bereiding van staal van ijzererts tot ruwijzer...– siemens-martin – elektroprocessen...

Bereiding van staal

Staal…

Departement TG Geel - Paul Janssen1

Bereiding van staal

Geschiedenis…

– Ijzertijd (prehistorie) ijzer maken door verhitting van ijzererts en houtskool => veel insluitsels en verontreiniging => zwakke fysische eigenschappen

– 18de eeuw: door lucht inblazen hoge zuiverheid van staal (Fe+C) => aanvang van de industriële revolutie


Bereiding van staal

Enkele definities…

– Ijzer: zuiver element Fe; wordt in techniek niet gebruikt

– Ruwijzer: komt uit de hoogoven als product (4… 5 % koolstof)

– Gietijzer: ijzer-koolstoflegering met meer dan 2 % koolstof

– Staal: ijzer-koolstof legering tot max. 2 % koolstof

Staal = verzamelnaam meer dan 1000 varianten


Van ijzererts tot ruwijzer

Ijzererts

Ertsen met:

- hoog ijzergehalte Economisch om te - laag zwavel- en fosforgehalte zetten tot ruwijzer

Soorten:

RoodijzersteenMagneetijzersteenBruinijzersteenSpaatijzersteen

Waarde van het ijzererts:

% Fe (+30%)% P, S zo laag mogelijkaard van onzuiverheden




USA - Oekraïne

Zweden

Oostenrijk

Noord Spanje - Frankrijk

Bedoeling is om enkel Fe over te houden

Zuurstof verwijderen van de ijzeroxyde = REDUCIE


Ingangsproduct hoogoven - Ijzererts

Wassen - ontdoen van zand, klei,…

Breken/sinteren - op gelijke grootte brengen van erts

Pelleteren - persen van poederdeeltjes

Sorteren - ijzerhoudend / niet ijzerhoudend

Roosteren - m.b.v. warme lucht

Water verdamptS en P vergastErts wordt poreus



Ingangsproduct hoogoven - Cokes

Cokes = steenkool in oven verwarmen en plots afkoelen

Cokes worden gebruikt als brandstof

Economischer = tot 90% C

Minder gewelven aan ovenwand

Hard (niet vergruizen in de oven)

Ingangsproduct hoogoven - Lucht

Verwarmde lucht van minimum 1000°C die via de blaasmonden in de hoogoven geblazen wordt.



Ingangsproduct hoogoven - Toeslag

– Minerale stoffen zoals kalk, dolomiet, silicaten en klei

– Doet onzuiverheden samensmelten

– Slak is 3x lichter dan ijzer => drijft boven

– Moet voldoende vloeibaar blijven => aftappen

Dolomiet of magnesiumkalk



9

Ingangsproducten

HOOGOVEN

Figuur uit “Metaalkunde voor Technici” – Kenneth G. Budinski (Academic Service)

Uitgangsproducten


10

Staal en gietijzer

Figuur uit “Metaalkunde voor Technici” – Kenneth G. Budinski (Academic Service)



Reductie van ijzeroxide:FeO + C => Fe + CO


Departement TW Geel - LM 12

Schacht

Rust

Haard

+/-

30

m

+/-

20

m

+/- 9 m

+/- 7 m

2900 ton erts

1100 ton cokes

800 ton toeslag

1500 ton ruwijzer/dag

1000 ton slak

100 ton stof (cokes+ijzeroxide)

stofvangers

Metselwerk

(vervangbaar) +staalbanden

Waterkoeling om

levensduur te

vergroten




De hoogoven wordt om de 4 á 6 h afgetapt…



Voornaamste chemische reacties in de hoogoven

De toegevoerde (voorverwarmde) lucht verbrandt de cokes volgens de reactie:

C (cokes) + O2 (lucht) → CO2 (koolstofdioxide) CO2 + C (overmaat aan cokes) → 2 CO (koolstofmonoxide)

= vorming van reducerende gas

CO is m.a.w. onstabiel en wil een O-molecule opnemen

Fe2O3 (erts) + 3C (cokes) → 2Fe + 3CO �Fe2O3 (erts) + 3CO → 2Fe + 2CO2 �

Reductie van ijzererts om Fe te bekomen




Energie-recuperatie van gassen

Ruwijzer in de menger

Afgetapte slakken

Van ruwijzer tot staal

Ruwijzer - eigenschappen

Ruwijzer is niet bruikbaar als constructiemateriaal

Fysische eigenschappen zijn onvoldoende !

Het teveel aan bijmengselen moet worden verwijderd.

Hoe? Convertorprocessen of (haard)ovenprocessen



Vooral C verwijderen, want een hoger %C doet…

– Treksterkte – hardheid – elasticiteit => verhogen

– Taaiheid – smeedbaarheid – verspaanbaarheid –smelttemperatuur – lasbaarheid => verminderen

Departement TW Geel - Paul Janssen 18

%C

2 %

Staal Gietijzer

0,1% tot 0,3% =

constructiestaal

0,3% tot 0,6 %=

machinestaal

0,6% tot 1,5% =

gereedschapstaalniet te buigen of te smeden


Convertorprocessen (zuurstof inblazen => oxideren)

– Bessemer en Thomas proces

=> vrijwel niet meer gebruikt

LD (zuurstofblazen)

=> belangrijkste proces = oxystaal

(Haard)ovenprocessen

– Siemens-Martin

– Elektroprocessen (vlamboogoven) - Inductieoven



Bessemerproces (1855)

Inblazen van lucht (gedurende 0.5h)

Oxidatieproces => %C neemt afDepartement TG Geel - Paul Janssen

20


LD- proces (1952)

Linz-Dowanitz proces

Zuurstofblazen met lans

90% van het huidige staal

OXYSTAAL



Het Siemens-Martinproces (Siemens-Martinoven)

Relatief traag proces

Mogelijkheid tot

schrootrecuperatie

Gasvormige brandstof



Vlamboogoven (héroultoven)

Invoer van schroot mogelijk

Elektrische energie via beweegbare elektrode

Zeer hoge temp (3500°C)

Zeer zuiver staal - geen verbrandings(g)assen

Duur

Vooral RVS en hooggelegeerd gereedschapstaal


Van staal tot eindproduct

Verwerking tot ingots

Eenmaal het staal kwalitatief in orde is

wordt het verder tot een eindproduct gevormd

Gieten in blokvormen (coquilles)

– blokvorm = ingots

– blokvormen worden opgewarmd in putoven

Tijdelijke stockage


Van staal tot eindproduct

Continu-gieten

Minder materiaalverliezen

Homogene gietstructuur

Minder walsen nodig

Volledige automatisering


Walsen van staal

Walsen

= tussen rollen doorvoeren met afname van afstand

Warmwalsen

– in warme toestand => sterkte en rek wordt verhoogd

Koudwalsen

– in koude toestand

– mooier oppervlak en nauwkeuriger maten

– staal wordt harder maar brosser => uitgloeien


Gietijzer

Gietijzer

Koolstofgehalte > 1.7 %

Bereid door een 2de smelting in een aparte oven

Goede drukvastheid en groot vermogen om trillingen op te vangen


bereiding van staal van ijzererts tot ruwijzer...– siemens-martin – elektroprocessen...

Documents