Metalurgia oŃelului OŃelul este un aliaj al fierului cu carbonul având concentraŃia de carbon mai mică de 2,06 % împreună cu alŃi constituenŃi naturali Si, Mn, S, P, O, H sau introduşi ca Ni, Cr, W, Mo, V. Este cel mai utilizat material metalic. Procedeele de elaborare ale oŃelului sunt prezentate în fig. 1. Procedee de elaborare a oŃelului indirect din fonta albă de afinare în convertizor în cuptor Siemens-Martin în cuptor electric cu aer cu O 2 Bessemer acid Thomas bazic L.D. KALDO ROTOR cu arc cu rezistenŃă cu inducŃie cu încălzire indirectă cu încălzirea vetrei fără încălzirea vetrei cu încălzire indirectă cu miez de fier fără miez de fier direct din minereu Procedeul BOSSET Procedeul VECHIS Procedeul KRUPP-RENN mediefrecvenŃă joasă frecvenŃă înaltă frecvenŃă Fig. 1. Procedee de elaborare a oŃelului
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Metalurgia oŃelului
OŃelul este un aliaj al fierului cu carbonul având concentraŃia de carbon mai mică de
2,06 % împreună cu alŃi constituenŃi naturali Si, Mn, S, P, O, H sau introduşi ca Ni, Cr, W,
Mo, V. Este cel mai utilizat material metalic.
Procedeele de elaborare ale oŃelului sunt prezentate în fig. 1.
Procedee de
elaborare a
oŃelului
indir
ect
din
fo
nta
alb
ă
de
afi
nare
în convertizor
în cuptor
Siemens-Martin
în cuptor
electric
cu aer
cu O2
Bessemer
acid
Thomas
bazic
L.D.
KALDO
ROTOR
cu arc
cu rezistenŃă
cu inducŃie
cu încălzire
indirectă
cu încălzirea
vetrei
fără încălzirea
vetrei
cu încălzire
indirectă
cu miez de fier
fără miez
de fier
direct din
minereu
Procedeul
BOSSET
Procedeul
VECHIS
Procedeul
KRUPP-RENN
mediefrecvenŃă
joasă frecvenŃă
înaltă frecvenŃă
Fig. 1. Procedee de elaborare a oŃelului
Elaborarea oŃelului în convertizoare
Constă în afinarea (oxidarea) fontei albe lichide cu ajutorul aerului sau oxigenului,
insuflarea oxigenului putându-se face : de jos în sus, de sus în jos, lateral etc.
Prin afinare se îndepărtează carbonul suplimentar (decarburare) şi celelalte elemente
însoŃitoare care trec în zgură.
Sub formă de silicaŃi sau sunt trecute sub formă de CO, CO2.
În timpul decarburării se produce şi o oxidare a fierului, fiind necesară o dezoxidare
realizată cu ajutorul feroaliajelor (ferosilicaŃi, feromangan) formându-se oxizi de siliciu şi
mangan care trec în zgură.
Convertizoarele sunt cuptoare basculante din tablă de oŃel căptuşite cu cărămidă
refractară prevăzute cu dispozitive de rotire şi basculare, orificii de umplere şi galerii.
Schema unui convertizor este redată în figura 2.10.
1-tablă de oŃel; 2- cărămidă refractară; 3- ax de rotire; 4-zgură; 5-fontă; 6-gura convertizorului; 7-gaze.
Fig. 2. Schema unui convertizor
În funcŃie de caracterul materialului refractar al căptuşelii se pot elabora oŃeluri
acide şi bazice.
OŃelul acid este dur, rezistă la uzură, se sudează uşor, se prelucrează uşor pe maşini-
unelte.
Utilizat la fabricarea sârmei şi produselor derivate (cuie, şuruburi, ace, împletituri)
la fabricarea Ńevilor sudate, a tablelor şi materialelor de cale ferată.
OŃelul bazic este moale, se sudează bine se prelucrează uşor prin aşchiere.
Convertizorul cu aer
Poate fi cu căptuşeală refractară acide pe bază de SiO2 (Bessemer-1856), sau bazică
pe bază de CaCO3 (Thomas-1879).
Fig. 3. Convertizorul cu insuflare cu aer
În figura 3. b este prezentată schema simplificată a convertizorului cu aer.
Fig. 3.b. Reprezentarea simplificată a convertizorului cu aer
În prima fază se înclină convertizorul pentru umplere cu fontă lichidă de la melanjor
(10 ÷ 30 t). După revenirea în poziŃie verticală se insuflă aer cu o presiune de 1,5 ÷ 2,5
daN/cm2 prin camera de aer prevăzută cu 120 ÷ 150 orificii de φ 20mm. La cuptorul
Thomas se mai adaugă fontă lichidă, cca. 10% CaO. Începe oxidarea Fe, Si, Mn, C fapt
certificat de mărimea flăcării de la gura convertizorului.
