Proizvodnja gvožđa i čelika

1. професор Милушка Пршић

2. Садржајгвожђа
• Гвожђе је доста
распрострањено у Земљиној
кори (4,7 %)
• Налази се у стенама,
иловачи, глини...
• Елементарно гвожђе може
се наћи само у ткз.гвозденим
метеоритима

3. Садржајгвожђа
• Ови метеорити садрже око
90 % гвожђа, 9 % никла и 1 %
осталих метала
• У људском организму има
око 3 g гвожђа, од тога 75 % у
хемоглобину
• У индустријске сврхе гвожђе
се добија из својих руда

4. Рудегвожђа
• Најважније руде гвожђа су:
хематит Fe₂O₃
лимонит Fe₂O₃ x n H₂O
магнетит Fe₃O₄
сидерит FeCO₃

5. Рудегвожђа
хематит
магнетит

6. Рудникгвожђа
рудник гвожђа у Бразилу

7. Добијањегвожђа
• Сирово гвожђе производи се
у високим пећима
• Руда се прво самеље, а
затим јој се додају топитељи
који снижавају тачку
топљења руде и олакшавају
издвајање лако топиве згуре

8. Високапећ
висока пећ

9. Савременевисокепећи
висока пећ

10. Добијањегвожђа
• Топитељи се бирају у
зависности од примеса
• Најчешће се користе СаСО₃ и
SiO₂
• У високој пећи одвија се низ
сложених реакција које се
могу свести на три збирне
реакције:

11. Реакцијеувисокојпећи
• Сагоревање кокса:
2 С + О₂  2СО
• Редукција оксида до
елементарног метала:
3СО + Fe₂O₃  2Fe + 3CO₂
• Стварање згуре:
CaO + SiO₂  CaSiO₃

12. Шематскиприказреакцијаувисокојпећи

13. Добијањегвожђа
•Као производи
високе пећи добијају
се:

14. Сировогвожђе
• Из пећи излази:
растопљен метал-сирово
гвожђе које се састоји из:
• Fe+(C, N, P, Si, Mn, S, ….)
• Просечно узевши: сирово гвожђе
садржи:
• 4-5% C; 1.5% Si; 1.0% Mn; 0.6% P;
0.1% S и остало Fe

15. Сировогвожђе
Fe + C + N + P + Si, Mn, S...

16. Сировогвожђе
• Сирово гвожђе може
бити бело и сиво.
• Бело сирово гвожђе
настаје брзим хлађењем
када угљеник остаје везан
у облику ткз.цементита,
Fe₃C.Целокупно се
прерађује у челик

17. Белосировогвожђе
• У савременим
железарама челичана
је у близини високе
пећи, па се бело
сирово гвожђе преноси
у течном стању у пећи
за производњу челика

18. Сивосировогвожђе
• Сиво сирово гвожђе
добија се спорим
хлађењем и садржи
издвојени угљеник који
се издваја током хлађења
у облику графита.
Користи се за ливене
производе, али се и
прерађује у челик

19. Сивосировогвожђе
• Сиво сирово гвожђе се
обично сипа у ливачке
лонце и затим излива у
пешчане калупе
• Тако се добијају ливени
комади намењени за
претапање у циљу израде
одливака од ливеног
гвожђа

20. Сивосировогвожђе

21. Згура(троска)шљака
• На тону сировог гвожђа
долази тона споредног
производа (шљака, згура)
која служи као подлога за
насипање шина, за
производњу вештачког
камена, вуне, цемента,
вештачког ђубрива, као
компонента асфалта

22. Згура(троска)шљака

23. Гротленигасови
• Гротлени гасови
поседују велику
топлотну моћ, па се
након пречишћавања
користе за загревање
(котлова, резервоара,
високих пећи)

25. Челик
• Челик је легура гвожђа
и угљеника (до 1,7 %)

26. Челик
• Сирово гвожђе које се
добија у високим пећима
има већи садржај угљеника
(2,5-5 %) и осталих примеса
(укупно 5 % - Si, P, Mn, S)
• Да би се добио челик,
садржај угљеника се мора
смањити а примесе
уклонити

27. Челик
• То подразумева процесе
оксидације, односно
продувавање кисеоника
кроз растип сировог гвожђа
• При томе:
Si  SiO₂
S  SO₂
Mn  MnO₂
P  P₂O₅
C  CO  CO₂

28. Челик
шема процеса производње челика

29. Челик
шема процеса производње челика

30. Челик
овако то изгледа споља...

31. Челик
• Оксидоване примесе се
везују са топитељима, изузев
CO₂ и SO₂ који одлазе у
атмосферу! (и проузрокују
киселе кише...)

32. Челик
• Ткз.обични или
угљенични челик добија
се у конверторима
(Бесемеров и Томасов),
ткз. конверторско-
кисеоничним поступком
(LD поступак), у
ткз.Сименс-Мартиновој
пећи и електропоступком

33. Бесемеровконвертор
• Бесемеров поступак се одвија
тако д асе у метални суд
крушкастог облика обложен
ватросталним материјалом сипа
течно сирово гвожђе, а кроз
решеткасто дно дува струја јаког
ваздуха
• Том приликом настаје јако
сагоревање C, Si, Mn а
делимично и Fe

34. Бесемеровконвертор
Овим поступком добија се челик који
се користи за израду шипки (без
накнадне обраде), ваљаних
пљоснатих челика, цеви и жице

35. Бесемеровконвертор
Henry Bessemer

36. LDпоступак
• У новије време уместо
ваздуха користи се кисеоник,
то је LD-поступак (назван по
аустријским железарима
L’inz-Donawitz)
• Овим поступком постиже се
висока продуктивност, цена
постројења а самим тим и
производње је ниска

37. LDпоступак

38. LDпоступак

39. Сименс-Мартиновапећ
• Омогућава прераду и старог
оксидисаног гвожђа
Wilhelm Siemens

40. Електропоступак
Ткз.електропоступком производи се
најквалитетнији челик чији се састав
одржава у уским границама, поседује
изразиту чистоћу и нарочито добра
механичка својства (жилавост)

41. Електропоступак

42. Челик
• Поред обичног
(угљеничног) челика
производе се и
ткз.легирани челици
• Легирањем а
различитим металима
постижу се боље
особине челика

43. Челик
• Легирање се врши са
никлом, хромом,
молибденом,
ванадијумом, титаном
• Хром повећава отпорност
према растварању, никал
отпорност према
корозији, итд

44. Челик
• Осим легирањем боље
особине челика постижу се
механичким и топлотним
третирањем
• Тако се загревањем челика
до усијања и наглим
потапањем у хладну воду
добија ткз.каљени челик са
знатно побољшаним
механичким особинама

45. Челик
• Према намени челици се
деле на:
конструкционе челике
алатни челици
• Конструкциони се користе за
израду делова машина,
конструкција, беле технике у
аутомобилској индустрији

46. Конструкционичелик

47. Конструкционичелик

48. Конструкционичелик

49. Алатничелик
• Алатни челици користе се за
производњ алата