Elaborarea otelului

7/28/2019 Elaborarea otelului

1/260

VASILE COJOCARU-FILIPIUCDr.ing., prof.univ.

OBINEREA OELULUI

I

ASPECTE STRUCTURALE

ALE

ALIAJELOR FEROASE


2/260

Editura "Samia"Str. Cuza Vod, nr. 17, 700040 Iai / Romnia

Tel.: 0232-26.23.00; 21.03.49

Tiprit:S.C. Print Color SRL

Str. Cuza Vod, nr. 17, 700040 Iai / RomniaTel.: 0232-26.23.00; 21.03.49

Autor:VASILE COJOCARU-FILIPIUCDr.ing., prof.univ.

Referent tiinific:Gelu BarbuDr.ing., prof.univ.

Coperta:VASILE COJOCARU-FILIPIUCDr.ing., prof.univ.

Procesare figuri:VASILE COJOCARU-FILIPIUC, Dr.ing., prof.univ.Camelia-Lena Aioanei

Tehnoredactare:Camelia-Lena Aioanei

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a RomnieiVasile Cojocaru Filipiuc

Fonte: obinerea oelului i aspecte structurale ale aliajelorferoase /Dr. ing. prof. univ. Vasile Cojocaru-Filipiuc. Iai :

Samia, 2005p. 190 cm. 17/24

Bibliogr. 11ISBN: 973-86865-1-2CIP nr. 7123 / 10.06.2005

669.14669.15


3/260

VASILE COJOCARU-FILIPIUC

Dr.ing., prof.univ.

OBINEREA OELULUII

ASPECTE STRUCTURALEALE

ALIAJELOR FEROASE


4/260


5/260

Prefa

Obinerea oelului i aspecte structurale ale aliajelor feroase reprezint

un manual destinat cu predilecie studenilor de la specializrile {tiina

Materialelor, Ingineria Materialelori Ingineria Procesrii Materialelor.Manualul conine aspecte teoretice i practice n legtur cu elaborarea

oelului n cuptoare electrice (cu arc i cu inducie), cptuite acid i bazic,

modelarea insuflrii oxigenului n oelul lichid, implicarea maselotelor asupra

integritii pieselor, corectarea prin tratament termic a structurilor metalografice

ale pieselor brut turnate precum i cteva consideraii privind structurametalografic a pieselor din font utilizarea scrilor etalon, corectarea prin

tratament termic, inocularea i influena asupra caracteristicilor.Manualul se contureaz pe lucrri cu potenial de realizare din punct de

vedere didactic.

Aspectele teoretico-practice fac din acest manual i un ndrumartehnologic pentru cadrele de specialitate care lucreaz n industrie.


6/260


7/260

Cuprins

Pag.

O1. Elaborarea oelului n cuptoare electrice cu nclzire prinarc electric, cptuite bazic .. 7

O2. Elaborarea oelului n cuptoare electrice cu nclzire prinarc electric, cptuite acid

61

O3. Elaborarea oelului n cuptoare electrice cu nclzire prin

inducie fr miez ...................73

O4. Influena structurii oelurilor nealiate, turnate sub form

de piese, asupra caracteristicilor mecanice de rezisten

ale acestora ..

80

O5. Modelarea insuflrii cu oxigen n oelul lichid ...... 109

O7. Influena maselotrii, asupra gradului de compactitate al

pieselor de oel ....................................................................125

O11. Corectarea prin tratament termofizic de recoacere astructurii metalografice a oelurilor brut turnate nealiate .. 143

F9. Influena structurii fontelor nealiate asupra caracteristicilor

acestora ..161

F16. Caracterizarea fontelor utiliznd structuri i scri etalonstandardizate........................................................................

180

F20. Corectarea prin tratament termic a structurii metalografice

a fontei cu grafit nodular .. 211F22. Inocularea fontelor . 229C1. Msuri de asigurare a securitii muncii

246


8/260

Elaborarea oelului n cuptoare electrice cu nclzire prin arc electric,cptuite bazic

7

O1. Elaborarea oelului n cuptoare electrice cu nclzireprin arc electric, cptuite bazic

1. Scopul lucrriiPrezentarea ordonat a etapelor din fluxul tehnologic de

elaborare a unui oel, mpreun cu particularitile procedeului bazic

de elaborare. Aceast lucrare prezint doar latura tehnologic aelaborrii oelului, adic nu i procesele chimice care nsoescprocesarea ncrcturii metalice.

