SlideShare a Scribd company logo
1 of 85
Željezo (Fe) - Čelik

   Čelik - Fe legura s najviše 2 % masenog
udjela C

   Čelik - višekomponentna Fe-legura

   Čelik - deformabilna Fe-legura

   Svojstva čelika: višestruka
                    svojstvo polimorfije

   Svojstva čelika:
   1. kemijskim sastavom,
   2. mikrostrukturom,
   3. stanjem,      oblikom     i    dimenzijama
proizvoda

   Čelik: materijal prošlosti ali i budućnosti
P ro ce si n a o sn o v i ru d e          P ro c e si n a o sn o v i o tp a d a




       P e ć z a p u d lo v a n je                         T ig a n js k a p e ć




      B essem er          T hom as           S M
       p ro c e s         p ro ce s       (1 8 6 8 )
        (1 8 5 6 )         (1 8 7 8 )
                                                                      E L P
                                                                     (1 9 0 0 )
       K a ld o        B O F ili L D        A ja x
      (1 9 5 0 )        (1 9 5 2 /5 3 )    (1 9 5 8 )
         O L P     L D A C
        (1 9 5 7 ) (1 9 5 8 ) Q -B O P        Tandem peć
                                (1 9 7 0 )        (1 9 6 4 )
                                                                            E A F
        O B M         LW S               K S /K M S /K O B M               (1 9 7 0 )
       (1 9 6 8 )    (1 9 6 8 )                (1 9 7 0 )                     D C
                L D .O B /L B E /L E T              E O F                  (1 9 8 0 )
                      (1 9 8 0 )                   (1 9 8 2 )
                                                                 N o v i p ro c e si
                                                                         E L P
                                                                 (1 9 8 0 -2 0 0 0 )



Povijesni prikaz postupaka proizvodnje čelika
Fe-rude
Danas:    Kisikovi konvertori (oko 2/3)

                ELP (oko 1/3)

                Procesi pretaljivanja


      Sekundarna metalurgija (metalurgija lonca)


      Najzamjetniji porast proizvodnje čelika od 1950. do 1975. g.

      Proizvodnja čelika povećana od 240 na 700 Mt, tj. za 2,9X.

      U 2010. g. oko 1,423 Mt, za 14,5 % više nego u 2009. g. (1,23
Mt)

      U 2011. g. oko 1,527 Gt, za 6,8 % više nego u 2010. g.
V IS O K O P E Ć N I            R E D U K C IS K O              D IR E K T N A
     PR O CES                 P R E T A L JIV A N JE            R E D U K C IJA
                     F e -ru d a     F e -ru d a           P e le ti F e - r u d e                          Č e lič n i o tp a d
   S in te r
                               K oks                U g lje n                         P r iro d n i p lin
    P e le ti                                                                                                                      K oks
                                                                                     H la d n i m e ta l

                        V P              C o re x                 M id re x
                                                                    H yL
                                                                  S L /R N
                                                                                                                                   K u p o ln a p e ć


                           V ru ć i m e ta l                    D R I /H B I         Č e lič n i      V ru ć i m e ta l
                                                                                      o tp a d                                       S ir o v o ž e lje z o
Č e lič n i
 o tp a d                                                                                                                           S ir o v o ž e lje z o
                                                                                             Č e lič n i
                                                                                              o tp a d

                LD                                                                                                                                   EO F
                                               ELP                                                   LD




                       Prikaz različitih puteva i kombinacija proizvodnje čelika
P ro p u h iv a n je o d o z g o
                    B O F ili L D                                     P ro p u h iv a n je o d o z d o                            G r a f itn e e le k tr o d e       A n a liz a to r
                                                                                 OBM                                                                                 C O , C O 2, O 2
O 2 k o p lje

                                                                                                             Z a filta r                                          K o p lje z a n a k n a d n o
                                                                                                                                                                  s a g o rije v a n je
                                             K o m b in ira n o
                                             p ro p u h iv a n je                                        O 2 k o p lje
                         3
         0 ,0 1 - 0 ,1 5 m N   2
                                                   Q -O B M                               3
                                                                            3 ,5 - 5 ,0 m O 2
             (A r)/t m in                                                   ( + C a O ) /t m in
                                   O 2 k o p lje



                                                                                                                           P ro p u h iv a n je r a d i m ije š a n ja
                                                          3
                                             0 ,2 - 3 ,0 m / t m in
                                                 O 2(+ C aO )



                                      Shematski prikaz proizvodnje čelika u KK i ELP
Čelik      -                             ″zeleni
                materijal″
                               Količin a materijala




                                                        T+
                     C
                   M+




                                                          M+C
                 T+
           Sirovine                              K onstrukc ijski mate rijali




                                                                    C
                                                                    +
                                                                    M
                                                                    +
                                                                    T
            M




                                                        T+
                                                          M+
                                                            C
              EN


                                  Recikliranje
                ER
                  GI


                                                                                R
                    JA



                                                                                A
      Planet Z emlja                                                            S
                                                                Primjena
                                                                                I
                                                                                P
                                                                                A
                                                                                NJ



                                                           +C
                         Postojeć a skladišt a otpada                           E

                                                          M
                                                        T+
                              područja otpada




                                 Rekup eratori

Prikaz današnjeg globalnog ciklusa materijala
T + M + C = tehnologija + materijali + cijena
Uloga i značenje čelika u nacionalnom gospodarstvu


                          Konstrukcije



                               38%


  Automobili        16%
                                       15%
                        6%           6%
                             13%                  Ostale industrij e
       Pa kiranje
                                   5%
                                          Metalna roba
       Strojogra dnja
                                    Ele ktro-inže njering


   Shematski prikaz potrošnje čelika po sektorima
                u SAD, EU i Japanu
Ukupna svjetska proizvodnja čelika 2007.-2011. god., 103 t

Država         2007.   2008.    2009.    2010.     2011.
Austrija       7 578    7 630   5 662    7 206     7 474
Belgija       10 692   10 860   5 635    7 973     8 114
Bugarska       1 909    1 330    726      747       835
Češka          7 059    6 386   4 594    5 180     5 583
Finska         4 431    4 418   3 066    4 030     3.985
Francuska     19 250   17 874   12 840   15 414    15 777
Njemačka      48 550   45 833   32 670   43 830    44 288
Grčka          2 554    2 490   2 000    1 821     1 993
Mađarska       2 227    2 096   1 403    1 678     1 733
Italija       31 553   30 477   19 848   25 750    28 662
Latvija         696       -      692      655
Luksemburg     2 858    2 640   2 141    2 548     2 558
Nizozemska     7 368    6 880   5 194    6 651     6 937
Poljska       10 632    9 685   7 128    7 993     8 794
Portugal       1 400      -     1 587    1 351
Rumunjska      6 261    5 060   2 761    3 721     3 830
Slovačka       5 089       4 489      3 747       4 580        4 242
Slovenija       638         670        430         606         648
Španjolska    18 999      19 048      14 358      16 343      15 591

Švedska        5 673       5 196      2 804       4 846        4 866
Velika        14 317      13 538      10 079      9 709        9 481
Britanija
Ukupno        209 732     198 550    139 366     172 630      177 431
E.U. (27)
Ukupno –      175 221        -       117 885     147 472
E.U (15)
Hrvatska        75          85          43          95         100
Rusija        72 387      68 510      60 011      66 942      68 743
SAD           98 102      91 490      58 196      80 495      86 247
Kina          489 899     500 488    573 567     626 654      683 265
Indija        53 080      55 050      63 527      68 321      72 200
Japan         120 203     118 738     87 534     109 599      107 595
J. Koreja     51 517      53 488      48 572      58 363      68 471
Ukupno       1 351 289   1 329 719   1 232 368   1 423 000   1 527 000
Najveći proizvođači čelika u 2010. god., 106 t


1      98.2      Arcelor Mittal      11   18.3           Nucor
2      37.0        Baosteel          12   18.2          Severstal
3      35.4         POSCO            13   16.6           Wuhan
4      35.0       Nipon Steel        14   16.4        ThyssenKrupp
5      31.1           JFE            15   16.3           Evraz
6      23.2    Jiangsu Shagang       16   14.9         Shougang
7      23.2        Tata Steel        17   14.0            Riva
8      22.3        U.S. Steel        18   13.6            SAIL
9      22.1         Ansteel          19   13.3         Sumitomo
10     18.7         Gerdau           20   12.9          Hyundai
SISTEMATIZACIJA ČELIKA

Podjela čelika prema:

-načinu proizvodnje,

-kemijskom sastavu,

-stupnju dezoksidacije,

-načinu lijevanja,

-mikrostrukturi,

- obliku i stanju čeličnih poluproizvoda itd.
OZNAČIVANJE ČELIKA PREMA EUROPSKIM NORMAMA

EN 10027-1: označivanje č. slovnim oznakama i brojevima
Oznake čelika sastoje se od tri dijela:



        Glavne   Dodatne       Dodatne oznake za
        oznake   oznake        proizvode od čelika
                 za čelik



           Primjer za čelike za cjevovode
           L360QB
           L - čelici za cjevovode
           360 –Min. granica razvlačenja,MPa
           QB - poboljšano, plinske boce
SIROVINE ZA PROIZVODNJU ČELIKA


Metalno punjenje: sirovo Fe, čelični otpad, DRI i ferolegure

Pomoćni materijali: talitelji i dr.

