Procedee de elaborare a otelurilor

Procedee de elaborare a otelurilor

-Elaborare in cuptor electric cu arc cu captuseala bazica sau acida;

-Elaborare in cuptor electric cu inductie;

-Elaborare in convertizor cu oxygen;

Materii prime metalice

Incarcatura metalica se compune din - fier vechi si fonta de afanare ;

-se caracterizeaza prin :compozitia chimica si starea fizica;

Compozitia chimica si comportarea elementelor din aceasta influenteaza cantitatea de zgura si compozitia chimica a ei si a otelului.Functie de aceasta se stabileste tehnologia de laminare.

Starea fizica determina durata incarcaturii si topirii,oxidarea elementelor.Functie de starea fizica fierul se clasifica in :

-fier vechi greu(lingouri defecte,incomplete,sutaje) cu ρ > 1700 kg/m³;

-fier vechi mijlociu sau normal cu ρ=1300 . 1700 kg/m³;

-fier vecji usor cu ρ=800 . 1300 kg/m³;

Fierul vechi necorespunzator se supune operatiilor de pregatire ca dimensiuni(care sa permita incarcarea in agregatul de elaborare)si compactitate (care sa asigureo anumita viteza de incarcaresi topire):operatii de spargere cu sonata,taiere cu foarfeca sau flacara,presare.Fonta se foloseste soli-da (fonta bruta-calupuri) sau fonta veche (recirculari);

Adaosuri-materiale utilizate ptr completarea necesarului de o,ptr formarea zgurei cu compozitia si in cantitatea ceruta.

a)materiale oxidante :minereu de fier,arsura de fier,minereu de mangan;

b)materiale ptr formarea zgurei:calcar CaCo₃,var CaO;fluorina CaF₂,bauxite nisip cuartos (SiO₂);

Procese fizico-chimice care au loc la elaborarea otelurilor

In agregate ptr elaborarea otelurilor sub actiunea atmosferei oxidante are loc oxidarea elementelor din incarcatura(fonta,fier vechi).Procesul de oxidare si comportarea oxizilor difera functie de conditiile din fiecare etapa a procesului de elaborare,incalzire,incarcare,topire,afanare.

. Oxidarea carbonului (decarburarea)

Carbonul din baia metalica este oxidat conform reactiilor: [C]+[O]= sau [C]+[FeO]=[Fe]+

Mecanismul decarburarii cuprinde mai multe etape: (FeO)→(Fe²⁺)+O^-2)

(Fe²⁺)+(O^2-)→[Fe]+[O]

[C]+[O]→[CO]

[CO]→

(FeO)+[C]=[Fe]+

Decarburarea depinde de alimnetarea baii metalice cu O de formarea bulelor de CO,de deplasarea C si O in baia metalica.Reactia nu atinge echilibru ci se desfasoara pana la cansumarea C sau O.

Decarburarea se poate realize cu minereu sau prin insuflare de O.

Formarea bulelor de CO trebuie sa se realizeze cat mai in adincitura baii matalice intrucat prin strabaterea baii de catre bulele de Co are loc si purificarea acesteia.Cand bulele de CO se formaeaza la interfata zgura-baie metalica are loc doar spumarea zgurei.

. Oxidarea siliciului

-este oxidat in picaturile lichide (la topire) si in baia metalica in formare:

[Si]+2[Fe]=2[Fe]+(SiO₂)

K_Si=O(SiO₂)/O[Si]a²(FeO)=f(1/T)

In functie de [Si] si de oxigenul disponibil produsii de reactie sunt SiO₂ si silicate de Fe.Procesul de oxidare a Si este influentat de T(reactia este puternic exoterma -procesul este intens la temp joasa)si de bazicitatea zgurei care influenteaza a_SiO2;

-in procedeele bazice cand B=CaO/SiO₂ este mare se formeaza (CaO)₂SiO_{2 si} SiO₂ liber este scazut;

-in procedeele acide B=Cao/SiO₂ este subunitara ;

-(SiO₂) liber este mare ,zgura se satureaza repede in SiO₂ si reactia de oxidare este franta.

La cresterea t^° are loc reactia de regenerare a Siliciului.

. Oxidarea Manganului

In baia metalica in formarea si dupa topire are loc reactia:

[Mn]+[O]=(MnO) si [Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO);

Produsii de reactie sunt solutii m(MnO)(1-m)(FeO) a caror T_topire creste cu cresterea concentratiei de MnO din ele.De asemenea se formeaza oxid pur MnO cu T_top ridicata (este solid T_top=1850^°) si ρ=5,18 g/cm³ (densitate mare)deci el se indeparteaza greu din baia metalica.

