Procedee de elaborare a oțelurilor

-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]={CO} sau [C]+[FeO]=[Fe]+{CO}

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

(Fe2+)+(O2-)→[Fe]+[O]

[C]+[O]→[CO]

[CO]→{CO}

(FeO)+[C]=[Fe]+{CO}

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)

KSi=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 aSiO2;

-in procedeele bazice cand B=CaO/SiO2 este mare se formeaza (CaO)2SiO2 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 Ttopire creste cu cresterea concentratiei de MnO din ele.De asemenea se formeaza oxid pur MnO cu Ttop ridicata (este solid Ttop=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 OMnO 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),MnOliber 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]+{CO};

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: KMn=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.