Otrzymywanie stali

1. Ludwik Olek
Otrzymywanie stali

2. Otrzymywanie stali
 Stal otrzymuje się w wyniku przeróbki surówki, a ponieważ stal może
zawierać do 2% węgla, gdy tymczasem surówka zawiera go 3,2-4,3%,
głównym celem procesu jest odwęglenia surówki.
 Surówka zawiera również domieszki w postaci krzemu, manganu, siarki i
fosforu.
 Podczas przerobu surówki na stal zarówno węgiel, jak i domieszki ulegają
częściowemu wypaleniu.
 Otrzymana w ten sposób ciekła stal użyta na odlewy nazywa się
staliwem, a odlana we wlewki i przewalcowana na walcarkach, zwanych
zgniataczami, nazywa się stalą.
 Do wyrobu stali stosuje się metody:
- Konwertorową
- Martenowską
- Elektryczną (stosowaną głównie do rafinacji stali)

3. PRODUKCJA STALI
Utlenianie (świeżenie) – białej surówki, której
celem jest zmniejszenie zawartości węgla i
domieszek. Otrzymany produkt to stal zlewna
SPOSOBY REALIZACJI
KONWERTOROWE
ELEKTRYCZNE

4. Konwertory:
a) z doprowadzeniem gazu utleniającego od spodu; b) z boku; c) z góry.

5. KONWERTOROWY PROCES WYTAPIANIA STALI
z ciekłej surówki, w zbiornikach przechylnych zwanych
konwertorami, polegająca na wypalaniu węgla i innych
domieszek z surówki poprzez przedmuchiwanie metalu
powietrzem, albo samym tlenem
w konwertorach tlenowych do wsadu oprócz surówki
dodaje się ok. 30% złomu
 podstawowe metody wytopu konwertorowego to proces
bessemerowski (wynaleziony 1865 przez H. Bessemera)
oraz proces tomasowski (wynaleziony 1877 przez S.
Thomasa)
obecnie gł. zastosowanie znajduje proces konwertorowy
tlenowy, opracowany 1949 w Austrii, a oznaczany skrótem
literowym LD od miejsca pierwszego zastosowania (Linz i
Donawitz).

6. Konwertor Bessemera

7. Konwertor - zbiornik z blachy stalowej, wyłożony
materiałem ogniotrwałym
 Do przerobu surówek niskofosforowych
stosowano konwertory Bessemera
(besemerowanie) o wyłożeniu kwaśnym
(krzemionkowym),
 zaś do surówek wysokofosforwoych używano
konwertor Thomasa (proces Thomasa) o
wyłożeniu zasadowym (dolomitowym).
 W latach 70. XX wieku zostały one wyparte przez
znacznie wydajniejsze konwertory tlenowe o
wyłożeniu zasadowym (konwertorowy proces
tlenowy).

8. Konwertor

9. •W konwertorach stalownicznych płynną surówkę
wlewa się przez gardziel pochylonego konwertora.
•Powietrze doprowadzane przez dyszę w wymiennej
dennicy utlenia w ciekłej surówce domieszki (krzem,
mangan, węgiel, fosfor).
•Proces konwertorowy odbywa się bez dostarczania
ciepła z zewnątrz, a wzrost temperatury wywołany
jest ciepłem wydzielanym z reakcji utleniania
domieszek (częściowo również metalu).
•Dzięki dużej szybkości reakcji procesu
konwertorowego, wydajność konwertora jest bardzo
duża.
•Czas trwania wytopu wynosi ok. 10-20 minut, a
pojemność konwertora 25-100 ton.

10. Wytwarzanie stali w piecach martenowskich
 W hutnictwie szeroko stosuje się metodę Siemensa-Martina.
1- przestrzeni roboczej;
2- głowice;
3- kanały;
4- komory żużlowe;
5- regeneratory;
6- zawory rozrządcze
Przestrzeń robocza jest
ograniczona od spodu
trzonem pieca - z boków -
głowicami oraz ścianą
przednią i ścianą tylną, a od
góry - sklepieniem.

11. W piecu martenowskim przerabia się
surówkę i złom.
 Jako materiały pomocnicze są jeszcze
używane topniki, ruda oraz żelazostopy.
 Można ją dostarczać w stanie ciekłym lub w
stanie stałym w postaci gąsek.
 Głowice pieców martenowskich służą do
doprowadzenia do przestrzeni roboczej paliwa
(gazu generatorowego) i powietrza oraz
odprowadzania powstałych w piecu spalin.