Oksidansi: Fe-ruda, kisik.

Prosječna količina metalnog punjenja je 1130-1140 kg/t čelika.

Uložak kod konvertorskog č.: 70-85 % sir. Fe, a ostatak je č. otpad.
Kod izrade elektročelika: < 5 % sir. Fe, ostatak č. otpad uz DRI.

Čelični otpad - sekundarna sirovina za proizvodnju čelika.
900

          800                                                          Vl astiti
                            Čeličn i polupro izvodi                    ot pad
          700
                   S irovi čel i k                                     Pr ocesni
    6




          600                                                          (no vi)
                                                                       ot pad
          500

          400                                Gotovi čelični proizvodi
          300                             30% 20 godina

          200
P
k
n
d
v
o
    0
    1
    d
    p
    g
    o
    n
e
č
a
z
    a
    e
    č
s
r
t
l
j
i
    t
    i
    l
    ,




                                                             Star i
                                                      70%    ot pa d
          100

            0
            1950     60              70      80       90     2000           10
                                           Godina

        Odnos proizvodnje čelika i potrošnje čelika te
           nastajanja čeličnog otpada u svijetu
250                                                                100
                      Vlastiti otpad
    200                                                                80

    150                                                                60

    100                                                                40
                                Udio kontinuiranog
                                    lijevanja
     50                                                                20




                                                                           ,%
                                                                           U
                                                                           v
                                                                           g
                                                                           u
                                                                           n
                                                                           k
                                                                           o
                                                                           d
                                                                            d
                                                                            v
                                                                            o
                                                                            n
                                                                            p
                                                                            k
                                                                            u
                                                                           e
                                                                           a
                                                                            a
                                                                            e
                                                                            č
                                                                            z
                                                                           r
                                                                            r
                                                                           j
                                                                           l
                                                                           t
                                                                           i
                                                                            l
                                                                            i
                                                                            j
B
d
p
g
o
v
n
d
p
o
g
k
a
z
e
č
a
s
r
l
j
t
i
i
l
/
t
,




     0                                                                 0
    1966   70    74        78        82        86    90   94   98   2002
                                          God ina

      Ovisnost količine vlastitog čeličnog otpada o udjelu
             kontinuiranog lijevanja u Njemačkoj
PROIZVODNJA ELEKTROČELIKA

Potrebna toplina - od električne energije (el. luk).

Razvoj proizvodnje elektročelika oviso o:
- dostupnosti i cijeni električne energije,
- sirovinama za izradu čelika,
- posjedovanju i kvaliteta ugljena.

Prva industrijska ELP puštena je u rad 1906. g. (Njemačka).
Prvih 50-60 g. - za proizvodnju plemenitih čelika.
1960-ih g. - visokoučinske peći
1970-ih g. kada lonac-peć.

Prednosti izrade čelika:
- niža cijena,
- veća fleksibilnost,
- ekološki prihvatljiviji postupak itd.
1000                                                                                                      12
                                                                      U v o đ e n je k is ik a


P o tr o š n ja e le k tr ič n e e n e rg ije , k W h /t
                                                                                  S e k u n d a rn a m e ta lu rg ija




                                                                                                                                                                          P o tr o š n ja e le k tr o d a , k g /t č e lik a
                                                                                             V o d o m h la đ e n a k o p lja
                                                                                                E le k trič n i lu k v e lik e s n a g e
                                                            750                                            P je n u š a v a tro s k a                                9
                                                                                                     V o d o m h la đ e n i g o rio n ic i O 2/p riro d n i
                                                                       6 3 0 k W h /t                  L onac peć                                            p lin
                                                                                                          P re d g ija v a n je č e lič n o g o tp a d a
                                                            500                                                    M a n ip u la to r k o p lja O 2 - u g ljik       6
                                                                                                                                    D C te h n o lo g ija
                                                                   6 ,5 k g / t                    P o tr
                                                                                                           o šn j                              Š a h tn a p e ć
                                                                                                                  a en
                                                                                                                        e rg ij
                                                                                                                                e
                                                            250                                                     P o tr                      2 9 0 k W h /t       3
                                                                                                                           o šnj
                                                                   1 8 0 m in                                                     a el
                                                                                        V rije m e o                                    e k tr
                                                                                                      d iz lije v a                            oda
                                                                                                                      d o iz lije v                   1 ,2 k g / t
                                                                                                                                       a
                                                                                                                                                       4 0 m in
                                                              0                                          0
                                                              1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
                                                                                  G o d in a


                                                                  Tehnološki razvoj izrade elektročelika
O2 +O2/go rivo            O 2+O 2/gorivo




                 O2




a) U laganje               b) Taljenje                    c) Izlijeva nje




 Shematski prikaz pojednih faza proizvodnje čelika
               u elektrolučnoj peći
UTJECAJ NA OKOLIŠ

Nusproizvodi:
- troska (oko 80 kg /t spec. č. i oko 120-150 kg/t ugljičnih č.).
-emisija: elektropećna prašina, VOC,
          CO, CO2, NOx, dioksini i furani

Iskorištenje troske u:
- građevinarstvu (nasipavanje puteva, cementna ind.),
- poljoprivredi.
Poseban problem su tzv. „bijele troske“

Tijekom svih faza rada dolazi do emisije
Razvijeni su sustavi za skupljanje i čišćenje plina

Elektropećna prašina (15-17 kg/t čelika)
Uglavnom sadrži Fe, Zn, Pb, Cd itd.
Prašina se skuplja i reciklira (5-10 % od troškova)
a)                  b)                       c)




         Sustavi za skupljanje emisije iz elektrolučne peći
a) odsis preko otvora na svodu peći, b) pokretni nadsvodni odsis,
                     c) zatvoreni sustav odsisa
Dim njak
                                                                        Vreće
                                                                      za prašinu

           Cijev za
        evakuaciju plina

Poklopac za
hvatanje plina
                                                                                   Čisti
                                                                                   plin
                 Plin                                Plin         Gla vna
                                                                  pra šina
                                   Komora za
         ELP                        h lađenje               ELP



                                      Mlaznice za
                                       hlađenje
                 Komora za
                  n aknadno          Hlađe nje Taložn ik
                 sag orijevan je     zrakom


   Shematski prikaz tipičnog sustava za skupljanje
                elektropećne prašine
Ul aganje            Skida nje troske


                                                                                           Dimnjak
                  Lonac-peć
                                                                           Pulsni filtar
                   Taložnik        Prisilni hladnja k
Poklop ac za
 hvatanje
  praš ine                                                                                           Reverzibiln i
                                                                                                       zračni
ELP                                                                                                    filtar
                  Komora z a      Kaljenje    Separator Miješanje   Ventilator                         Spremište
                  konverzij u     vodom                  prašine                                        prašine
                            Hlađe nje plina         Ventilator Adsorbensi
                               vo dom                                                                  Separator
                                      Recikliran je elektropećne prašine                                cinka
                                                                              Peletizacija
                                                                                           Recikliranje cink a



        Shematski prikaz sustava za čišćenje elektopećne prašine
Elektropećna prašina - opasan otpad.

Kemijski sastav elektropećne prašine:

10-45 % Fe, 2-38 % Zn, 0,4-7 % Pb,
0,2-11 % Cr, 0,01-0,3 % Cd, 1-5 % Mn,
0,06-3 % Cu, 1-5 % Si, 1-25 % Ca,
1-12 % Mg, 0,1-1,5 % Al, 1,5-2,5 % S,
0,11-2,36 % C, 0,35-2,3 % K, 0,5-1,8 % Na.

Pored metala sadrži i organske tvari: VOC, dioksine i furane,
plinovite polutante: CO, SO2, NOx, HF i HCl.

Ne smije se odlagati na neodgovarajućim lokalnim deponijima.
Nužna je stabilizacija ili inaktivacija teških metala.
(npr. dodatkom portland cementa, pepeo ugljena, vapno).