1 - gură
2 - manta de oŃel (10 ÷ 15 mm grosime)
3 - cărămidă refractară
4 - suport
5 - conductă de aer
6 - cameră de aer (vânt)
7 - cremalieră
8 - roată dinŃată
9 - cilindru hidraulic
10 - brâu de susŃinere
La convertizorul Bessemer, datorită căptuşelii acide sulful (S) şi fosforul (P) din
fontă rămân în oŃelul elaborat, iar la convertizorul Thomas, datorită căptuşelii bazice CaO,
S şi P se separă în zgură.
Datorită faptului că apar deficienŃe legate de insuflarea de aer neputând utiliza fier
vechi, convertizorul cu aer se utilizează tot mai puŃin.
Durata afinării unei şarje la convertizorul Bessemer este de circa 20 ÷ 25 min.,
rezistând la cca. 200 de şarje, iar la cel Thomas de cca. 30 ÷ 40 min., rezistând la 80 şarje.
Convertizor cu oxigen LD (Linz-Donawitz)
Oxigenul este insuflat cu o presiune de 10 ÷ 18 daN/cm2 printr-o lancie de oŃel ce
trebuie răcită în permanenŃă cu apă, aflată la o anumită înălŃime de încărcătură.
Fig. 4. Schema convertizorului cu oxigen
Capacitatea variază între 100 ÷ 300 t/şarjă, procedeul metalurgic fiind cuprinsă între
10-20 min.
Încărcătura este constituită din fonta lichidă la 1250°C, fier vechi până la 25% şi
fondant sub formă de pulbere de oxid de calciu 6 ÷ 10%.
a)excentric b) concentric 1 - lancie din oŃel răcit prin care se insuflă sub presiune oxigenul 2 - gura convertizorului 3 - carcasă din tablă de oŃel 4 - cărămidă refractară din trei straturi (interior, intermediar şi exterior) 5 - încărcătură metalică (fontă topită + fier vechi solid) 6 - gura de evacuare
Procedeul metalurgic cuprinde fazele :
- oxidarea Si, Mn, P, S, C.
- reafinarea realizată prin dezoxidarea şi decarburarea oŃelului cu ajutorul
feroaliajelor.
Fonta lichidă aflată sub curentul de oxigen se transformă prin oxidare în oŃel, care
având greutatea specifică mai mare decât a fontei se scufundă, lăsând locul altor cantităŃi de
fontă, astfel încât se produce o autoagitare permanentă.
Avantajele elaborării în convertizoare sunt: productivitatea mare, construcŃie
simplă, investiŃii reduse şi amortizare rapidă, cheltuieli de exploatare reduse.
Dezavantajele constau în: instalarea convertizoarelor lângă furnale datorită utilizării
fontei lichide, puritate scăzută a oŃelului etc.
În figura 4. c este prezentată schema simplificată a convertizorului cu oxigen.
Fig. 4.c. Reprezentarea simplificată a convertizorului cu oxigen
Timpul de afinare este de 10 ÷ 20 min. degajându-se un gaz bogat în CO şi o
cantitate de cca. 11 kg. praf / tona de oŃel.
Gradul de afinare este controlat cu ajutorul flăcărilor de la gura convertizorului. Se
pot elabora oŃeluri nealiate cu un conŃinut de C cuprins în intervalul 0,01 ÷ 0,75 %.
La suprafaŃa băii, metalul în contact cu oxigenul se oxidează, formând o cantitate
mare de FeO şi mai mică de oxizi ai elementelor însoŃitoare (SiO2, MnO, P2O5, CO).
Presiunea cu care se introduce oxigenul face ca baia metalică să se agite continuu, oxizii de
fier formaŃi se amestecă în toată masa lichidă de fier.
Există două categorii de oxidări:
- directă (contactul Fe şi elementele însoŃitoare cu oxigenul)
- indirectă (contactul dintre elementele însoŃitoare cu FeO de la oxidarea directă)
Elaborarea oŃelului în cuptorul cu vatră (Siemens - Martin)
Procedeul de elaborare Siemens-Martin constă în afinarea fierului vechi cu ajutorul
flăcării de gaz (păcură) într-un cuptor construit din material refractar suspendat pe un
schele metalic la înălŃimea de 5-8 m pentru a permite aşezarea oalelor de turnare sub
jgheabul de evacuare. Cuptorul este prevăzut cu sistemul de preîncălzire inventat de W.
Siemens compus din camere cu grilaje din material refractar încălzite cu ajutorul gazelor de
ardere din cuptor.
Fig. 5. Procedeul de elaborare a oŃelului Siemens-Martin
Procedeul metalurgic cuprinde următoarele faze principale: încărcarea materiei