2. Consideraii generaleAceast lucrare prezint elaborarea oelului prin procesarea

unei ncrcturi metalice solide.Cuptorul cu arc electric ce se utilizeaz pentru elaborarea

oelului este acelai, ca principii constructive, cu cel utilizat laelaborarea fontei. Deosebirile mai importante se refer la capacitateanominal ce, n cazul elaborrii oelului, poate ajunge la valori

cuprinse n intervalul 200 300 t, [1].Fluxul tehnologic de elaborare a unui oel, la modul cel mai

general, conine urmtoarele etape:1. Pregtirea ncrcturii2. Ajustarea3. ncrcarea4. Topirea5. Fierberea (afinarea)6. Dezoxidarea7. Alierea8. Evacuarea9. Tratarea oelului n afara agregatului de elaborare

10. Turnarea11. Tratamentul termic primar al pieselor brut turnate.Fluxul tehnologic prezentat anterior ia n consideraie nite

etape distincte, etape care, ns, pot conine tratamente metalurgice ce


9/260


8

se aplic de-a lungul mai multor etape i etape care pot lipsi. Astfel,dac etape precum pregtirea ncrcturii i a agregatului deelaborare, ncrcarea, topirea, evacuarea, turnarea i tratamentultermic primar al pieselor brut turnate se ntlnesc n mod obligatoriu,celelalte etape se ntlnesc, dup caz, n funcie de natura agregatuluide elaborare, tipul de elaborare abordat, calitatea oelului propus a fielaborat etc.

Exist trei categorii de elaborare a oelului, dictate, n special,de particularitile etapei de topire, acestea fiind urmtoarele: cuoxidare total, cu oxidare pariali fr oxidare.

2.1. Elaborarea cu oxidare total

Atmosfera cuptorului, n timpul topirii, are, relativ,urmtoarea compoziie chimic: 55% N2, 34% CO, 6% O2, 3% CO2i2% H2.

Elaborarea cu oxidare total se indic n cazul n care fierulvechi este ruginit, bucile de fier vechi au dimensiuni mici (uoare) iconinutul de fosfor din ncrctura metalic este mare (maximum

0,08%).ncrctura metalic nu conine deeuri proprii de oel aliat.ncrctura conine i minereu de fier, n cantitate calculat, n

aa fel nct, la finalul topirii, coninutul de carbon s fie de maximum0,1% (minereul de fier se poate nlocui i cu arsur de fier,denumire consacrat pentru oxizii de fier rezultai din oxidareasuperficial a lingourilor sau a altor tipuri de semifabricate n timpulnclzirii cu scopul efecturii unor tratamente metalurgice cum ar filaminarea, forjarea, tratamentul termic etc. Arsura de fier are aspect defoie subiri, sfrmicioase, alctuite din Fe2O3 n exterior, Fe3O4 lamijloc i FeO la fostul contact cu suprafaa neoxidat, maidenumindu-se under, [2].

Oxigenul din atmosfera cuptorului, dari bioxidul de carbon,i din agentul oxidant introdus o dat cu ncrctura, n timpul etapeide topire, oxideaz complet siliciul din ncrctura metalic, oxideazmaximum 75% din catitatea de mangan din ncrctur, oxideaz


10/260


9

fosforul pn la 0,01%, oxideaz carbonul relativ puin 5 10% i nu oxideaz sulful.

Coninutul foarte mic de carbon de la finalul etapei de topirearat c fierberea oelului nu are loc doar ca etap distinct n fluxultehnologic, ci se desfoari n timpul topirii fierberea reprezint,succint, oxidarea carbonului cu formare de CO, bulele de CO rezultateevacundu-se din baia metalic, prsirea bii metalice de ctre

respectivele bule justificnd denumirea de fierbere.n timpul topirii i o dat cu ncrctura se introduce n cuptorpn la 6% var, n reprize, aa cum se va arta ulterior i, deasemenea, minereu de fier ce s asigure scderea coninutului decarbon sub 0,1%.

2.2. Elaborarea cu oxidare parial

Elaborarea cu oxidare parial se indic n cazul n carencrctura metalic nu este ruginit n mod avansat i conine sau nudeeuri de oel aliat, [3].