Za prašinu koja sadrži više od 15 % Zn predlaže se recikliranje.
Komercijalni postupci obrade prašine iz elektrolučne peći

      Naziv postupka     Produkt          Produkt             Ostali
                         nositelj      nositelj željeza      produkti
                          cinka
Waelz rotacijska peć      ZnO         Fe-oksid/metaliz.    PbCl2/CdCl2
(2-stadija)                                  Fe               dim
Waelz rotacijska peć      ZnO                Fe-                -
(1-stadij)                            oksid/metalizirano
                                             Fe
Plameni reaktor           ZnO              Troska               -
ZTT Ferrolime             ZnO            Ferovapno         Smjesa soli
MR/Electrothermic         ZnO          Troska/ostatak           -
MRT                    ZnO visoke     Fe-oksid/metaliz.    Pb/Cd metali
                         čistoće             Fe
Laciede Steel          Metalni cink        Troska               -
EZINEX                 Metalni cink       Fe-oksid         Smjesa soli
Doprinos čeličanske industrije emisiji CO2 u EU oko 7 %
(npr. transport daje 23 % CO2).

Nužna je pažljiva kontrola ili predobrada č. otpada.
Uporaba č. otpada – doprinosi očuvanje okoliša:
- manja potrošnja energije nego kod k. čelika,
- 5-6 puta niža emisija CO2

Važna je uloga:
- korištenih gorionika,
- opreme za naknadno sagorijevanje ili
- predgrijača čeličnog otpada

Nove tehnologije (Consteel, Contiarc) - manje prašine.
Npr. kod Consteel postupka nastaje za 30 % manje prašine.

Zakonska regulativa se pooštrava
Većina modernih ELP ispušta 5-50 mg prašine/m3 ispusnog plina.
U budućnosti - još veća ograničenja u pogledu zaštite okoliša.
UHP peći (engl. Ultra High Power)
Ulaganja u zaštitu okoliša.
1 t elektročelika - 2,4 puta manje
toplinske energije .



                                  C o re x + M id re x + E L P



                                     ELP

                                                                  V P -K K

                                                  EL P+830 kg D R I




      Utjecaj načina proizvodnje čelika na emisiju CO 2
Smjernice za emisiju u Njemačkoj




     Emisija             Standard
     Prašina            10 mg/m3
       CO                    -
      NOx               200 mg/m3
       SOx              50 mg/m3
     Dioksini           0,1 mg/m3
SEKUNDARNA METALURGIJA

Moderna metalurgija čelika:
- primarna (talina čelika iz KK ili ELP) i
- sekundarna.

Nekada - sve faze u primarnim agregatima (osim dezoksidacije)
Danas – dorada čelika u loncu

Sek. metalurgija - sve aktivnosti od izlijevanja u lonac do KL.
Razvoju sek. metalurgije su pogodovale UHP i KL.

Postupci sekundarne metalurgije:
- jednostavni (čelik se obrađuje jednim postupkom) ili
- kombinirani (obrada čelika različitim procesima).

1954. g. – uvođenje ind. postupaka vakuumiranja čelika
- otplinjavanje čelika
1960- ih g. - propuhivanje taline argonom.
1970-ih g. - tehnologija lonac-peć
Ciljevi sekundarne metalurgije:

- postizanje željenog kemijskog sastava,
- homogenizacija temperature i kemijskog sastava,
- odugljičenje do veoma niskih razina sadržaja ugljika,
- odsumporavanje,
- odfosforavanje,
- otplinjavanje (vodik i dušik),
- dezoksidacija,
- poboljšanje čistoće čelika (oksidi i sulfidi),
- kontrola oblika uključaka (sferoidizacija),
- podešavanje temperature lijevanja na otimalnu
- kontrola strukture skrućivanja.
Lijevano stanje:         Valjano stanje:

MnS segregira na         MnS se izdužuje
gran icama zr na         u smjeru valjanja        Obrađeno Ca-žicom:


                                                  CaS- MnS prsten oko
                                                  Ca-aluminata C12 A7



                     Brojna zdrobljena šiljasta
 Al2 O 3 d endriti
                     zrna u smjeru valjanja




     Shematski prikaz modifikacije morfologije uključaka
              kao posljedica obrade kalcijem
LONAC-PEĆ
   - od početka 1970-ih g.
   Primjena: u čeličanima s KK i ELP

   Unutrašnjost lonca- bazična obloga.
   Talina se u lonac ulije kao neumirena,
   Dezoksidacija i legiranje u loncu.
   Zagrijavanje taline - pomoću tri grafitne elektrode.
   Proces se odvija sa pokrivnim slojem troske.
   Kontinuirano miješanje inertnim plinom

   Prednost - korištenje relativno dugog električnog
luka:
   - povećava se iskorištenje energije i
   -smanjuje specifičnu potrošnju elektroda.
   Miješanje:
   - ujednačava temperaturua i sastav taline,
   - ubrzava odvijanje kemijskih reakcija u talini,
   - poboljšavaju se uvjeti za koagulaciju i izdvajanje
suspendiranih čestica u trosku.
Električki provodljive ruke
                              Elektrode



       Izlazni plin                       Dodatak
                                          ferolegura




                                                Inertni plin
                                               za miješanje
                                                 Rastaljeni čelik

                                                 Porozni čep

                                                  Transportna
                                                   kolica

              Prikaz lonac-peći u radu
RAZVOJ PROIZVODNJE ELEKTROČELIKA

 ELP je nadopuna KK

 Razvoj je usmjeren na:
 - razvoj postojeći proizvodnih sustava,
 - razvoja novih postupaka kontinuirane izrade čelika
  - primjenu direktno reduciranih proizvoda,
 - smanjenje sadržaja oligoelemenata u čeliku
 - smanjenje potrošnje energenata,
 - kraćih vremena taljenja i rafinacije,
 - još većeg stupnja automatizacije
 - očuvanje zaštite okoliša itd.

 Najznačajniji kriteriji pri izboru postupka:
 - odnos cijena/efikasnost u postojećem okruženju,
 - izgradnja ELP malog i srednjeg kapaciteta preferirat
će
  se u područjima s dovoljno el. energije korištene
Ciljevi današnjeg razvoja ELP:

-razvoj DC peći,
- primjena naknadnog sagorijevanja,
- predgrijavanje čeličnog otpada,
- kontinuirana proizvodnja čelika (Contiarc, Consteel),
- diskontinuirani postupci (Conarc, Contimet).
- bolja sinkronizacija s odjelima za KL i valjanje,
-uključivanje procesa propuhivanja poznatog KK,
- pjenjenje troske, elektomagnetno miješanje,
- smanjivanje vremena od ispusta do ispusta taline itd,

Dileme oko izgradnje AC ili DC-peći još postoje.

DC peći:
- manja potrošnja el. energije i elektroda (1-1,5 kg/t)
- Manja emisija buke (5-10 dB)
- potrošnja vat. mat. je manja ( 2 kg/t)
- Bolje miješanje taline itd.
a)                                        b)
                                                                 E lektroda
                             Graf itna
                             elektroda

                                DC p eć

  Prostor za
trans formator




                                                                   Ruka za
                                                                   elektrodu




        Tipična dispozicija (a) i detaljan prikaz elektrolučne
                   peći (b) na istosmjernu struju
Grafitne elek trode
            Zrak

CO → CO 2
                                           CO, CO2, O2



                                                     Ko plje za
                                                     naknadno
                                                    sagorijevanje
                   CO→ CO 2
                                                    Kisikovo
                         C→ CO                       koplje




  Naknadno sagorijevanje dodatkom kisika u sloj troske
Košara za
Izlazni (otpa dni)                   Otpadni        punjen je
     plinovi                         plinovi

                                     Čelični
                                     otpad                Izlazni plinovi
                                                             za obradu

                     Elektr olučna
                         p eć




      Shematski prikaz predgrijavanja čeličnog otpada u
                   košari za čelični otpad
Izlazni
                                    plinovi
                                                   Gorivi plin
                                    za obradu
                                                              Troskotvorci
                                                                             Čelični
                                                                             otpad
   Kisik i
troskotvorci                    Predgrijač
                                                Vibrirajuća pokretna traka




               Shematski prikaz najbitnijih komponenti
                        Consteel postupka
O2
      Peć I                           Peć II
                                               ELP
KK




       O2                             O2
ELP                                            KK




        Shematski prikaz Conarc postupka
Željezni ljevovi-Fe slitine koje se ne deformiraju

Proizvodnja: kupolne peći, indukcijske peći
Uložak: sivo sirovo Fe, č. otpad, feroslitine itd.