Oxidarea Mn este blocata de cea a Si (Si are afinitate mai mare ptr O decat Mn);

In zgurele acide MnO este legat ca silicate Mn SiO₂(deci O_MnO este mica ,MnO liber este scazut)

In zgurele bazice MnO este eliberat din silicate de catre CaO (se formeaza silicate de calciu mai stabili decat silicatii de mangan),MnO_liber mai mare .

Sub zgurele acide Mn este puternic oxidant sin u mai poate fi regenerat.

Sub zgurele bazice apare MnO liber iar la T ridicate poate sa aiba loc regenerarea Mn:

(MnO)+[C]=[Mn]+;

Acest process este dependent de T si [C];

Dezoxidarea otelului

In timpul perioadei de afanare,in conditii oxidante ,are loc o miscare a continutului de carbon si o crestere a continutului de O din baia metalica.Acest O trebuie eliminate dupa perioada de afanare.

Micsorarea continutului de O se real. Prin dezoxidare:

-prin precipitare -cuelemente(dezoxidanti)cu afinatate mai mare ptr O decat Fe;

-prin difuziune -cu ozgura saraca in O active (zgura reducatoare);

Ptr ca dezoxidarea sa fie corespunzatoare trebuie ca inafara de micsorarea continutului de O sa se asigure si indeopartarea avansata a produselor de dezoxidare(a incluziunilor nemetalice-oxidice)din otelul de zoxidat (ptr ca O sa nu ramana in otel sub forma de incluziuni nemetalice)

Dezoxidare prin precipitare :se bazeaza pe reactia dintre excesul de O din otel[O] si elemtele dezoxidante ,Me,dizolvate in baia metalica elem. care au o afinitate mai mare ptr O decat Fe .Acesta se numesc dezoxidanti

Reactia generala de dezoxidare prin precipitatre este :

[Me]+[O]=[MeO]; K=[MeO]/[Me][O];

Produsul de dezoxidare poate fi :-oxid pur sau lichid ; - solutii lichide sau solutii; -gaz;

Un dezoxidant este cu atat mai puternic ,au capacitate mai mare de dezoxidare cu cat este mai mic continutul de [O] cu care este in echilibru ,la o anumita temperature.Ordinea crescatoare a capacitatii de dezoxidare este data de diferenta ∆G^°_FeO -∆G^°_MeO :Cr,Mn,V,Si,Ti,Al,Zn,Mg,Ca.Cr - se folosesc ptr aliere; Ti,Zn,Mg - dezoxidanti speciali utilizati dupa cu dezoxidanti clasici; Mn,Si,Al,Ca-dezoxidanti clasici obisnuiti.

Dezoxidarea cu Mangan:

Mn este cel mai slab dintre dezoxidanti clasici.Produsii de dezoxidare ,functie de concentratia O si de cantitatea de Mn introdusa ptr dezoxidare,sunt solutii lichide sau solide formate conform reactiei generale: x[Fe]+y[Mn]+(x+y)[O] ->(xFeOyMnO)

Sau oxid de Mn format in urma reactiei: [Mn]+[FeO] ->[Fe]+(MnO)

Aceasta reactie sta la baza studiului al reactiei de dezoxidare cu Mn.Constanta de echilibru este: K_Mn=a(MnO)/a[O]*a[Mn]

Compozitia produsilor de dezoxidare depinde de cantitatea de Mn,t^° baii metalice:

Mn/FeO=KMn[%Mn]=[%Mn]f(1/T)

-La %Mn mici ,raportul MnO/feO este mic se obtin solutii xMnOyFeO sarace in Mno (solutii cu capacitate buna de indepartare din baia metalica in zgura).Aceasta corespunde domeniului de deasupra curbei a-b din diagrama.

-cand [Mn] si [O] corespund curbei a-b solutia xMnOyFeO este saturate in MnO fiind totusi lichida dar vascoasa.Peste 1,8% [Mn] se formeaza MnO liber (sub curba a-b) oxid cu T_top ridicata (1850^°) care este solid in baia metalica, si ca urmare se indeparteaza greu din ea in zgura.