12. Przekrój pionowy pieca
Martenowskiego
Gaz
generatorowy -
palny gaz
powstały w
wyniku
zgazowania
paliwa stałego,
np. węgla,
drewna (gaz
drzewny) lub
innego rodzaju
biomasy.

13. Przebieg wytopu w piecu
martenowskim
 Zasadowy proces martenowski dzieli się na
następujące okresy:
1) naprawa pieca,
2) ładowanie pieca,
3) topienie wsadu,
4) świeżenie, odfosforzanie i odsiarczanie
metalu,
5) odtlenianie,
6) spust stali.

14. Rafinacja stali w piecach elektrycznych
Wytopiona w piecu martenowskim stal zawiera jeszcze
pewne ilości siarki i fosforu. Dalsze oczyszczanie odbywa
się w piecach elektrycznych.

15. Najczęściej piece takie są zasilane
prądem przemiennym trójfazowym.
 Są wyposażone w trzy elektrody grafitowe 1,
wprowadzone do przestrzeni roboczej przez
sklepienie pieca 2.
 Płaszcz pieca 3 jest wykonany z grubej blachy
stalowej.
 Wyłożenie pieca 4 może być kwaśne i
wówczas jest zrobione z cegły
krzemionkowej lub - częściej - zasadowe z
dolomitu.
 Spust stali następuje przy przechylaniu pieca.

16. Stal wytapia się w piecach elektrycznych,
zarówno łukowych jak i indukcyjnych.
 Piece łukowe stosuje się w dużych
odlewniach staliwa.
 Piece łukowe nadają się do stosowania we
wsadzie taniego złomu, można w nich
bowiem prowadzić procesy rafinacji.
 Z uwagi na możliwość nawęglania kąpieli
węglem elektrod nie można w nich wytapiać
stali niskowęglowej nierdzewnej (poniżej
0,03% C).

17. Odlewnictwo staliwa korzysta w coraz
większym stopniu z pieców indukcyjnych.
 W piecach indukcyjnych nie można
prowadzić procesów rafinujących, w związku
z czym należy poświęcić szczególną uwagę
starannemu doborowi wsadu.
 Można w nich jednak wytapiać dowolny
rodzaj stali.
 Do krótkotrwałego przetrzymywania,
transportu i obróbki metalu w stanie ciekłym
służą kadzie.

18. Zlewanie stali
 Wytopioną stal zlewa się do kadzi
wykonanej z blachy i wyłożonej cegłą
szamotową.
 Pojemność kadzi musi odpowiadać
ilości stali spuszczanej z pieca.
 Po spuście stali z pieca
martenowskiego w kadzi wykonuje się
dodatkowe odtlenianie za pomocą
aluminium, a czasem - żelazotytanu
lub żelazowanadu.
 Z kadzi stal zlewa się do form
zwanych wlewnicami lub kokilami.
układ wlewowy syfonowy

19. Wlewki: a) ze stali nieuspokojonej, b) ze stali
uspokojonej.
 Jeżeli do wlewnic wleje się stal
odtlenioną żelazomanganem,
zachowuje się ona
„niespokojnie". Ciecz wrze i
wydziela gazy. Taką stal
nazywamy nieuspokojoną.
 Stal odtleniona w końcowej
fazie procesu żelazokrzemem
zachowuje się we wlewnicach
bardzo spokojnie i z tego
powodu nazywamy ją
uspokojoną.

20. Dobór pieca topiącego
 Zastosowanie pieców do wytapiania (m) i
przetrzymywania (h) stopów odlewniczych

21. Pytania kontrolne
1) Jakie metody współcześnie stosuje się do wyrobu stali?
(dopuszczający)
2) Na czym polega metoda konwertorowa otrzymywania stali?
(dopuszczający)
3) Na czym polega metoda Bessemera? (dopuszczający) Polega na
zastosowaniu wyłożeń kwaśnych.
4) Na czym polega metoda Thomasa? (dostateczny
5) Na czym polega metoda konwertorowo – tlenowa? (dostateczny)
6) W jaki sposób przebiega wytop w piecu martenowskim? (dobry)
7) Na czym polega rafinacja stali? (dobry)
8) Co dzieje się z wytopioną stalą? (dobry)
9) Jak nazywa się element wyjęty z wlewnicy lub kokila? (dobry)
10) Co to jest stal uspokojona? (dobry)
11) Co to jest stal nieuspokojona? (dobry)