Prema obliku izlučenog grafita:

Sivi lijev (grafit u obliku listića, lamela)
Duktilni (nodularni) lijev (grafit u obliku nodula)
Čelični lijev (< 2 % C)
Vermikularni (grafit u obliku vermikul-„crvića“)
Slitine na bazi obojenih metala
(Cu, Al, Mg, Zn i ostali obojeni metali)
Svjetska proizvodnja lijevanih željeza:

              2007.   94,9 mil. t
              2008.   93.5 mil. t
              2009.   79.05 mil. t
              2010.   91.6 mil. t (+13.7 %)


            Struktura lijevanih željeza


Vrsta     Sivi D.     Č.      Cu      Al      Mg      Zn      Ostali
lijevanog lijev lijev lijev   slitine slitine slitine slitine obojeni
željeza
106 t     43,3 23,4    10,2   1,6     10,9    0,2    0,53    1,2
Top 10 (88%) za 2010.: u Mt

Država    Sivi    Duktilni Čelični      Obojene Uku.
          lijev   lijev    lijev        slitine 106 t
Kina      19,6    9,9       5,3         4,8     39,60
Indija    6,18    1,05      1,07        0,75    9,05
U.S. A.   2.63    2,75      0,98        1,87    8,23
Njemačka 2,18     1,49      0,192       0,93    4,79
Japan     2,16    1,35      0,207       1,04    4,75
Rusija    1,74    1,26      0,700       0,500   4,20
Brazil    1,94    0,786     0,243       0,273   3,24
Koreja    1,04    0,653     0,157       0,382   2,23
Italija   0,630   0,405     0,064       0,870   1,97
Francuska 0,623   0,916     0,085       0,333   1,96
Proizvodnja po državama za 2010., 106 t
Država       S. lijev      D. lijev      Č. lijev   Ukupno
Austrija       38689         11307        16094     305857
Belgija        58000         5800         31316     96999
BiH            11200         290          2544      18818
HR             22107         17375        1313      53797
Češka          153761        55140        57879     344377
Danska         32367         48020        -         87604
Finska         28206         46417        14714     97536
Franciska      623000        916100       85300     1956966
Njema.         2185310       1486872      192089    4794179
Mađarska       28921         25779        5901      154688
Italija        633100        405300       64100     1970662
Norveška       15103         37966        3023      64703
Poljska        445100        152300       67400     928150
Portugal       38357         70145        7342      128958
Rumunjska      24697         3321         21593     101427
Srbija         33047         12508        11276     70388
Slovenija      75800         28800        6100      141391
Španjolska     410500        543300       71500     1143038
Švedska        160800        40400        18100     266600
Švicarska      19400         33200        1800      78595
V. Britanija   129000        188700       67200     501400
LIJEVANJE ČELIČNOG LIJEVA
OBOJENI METALNI MATERIJALI

Bakar
Aluminij

Rude obojenih metala < 5 % metala, a često i < 1 %
Veliki značaj: sekundarne sirovine
Problem zaštite okoliša
Velika potrošnja el. energije (posebno za lake metale)
Rude: obogaćivanje i priprema

Postupci:
1. Pirometalurški
2. Hidrometalurški
BAKAR

Crveni sjajni metal, deformabilan itd.
Temp. taljenja 1085 oC

Bitna svojstva:

Velika električna vodljivost
Dobra toplinska vodljivost
Velika otpornost prma koroziji
Stvaranje mesinga (slitina sa cinkom)
Stvaranje bronce (slitina s kositrom)
Veliki stupanj recikliranja
Dobro se lijeva i prerađuje (u toplom i hladnom stanju)
Cu-proizvodi: lim, traka, cijevi, šipke, profili, žica, odljevci

Podjela bakra:

Tehnički Cu: min. 99,5 % Cu (npr. katodni Cu ima 99,9% Cu)
Cu s malim dodacima (0,1-2 % Ag, Cd, Te, Be itd.): min. 98 % Cu
Masinzi (slitina Cu i Zn)
        Čisti mesinzi (npr. α-mesing do 36 % Zn)
        Mesinzi s dodacima (Pb, Sn, Al, Fe)
Sn-bronca (10-14 % Sn)
Al-bronca- ne sadrži Sn, za bižuteriju, izradu novca
Slitine Cu i Ni: kunial (s Al), ambrac (s Zn),
               novo srebro (Cu-Ni-Zn)
Legure Cu i Si (Si-bronce)
Slitine Cu i Mn (10-25 % Mn)
ALUMINIJ

Najrašireniji metalni element (7,5-8,1 % u Zemljinoj kori)
Temp. tališta: 660 oC
Proizvodnja: Bayerov postupak
      Boksit → Glinica (čisti Al2O3)
      Elektroliza glinice uz ugljične elektrode

Svojstva:
       Mala gustoća
       Odlična mehanička svojstva
       Odlićna korozijska otpornost
       Visoka toplinska i električna vodljivost
Primjena:
             Prometna sredstva
             Elektrotehnika
             Građevinarstvo
             Kem. i prehrambena ind. itd.
Svjetska godišnja proizvodnja aluminija
Raspodjela potrošnje aluminija i
Al-slitina prema području primjene
Mehanička svojstva nekih Al-slitina


Slitina        Serija    Tip         Reh, MPa   Rm, MPa

Ne             1000      Al          20-140     50-180

očvršćuju s    3000      Al-Mn       50-220     120-300

TO             5000      Al-Mg       30-320     110-380

Očvršćuju s    2000      Al-Cu,      250-500    360-530
                         Al-Cu-Mg

TO             6000      Al-Si-Mg    140-360    180-380

               7000      Al-Zn-Mg    230-430    360-500


                         Al-Zn-Mg-   350-720    440-760
                         Cu
TOPLOVALJANA TRAKA, TLM ŠIBENIK
Kemijski sastav ispitivanih uzoraka čelika, mas. %


   C    Mn    P     S     Si   Cu     V    Al    Cr    Ni   Sn


D1 0,18 1,17 0,007 0,011 0,33 0,22 0,03    0,039 0,09 0,08 0,01

D2 0,18 1,17 0,007 0,010 0,30 0,21 0,03    0,039 0,08 0,08 0,008

U1 0,18 1,13 0,014 0,010 0,25 0,18 0,000 0,030 0,11 0,12 0,009

U2 0,19 1,13 0,012 0,009 0,25 0,18 0,000 0,029 0,11 0,12 0,008



 D – domaći čelik; U – uvozni čelik
SEM snimak
uvoznog čelika
cps/eV


1.8




1.6




1.4




1.2


               Mn
               O     Mg Si
1.0             Fe     Al        Ca       Mn Fe

          Ca

0.8




0.6
                                                      El AN Series unn. C norm. C Atom. C Error
                                                                 [wt.%] [wt.%] [at.%] [%]
0.4

                                                              -------------------------------------------
0.2
                                                        Fe 26 K-series 56.80 63.51 38.54 1.6
0.0
      0                      2        4    6      8
                                                         O 8 K-series 17.73 19.83 42.00 2.6
                                                            10   12   14   16   18
                                                      keV

                                                         Al 13 K-series 11.74 13.12 16.48 0.6
                                                         Mn 25 K-series 1.38 1.54 0.95 0.1
  EDAX spektar                                           Ca 20 K-series 1.21 1.35 1.14 0.1
područja nakupina                                        Mg 12 K-series 0.46 0.51 0.72 0.1
  kompleksnih                                             Si 14 K-series 0.12 0.13 0.16 0.0
  uključaka na                                                -------------------------------------------
 uvoznom čeliku                                                 Total: 89.44 100.00 100.00
EDAX




SEM snimak domaćeg čelika
EDAX spektar
kompleksnog
  uključka
SEM snimak domaćeg
   čelika i snimak
  karakterističnog
  X-zračenja za Cu
Snimci karakterističnog
 X-zračenja za Zn i Sn
Laboratorijska peć za pretaljivanje
Priprema komponenti za taljenje u lučnoj peći
Pretaljivanje predlegure u visokofrekventnoj indukcijskoj peći
Fotografski snimci tijekom skrućivanja odljevka predlegure
       Cu13Al3.25Ni s efektom prisjetljivosti oblika
Optičke mikrografije Cu13Al3,25Ni legure nakon nagrizanja,
                      a) 50x, b) 500x
SEM mikrografija (a) i EDS spektar (b) predlegure Cu13Al3,25Ni