Oxigenul din atmosfera cuptorului i cel introdus de

ncrctur oxideaz siliciul din ncrctur, n timpul topirii, nproporie de 70 100%, manganul n proporie de maximum 50%,fosforul n proporie de maximum 60%, fierul n proporie demaximum 2%, carbonul n proporie de maximum 20%, vanadiul ititanul, n totalitate, wolframul i cromul, parial etc., [4] .

Dac se cere o defosforare mai avansat ncrctura trebuie sconin var n cantitate de 3 4% i minereu de fier n cantitate de 1 2%, astfel, n timpul topirii, coninutul de fosfor scznd pn lamaximum 0,02%, siliciul oxidndu-se n totalitate, Mn, Cr i Woxidndu-se dou treimi etc.

Fluidificarea zgurii se realizeaz cu circa 0,5% sprturi decrmizi acide n combinaie sau nu cu bauxiti fluorin.

Elaborarea cu oxidare parial permite desfurarea etapei defierbere, pentru aceasta fiind nevoie de un surplus de carbon la finaluletapei de topire cu 0,30,4% mai mare dect coninutul de carbon lafinalul etapei de fierbere, pentru oelurile obinuite i un surplus de


11/260


10

carbon mai mare pentru oelurile de calitate superioar.Elaborarea cu oxidare parial este cea mai rspndit la scar

industrial, deoarece este o metod de elaborare flexibil, adaptabilmultor regimuri de ncrctur metalic.

Scurtarea duratei de topire prin utilizarea oxigenului sprefinalul etapei de topire, determin oxidarea redus a elementelorchimice de aliere.

Oxizii elementelor chimice de aliere se reduc n mare msurn timpul etapelor de fierbere i dezoxidare, pentru aceasta fiindnevoie ca zgura s nu se elimine din cuptor.

2.3. Elaborarea fr oxidare

Elaborarea fr oxidare se indic n cazul ncrcturii metalicefoarte curate ce conine deeuri de oel aliat, n circumstanele n carese asigur n timpul topirii condiii de oxidare foarte mici duratmic de topire, utilizare de transformator puternic, absen de minereude fier n ncrctur, utilizare de 0,51,0% var ce se amplaseaz pevatr nainte de ncrcarea cuptorului, desfurare a topirii cu ua

nchisi cu orificiul de evacuare a oelului obturat cu scopul evitriiptrunderii aerului n cuptor, asigurare de atmosfer reductoare ntimpul topirii prin adaos de mangal sau cocs (de granulaie mic) mangalul sau cocsul genereaz monooxid de carbon n atmosferacuptorului, ceea ce diminueaz accentuat oxidarea elementelorchimice de aliere din ncrctur etc.

Zgura ce se formeaz n timpul topirii nu se elimin dincuptor, cu scopul reducerii unor oxizi din zgur la temperaturi mari.

Se apreciaz c n timpul topirii siliciul se oxideaz ntotalitate.

Elementele chimice de aliere ce n atmosfer oxidant seoxideaz, n condiiile elaborrii fr oxidare se oxideaz foarte puin.

Dezoxidarea se realizeaz sub zgur alb. O zgur alb este ozgur bazic ce se formeaz dintr-un amestec de var, cocs i fluorin,n general, i ce conine 0,51,0 CaC2 reprezint o zgurdezoxidant (exist i situaii n care dezoxidarea se realizeaz prin


12/260


11

difuzie i prin precipitare).Alierea se realizeaz sub zgur alb.n continuare, se prezint caracteristicile din fluxul tehnologic

de elaborare, pentru cazul particular al procedeului bazic, n cuptorulcu arc electric.

2.4. Pregtirea ncrcturii

ncrctura se pregtete din urmtoarele puncte de vedere:dimensional, aranjament spaial, chimic, calitativ i al greutiispecifice.

2.4.1.Pregtirea dimensionalExist trei categorii de buci metalice, de sorturi metalice,

sub aspectul dimensiunilor, acestea fiind urmtoarele: sorturi uoare sau mrunte. Acestea au dimensiuni mici

(pn la 100x100x100 mm) i corespund grupei de mas 27kg/bucat;

sorturi mijlocii. Acestea au dimensiuni medii (de la

100x100x100 mm la 250x250x200 mm) i corespund grupei de masde la 8 kg/bucat pn la 40 kg/bucat;

sorturi grele sau mari. Acestea au dimensiuni mari (de la250x250x200 mm pn la 600x350x250 mm) i corespund grupei demas de la 40 kg/bucat pn la o mas egal cu a cincizecea parte dinmasa de ncrctur metalic.

