vÝroba slitin Železa
DESCRIPTION
VÝROBA SLITIN ŽELEZA. HISTORIE. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/1.jpg)
VÝROBA SLITIN ŽELEZA
![Page 2: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/2.jpg)
HISTORIE
• Vznik umění vyrábět železo z rudy souvisí s praktikami metalurgie mědi a olova v Anatolii, v severní Sýrii a snad i v části Iránu. - Od té doby je nutno počítat s tím, že malá množství tohoto tehdy vzácného kovu, vyhrazeného nejvyšším společenským vrstvám, nebo jen panovníkům a jejich dvorům, se mohla dostat mimo uvedenou oblast, nejspíše jako dary.
![Page 3: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/3.jpg)
• První nález železného předmětu v našem regionu na území Slovenska se datuje do 15. století př.n.l., tedy do sklonku doby bronzové. Byla jím rukojeť dýky. První nález v Čechách se datuje do 12. století př.n.l. Kolem poloviny posledního tisíciletí př.n.l. se objevuje velmi primitivní výroba železa v nejstarším výrobním zařízení - prosté otevřené výhni s dmychadlem. Kousky železa získané redukcí z rudy se kovářsky zpracovávaly. V období Velkomoravské říše, tj. kolem 9.století našeho letopočtu se již vyráběly nástroje k obrábění dřeva, motyky, rýče, kosáky, srpy, radlice- celkově se již vyrábělo kolem 100 železných výrobků.
![Page 4: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/4.jpg)
• V 10. až 13. století se začal realizovat proces lokalizace výroby železa k surovinové základně. Hutnictví bylo klíčovou složkou v soustavě raně středověké řemeslné výroby a v této době již na něm začal záviset pokrok v mnoha oblastech hospodářství. Ve 13. až 16. století v Čechách existovalo na 250 železných hutí.
![Page 5: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/5.jpg)
• V 1.polovině 19. století se rozvíjejí válcovny. Kujné železo- částečně i předchůdce dnešní oceli- se vyrábělo zkujňováním ve výhni a to se pak zpracovávalo v dílnách zvaných hamry. Nejrozšířenější byly tyčové hamry.
![Page 6: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/6.jpg)
• Pudlovací proces však již uměl vyrobit i tzv. tvrdé železo, t.j. ocel. Kelímkový proces uměl zase zvládnout roztavení oceli jen pro vyšší obsahy uhlíku, které mají nižší teplotu tavení. V r. 1855 byl přihlášen patent na zkujňování surového železa v konvertoru. Tento pochod nazývaný Bessemerův byl podstatně produktivnější než ostatní a probíhal v tzv. konvertoru a byl založen na dmýchání vzduchu do lázně kovu. V r. 1860 vyrábělo tímto pochodem na světě již 40 podniků. Když v r. 1856 byl patentován Siemensem regenerativní způsob topení, byl to již jen krůček k tomu, aby ve Francii byla v r. 1864 postavena první 2 tunová nístějová pec v kombinaci se Siemensovými regenerátory vzduchu. Proces nazvaný Siemens-Martin dokázal již také roztavit odpad a cesta k velkovýrobě oceli byla otevřena. V r. 1864 byl zaveden tzv. Thomasův pochod výroby oceli vhodný pro zkujňování železa s vyšším obsahem fosforu. Tyto pochody byly nazvány na rozdíl od pochodů ve výhni, jejichž produktem byla svářková ocel, pochody plávkovými.
![Page 7: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/7.jpg)
• Parní válcovna• Tříválcová stolice
• Hutnictví železa zaměstnávalo v té době téměř 170 tis. lidí a v rekordním roce výroby 1988 vyrobilo 15.8 mil. t oceli. V důsledku investování do nárůstu kapacit výroby a objemu výroby nezbývaly prostředky na modernizaci výrobních zařízení a na restrukturalizaci technologií i výrobkového sortimentu. V důsledku toho technická a ekonomická úroveň celku zaostávala.
![Page 8: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/10.jpg)
Možnost recyklace
• Zatímco ocel je v současné době recyklována z 55%, u skla je tento podíl 45%, u papíru 35%, v případě hliníku jen pouhých 27% a umělých hmot se recykluje jen 10%. Budoucí možnosti dalšího nárůstu recyklace oceli jsou nesporné a dominantní
![Page 11: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/11.jpg)
Výroba slitin železa• Principem výroby slitin železa je redukce oxidů železa obsažených v
železných rudách.
Výroba železa
Nepřímou výrobu železa z rud
Přímou výrobu železa z rud
Produktem redukčních procesů je surové železo, které je dále zpracováváno v ocelárnách nebo slévárnách
Produktem je nauhličené železo ve formě železné houby nebo pelet.
Produkty přímé redukce se používají jako vsázka do ocelářských pecí, nebo slouží k výrobě železného prášku dále zpracovávaného v práškové metalurgii.