              1.   81,20Cu-14,98Al-3,83Ni, mas. %
              2.   81,88Cu-14,45Al-3,66Ni, mas. %
              3.   81,09Cu-15,32Al-3,58Ni, mas. %
              4.   80,51Cu-15,79Al-3,70Ni, mas. %
              5.   81,71Cu-14,86Al-3,44Ni, mas. %
SEM mikrografije Cu-Al-Ni-B traka nakon
       lijevanja i nakon kaljenja
SEM mikrografije Cu-13Al-4Ni-0.02B slitine
DSC krivulje Cu-Al-Ni-B trake
Difraktogram Cu-Al-Ni-B trake nakon kaljenja
Martenzitna mikrostruktura u sredini štapa kod brzine
            lijevanja 255 mm/min, 500X
EDS spektar CuAlNi slitine nakon kontinuiranog lijevanja
Tvrdoća (HB) kontinuirano odlivenih štapova kod brzina lijevanja:
       P1=255; P2=335; P2=470; P2=510 i P2=625 mm/min
SEM mikrografije CuAlNi slitine kod
brzine lijevanja od 625 mm/min, 1000x i 5000x
DSC termogram CuAlNi slitine kod
 brzine lijevanja od 255 mm/min
Morfologija površine CuAlNi slitine nakon
korozijskih ispitivanja u 0.5 M NaCl otopini
EDX spektar i difraktogram
površine CuAlNi slitine nakon
korozijskih ispitivanja
SEM snimak i EDX spektar korozijskih produkata
  CuAlNi slitine nakon korozijskih ispitivanja
OM i SEM snimci Ti-Ni sltine (nitinol)
Spectrum: Ni-Ti-poz1-1
                 El AN Series unn. C norm. C Atom. C Error
                                  [wt.%] [wt.%] [at.%] [%]
                       -------------------------------------------
                   Ti 22 K-series 45.21 46.24 51.32 1.3
                  Ni 28 K-series 52.57 53.76 48.68 1.5
                       -------------------------------------------
                             Total: 97.78 100.00 100.00




EDX spektar Ti-Ni sltine (nitinol)
OM i SEM snimci nastajanja rupičaste korozije na nitinolu
SEM snimci i EDX spektar nitinola nakon korozijskog
testa u 0.9 % NaCl otopini
PRETRAŽNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM)
       S EDX SPEKTROMETROM
PRETRAŽNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM)
       S EDX SPEKTROMETROM
Mehanička ispitivanja

More Related Content

Featured

Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Kurio // The Social Media Age(ncy)
 
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them wellGood Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
Saba Software
 

Featured (20)

Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work
 
ChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slidesChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slides
 
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike RoutesMore than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
 
Ride the Storm: Navigating Through Unstable Periods / Katerina Rudko (Belka G...
Ride the Storm: Navigating Through Unstable Periods / Katerina Rudko (Belka G...Ride the Storm: Navigating Through Unstable Periods / Katerina Rudko (Belka G...
Ride the Storm: Navigating Through Unstable Periods / Katerina Rudko (Belka G...
 
Barbie - Brand Strategy Presentation
Barbie - Brand Strategy PresentationBarbie - Brand Strategy Presentation
Barbie - Brand Strategy Presentation
 
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them wellGood Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
Good Stuff Happens in 1:1 Meetings: Why you need them and how to do them well
 

I i ii predavanje (metalurgija)