Pentru cteva capaciti de cuptoare se prezint n tabelul1/O1 proporiile pe care le dein n ncrctur sorturile uoare,mijlocii i grele.

Sorturile metalice din ncrctur se pregtesc sub aspectdimensional prin tiere cu flacr oxiacetilenic, cu foarfece tipghilotin acionat hidraulic sau tip aligator, prin balotare (panul ) etc.

Dimensiunile sorturilor din ncrctur coroborate cugeometria acestora definesc i urmtoarele trei categorii de sorturimetalice n funcie de masa specific:


13/260


12

Tabelul 1/O1Proporiile din ncrctur ale sorturilor uoare, mijlocii

i grele, n cazul ctorva capaciti.Proporiile sorturilor din ncrctur,

n %Nr.crt.

Capacitateacuptorului, n t

Sorturiuoare

Sorturimijlocii

Sorturigrele

1 1,5 ... 5,0 30...35 30...40 20...302 6,0... 10,0 25...30 30...40 25...353 12,0 ... 15,0 20...25 25...40 30...404 20,0... 40,0 15...20 25...35 40...50

masa specific situat n intervalul 800...1.300 kg/m3(sorturi uoare) ;

masa specific situat n intervalul 1.300...1.700 kg/m3(sorturi mijlocii);

masa specific mai mare de 1.700 kg/m3 (sorturi grele) ;

2.4.2.Aranjamentul spaialAranjamentul spaial se realizez direct, n cuptor sau indirect,

n bena de ncrcare. n cazul realizrii ncrcrii n bene,aranjamentul din ben se transmite prin descrcarea acesteia n cuptor.

Pe vatr se ncarc sorturi metalice uoare, n acest felprotejndu-se vatra, n timpul ncrcrii, de ocurile mecaniceprovocate de componentele ascuite ce pot perfora vatra, astfel,crendu-se un potenial de strpungere a vetrei cu metal lichid ntimpul topirii sau n etapele ulterioare cnd temperatura oeluluidepete temperatura de 1.6000C. Ulterior, peste sorturile uoare sencarc sorturile metalice grele, dup care se ncarc sorturile metalicemijlocii iar la partea superioar a ncrcturii se ncarc restul de

sorturi metalice uoare.Partea de deasupra a ncrcturii se recomand s fie subform de semisfer.

Se recomand s se evite urmtoarele situaii, scopul principal


14/260


13

fiind micorarea duratei de topire : amplasarea bucile mari deasupra ncrcturii, sub

electrozi. Astfel, electrozii nu pot ptrunde n ncrctur, fiind nevoies se lucreze de la nceput cu tensiune mare, ceea ce nseamnlungime mare i grosime mic pentru arcul electric, arc descoperit iradiere puternic de cldur de ctre arcul electric i electroziiincandesceni ctre bolt i peretele cuvei. Consecina este uzarea

cptuelii refractare, pierderi mari de cldur i, astfel, prelungireanejustificat a duratei de topire creterea costului oelului elaborat; ncrctur compact. n aceast situaie arcul electric se

ntrerupe mereu, exist zgomot puternic, acele indicatoare de laampermetre sltnd mereu;

n ncrctur exist materiale rele conductoare deelectricitate sub form de strat continuu. Consecina, n acest caz, estentreruperea arcului electric;

ncrctur necompact. n acest caz, electrozii ptrundrepede prin respectiva ncrctur, ajung la vatr nainte de a se formabaia metalic, riscndu-se deterioarea vetrei;

amplasarea necorespunztoare a bucilor mari. O asemenea

situaie conduce la prvlirea respectivelor buci peste electrozi,determinnd fie ruperea lor fie dirijarea lor oblic;

folosirea incorect a puterii transformatorului consecinaeste formarea unor puni (poduri) de ctre ncrctura metalic, ceeace poate determina ruperea electrozilor.

Ordinea de ncrcare trebuie s asigure o rezistivitate termica ncrcturii ct mai mic. n consecin, materialele metalice greufuzibile i cele cu conductivitate termic mic (var, minereu de fier,bauxit, fluorin etc.) nu se ncarc deasupra ncrcturii.