Sub zgura fazica reactia de dezoxidare cu Mn este rapid daca esti roman la multi ani ! !!!!!!: trimite mai departelimitata de posibilitatea zgurei bazice de a primi MnO rezultat in urma procesului de dezoxidare.Sub zgura acida saturate in SiO₂ ,capacitatea de dezoxidare este de ~6 ori mai mare decat sub zgura bazica.

Dezoxidarea cu siliciu- Siliciul este un dezoxidant mai puternic decat Mn cu continut x%Si ,la o temperature data ,se afla in echilibru cu un continut mai mic de oxygen [O] decat acelasi continut x% Mn;

Siliciul se foloseste ca: ferosiliciu,silicomangan,silicocalciu.

Studiul termodinamic al dezoxidarii are la baza reactia:

[Si]+2[Fe] -><-[2[Fe]+(SiO₂) sau direct :[Si]+2[O] -><- (SiO₂); K_Si=a(SiO₂)/[Si][O]²=f(1/T)

In zgurele bazice a_(SiO2) au valori f mici (SiO2 este legat in combinatii stabile de catre oxizii bazici liberi din zgura) ceea ce determina un continut mic de [O] si ca atare eficienta mai buna a dezoxidarii cu siliciu. S-a demonstrat ca puterea de dezoxidare a Si este de ~5 ori mai mare sub zgure bazice decat sub zgure acide.

Produsii de dezoxidare sunt silicate de Fe si SiO2 liber functie de raportul FeO/SiO2 si de [Si];

-deasupra curbei a-b rezulta ca produsii de dezoxidare silicate de Fe lichizi ,nasaturati in SiO2.

-curba a-b :saturarea silicatilor in SiO2;

-sub curba a-b => alaturi de silicate de Fe saturati in SiO2 si SiO2 liber care se prezinta in otel sub forma unor suspensii solide fine care pot sa ramana in proportie mare in otel;

Pentru a se evita ramanerea prod solizi in otel ,care maresc tendinta de crapare a lingourilor la laminare si forjare se impune ca dezoxidarea cu Sis a fie precedata de dezoxidarea cu Mn iar dezoxidarea cu Sis a se faca in 2 trepte :in cuptor si in oala de turnare.

Dezoxidarea combinata cu Mn si Si

Studiul procesului de dezoxidare cu Mn si Si se face pe baza constantelor de echilibru ale reactiilor:

[Si]+2[O]=(SiO₂)

KMnSi=a(SiO₂)/[Si][O]² si [Mn]+2[O]+(MnO)

Suma reactiilor de dezoxidare cu Si si Mn este :[Si]+O₂(MnO)+2[Mn]+(SiO₂);

KMnSi=[Mn]²+a(SiO₂)/[S]a²(MnO);

Produsii de dezoxidare sunt silicate de Mn, silicati de Fe si Mn sau SiO₂ in functie de originea adaugarii dezoxidantilor si de raportul Mn/Si.Pentru a rezulta produsi de dezoxidare usor fuzibili este indicat sa se dezoxideze cu Mn asteptandese formarea si decantarea in zgura a produsilor de tipul solutiilor lichide xMnOyFeO dupa care se adauga Si.

Functie de [Mn] si [Si] conform diagramei =>

-produsi silicati lichizi -pentru continutul de [Mn] si [Si] aflate ptr diferite temperaturi sub curbele de echilibru (continuturi mari de [Mn] si mici de [Si];

-produsi silicate solizi si SiO₂ pentru [Mn] mic si [Si] mare;

Eficienta dezoxidarii cu Mn urmata de Si => si din diagrama urmatoare.

Curba a-b care delimiteaza domeniul de saturare in SiO₂ silicatilor este deplasata mai jos.Deci prin utilizarea Mn la predezoxidare se mareste domeniul de formare al silicatilor lichizi.Odata cu cresterea [Mn] in inceputul precipitarii SiO₂ solid este deplasat la continuturi mai mici de [O];

Dezoxidarea cu Aluminiu: Aluminiu este un dezoxidant puternic care se aduga de obicei in oala de turnare.reactia de dezoxidare este : 2[Al]+3[O]+(Al₂O₃) _solid .Produsul de dezoxidare este alumina solida care poate apare in structura otelului solidificat cu dimensiuni mici (3-4 μm ) cu muchii ascutite.