  • 1. Željezo (Fe) - Čelik Čelik - Fe legura s najviše 2 % masenog udjela C Čelik - višekomponentna Fe-legura Čelik - deformabilna Fe-legura Svojstva čelika: višestruka svojstvo polimorfije Svojstva čelika: 1. kemijskim sastavom, 2. mikrostrukturom, 3. stanjem, oblikom i dimenzijama proizvoda Čelik: materijal prošlosti ali i budućnosti
  • 2. P ro ce si n a o sn o v i ru d e P ro c e si n a o sn o v i o tp a d a P e ć z a p u d lo v a n je T ig a n js k a p e ć B essem er T hom as S M p ro c e s p ro ce s (1 8 6 8 ) (1 8 5 6 ) (1 8 7 8 ) E L P (1 9 0 0 ) K a ld o B O F ili L D A ja x (1 9 5 0 ) (1 9 5 2 /5 3 ) (1 9 5 8 ) O L P L D A C (1 9 5 7 ) (1 9 5 8 ) Q -B O P Tandem peć (1 9 7 0 ) (1 9 6 4 ) E A F O B M LW S K S /K M S /K O B M (1 9 7 0 ) (1 9 6 8 ) (1 9 6 8 ) (1 9 7 0 ) D C L D .O B /L B E /L E T E O F (1 9 8 0 ) (1 9 8 0 ) (1 9 8 2 ) N o v i p ro c e si E L P (1 9 8 0 -2 0 0 0 ) Povijesni prikaz postupaka proizvodnje čelika
  • 4. Danas: Kisikovi konvertori (oko 2/3) ELP (oko 1/3) Procesi pretaljivanja Sekundarna metalurgija (metalurgija lonca) Najzamjetniji porast proizvodnje čelika od 1950. do 1975. g. Proizvodnja čelika povećana od 240 na 700 Mt, tj. za 2,9X. U 2010. g. oko 1,423 Mt, za 14,5 % više nego u 2009. g. (1,23 Mt) U 2011. g. oko 1,527 Gt, za 6,8 % više nego u 2010. g.
  • 5. V IS O K O P E Ć N I R E D U K C IS K O D IR E K T N A PR O CES P R E T A L JIV A N JE R E D U K C IJA F e -ru d a F e -ru d a P e le ti F e - r u d e Č e lič n i o tp a d S in te r K oks U g lje n P r iro d n i p lin P e le ti K oks H la d n i m e ta l V P C o re x M id re x H yL S L /R N K u p o ln a p e ć V ru ć i m e ta l D R I /H B I Č e lič n i V ru ć i m e ta l o tp a d S ir o v o ž e lje z o Č e lič n i o tp a d S ir o v o ž e lje z o Č e lič n i o tp a d LD EO F ELP LD Prikaz različitih puteva i kombinacija proizvodnje čelika
  • 6. P ro p u h iv a n je o d o z g o B O F ili L D P ro p u h iv a n je o d o z d o G r a f itn e e le k tr o d e A n a liz a to r OBM C O , C O 2, O 2 O 2 k o p lje Z a filta r K o p lje z a n a k n a d n o s a g o rije v a n je K o m b in ira n o p ro p u h iv a n je O 2 k o p lje 3 0 ,0 1 - 0 ,1 5 m N 2 Q -O B M 3 3 ,5 - 5 ,0 m O 2 (A r)/t m in ( + C a O ) /t m in O 2 k o p lje P ro p u h iv a n je r a d i m ije š a n ja 3 0 ,2 - 3 ,0 m / t m in O 2(+ C aO ) Shematski prikaz proizvodnje čelika u KK i ELP
  • 7. Čelik - ″zeleni materijal″ Količin a materijala T+ C M+ M+C T+ Sirovine K onstrukc ijski mate rijali C + M + T M T+ M+ C EN Recikliranje ER GI R JA A Planet Z emlja S Primjena I P A NJ +C Postojeć a skladišt a otpada E M T+ područja otpada Rekup eratori Prikaz današnjeg globalnog ciklusa materijala T + M + C = tehnologija + materijali + cijena
  • 8. Uloga i značenje čelika u nacionalnom gospodarstvu Konstrukcije 38% Automobili 16% 15% 6% 6% 13% Ostale industrij e Pa kiranje 5% Metalna roba Strojogra dnja Ele ktro-inže njering Shematski prikaz potrošnje čelika po sektorima u SAD, EU i Japanu
  • 9. Ukupna svjetska proizvodnja čelika 2007.-2011. god., 103 t Država 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. Austrija 7 578 7 630 5 662 7 206 7 474 Belgija 10 692 10 860 5 635 7 973 8 114 Bugarska 1 909 1 330 726 747 835 Češka 7 059 6 386 4 594 5 180 5 583 Finska 4 431 4 418 3 066 4 030 3.985 Francuska 19 250 17 874 12 840 15 414 15 777 Njemačka 48 550 45 833 32 670 43 830 44 288 Grčka 2 554 2 490 2 000 1 821 1 993 Mađarska 2 227 2 096 1 403 1 678 1 733 Italija 31 553 30 477 19 848 25 750 28 662 Latvija 696 - 692 655 Luksemburg 2 858 2 640 2 141 2 548 2 558 Nizozemska 7 368 6 880 5 194 6 651 6 937 Poljska 10 632 9 685 7 128 7 993 8 794 Portugal 1 400 - 1 587 1 351 Rumunjska 6 261 5 060 2 761 3 721 3 830
  • 10. Slovačka 5 089 4 489 3 747 4 580 4 242 Slovenija 638 670 430 606 648 Španjolska 18 999 19 048 14 358 16 343 15 591 Švedska 5 673 5 196 2 804 4 846 4 866 Velika 14 317 13 538 10 079 9 709 9 481 Britanija Ukupno 209 732 198 550 139 366 172 630 177 431 E.U. (27) Ukupno – 175 221 - 117 885 147 472 E.U (15) Hrvatska 75 85 43 95 100 Rusija 72 387 68 510 60 011 66 942 68 743 SAD 98 102 91 490 58 196 80 495 86 247 Kina 489 899 500 488 573 567 626 654 683 265 Indija 53 080 55 050 63 527 68 321 72 200 Japan 120 203 118 738 87 534 109 599 107 595 J. Koreja 51 517 53 488 48 572 58 363 68 471 Ukupno 1 351 289 1 329 719 1 232 368 1 423 000 1 527 000
  • 11. Najveći proizvođači čelika u 2010. god., 106 t 1 98.2 Arcelor Mittal 11 18.3 Nucor 2 37.0 Baosteel 12 18.2 Severstal 3 35.4 POSCO 13 16.6 Wuhan 4 35.0 Nipon Steel 14 16.4 ThyssenKrupp 5 31.1 JFE 15 16.3 Evraz 6 23.2 Jiangsu Shagang 16 14.9 Shougang 7 23.2 Tata Steel 17 14.0 Riva 8 22.3 U.S. Steel 18 13.6 SAIL 9 22.1 Ansteel 19 13.3 Sumitomo 10 18.7 Gerdau 20 12.9 Hyundai
  • 12. SISTEMATIZACIJA ČELIKA Podjela čelika prema: -načinu proizvodnje, -kemijskom sastavu, -stupnju dezoksidacije, -načinu lijevanja, -mikrostrukturi, - obliku i stanju čeličnih poluproizvoda itd.
  • 13. OZNAČIVANJE ČELIKA PREMA EUROPSKIM NORMAMA EN 10027-1: označivanje č. slovnim oznakama i brojevima Oznake čelika sastoje se od tri dijela: Glavne Dodatne Dodatne oznake za oznake oznake proizvode od čelika za čelik Primjer za čelike za cjevovode L360QB L - čelici za cjevovode 360 –Min. granica razvlačenja,MPa QB - poboljšano, plinske boce
  • 14. SIROVINE ZA PROIZVODNJU ČELIKA Metalno punjenje: sirovo Fe, čelični otpad, DRI i ferolegure Pomoćni materijali: talitelji i dr. Oksidansi: Fe-ruda, kisik. Prosječna količina metalnog punjenja je 1130-1140 kg/t čelika. Uložak kod konvertorskog č.: 70-85 % sir. Fe, a ostatak je č. otpad. Kod izrade elektročelika: < 5 % sir. Fe, ostatak č. otpad uz DRI. Čelični otpad - sekundarna sirovina za proizvodnju čelika.
  • 15. 900 800 Vl astiti Čeličn i polupro izvodi ot pad 700 S irovi čel i k Pr ocesni 6 600 (no vi) ot pad 500 400 Gotovi čelični proizvodi 300 30% 20 godina 200 P k n d v o 0 1 d p g o n e č a z a e č s r t l j i t i l , Star i 70% ot pa d 100 0 1950 60 70 80 90 2000 10 Godina Odnos proizvodnje čelika i potrošnje čelika te nastajanja čeličnog otpada u svijetu
  • 16. 250 100 Vlastiti otpad 200 80 150 60 100 40 Udio kontinuiranog lijevanja 50 20 ,% U v g u n k o d d v o n p k u e a a e č z r r j l t i l i j B d p g o v n d p o g k a z e č a s r l j t i i l / t , 0 0 1966 70 74 78 82 86 90 94 98 2002 God ina Ovisnost količine vlastitog čeličnog otpada o udjelu kontinuiranog lijevanja u Njemačkoj
  • 17. PROIZVODNJA ELEKTROČELIKA Potrebna toplina - od električne energije (el. luk). Razvoj proizvodnje elektročelika oviso o: - dostupnosti i cijeni električne energije, - sirovinama za izradu čelika, - posjedovanju i kvaliteta ugljena. Prva industrijska ELP puštena je u rad 1906. g. (Njemačka). Prvih 50-60 g. - za proizvodnju plemenitih čelika. 1960-ih g. - visokoučinske peći 1970-ih g. kada lonac-peć. Prednosti izrade čelika: - niža cijena, - veća fleksibilnost, - ekološki prihvatljiviji postupak itd.
  • 18. 1000 12 U v o đ e n je k is ik a P o tr o š n ja e le k tr ič n e e n e rg ije , k W h /t S e k u n d a rn a m e ta lu rg ija P o tr o š n ja e le k tr o d a , k g /t č e lik a V o d o m h la đ e n a k o p lja E le k trič n i lu k v e lik e s n a g e 750 P je n u š a v a tro s k a 9 V o d o m h la đ e n i g o rio n ic i O 2/p riro d n i 6 3 0 k W h /t L onac peć p lin P re d g ija v a n je č e lič n o g o tp a d a 500 M a n ip u la to r k o p lja O 2 - u g ljik 6 D C te h n o lo g ija 6 ,5 k g / t P o tr o šn j Š a h tn a p e ć a en e rg ij e 250 P o tr 2 9 0 k W h /t 3 o šnj 1 8 0 m in a el V rije m e o e k tr d iz lije v a oda d o iz lije v 1 ,2 k g / t a 4 0 m in 0 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 G o d in a Tehnološki razvoj izrade elektročelika