Deasupra stratului de sorturi metalice uoare, ce seamplaseaz pe vatra cuptorului, se introduce jumtate din cantitatea dematerial de carburare, restul de var, adic 7075% din cantitatea de

var necesar pentru formarea zgurii i toat bauxita pentru fluidizareazgurii (sau fluorina). Ulterior, se continu cu ncrcarea sorturilormetalice grele, aa cum s-a precizat la nceputul acestui paragraf.

Deasupra ncrcturii metalice, sub electrozi, se amplaseaz


15/260


14

strunjitur de oel sau cocs de petrol de granulaie mic cu scopulstabilizrii arcului electric.

n funcie de metoda de elaborare adoptat i de gradul deruginire al sorturilor metalice, ncrctura conine i minereu de fiercare variaz ntre limitele 13% i care se introduce deasuprastratului de sorturi metalice uoare ce s-a amplasat pe vatr. Trebuieacordat atenie ca varul, minereul de fier i agentul de fluidizare

(bauxita sau fluorina) s nu formeze un strat continuu.

2.4.3. Pregtirea din punct de vedere chimicDeoarece alierea oelului se realizeaz dup etapa de

dezoxidare, ncrctura metalic sufer defosforarea n timpul topiriii fierberii, desulfurarea n timpul etapei de dezoxidare iar siliciul imanganul se pot corecta dup etapa de fierbere, ncrctura metalicare n vedere, n principal, realizarea coninutului de carbon realizarea coninutului de carbon din ncrctur, respectiv cese calculeaz cu relaia 1/O1.

,100

a100

]C[%C%

ct

t

-

>=< (1/O1)

n care [%C]t reprezint coninutul de carbon din oel de la finaluletapei de topire, cunoscut n limbaj tehnic sub denumirea de carbonulla topire ; act proporia de carbon ce arde n timpul etapei de topire.

n cazul celui mai utilizat procedeu de elaborare elaborareacu oxidare parial proporia de carbon ce arde n timpul topirii estede 20, n aceste circumstane, relaia (1/O1) devenind (2/O1).

80,0

]C[%C% t>=< (2/O1)

Carbonul de la topire se determin cu relaia (3/O1).

,]C[%]C[%]C[% af0t += (3/O1)

n care [%C]0 reprezint proporia de carbon din oelul lichid, lafinalul etapei de fierbere, cunoscut n limbajul tehnic sub denumirea


16/260


15

de carbonul la oprire, adic de la oprirea fierberii oelului ; [%C]af proporia de carbon care arde n timpul etapei de fierbere.

Dac oelul nu este aliat, carbonul la oprire se adopt ca fiindproporia de carbon egal cu limita inferioar a coninutului de carbondin oelul propus a fi elaborat, relaia (3/O1) devenind (4/O1) iarproporia de carbon din ncrctur cptnd forma (5/O1).

,]C[%]C[%]C[% aft += (4/O1)

n care %C reprezint limita inferioar a proporiei de carbon dinoelul propus s se elaboreze.

80,0

]C[%]C[%C% af

+>=< (5/O1)

sau, la modul general, pentru toate tipurile de elaborare a oelurilornealiate,

100a100

]C[%]C[%C%

ct

af -

+>=< (6/O1)

Se adopt limita inferioar a carbonului din oelul propus a fielaborat pentru carbonul la oprire, lundu-se n consideraie aportul ncarbon al materialelor de dezoxidare.

Dac oelul este aliat, carbonul la oprire se consider ca avndvaloarea egal cu limita inferioar a carbonului din oelul propus a fielaborat din care se scade cantitatea de carbon ce urmeaz s o aducn oelul lichid materialele metalice de aliere, relaia (5/O1) cptndforma (7/O1) iar relaia general (6 /O1) devenind (8/O1).

80,0

]C[%]C[%]C[%C% af.a.m

+->=< (7/O1)

100a100

]C[%]C[%]C[%C%

ct

af.a.m -

+->=< (8/O1)


17/260


16

Cantitatea de carbon care arde n timpul etapei de fierbere estede 0,20,6%.

n figura 1/O1 se prezint modul de variaie al coninutului decarbon din ncrctura metalic n timpul elaborrii oelului.