Dezoxidare cu Calciu Calciul este un dezoxidant foarte puternic .Desi are capacitatea mare de dezoxidare el nu poate fi utilizat singur ca element dezoxidant datorita tensiunii sale ridicate de vapori la o temperatura baii metalice la 1600^°C; p_Ca=1,6 atm;la aceste t^° ridicate trece in stare de vapori parasind baia metalica;

De asemenea ,solubilitatea calciului in fe lichid este f mica la 1600^°C . .0,032%

Solubilitatea Ca in Fe lichid creste in prezenta altor elemente (Si,Al) dizolvate in baia metalica.

Pentru a mari durata de contact a Ca cu baia metalica ,inpractica dezoxidarii se foloseste:

-utilizarea Ca sub forma de aliaje cu elemente care maresc solubilitatea calciului in baia metalica (de obicei silicocalciul)

-introducerea aliajelor ce contin Ca in baia metalica cu aj unor disp. Speciale;

-injectarea aliajelor in stare pulverulenta cu aj unui gaz inert

Reactia de dezoxidare este :[Ca]+[O}=(CaO);

Avantajele Ca la dezoxidare sunt : -scaderea continutului de [O] sub valorile obtinute la utilizarea

altor elemente dezoxidante (Mn,Si,Al);

-obtinerea unor produsi de dezoxidare complecsi(silicate,aluminati,silicoaluminati de Ca) cu

T_top joase cu capcitate mare de decantare din baia metalica;

-modificarea favorabila a aspectului si modului de repartizare al incluziunilor oxidice remanente

in otel ,care in general sunt de dimensiuni mici globulare,uniform distribuite;

-grad redus de impurificare al otelului cu produsi de dezoxidare (incluziuni nemetalice)ceea ce

det. imbunatatirea proprietatilor;

-aliajele pe baza de calciu au si un effect desulfurant conform reactiilor:

[Ca]+[S]=(CaS); +[S]=(CaS);

Dezoxidarea prin difuziune: se bazeaza pe faptul ca O fiind solubil atat in otel cat si in zgura se repartizeaza intre acestea conform raportului de repartitie a O : L_o=(O)/[O]; sau L_FeO=(FeO)/[FeO]; care este ct. ptr o anumita t^°;

Deci la scaderea (O) pentru a se mentine L₀=constant la t^° data trebuie sa scada si [O];

Consumarea lui (O) se realizeaza printr-o zgura reducatoare;

Dezoxidarea prin difuziune se realizeaza in urm variante:

a) dezoxidarea zgurei: se micsoreaza continutul de FeO din zgura prin adaos de materiale reducatoare (cocs,ferosiliciu,aluminiu) avand loc reactiile:

(FeO)+C=[Fe]+; 2(FeO)+Si=2[Fe]+(SiO₂)

3(FeO)+2Al=3[Fe]+(Al₂O₃);

b) formarea unei zgure dezoxidante noi in cuptor dupa indepartarea zgurei oxidante(de afanare) in cazul in careaceasta nu contine elem. care recuperate;

c) folosirea zgurelor sintetice - cu FeO < 1% de obicei din sistemele Al₂O₃-CaO; CaO-Ti₂; Al₂O₃-TiO₂.

Otelul cu t^° ridicate este evacuate in oala de turnare peste o zgura sintetica.Zgura folosita trebuie sa fie fluida,marindu-se astfel suprafata de contact zgura-otel.In aceste conditii se micsoreaza distantele de difuzie ale oxigenului spre suprafata de contact dintre cele 2 faze ci creste viteza de reactie.Totodata aceste zgure asigura si conditii foarte bune si pentru desulfurare si defosforare avansate.

Dezoxidare in vid se aplica la elaborarea otelurilor de inalta puritate.Procesul are la baza reactia de autodezoxidare cu carbonul continut de otelul lichid: [C]+[O]= ;

K_c=P_co/[C][O] => [O]=P_co/ K_c [C];

In conditiile tratarii in vid a otelului P_co se micsoreaza permanent paraseste continutu sistemului astfel ca echilibru reactiei se depalaseaza puternic spre dreapta pana la atingerea unor continuturi f mici de C ci O in otel.

Procesul de dezoxidare in vid este in acelasi timp si un process de decarburare avansata a otelului. Se obtin continuturi de O de ordinul 10^-4 %;

ELABORAREA OTELURILOR IN CUPTOARE

ELECTRICE CU ARC CU CAPTUSEALA BAZICA

Avantajele cuptorului electric cu arc sunt:

-reglarea usoara a temperaturii si compozitiei chimice a otelului si zgurei;

-defosforarea,desulfurarea si dezoxidarea avansata a otelului;

-omogenitate si grad mare de puritate al otelului elaborate;

-posibilitate de ardere si recuperare a elementelor din incarcatura metalica:

-posibilitatea obtinerii otelurilor prin insuflarea oxigenului la afanare

Ajustarea (rapararea cuptorului):

Se executa imediat dupa evacuarea sarjei precedente cat cupturul este cald ,ptr sudarea materialelor utilizate ptr ajustare.