  • 19. O2 +O2/go rivo O 2+O 2/gorivo O2 a) U laganje b) Taljenje c) Izlijeva nje Shematski prikaz pojednih faza proizvodnje čelika u elektrolučnoj peći
  • 20. UTJECAJ NA OKOLIŠ Nusproizvodi: - troska (oko 80 kg /t spec. č. i oko 120-150 kg/t ugljičnih č.). -emisija: elektropećna prašina, VOC, CO, CO2, NOx, dioksini i furani Iskorištenje troske u: - građevinarstvu (nasipavanje puteva, cementna ind.), - poljoprivredi. Poseban problem su tzv. „bijele troske“ Tijekom svih faza rada dolazi do emisije Razvijeni su sustavi za skupljanje i čišćenje plina Elektropećna prašina (15-17 kg/t čelika) Uglavnom sadrži Fe, Zn, Pb, Cd itd. Prašina se skuplja i reciklira (5-10 % od troškova)
  • 21. a) b) c) Sustavi za skupljanje emisije iz elektrolučne peći a) odsis preko otvora na svodu peći, b) pokretni nadsvodni odsis, c) zatvoreni sustav odsisa
  • 22. Dim njak Vreće za prašinu Cijev za evakuaciju plina Poklopac za hvatanje plina Čisti plin Plin Plin Gla vna pra šina Komora za ELP h lađenje ELP Mlaznice za hlađenje Komora za n aknadno Hlađe nje Taložn ik sag orijevan je zrakom Shematski prikaz tipičnog sustava za skupljanje elektropećne prašine
  • 23. Ul aganje Skida nje troske Dimnjak Lonac-peć Pulsni filtar Taložnik Prisilni hladnja k Poklop ac za hvatanje praš ine Reverzibiln i zračni ELP filtar Komora z a Kaljenje Separator Miješanje Ventilator Spremište konverzij u vodom prašine prašine Hlađe nje plina Ventilator Adsorbensi vo dom Separator Recikliran je elektropećne prašine cinka Peletizacija Recikliranje cink a Shematski prikaz sustava za čišćenje elektopećne prašine
  • 24. Elektropećna prašina - opasan otpad. Kemijski sastav elektropećne prašine: 10-45 % Fe, 2-38 % Zn, 0,4-7 % Pb, 0,2-11 % Cr, 0,01-0,3 % Cd, 1-5 % Mn, 0,06-3 % Cu, 1-5 % Si, 1-25 % Ca, 1-12 % Mg, 0,1-1,5 % Al, 1,5-2,5 % S, 0,11-2,36 % C, 0,35-2,3 % K, 0,5-1,8 % Na. Pored metala sadrži i organske tvari: VOC, dioksine i furane, plinovite polutante: CO, SO2, NOx, HF i HCl. Ne smije se odlagati na neodgovarajućim lokalnim deponijima. Nužna je stabilizacija ili inaktivacija teških metala. (npr. dodatkom portland cementa, pepeo ugljena, vapno). Za prašinu koja sadrži više od 15 % Zn predlaže se recikliranje.
  • 25. Komercijalni postupci obrade prašine iz elektrolučne peći Naziv postupka Produkt Produkt Ostali nositelj nositelj željeza produkti cinka Waelz rotacijska peć ZnO Fe-oksid/metaliz. PbCl2/CdCl2 (2-stadija) Fe dim Waelz rotacijska peć ZnO Fe- - (1-stadij) oksid/metalizirano Fe Plameni reaktor ZnO Troska - ZTT Ferrolime ZnO Ferovapno Smjesa soli MR/Electrothermic ZnO Troska/ostatak - MRT ZnO visoke Fe-oksid/metaliz. Pb/Cd metali čistoće Fe Laciede Steel Metalni cink Troska - EZINEX Metalni cink Fe-oksid Smjesa soli
  • 26. Doprinos čeličanske industrije emisiji CO2 u EU oko 7 % (npr. transport daje 23 % CO2). Nužna je pažljiva kontrola ili predobrada č. otpada. Uporaba č. otpada – doprinosi očuvanje okoliša: - manja potrošnja energije nego kod k. čelika, - 5-6 puta niža emisija CO2 Važna je uloga: - korištenih gorionika, - opreme za naknadno sagorijevanje ili - predgrijača čeličnog otpada Nove tehnologije (Consteel, Contiarc) - manje prašine. Npr. kod Consteel postupka nastaje za 30 % manje prašine. Zakonska regulativa se pooštrava Većina modernih ELP ispušta 5-50 mg prašine/m3 ispusnog plina. U budućnosti - još veća ograničenja u pogledu zaštite okoliša.
  • 27. UHP peći (engl. Ultra High Power) Ulaganja u zaštitu okoliša. 1 t elektročelika - 2,4 puta manje toplinske energije . C o re x + M id re x + E L P ELP V P -K K EL P+830 kg D R I Utjecaj načina proizvodnje čelika na emisiju CO 2
  • 28. Smjernice za emisiju u Njemačkoj Emisija Standard Prašina 10 mg/m3 CO - NOx 200 mg/m3 SOx 50 mg/m3 Dioksini 0,1 mg/m3
  • 29. SEKUNDARNA METALURGIJA Moderna metalurgija čelika: - primarna (talina čelika iz KK ili ELP) i - sekundarna. Nekada - sve faze u primarnim agregatima (osim dezoksidacije) Danas – dorada čelika u loncu Sek. metalurgija - sve aktivnosti od izlijevanja u lonac do KL. Razvoju sek. metalurgije su pogodovale UHP i KL. Postupci sekundarne metalurgije: - jednostavni (čelik se obrađuje jednim postupkom) ili - kombinirani (obrada čelika različitim procesima). 1954. g. – uvođenje ind. postupaka vakuumiranja čelika - otplinjavanje čelika 1960- ih g. - propuhivanje taline argonom. 1970-ih g. - tehnologija lonac-peć
  • 30. Ciljevi sekundarne metalurgije: - postizanje željenog kemijskog sastava, - homogenizacija temperature i kemijskog sastava, - odugljičenje do veoma niskih razina sadržaja ugljika, - odsumporavanje, - odfosforavanje, - otplinjavanje (vodik i dušik), - dezoksidacija, - poboljšanje čistoće čelika (oksidi i sulfidi), - kontrola oblika uključaka (sferoidizacija), - podešavanje temperature lijevanja na otimalnu - kontrola strukture skrućivanja.
  • 31. Lijevano stanje: Valjano stanje: MnS segregira na MnS se izdužuje gran icama zr na u smjeru valjanja Obrađeno Ca-žicom: CaS- MnS prsten oko Ca-aluminata C12 A7 Brojna zdrobljena šiljasta Al2 O 3 d endriti zrna u smjeru valjanja Shematski prikaz modifikacije morfologije uključaka kao posljedica obrade kalcijem
  • 32. LONAC-PEĆ - od početka 1970-ih g. Primjena: u čeličanima s KK i ELP Unutrašnjost lonca- bazična obloga. Talina se u lonac ulije kao neumirena, Dezoksidacija i legiranje u loncu. Zagrijavanje taline - pomoću tri grafitne elektrode. Proces se odvija sa pokrivnim slojem troske. Kontinuirano miješanje inertnim plinom Prednost - korištenje relativno dugog električnog luka: - povećava se iskorištenje energije i -smanjuje specifičnu potrošnju elektroda. Miješanje: - ujednačava temperaturua i sastav taline, - ubrzava odvijanje kemijskih reakcija u talini, - poboljšavaju se uvjeti za koagulaciju i izdvajanje suspendiranih čestica u trosku.
  • 33. Električki provodljive ruke Elektrode Izlazni plin Dodatak ferolegura Inertni plin za miješanje Rastaljeni čelik Porozni čep Transportna kolica Prikaz lonac-peći u radu
  • 34. RAZVOJ PROIZVODNJE ELEKTROČELIKA ELP je nadopuna KK Razvoj je usmjeren na: - razvoj postojeći proizvodnih sustava, - razvoja novih postupaka kontinuirane izrade čelika - primjenu direktno reduciranih proizvoda, - smanjenje sadržaja oligoelemenata u čeliku - smanjenje potrošnje energenata, - kraćih vremena taljenja i rafinacije, - još većeg stupnja automatizacije - očuvanje zaštite okoliša itd. Najznačajniji kriteriji pri izboru postupka: - odnos cijena/efikasnost u postojećem okruženju, - izgradnja ELP malog i srednjeg kapaciteta preferirat će se u područjima s dovoljno el. energije korištene
  • 35. Ciljevi današnjeg razvoja ELP: -razvoj DC peći, - primjena naknadnog sagorijevanja, - predgrijavanje čeličnog otpada, - kontinuirana proizvodnja čelika (Contiarc, Consteel), - diskontinuirani postupci (Conarc, Contimet). - bolja sinkronizacija s odjelima za KL i valjanje, -uključivanje procesa propuhivanja poznatog KK, - pjenjenje troske, elektomagnetno miješanje, - smanjivanje vremena od ispusta do ispusta taline itd, Dileme oko izgradnje AC ili DC-peći još postoje. DC peći: - manja potrošnja el. energije i elektroda (1-1,5 kg/t) - Manja emisija buke (5-10 dB) - potrošnja vat. mat. je manja ( 2 kg/t) - Bolje miješanje taline itd.
  • 36. a) b) E lektroda Graf itna elektroda DC p eć Prostor za trans formator Ruka za elektrodu Tipična dispozicija (a) i detaljan prikaz elektrolučne peći (b) na istosmjernu struju
  • 37. Grafitne elek trode Zrak CO → CO 2 CO, CO2, O2 Ko plje za naknadno sagorijevanje CO→ CO 2 Kisikovo C→ CO koplje Naknadno sagorijevanje dodatkom kisika u sloj troske
