli co oznacza że w stalach spawalnych nie powinno być więcej niż ok. 0,2% węgla. Jeśli spawa się na gorąco a spoiny odpręża się w ok. 500oC.

MANGAN (MU) ® 0,2¸13%

Mn%­®Rm­,HB­,KC,C,A5­¯

KRZEM (Si) ®0,25¸kilku%

Si%­® Rm­, HB¯, A5¯, C¯, KC¯, Rsp(granica sprężystości)­

CHROM (Cr) ®0,1¸25%

Cr%­® HB­, Rm­, A5¯, C¯, KC¯

Chrom jest najważniejszym pierwiastkiem w stalach stopowych obok niklu, molibdenu, przy jego ilość 12¸25% i bardzo niskiej zawartości węgla powyżej 0,1% a najlepszej poniżej 0,01% daje stale odporne na korozję, żaroodporne, żarowytrzymałe, odporne na zużycie (ścierane). Chrom z węglem w stali tworzy twarde wydzielenia tzw. węgliki (Mx,Cy) [Mx-metal, Cy-węgiel], np. Cr23C6.

NIKIEL (Ni) ®0¸35%

Ni%­®­, A5­, C­, KC­

Nikiel przy zawartości węgla C0,1% zapewnia kwasoodporności stali.

MOLIBDEN (Mo)

                                  ®0¸5%

WOLFRAM (W) 

Mo,W­® ­ ale po obróbce cieplnej.

Powoduje samohartowność stali (Mo). W stalach narzędziowych i szybkotnących (Mo i W). Wolfram sprzyja wykonywaniu ze stali narzędzi do kucia na gorąco.

PROCES KONWERTOROWY jest procesem samonapędzającym się, to znaczy że surówka ciekła o temperaturze 1600oC przelana do pieca konwertorowego i przedmuchana tlenem sama w sobie powoduje wypalanie się niepożądanych pierwiastków lub obniżenie się zawartości pożądanych pierwiastków. Kolejność wypalania pierwiastków zawartych w surówce czyli ich utleniania lub świeżenia surówki jest następująca:

C, Mu, Si, P, S.

Cechy procesu konwertorowego są następujące: używana jest tylko surówka ciekła o wysokiej temperaturze ok. 1600oC 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.

Trzy typy pieców konwertorowych:

a)      konwertor z dolnym dmuchem

b)     konwertor z bocznym dmuchem

c)      konwertor z górnym dmuchem (z lancą górną)

RYSUNEK 5.

Charakterystyka konwertorów.

Wydajność – Q=30, 100, 400 ton (w Hucie Katowice Q=360 ton)

Wysokość – H=8, 14, 16 metrów

Średnica wewnętrzna - Æw=5; 7,5; 11metrów

Ilość dysz – i=250 sztuk

Zużycie tlenu – Q*=50m3/tonę stali

Powietrze dmuchu – Q*=300m3/tonę stali

Czas świeżenia - ts= 15¸24 minut

Czas procesu - tp=25¸50 minut

Poważne huty nie dmuchają powietrza tylko tlen.

PROCES ,,LD”

(LINTZ – DONAWITZ)

Charakteryzuje się:

1.      Pracuje na czystym tlenie (99,5% O2).

2.      Odbywa się przy udziale:

-          ciekła surówka wielkopiecowa

alternatywnie S ~2% masy surówki

+

złom stalowy

(dla obniżenia temperatury surówki z ok. 1750°C do ok. 1600°C)

Wszystkie wymienione minerały tworzą pojedynczo- lub dwukrotnych zestawach żużel konwertorowy o składzie:

CaO, Al2O3, CaF2, CaCO3 (przygotowany syntetycznie w workach wrzuconych do konwertora).

W wyniku podawania rudy żelaza Fe3O4 w której jest dużo tlenu oraz tlen dmuchu tworzą FeO który jest podstawą procesów chemicznych w konwertorze.

RYSUNEK 6.

Torkretowanie – jest to proces pneumatycznego narzucania ciekłej wyprawy ceramicznej (gęstwy) w konwertorze w tych miejscach gdzie po procesie wytapiania stali odpadła część wyłożenia ceramicznego pieca i trzeba ją na gorąco naprawić bowiem przerwa między kolejnym zapełnieniem konwertora surówką wynosi nie całe 15 minut.

Cykl wytapiania w procesie ,,LD”:

1.      ...