![Page 12: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/12.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 13: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/13.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 14: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/14.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 15: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/15.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 16: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/16.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 17: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/17.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 18: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/18.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 19: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/19.jpg)
Suroviny pro výrobu slitin železaKovonosné surovinyKovonosné suroviny
Bezvodé oxidy
Hydratované oxidy
uhličitany
křemičitany
Hematit (krevel, Fe2O3) obsahuje cca 60 % železa
Magnetit (magnetovec, Fe3O4) obsahuje asi 68 % železa
Limonity (hnědele, Fe2O3 . nH2O)
Siderit (ocelek, FeCO3) obsahuje pouze 25 až 40 % železa
chamozit
![Page 20: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/20.jpg)
• Slitiny železa se vyrábějí především z oxidických rud, a to nejvíce z hematitových rud
• Manganové rudy se používají spolu s železnými rudami jako vsázka do vysoké pece – výsledkem redukce manganových a železných rud ve vysoké peci je feromangan.
Palivo a struskotvorné přísady• Palivem a zároveň redukčním činidlem ve vysokých pecích je metalurgický
koks, který obsahuje 83 až 91 % uhlíku a 6 až 12 % popela.
• Většina rud má kyselý charakter a proto jsou struskotvorné přísady zásadité. Hlavní struskotvornou přísadou je vápenec (CaCO3), dále se používá dolomitický vápenec CaMg (CO3)2 nebo dolomit.
![Page 21: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/21.jpg)
Výroba surového železa
Výroba ve vysoké peci• Šachtová pec s plynulým zavážením
vsázky (rud, paliva a struskotvorných přísad)
• Palivo se spaluje proudem vzduchu předehřátého na 1000 až 1300 °C a je vháněno do pece výfučnami
• V oblasti výfučen vzniká redukční plyn o teplotě 1800 až 2100 °C (CO a H2)
• Vyredukované železo je nauhličováno koksem a shromažďuje se v nístěji pece
• Nad hladinou surového železa se shromažďuje struska
• Surové železo i struska se pravidelně vypouštějí
nístěj
sedlo
rozpor
šachta
sazebna
![Page 22: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/22.jpg)
• Vysokou pec lze rozdělit na 6 teplotních zón :
• Kychta: V kychtě vysoké pece dochází k zavážení vsázky a odvádění vysokopecního plynu
• Šachta: V šachtě předává horký vysokopecní plyn své teplo pevné vsázce. Teplota vsázky vzrůstá proti teplotě okolí na cca 950 °C a oxidy železa se v této zóně částečně redukují.
• Rozpor vysoké pece: Rozpor připojuje šachtu k sedlu vysoké pece. V této části roste teplota dále z 950 °C asi na 1250 °C. Nastává další redukce oxidů železa a začíná reakce s koksem.
• Sedlo: Reakce koksu pokračují v zóně sedla. Tvoří se tavenina železa a strusky. nístěj
sedlo
rozpor
šachta
sazebna
![Page 23: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/23.jpg)
• Výfučny: V této zóně se do pece zavádí proud horkého vzduchu pomocí řady výfučen (mezi 16 - 42). Výfučny jsou umístěny okolo horního obvodu nístěje a jsou propojeny velkou rourou (okružní větrovod) obtočenou okolo pece ve výšce sedla. Teplota tady může přestoupit 2000° C a oxidy se zcela zredukují.
• Nístěj: Nístěj shromažďuje tekuté surové železo a strusku. Okolo nístěje jsou umístěny jeden až čtyři odpichové otvory, při čemž je jeden nebo dva v kteroukoliv dobu v provozu.
Šachta, rozpor, sedlo a pás výfučen mají typické chlazení vodou, nístěj se chladí vodou, olejem nebo vzduchem. Pec je vyzděna žáruvzdorným materiálem (nístěj mívá tloušťku přinejmenším až 1,5 m)
nístěj
sedlo
rozpor
šachta
sazebna
![Page 24: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/24.jpg)
VP č. 4 VP č. 6
rok poslední gen. opravy
2005 1999
užitečný objem 1373 m3
průměr nístěje 8,2 m
způsob zavážení skipový výtah a bezzvonová sazebna
tlak na sazebně 1,5 bar
dmýchaný vítr 150 tis. m3/hod.