Materialele pt ajustare sunt magnezita sau dolomite granulara sau mortar din magnezita praf sau var cu silicat de sodiu;

Ajustarea se face in special in planul zgurei (partea cea mai uzata de actiunea erodanta a zgurei si de actiunea arcelor electrice) si pe partile inclinate ale vetrei. Materialele utilizate pt ajustare se sudeaza de vatra sau de peretii sub actiunea caldurii.

Incarcatura si incarcarea:

Se compune astfel incat la sfarsitul topirii baia metalica formata sa aiba un continut de C corespunzator calitatii otelului duratei si intensitatii procesului de fierbere (afanare).

Incarcatura se compune din: -fier vechi ;

-fonta;

-carburant:

Materilele trebuie sa aiba o anumita satre fizica (dimensiuni) si o anumita compozitie chimica;

Incarcatura se face manual (cuptoare cu capacitate mica) sau mecanizat cu bene (cosuri metalice la cuptoare cu capacitate mare);

Topirea incarcaturii: -reprezinta perioada cea mai lunga cu cu consumirile energetice cele mai mari (60 . 80% din totalul de energie necesare elaborarii unei sarje).Durata topirii variaja functie de: -conditiile de ajustare ale cuptorului;

-compozitia chimica a incarcaturii;

-gradul de pregatire al incarcaturii;

-compactitatea incarcaturii si ordinea de incarcare;

-utilizarea incarcaturii preincalzite;

-folosirea O ;

Preincalzirea incarcaturii se face cu arzatoare cu gaz metan in cosul de incarcare sau cuptor. Temperatura de preincalzire variaza intre 800 . 500^°C nu trebuie sa depaseasca 800^° C iar pe vatra s-a format o mica cantitate de baie metalica.El se rasufla cu ajutorul unei lanci (tevi) consumabile.

Metode de topire: In functie de calitatea fierului vechi si in functie de compozitia chimica a otelului ce trebuie elaborate metoda de topire poate fi:

-cu oxidare completa;

-cu oxidare partiala;

-fara oxidare;

a) Metoda de topire cu oxidare completa: se foloseste a.c fierul vechi este de calitate inferioara (ruginit,usor,cu continut mare de fosfor);

Oxigenul adus de fierul vechi (FeO din rugina ) si din atmosfera cuptorului este suficient pt a oxida complet ,pana la sfarsitul topirii Siliciul,vanadiul,titanul si aproximativ &%% din mangan.

Se introduce minereu de Fe ptr a oxida carbonul pana la 0,10%.Consumul de var este mare (6% din incarcatura) ptr a asigura defosforare avansata.Zgura bogata in (P₂O₅) de la sfarsitul topirii se indeparteaza din cuptor.

b) Metoda de topire cu oxidare partiala: este cea ami raspnadita deoarece se adapteaza usor posibilitatilor de aprovizionare cu materii prime.Cantitatea de minereu introdusa este de 1 . 2% iar cea de var 2 . 4%.Pentru fluidificarea zgurei se utilizeaza bauzita,florura de calciu.Oxigenul adus de incarcatura sic el primit din atmosfera cuptorului asigura oxidarea a 70 . 100% Si, 5O% Mn, 60% P, 20% C, 2% Fe.

c) Metoda de topire fara oxidare: Aceasta metoda se foloseste la elaborarea otelului inalt aliat din deseurile neoxidate care contin elemente de aliere care trebuie recuperate. Mn se incarca in minereu iar varul se incarca putin pe vatra (0,5 . 15%);

Topirea trebuie sa se faca repede si fierbinte evitandu-se patrunderea aerului in cuptor ptr a limita oxidarea zgura de la topire nu se indeparteaza din cuptor deoarece contine elemente de aliere care trebuie recuperate.

Afanare-fierberea ( decarburarea) Scopul principal este indepartarea gazelor (hidrogen si azot) si incluziunilor din baia de otel.