Fig. 1/O1. Variaia coninutului de carbon din ncrctura metalic,%C, n timpul elaborrii oelului, t : OA oel aliat ; ON oel nealiat ;tf etapa de fierbere ; td^a etapele de dezoxidare i aliere ; tt etapa de

topire.

Sorturile metalice se aleg, pe ct este posibil, ca s asigureproporia de carbon din ncrctura calculat cu relaia (8/O1), lacalculul creia contribuie i cantitile de materiale metalice de alierempreun cu materialele de dezoxidare n special materialele pentruformarea zgurii reductoare. Cantitatea de material de aliere, Qm.a.,necesar pentru alierea cu elementul chimic E, se calculeaz cu relaia(9/O1), [5].

,100

E%

]E[%]E[%Q

E.a.m

0.a.m

h

-= (9/O1)

n care [%E] reprezint valoarea medie a proporiei de element chimicde aliere din oelul propus a fi elaborat ; [%E]0 proporia de elementchimic de aliere la oprire ; %Em.a. proporia de element chimic de


18/260


17

aliere E din materialul de aliere ; hE randamentul de asimilare noelul lichid a elementului chimic de aliere din materialul de aliere, n%.

Relaia (9/O1) este valabil pentru elementele chimice dealiere ce nu se regenereaz din zgur n timpul etapei de dezoxidaresau chiar n timpul etapei de fierbere.

n cazul n care elementul chimic de aliere E se regenereaz

din zgur n baia metalic, necesarul de material de aliere secalculeaz cu relaia (10/O1).

,100E%

]E[%]E[%]E[%Q

E.a.m

.regt.a.m

h

+-= (10/O1)

n care [%E]t reprezint proporia de element chimic de aliere latopire ; [%E]reg. proporia de element chimic de aliere ce s-aregenerat din zgur n baia metalic n timpul etapelor de afinare idezoxidare.

Relaia (10/O1) poate fi scrisi sub forma (11/O1).

,100E%

]E[%)100

a%

1(E%]E[%QE.a.m

.reg

Et

.a.m h

+->


19/260


18

de carburare, a cocsului metalurgic). Nu se recomand carburarea biimetalice prin imersarea electrozilor de grafit n aceasta.

Fonta de afinare trebuie s aib coninutul de fosfor mic.Ca materiale pentru formarea zgurii n timpul topirii se

utilizeaz var proaspt n proporie de 46% cu granulaia demaximum 50 mm/buc. deci concasat dar fr componenteprfoase, prenclzit la o temperatur de 1502000C i fluorin cu

granulaia de 2530 mm, prenclzit la o temperatur de1502000C, n proporie de circa 1%, fluorina putnd fi substituitide minereu de bauxit, n aceeai proporie i cu aceeai granulaie cai fluorina.

ncrctura metalic este alctuit din fierul vechi, cereprezint o denumire comercial a deeurilor de oel, achiziionat dinafara societilor comerciale sau reprezentnd i provenien proprie,fierul vechi propriu reprezentnd 2225% din masa ncrcturiimetalice i provenind de la oelrie, laminoare, forj, secia dentreinere, din demontri etc.

2.4.4. Pregtirea din punct de vedere calitativ

Se va avea n vedere c sorturile metalice s nu coninzpad, ghea, ap, materiale nemetalice (materiale plastice, cauciuc,textolit, clingherit, vaseline, uleiuri, vopsele etc.), materiale metaliceneferoase, componente de provenien militar fr certificat ceautorizeaz utilizarea lor, recipiente nchise, nisip, pmnt etc.

ncrctura metalic se poate utiliza i n stare prenclzit, ninstalaii consacrate acestui scop, utilizndu-se ca surs de nclzirearderea gazului metan. Temperatura de prenclzire este de5008000C. n felul acesta se micoreaz durata de topire, consumulde energie electric i costul oelului elaborat, obinndu-se oel decalitate superioar. Prenclzirea ncrcturii se poate realiza i ncuptor, apelndu-se la combustibili ieftini gaz metan, pcur etc.

2.4.5. Pregtirea din punct de vedere al masei specificencrctura metalic de pe vatr trebuie s fie compact iar

ncrctura metalic de la suprafa trebuie s fie mai puin compact


20/260


19

cu scopul ptrunderii uoare a electrozilor n ncrctur.n medie, se accept o mas specific n vrac de 3,04,5 t/m3.Dac masa specific a ncrcturii scade sub 2 t/m3, sunt

necesare dou pn la patru ncrcri cu bena pentru a se ajunge lacapacitatea nominal a cuptorului.