teplota větru 1150 °C
počet výfučen 20
počet odpichových otvorů
1
výrobní kapacita 1 050 kt/rok 1 050 kt/rok
![Page 25: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/25.jpg)
Základní reakce probíhající ve vysoké peci
• V oblastech výfučen probíhají reakce spalování koksu kyslíkem
kJHCOOCkoksu 5,393029822
kJHCOOCkoksu 5,1102 0298222
1 kJHCOCOCkoksu 5,1722 0
2982
FeFeOOFeOFe 4332
V oblasti vdálenějších od výfučen při nedostatku kyslíku:
Termická disociace oxidů:
![Page 26: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/26.jpg)
Redukce oxidů:
232 323 COFeCOOFe
Rozpuštění uhlíku a jiných prvků v železe:Rozpuštění uhlíku a jiných prvků v železe:Vyredukovaná železná houba rozpouští v sobě uhlík, ale k Vyredukovaná železná houba rozpouští v sobě uhlík, ale k intenzivnímu nauhličování dochází až po jeho úplném roztavení přímou intenzivnímu nauhličování dochází až po jeho úplném roztavení přímou reakcí s uhlíkem koksureakcí s uhlíkem koksu
![Page 27: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/27.jpg)
Výroba oceli
• Základní surovinou pro výrobu oceli je vedle surového železa ocelový odpad
• Kyslíkový konvertor
• Elektrická oblouková pec
• Ocelářské pochody jsou založeny na snižování prvků, jejichž koncentrace je vyšší, než se požaduje nebo naopak na zvyšování prvků, jejichž koncentrace v oceli je nižší, než se požaduje
• K tvorbě strusky se používá vápno nebo vápenec a tavidla
![Page 28: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/28.jpg)
Postupy snižování koncentrace prvků v oceli:
• Oxidace prvků na plynné oxidy
• Oxidace prvků na oxidy v oceli nerozpustné a jejich absorpce ve strusce
• Rozdělení prvků mezi kov a strusku
• Snížení parciálního tlaku prvku v plynné fázi a jeho převedení do plynné fáze
Postupy zvyšování koncentrace prvků v oceli:
• Legování
• Dezoxidace
• Modifikace
![Page 29: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/29.jpg)
Oxidace
• Kyslík se přivádí ve formě oxidů (rud) nebo dmýcháním plyným kyslíkem
• Oxidace uhlíku (uhlíkový var) má důležitý význam při výrobě oceli – bubliny oxidu promíchávají lázeň
Snížení koncentrace prvků v oceli snížením parciálního tlaku v atmosféře
• Dmýcháním inertního plynu nad taveninu
• Snižování obsahu vodíku a dusíku
![Page 30: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/30.jpg)
Dezoxidace
• Snižování obsahu kyslíku v oceli
• Přidávání prvků se silnou afinitou ke kyslíku
• Nejčastěji – hliník, křemík……titan
• Vznik oxidů pevných nebo kapalných, které vyplouvají do strusky
Modifikace oceliModifikace oceli
Ovlivnění skupenství nebo chemického složení vměstkůOvlivnění skupenství nebo chemického složení vměstkůvápníkvápník
Legování oceliLegování oceli
Prvky s nižší afinitou ke kyslíku než železo (Ni, Cu, Mo, W) je vhodné Prvky s nižší afinitou ke kyslíku než železo (Ni, Cu, Mo, W) je vhodné přidávat před oxidacípřidávat před oxidacíPrvky s vyšší afinitou ke kyslíku (Mn, Cr, V, Si, Al, Nb, Ti) se přidávají Prvky s vyšší afinitou ke kyslíku (Mn, Cr, V, Si, Al, Nb, Ti) se přidávají do dezoxidované oceli, aby se snížil jejich propaldo dezoxidované oceli, aby se snížil jejich propal
![Page 31: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/31.jpg)
Výroba oceli v kyslíkovém konvertoru
• Cílem kyslíkové výroby oceli je spálení (tj. oxidace) nežádoucích nečistot obsažených v kovové vsázce. Hlavními prvky, které tudíž přecházejí na oxidy jsou uhlík, křemík, mangan, fosfor a síra.
Výroba oceli kyslíkovým pochodem je diskontinuální proces, který zahrnuje následující kroky :
• přepravu a skladování taveniny horkého kovu• předúpravu taveniny horkého kovu (odsiřování)• oxidaci v kyslíkovém konvertoru (oduhličení a oxidaci nečistot)• úpravu sekundární metalurgií• odlévání (kontinuální a/nebo do ingotů)
![Page 32: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/32.jpg)
Výroba oceli v elektrických obloukových pecích
• Hlavní vsázkou do elektrické obloukové pece je železný šrot, který může tvořit šrot z vlastních z oceláren (např. odřezky), odstřižky ze zpracování ocelových výrobků (např. součástí vozidel) a městský nebo spotřebitelský šrot (např. výrobky po uplynutí doby životnosti).
• Zdrojem tepla jsou elektrické oblouky hořící mezi vsázkou a grafitovými elekrodami
![Page 33: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/33.jpg)
Mimopecní zpracování oceli
• Pracují za atmosférického nebo sníženého tlaku
• S příhřevem či bez příhřevu
![Page 34: VÝROBA SLITIN ŽELEZA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081416/568153c0550346895dc1bdcc/html5/thumbnails/34.jpg)
Odlévání oceli
• Dominantní jevy ovlivňující vlastnosti oceli při odlévání a tuhnutí jsou sekundární oxidace a segregace oceli
• Malá část oceli se odlévá ve slévárnách do pískových forem
• Odlévání oceli do kokil – ingoty – další zpracování (válcování, kování)
• Plynulé odlévání – odlévání oceli do krystalizátoru (měděný) – tuhnoucí kov je vytahován…..