Afanarea are loc cu ajutorul minereurilor de fier sau a arsurii de fier sau prin insuflare de oxygen ethnic.Elementul principal care se oxideaza este carbonul:

[C]+[FeO]=[Fe]+;

In bulele de CO formate difuzeaza atomii de H si azot care se degaja din otel.In timpul deplasarii bulelor de CO ele antrebeaza si incluziunile nemetalice

Degajarea bulelor de CO produce agitarea baii metalice perioada cunoscuta ca "fierbere";

a)Afanare dupa metoda de topire cu oxidare completa: La aceasta metoda ,la sfarsitul topirii oxidarea elementelor este terminata urmand ca in perioada de afanare sa se corecteze doar temperatura baii metalice ci compozitia chimica a zgurei.Pentru aceasta se indeparteaza aproximativ o jumatate din zgura restul se colecteaza atunci cand B=3,2 . 3,4 si zgura destul de fluida;

Daca [C] la sfarsitul topirii <0,38 % este necesara o perioada de fierbere cu minereu -fierbere intensa- ptr indepartarea gazelor si incluziunilor nemetalice si o perioada de fierbere linistita.La sfarsit se indeparteaza zgura 60 . 70% si se formeaza o noua zgura ptr dezoxidare.

b)Afanarea dupa metoda de topire cu oxidare partiala: Daca continutul de C la sfarsitul topirii [C] _t este mai mare decat C necesar inceperii afanarii si daca t^° este ridicata (baii metalice) se poate incepe adaugarea de minereu inainte de treminarea topirii ,scurtandu-se astfel durata afanarii;

Daca T_{baii metalice} este scazuta nu se adauha minereu pana nu se ridica t^° deoarece fierberea este slaba la t^° scazute;

Daca [C]_t este cel necesar inceperii afanarii se indeparteaza aproximativ ½ din zgura iar daca prescriptiile de fosfor ptr otel sunt severe se indeparteaza aproximativ toata zgura si se formeaza o noua zgura din var si fluorura de calciu.Pe zgura nou formata se adauga minereu de fier pentru a activa defosforarea si a incepe fierberea active.In subperioada urmatoare nu se mai adauga minereu-fierbere linistita- ;

c)Afanare dupa metoda de topire fara oxidare: La aceasta metoda nu se face afanarea-fierberea cu minereu pentru a limita oxidarea elementelor iar zgura nu se indeparteaza din cuptor ptr a se recupera din ea elementele de ardere.Continutul de C al baii se corecteaza cu feroaliaje sau adios de fonta curate (daca este prea mic). Datorita lipsei perioadei de afanare nu se indeparteaza avansat gazelle si incluziunile.

Folosirea O la afanare: In mod obisnuit la fanare se foloseste minereu de Fe care are insa o serie de incoveniente: -viteza de decarburare relative mica (V_c=0,3 . 0,6% C/h) din aceasta duarata afanarii este mare;

-adaosul de minereu conduce la racirea baii metalice;

-nu este posibila obtinerea otelurilor moi si extramoi;la care este necesara oxidarea carbonului sub 0,02 . 0,03%

Aceste inconveniente sunt eliminate de utilizarea O insuflat la fanare in baia metalica prin tevi consumabile sau lanci racite cu apa;

Defosforarea otelului: -datorita conditiilor necesare desfasurarii ei incepe in perioada de tipore cand incepe sa se formeze zgura iar temperature este joasa (sub 1400^°C).Se ajuta defosforarea prin adoas de minereu de Fe si var pt a realiza o zgura oxidanta si bazica.

Este indicat sa se indeparteze zgura pentru ca odata cu ea sa se indeparteze si fosforul trecut din baia metalica in zgura.

Desulfurarea otelului: Scopul perioadei este micsorarea continutului de O ramas dizolvat in baia metalica dupa perioada de afanare si eliminarea compusilor de dezoxidant formati.aceasat se real. In 3 perioade distincte: predezoxidarea,dezoxidare si prin difuziune,dezoxidarea prin precipitare.

Predezoxidarea: In partea finala a perioadei de afanare se opreste oxidarea C prin adaugarea in bai metalica de feromangan (FeMn) care sa asigure % Mn in baia sub limita prescrisa limita inferioara din STAS.

Se indeparteaza cu 75% din zgura si se formeaza o noua zgura cu var si fluorura de Ca.Se completeaza predezoxidarea cu FeMn la limita medie prescrisa de otel ptr formarea produsilor de dezoxidare de tipul m MnO n FeO si apoi se adauga ferosiliciu (FeSi).Se creeaza astfel conditii bune ptr obtinerea produsilor de dezoxidare care se pot elimina usor din baia metalica;

Dezoxidare prin difuziune: Dupa predezoxidare se continua dezoxidarea prin difuziune.Zgura dezoxidata se obtine prin transformarea zgurei de la predezoxidare intr-o zgura noua.

