WYTWARZANIE STALI
Charakterystyka procesów stalowniczych
Procesy stalownicze polegają na usunięciu ze stali nadmiaru takich domieszek jak:
węgiel, krzem, mangan, siarka i fosfor.
Sposoby jakimi się to wykonuje można podzielić na trzy zasadnicze grupy:
- utlenianie,
- rozpuszczanie,
- redukowanie.
Przy wytopie stali obowiązuje zasada Le Chateliera, zgodnie z którą:
1. reakcje chemiczne, przy których jest wydzielane ciepło zachodzą bardziej intensywnie w niższych temperaturach, lub też przy pewnym obniżeniu temperatury procesu,
2. reakcje, przy których ciepło jest pochłaniane zachodzą bardziej intensywnie w wyższych temperaturach lub przy pewnym podwyższeniu temperatury procesu.
Utlenianie
• Podczas topienia metalu i na początku wytopu, gdy temperatura jest stosunkowo niska, bardziej efektywne są reakcje utleniania krzemu, manganu przebiegające z wydzieleniem ciepła.
• W tym okresie temperatura jest za niska do utlenienia węgla, które zachodzi intensywnie dopiero w wysokich temperaturach.
• Podczas wytopu w piecu metalurgicznym powstają dwa produkty, które nie mieszają się ze sobą:
1. żużel
2. stopiony metal.
Żużel, mający mniejszą gęstość, pływa na powierzchni metalu.
• Powstający tlenek żelazawy (FeO) rozpuszcza się zarówno w metalu, jak i w żużlu.
• Prawo rozdziału mówi, że jeżeli jakakolwiek substancja rozpuszcza się w dwu stykających się lecz nie
ulegających wymieszaniu cieczach, to rozdział substancji między tymi dwoma cieczami będzie odbywał się do chwili ustalenia określonego stosunku koncentracji, stałego dla określonej temperatury.
Podczas wytopu w piecu metalurgicznym powstają dwa produkty, które nie mieszają się ze sobą: żużel i stopiony metal. Żużel, mający mniejszą gęstość, pływa na powierzchni metalu.
REAKCJE METALURGICZNE
UTLENIANIA:
- Utlenianie żelaza
2Fe + O2 - 2FeO
- Utlenianie manganu
Mn + FeO - Fe + MnO
- Utlenianie krzemu
Si + 2FeO - 2Fe + SiO2
- Utlenianie węgla
C + FeO - Fe + CO
WYTWARZANIE STALI
• Stosunek koncentracji tlenku żelazawego rozpuszczonego w żużlu (FeO) do koncentracji tlenku żelazawego rozpuszczonego w metalu *FeO+ w danej temperaturze podlega stałej rozkładu
- Fe0 = (FeO)/[FeO] = const.
• Wraz ze zwiększeniem FeO w żużlu, zwiększa się zawartość tlenku żelazawego również w metalu, co prowadzi do przyspieszenia procesu utleniania domieszek.
• Zwiększenie utleniających zdolności żużla jest spowodowane zetknięciem go z powietrzem (konwertory) lub dodaniem odpadów powalcowniczych (zendry) ewentualnie czystej rudy żelaza (piec martenowski).
(…)
… powalcowniczych (zendry) ewentualnie czystej rudy żelaza (piec martenowski).
Utlenianie węgla jest podstawową reakcją zarówno w procesach zasadowych jak i kwaśnych, w wyniku czego
powstaje w kąpieli ciekłego metalu gazowy produkt. Pomimo że węgla nie jest dużo, to jednak ilość powstającego gazu jest ogromna, a wydostający się z kąpieli tlenek węgla powoduje jej intensywne
mieszanie, zwane gotowaniem stali…
… chemicznego intensyfikacja procesów utleniających, oczyszczenie metalu z gazów oraz wtrąceń niemetalicznych
Utlenianie fosforu
• Ponieważ w procesie kwaśnym zawartość fosforu pozostaje bez zmian, należy wówczas świeżyć surówkę ubogą w fosfor.
• Do usunięcia fosforu potrzebny jest żużel zasadowy. W procesie kwaśnym zasadowy żużel łączyłby się z kwaśną wyprawą pieca i niszczył ją.
• Świeżenie surówki bogatej w fosfor jest możliwe tylko w procesie zasadowym.
• Ponieważ utlenianie fosforu do bezwodnika kwasu fosforowego (P2O5) odbywa się z wydzieleniem dużej ilości ciepła, przebiega więc intensywniej w niskiej temperaturze wytopu.
Wolny tlenek żelazawy w połączeniu z bezwodnikiem kwasu fosforowego tworzy sól fosforowo-żelazową (fosforan żelazowy).
2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe egz.
P2O5 + 3FeO = (FeO)3P2O5 egz…
… do żużla.
WYTWARZANIE STALI - rozpuszczanie
• Siarka tworzy też siarczek manganu MnS, który jest w niewielkim stopniu rozpuszczalny w żelazie.
W obecności manganu i w niewielkiej temperaturze procesu zachodzi reakcja
- FeS + Mn = Fe + MnS
• Mając niewielki ciężar właściwy, siarczek manganu wypływa z kąpieli do żużla
• Przy zmniejszonej koncentracji w żużlu siarczków żelaza i manganu (FeS i MnS) przechodzą…
… chemiczną z tlenem niż żelazo. W procesie odtleniania zachodzi redukcja tlenku żelazawego i tworzenia się tlenków manganu, krzemu i
aluminium, które przechodzą do żużla. Efektem procesu odtleniania jest zmniejszenie zawartości
tlenku żelazawego do 0,01%, co odpowiada zawartości tlenu w granicach 0,02%.
• Utworzone w procesie tlenki mają mniejszy ciężar właściwy niż stal i wypływają na powierzchnię…
… i brakiem wtrąceń niemetalicznych, zwiększoną ciągliwością. Niemniej jednak wytop w piecu
kwaśnym jest droższy niż w piecu zasadowym dlatego, że zmusza do stosowania materiałów wsadowych o małej zawartości fosforu i siarki, stalowego złomu, stalowych wlewków i nisko-fosforowej surówki
przeróbczej zawierającej nie więcej niż 0,025% siarki.
• Wytapianie w piecach kwaśnych stosuje się tylko do otrzymywania…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)