Metalurgia wyklad 04.doc

Proces OLP (Oxygen – Lance – Poudre)[tlen – lanca – proszek].

Proces OLP jest to najnowsza technologia otrzymywania stali najwyższej jakości poprzez wdmuchiwanie w końcowym etapie konwertorowania grupy proszków, które znacznie lepiej spełniają rolę odfosforowania, odsiarczania, nawęglania, wprowadzania dodatków stopowych niż żużle syntetyczne.

(*)- tylko w konwertorze.

RYSUNEK 7.

Sposób podawania proszków przedstawimy na przykładzie instalacji HK (Huta Katowice).

RYSUNEK 8.

Proces wytapiania stali konwertorowej może być:

-          kwaśny SiO2

-          zasadowy CaO, MgO

Co to znaczy? Znaczy to że wyprawa konwertorowa jest kwaśna lub zasadowa i dlatego w skrócie stal nazywamy kwaśną lub zasadową. Wyprawa zasadowa jest bardzo droga i nie wolno konwertora po wylaniu stali zbytnio ochłodzić, gdyż jest wrażliwy na gwałtowne zmiany temperatury. Wyprawa kwaśna jest tania, odporna na zmiany temperatury, ale nie możemy w takim piecu kwaśnym usuwać fosforu i siarki, gdyż nie można łączyć zasadowego żużla z kwaśną wyprawą pieca.

Stal zasadowa pochodzi głównie z pieca o wyprawie zasadowej jest dobrze odsiarczona i odfosforyzowana.

Stale dzielimy na kwaśne i zasadowe. Stal kwaśna jest gorsza od stali zasadowej. Kwaśnej nie da się odsiarczyć.

Głębokie odsiarczanie.

Głębokie odsiarczanie jest to proces wdmuchiwania do stali specjalnych pierwiastków mających szczególne powinowactwo do siarki które pozwala obniżyć jej poziom do < 0,005%. Taka stal przeznaczona jest na wyroby wysokociśnieniowe: rury, lufy, naczynia ciśnieniowe i wszelkie wyroby w których dynamicznie powstaje ciśnienie. Pierwiastki które pozwalają obniżyć zawartość siarki są metale ziem rzadkich zwanych grupą lantanowców.

Gdzie:

Tt – temperatura topnienia

Tw – temperatura wrzenia

x - ciężar właściwy (masa właściwa)

MZR – metale ziem rzadkich (RE – w literaturze zagranicznej).

Wdmuchuje się 0,005¸0,007% od masy stali, a  skutek jest wielokrotny.

W metalurgii współczesnej stosuje się tzw.:

-          miszmetali – 3%Fe, 97% MZR (Niemcy, Japonia)

-          krzemki – 35%Fe, 30% Si, 35% MZR (Polska Huta Katowice).

-           

Stal z procesów elektrycznych łukowych i indukcyjnych.

W dobie wytwarzania dużych ilości stali konwertorowej, która nie zawsze może być w pełni przetwarzana na wyroby walcownicze przechodzi się w hutach na wytapianie stali w piecach elektrycznych łukowych i indukcyjnych. Stal z tych pieców jest jeszcze lepsza a przede wszystkim w dopuszczalnych ilościach w takich jakie łatwo zagospodarować. I choć spotyka się piece łukowe 350 tonowe to powszechną jednostką piecową elektryczną łukową jest piec 30 tonowy 10x mniejszy. W historii metalurgii pierwszy piec elektryczny łukowy pojawił się w 1890r. Wynalazł go Pier HEROULT, pierwszy piec indukcyjny – 1916r. London NORTHRUP, pierwszy piec próżniowy indukcyjny – 1920r. Wilhelm ROHN, jednak masowo stosowany od 1945r.

Istotą pieca elektrycznego łukowego jest powstanie dużej ilości ciepła z łuku elektrycznego i przekazywanie go do metalu topionego. Przekazywanie ciepła z łuku elektrycznego może odbywać się przez promieniowanie przez bezpośrednie istnienie łuku pomiędzy elektrodami a topionym metalem.

RYSUNEK 9.

W powstałym łuku początkowo występuje duży opór elektryczny ale wraz ze wzrostem temperatury następuje jonizacja gazu w łuku i emisja elektronów z powierzchni elektrod węglowych i wówczas łuk elektryczny w zjonizowanym gazie płynie bez dużego oporu a cecha charakterystyczna łuku jaką  jest efekt akustyczny zanika.

Elektrony węgla z powierzchni elektrod nie tylko jonizują gaz ale i spalają się w łuku stąd ubytek elektrod.

Praca wyjścia jednego elektronu z węgla:

-          węgiel (c) - ok. 4,39 eV

-          wolfram (włókna żarówki)[W] – ok. 4,5 eV

1 eV = 1,6 * 10-19 J.

Żeby efektownie topić w piecu elektrycznym łukowym musi być duża gęstość prądu w łuku przypadająca na jednostkę powierzchni wewnętrznej powierzchni pieca. Tą gęstość prądu liczymy ze wzoru:

C, B – stałe wartości elektrod węglowych

Oznacza to że wielkość prądu jest funkcją temperatury łuku do kwadratu:

I = f ( T2 )

Dlatego emisja ciepła łuku i temperatura zależą od natężenia prądu na elektrodach (ok.100kA).

Ponieważ efekt akustyczny łuku mówi nam że łuk jest nieustabilizowany jeszcze czyli nie jest dostatecznie zjonizowana przestrzeń łuku.

Rozróżniamy dwa typy pieców elektrycznych łukowych:

-          na prąd stały

-          na prąd zmienny.

Przy zastosowaniu prądu stałego zarówno napięcie (V) jak i natężenie (I) w czasie wt są stałe i łuk jest ustabilizowany czyli cichy.

RYSUNEK 10.

W prądzie przemiennym w jednym okresie łuk gaśnie dwukrotnie.

RYSUNEK 11.

Gaśnięcie łuku to efekt jego niestabilności, a mimo tego stosujemy w piecach elektrycznych łukowych prąd przemienny, gdyż prostowniki musiały by być bardzo duże i na nich traciło by się znaczną ilość energii (grzały by się).

RYSUNEK 12.

RYSUNEK 13.

Połączenia gwiazda daje większą moc niż trójkąt.

Piec łukowy przy braku stabilności początkowo łuk pracuje w połączeniu trójkąt, po ustabilizowaniu się luku w połączeniu gwiazda.

RYSUNEK 14.

Zużycie energii na 1T stali zależy od stopu jaki jest wytapiany w piecu elektrycznym łukowym; tak:

-          żeliwo szare – 400 kWh

-          żeliwo stopowe – 600 kWh

-          staliwo węglowe – 650 kWh

-          staliwo stopowe – 900 kWh

-          stal węglowa – 800 kWh

Bilans energetyczny pieca łukowego jest nad wyraz korzystny, gdyż powiększa się ilość ciepła doprowadzanego do stopu głównie przez reakcje chemiczne wytapiania pierwiastków i wypalania elektrod węglowych.

16