-zgura noua formata dupa indepartarea partiala a zgurei de afanare;

-zgura oxidanta care contine elemente ce recuperate (Cr);

-zgura de topire bogata in elemente de ardere la metoda de topire fara oxidare;

Zgura dezoxidanta se formeaza prin adoas pe zgura de materiale reducatoare (c,Si,Al).Prin introducerea materiolelor reducatoarein zona arcelor electrice are loc rectia: (CaO)+3(C) ->(CaC₂)+

Fuctie de % CaC₂(carbura de calciu) din zgura formata dezoxidarea prin difuziune se face cu zgura alba sau cu zgura carbidica.

Dezoxidarea cu zgura alba: Pe zgura rezultata de la predezoxidarea se adauga un amestec de var cocs,florura de calciu in proportie de 5:3:1 .Adaugand acest amestec treptat ,zgura se deschide la culoare(cafenie>galbuie>alba) datorita reducerii oxizilor de Fe din ea.

Dup ace zgura a devenit alba se foloseste in continuare cu amestec var,ferosiliciu,fluorura de calciu.Dezoxidarea numai cu zgura alba se foloseste in cazul alaborarii cu continut scazut de carbon.

Dezoxidarea cu zgura carbidica: Pe zgura nou fermata (dupa indepartarea zgurei de la afanare) cu var si fluorura de calciu se adauga un amestec format din var ,cocs,fluorura(5:3:1) dar intr-o cantitate mai mare decat la zgura alba.

Se inchid usile cuptorului ptr a evita patrunderea aerului.reactia de formare a CsC₂ decurge mai intens formandu-se o cantitate mai mare de CaC₂;

Dupa aproximativ 25 minute se deschide usa cuptorului si se adauga in continuare pe zgura amestec carburant.

Zgura carbidica este mai puternic dezoxidanta decat zgura alba deoarece o cantitate mai mare de CaC₂ care conduce la reducerea avansata a oxizilor metalici.dar zgura carbidica conduce la carburarea baii metalice ceea ce limiteaza folosirea ei doar la otelurile cu continut ridicat de C.Zgura carbidica se separa greu de otel ea nu se recomanda otelurilor de inalta puritate.

Pentru a preintampina carburarea si impurificarea baii metalice inainte de evacuare zgura carbidica se transforma in zgura alba fenomen cunoscut sub denumirea de "spargerea zgurei".Pentru aceasta se deschide usa cuptorului sau se adauga arsura de Fe pe zgura pentru a distruge CaC₂.

Dezoxidarea cu zgura cu Siliciu si Aluminiu: Deoarece zgura cu CaC₂ si C carbureaza otelul la elaborarea otelurilor cu continut scazut de C dzoxidarea zgurei de la predezoxidare se face cu siliciu dau cu aluminiu granule.

Dezoxidarea prin precipitate:Durata dezoxidarii prin difuziune este mai mare sin u se poate realize o cdezoxidare avansata.Pentru completarea dezoxidarii se face si dezoxidarea prin precipitare.Aceasta se realizeaza atat in cuptor cat si in oala de tuenare .Se foosesc diferiti dezoxidanti Mn,Si,Al,Ca care se adauga in aceasta ordine adica a cresterii capacitatii lor de dezoxidare (afinitatii lor ptr O) pentru a determina produsi de dezoxidare cu capacitate mare de evacuare din otel in zgura.

Alierea otelurilor: -se face prin introducerea elem. in perioada elaborarii in ordinea determinate de afinitatea lor ptr O;

Grupa 1:Ni,Cu,Na,Ca. Elem. au afinitate mai mica ptr O decat Fe deci pot fi introduce in incarcatura sau imediat dupa topirea ei;

Grupa II: Mn,Cr,Si,W,V. Elemente care se oxideaza partial in functie de conditiile de elaborare.

Mn-in continuarea celui ptr dezoxidare;

Si- CaFeSi inaintea evacuarii;

Cr- CaFeCr in a doua parte a dezoxidarii prin difuzie

W- CaFeW dupa FeMn;

V- sub forma de FeV impachetat in cutii din tabla inaintea evacuarii sau in oala.