  • 38. Košara za Izlazni (otpa dni) Otpadni punjen je plinovi plinovi Čelični otpad Izlazni plinovi za obradu Elektr olučna p eć Shematski prikaz predgrijavanja čeličnog otpada u košari za čelični otpad
  • 39. Izlazni plinovi Gorivi plin za obradu Troskotvorci Čelični otpad Kisik i troskotvorci Predgrijač Vibrirajuća pokretna traka Shematski prikaz najbitnijih komponenti Consteel postupka
  • 40. O2 Peć I Peć II ELP KK O2 O2 ELP KK Shematski prikaz Conarc postupka
  • 41. Željezni ljevovi-Fe slitine koje se ne deformiraju Proizvodnja: kupolne peći, indukcijske peći Uložak: sivo sirovo Fe, č. otpad, feroslitine itd. Prema obliku izlučenog grafita: Sivi lijev (grafit u obliku listića, lamela) Duktilni (nodularni) lijev (grafit u obliku nodula) Čelični lijev (< 2 % C) Vermikularni (grafit u obliku vermikul-„crvića“) Slitine na bazi obojenih metala (Cu, Al, Mg, Zn i ostali obojeni metali)
  • 42. Svjetska proizvodnja lijevanih željeza: 2007. 94,9 mil. t 2008. 93.5 mil. t 2009. 79.05 mil. t 2010. 91.6 mil. t (+13.7 %) Struktura lijevanih željeza Vrsta Sivi D. Č. Cu Al Mg Zn Ostali lijevanog lijev lijev lijev slitine slitine slitine slitine obojeni željeza 106 t 43,3 23,4 10,2 1,6 10,9 0,2 0,53 1,2
  • 43. Top 10 (88%) za 2010.: u Mt Država Sivi Duktilni Čelični Obojene Uku. lijev lijev lijev slitine 106 t Kina 19,6 9,9 5,3 4,8 39,60 Indija 6,18 1,05 1,07 0,75 9,05 U.S. A. 2.63 2,75 0,98 1,87 8,23 Njemačka 2,18 1,49 0,192 0,93 4,79 Japan 2,16 1,35 0,207 1,04 4,75 Rusija 1,74 1,26 0,700 0,500 4,20 Brazil 1,94 0,786 0,243 0,273 3,24 Koreja 1,04 0,653 0,157 0,382 2,23 Italija 0,630 0,405 0,064 0,870 1,97 Francuska 0,623 0,916 0,085 0,333 1,96
  • 44. Proizvodnja po državama za 2010., 106 t Država S. lijev D. lijev Č. lijev Ukupno Austrija 38689 11307 16094 305857 Belgija 58000 5800 31316 96999 BiH 11200 290 2544 18818 HR 22107 17375 1313 53797 Češka 153761 55140 57879 344377 Danska 32367 48020 - 87604 Finska 28206 46417 14714 97536 Franciska 623000 916100 85300 1956966 Njema. 2185310 1486872 192089 4794179 Mađarska 28921 25779 5901 154688 Italija 633100 405300 64100 1970662 Norveška 15103 37966 3023 64703 Poljska 445100 152300 67400 928150 Portugal 38357 70145 7342 128958 Rumunjska 24697 3321 21593 101427 Srbija 33047 12508 11276 70388 Slovenija 75800 28800 6100 141391 Španjolska 410500 543300 71500 1143038 Švedska 160800 40400 18100 266600 Švicarska 19400 33200 1800 78595 V. Britanija 129000 188700 67200 501400
  • 46. OBOJENI METALNI MATERIJALI Bakar Aluminij Rude obojenih metala < 5 % metala, a često i < 1 % Veliki značaj: sekundarne sirovine Problem zaštite okoliša Velika potrošnja el. energije (posebno za lake metale) Rude: obogaćivanje i priprema Postupci: 1. Pirometalurški 2. Hidrometalurški
  • 47. BAKAR Crveni sjajni metal, deformabilan itd. Temp. taljenja 1085 oC Bitna svojstva: Velika električna vodljivost Dobra toplinska vodljivost Velika otpornost prma koroziji Stvaranje mesinga (slitina sa cinkom) Stvaranje bronce (slitina s kositrom) Veliki stupanj recikliranja Dobro se lijeva i prerađuje (u toplom i hladnom stanju)
  • 48. Cu-proizvodi: lim, traka, cijevi, šipke, profili, žica, odljevci Podjela bakra: Tehnički Cu: min. 99,5 % Cu (npr. katodni Cu ima 99,9% Cu) Cu s malim dodacima (0,1-2 % Ag, Cd, Te, Be itd.): min. 98 % Cu Masinzi (slitina Cu i Zn) Čisti mesinzi (npr. α-mesing do 36 % Zn) Mesinzi s dodacima (Pb, Sn, Al, Fe) Sn-bronca (10-14 % Sn) Al-bronca- ne sadrži Sn, za bižuteriju, izradu novca Slitine Cu i Ni: kunial (s Al), ambrac (s Zn), novo srebro (Cu-Ni-Zn) Legure Cu i Si (Si-bronce) Slitine Cu i Mn (10-25 % Mn)
  • 49. ALUMINIJ Najrašireniji metalni element (7,5-8,1 % u Zemljinoj kori) Temp. tališta: 660 oC Proizvodnja: Bayerov postupak Boksit → Glinica (čisti Al2O3) Elektroliza glinice uz ugljične elektrode Svojstva: Mala gustoća Odlična mehanička svojstva Odlićna korozijska otpornost Visoka toplinska i električna vodljivost Primjena: Prometna sredstva Elektrotehnika Građevinarstvo Kem. i prehrambena ind. itd.
  • 51. Raspodjela potrošnje aluminija i Al-slitina prema području primjene
  • 52. Mehanička svojstva nekih Al-slitina Slitina Serija Tip Reh, MPa Rm, MPa Ne 1000 Al 20-140 50-180 očvršćuju s 3000 Al-Mn 50-220 120-300 TO 5000 Al-Mg 30-320 110-380 Očvršćuju s 2000 Al-Cu, 250-500 360-530 Al-Cu-Mg TO 6000 Al-Si-Mg 140-360 180-380 7000 Al-Zn-Mg 230-430 360-500 Al-Zn-Mg- 350-720 440-760 Cu
  • 54. Kemijski sastav ispitivanih uzoraka čelika, mas. % C Mn P S Si Cu V Al Cr Ni Sn D1 0,18 1,17 0,007 0,011 0,33 0,22 0,03 0,039 0,09 0,08 0,01 D2 0,18 1,17 0,007 0,010 0,30 0,21 0,03 0,039 0,08 0,08 0,008 U1 0,18 1,13 0,014 0,010 0,25 0,18 0,000 0,030 0,11 0,12 0,009 U2 0,19 1,13 0,012 0,009 0,25 0,18 0,000 0,029 0,11 0,12 0,008 D – domaći čelik; U – uvozni čelik
  • 56. cps/eV 1.8 1.6 1.4 1.2 Mn O Mg Si 1.0 Fe Al Ca Mn Fe Ca 0.8 0.6 El AN Series unn. C norm. C Atom. C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [%] 0.4 ------------------------------------------- 0.2 Fe 26 K-series 56.80 63.51 38.54 1.6 0.0 0 2 4 6 8 O 8 K-series 17.73 19.83 42.00 2.6 10 12 14 16 18 keV Al 13 K-series 11.74 13.12 16.48 0.6 Mn 25 K-series 1.38 1.54 0.95 0.1 EDAX spektar Ca 20 K-series 1.21 1.35 1.14 0.1 područja nakupina Mg 12 K-series 0.46 0.51 0.72 0.1 kompleksnih Si 14 K-series 0.12 0.13 0.16 0.0 uključaka na ------------------------------------------- uvoznom čeliku Total: 89.44 100.00 100.00
  • 59. SEM snimak domaćeg čelika i snimak karakterističnog X-zračenja za Cu
  • 61. Laboratorijska peć za pretaljivanje
  • 62. Priprema komponenti za taljenje u lučnoj peći
  • 63. Pretaljivanje predlegure u visokofrekventnoj indukcijskoj peći
  • 64. Fotografski snimci tijekom skrućivanja odljevka predlegure Cu13Al3.25Ni s efektom prisjetljivosti oblika
  • 65. Optičke mikrografije Cu13Al3,25Ni legure nakon nagrizanja, a) 50x, b) 500x
  • 66. SEM mikrografija (a) i EDS spektar (b) predlegure Cu13Al3,25Ni 1. 81,20Cu-14,98Al-3,83Ni, mas. % 2. 81,88Cu-14,45Al-3,66Ni, mas. % 3. 81,09Cu-15,32Al-3,58Ni, mas. % 4. 80,51Cu-15,79Al-3,70Ni, mas. % 5. 81,71Cu-14,86Al-3,44Ni, mas. %
  • 67. SEM mikrografije Cu-Al-Ni-B traka nakon lijevanja i nakon kaljenja
  • 71. Martenzitna mikrostruktura u sredini štapa kod brzine lijevanja 255 mm/min, 500X
  • 72. EDS spektar CuAlNi slitine nakon kontinuiranog lijevanja
  • 73. Tvrdoća (HB) kontinuirano odlivenih štapova kod brzina lijevanja: P1=255; P2=335; P2=470; P2=510 i P2=625 mm/min
  • 74. SEM mikrografije CuAlNi slitine kod brzine lijevanja od 625 mm/min, 1000x i 5000x
  • 75. DSC termogram CuAlNi slitine kod brzine lijevanja od 255 mm/min
  • 76. Morfologija površine CuAlNi slitine nakon korozijskih ispitivanja u 0.5 M NaCl otopini
  • 77. EDX spektar i difraktogram površine CuAlNi slitine nakon korozijskih ispitivanja
  • 78. SEM snimak i EDX spektar korozijskih produkata CuAlNi slitine nakon korozijskih ispitivanja
  • 79. OM i SEM snimci Ti-Ni sltine (nitinol)
  • 80. Spectrum: Ni-Ti-poz1-1 El AN Series unn. C norm. C Atom. C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [%] ------------------------------------------- Ti 22 K-series 45.21 46.24 51.32 1.3 Ni 28 K-series 52.57 53.76 48.68 1.5 ------------------------------------------- Total: 97.78 100.00 100.00 EDX spektar Ti-Ni sltine (nitinol)
  • 81. OM i SEM snimci nastajanja rupičaste korozije na nitinolu
  • 82. SEM snimci i EDX spektar nitinola nakon korozijskog testa u 0.9 % NaCl otopini
  • 83. PRETRAŽNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM) S EDX SPEKTROMETROM
  • 84. PRETRAŽNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP (SEM) S EDX SPEKTROMETROM