Grupa III: Ti,Al,Ca,Zr,Mg. Elemente cu afinitate mai mare ptr O

Feroaliajele ce contin astfel de elemente se introduce imediat inaintea evacuarii otelului sau chiar in oala in timpul umplerii ei;

TEHNOLOGIA ELABORARII OTELULUI IN CUPTOARE ELECTRICE

CU ARC CU CAPTUSEALA ACIDA

Avantaje: -captuseala este mai ieftina;

-durabilitatea zidariei mai mare;

-consum energie electric ape tona de otel este mai mic

-durata elaborarii este mai mica;

-datorita rezistentei electrice mai mare a zgurei otelul elaborate in cuptorul acid este mai

fierbinte decat la cuptorul basic

Dezavantaje: -incarcatura trebuie sa fie curate in P si S deoarece nu se poate face defosforarea si

desulfurarea;

-elaborare necesita atentie mai mare ;

Ajustarea: -se face imediat dupa indepartarea sarjei precedente din cuptor cuartita sau nisip de rau avand ca liant argila (4%) sau bentonita(12 . 15%).Amestecul preparat este umezit cu silicat de sodiu (3 . 5%) dizolvat in apa calda (1:1);

Dupa depunerea stratului de ~50 mm pe vatra se coboara electrozii inrositi ptr sudarea materialelor de reparatie.

Incarcatura si incarcarea: se compune din fier vechi nemarginit iar ptr carburare cocs sau fonta.

Incarcatura trebuie sa contina S si P sub cel prescris de otel ptr ca nu se pot realize conditii ptr desfasurarea defosforarii(zgura oxidanta si bazica) si desulfurarii(zgura bazica) intrucat atat FeO cat si CaO oxizi bazici pot interactiona ca SiO₂ oxid acid din captuseala erodand-o.

Topirea: trebuie sa dureze cat mai putin ptr a frana desfasurarea proceselor de oxidare care conduc la formarea FeO si MnO care ar putea ataca vatra.Daca la topire nu s-a format zgura suficienta se adauga ptr acoperirea baii metalice nisip si minereu sau zgura veche.Zgura reprezinta o topitura de silicate de Fe si Mn din sistemul SiO₂-FeO-MnO;

Zgura este fluida si acida nesaturata in SiO₂

Afanarea: zgura are putere mica de oxidare ,FeO liber in zgura este mic (cea mai mare parte a FeO este legat de SiO₂ in silicate).Oxidarea C decurge mai lentAvem 2 subperioade:

-subperioada de fierbere activa(cu minereu): - in care se introduce minereu ptr intensificare decarburarii.Ea dureaza 20 . 30 minute.Minereul poate fi inlocuit cu O care se sulfa direct in baia metalica.

-subperioada de fierbere linistita(fara minereu: aici nu se mai adauga minereu de Fe,viteza de decarburare scade continu

Scaderea continutului de (FeO) poate fi urmarita pe baza modificarii culorii zgurei:

De la negru -> cafeniu pentru (FeO) > 25%;

De la cafeniu inchis pentru (FeO)=25-22% la Cafeniu deschis ptr (FeO)=22-20% la

Cafeniu deschis-galbui ptr (FeO) =20 . 17% la galbui-verde pentru (FeO) <17 %;

In acelasi timp cu scaderea (FeO) are loc regenerarea Siliciului(trecerea lui din zgura in otel) prin reactiile cu carbonul si apoi cu Fe:

(SiO₂)+2[C]=[Si]+2;

(SiO₂)+2[Fe]=[Si]+2(FeO);

Proces endoterm ce are loc la T ridicate;

In functie de cum are loc afanarea linistita procesul are 2 variante:

-cu regenerare completa: in care caz nu se limiteaza reactia de regenerare (process pasiv);

-cu regenerare partiala: in care caz se limiteaza procesul de regenerare a siliciului ( procedeu active);

Dezoxidare si alierea: nu se practica dezoxidarea prin difuzie.Dezoxidarea prin precipitare se face diferit.Astfel la varianta cu regenerarea partiala a siliciului se adauga FeMn sau SiMn in cuptor si FeSi ptr continutul prescris de otel.La varianta cu regenerare completa a siliciului se corecteaza continutul de C cu adios de fonta curate (cu putin P si S) sau cu sparturi de electrozi dupa care se adauga FeSi pentru continutul prescris de otel.

Dupa dezoxidare si corectarea temperaturii se face alierea otelului.Alierea se face dupa aceleasi regului ca si eleborarea otelului in cuptoare bazice.