2.5. Ajustarea

Ajustarea reprezint operaia de reparare a cptueliirefractare granulare din zona vetrei i peretelui cuvei.

Etapa de ajustare dureaz 58% din durata de elaborare ncuptor.

Ajustarea se efectueaz cu cuptorul deconectat de la tensiunei imediat dup evacuarea oelului din cuptor.

n funcie de experiena societilor comerciale, posibilitilede aprovizionare etc., n practic, se utilizeaz, de exemplu,urmtoarele mase de ajustare :

90% magnezit granulat (mrimea granulaiei de 410mm) i 10% liant carbonic. Liantul carbonic este format din 8590%

smoal de crbune deshidratati 10 15% gudron de huil ; dolomit granulat i magnezit granulat, n proporii

relative egale, pentru partea inferioar a vetrei ; mortar de magnezit granulat preparat cu silicat de sodiu,

pentru zonele de vatr cu nclinaie mare ; mortar de magnezit granulat sau 33,3% dolomit

granulati 66,7% magnezit granulat, n proporie de 90%, pe de oparte, i var stins, pe de alt parte, pentru planul zgurii i zonele dinvecintatea stlpilor uii etc.

Se recomand ca, nainte de utilizare, magnezita i dolomitagranulate s se nclzeasc la temperatura de 60700C n utilajele deamestecare.

Dup ce s-a basculat cuptorul nspre jgheabul de evacuare,imediat dup evacuarea oelului, ct mai mult posibil, n timpulrevenirii cuptorului la poziia iniial, se examineaz calitateasuprafeelor vetrei, planului zgurii etc., n vederea ajustrii.


21/260


20

ntr-o ultim etap ce precede ajustarea, se elimin restul deoel i de zgur din adnciturile existente n vatr, dup care se reparcptueala refractar granular, mai nti n planul zgurii i apoi nzonele nclinate ale vetrei, n final reparndu-se fundul vetrei. npartea a doua a ajustrii se nlocuiete pragul uii de lucru cu unulnou, se obtureaz orificiul de evacuare i se repar jgheabul deevacuare.

Dac n vatr exist adncituri mai mari, masa de ajustare seadaug sub form de straturi. n vederea sudrii granulelor fiecruistrat se coboar electrozii incandesceni pn la apropierea vetrei (uacuptorului se menine nchis n timpul sudrii).

Masa de ajustare se arunc pe locurile ce trebuie reparate culopata n cazul cuptoarelor de capacitate mic sau prin intermediuldispozitivelor de ajustare (torcretare) n cazul cuptoarelor decapacitate mare.

Se recomand ca grosimea unui strat de mas de ajustare sfie de circa 50 mm.

Masa de ajustare, odat amplasat pe cptueala refractargranular, trebuie s suporte operaia de fritare.

Prin fritare se urmrete ca, printr-un regim termic adecvat,materialele granulare din masa de ajustare s formeze un monolit. ncazul magnezitei, temperatura de fritare este de circa 1.6500C.

Pentru realizarea fritrii, este nevoie de o cantitate de cldur,cantitate de cldur, care, dac este asigurati de cldura din cuptorrmas de elaborarea anterioar, determin micorarea duratei deelaborare micorarea costului oelului elaborat. Dac ajustarea seface imediat dup evacuarea oelului din cuptor, o cantitate mai marede cldur va fi folosit pentru topirea ncrcturii metalice, n cazcontrar, consumndu-se cldur pentru operaia de fritare n timpuletapei de topire.

Fritarea masei de ajustare se finalizeaz n timpul etapei de

topire.Dac ajustarea se efectueaz imediat dup evacuarea oelului

din cuptor, se realizeaz urmtoarele avantaje : micorarea duratei de elaborare n cuptor;


22/260


21

se mrete durabilitatea vetrei i a peretelui cuveicuptorului;

se realizeaz economie de materiale de ajustare ; se micoreaz coninutul de incluziuni nemetalice exogene

din oel ; se micoreaz cantitatea de mas de ajustare ce trece n

zgur ;

se mresc performanele etapei de fierbere datorit faptuluic crete cantitatea de bule de monooxid de carbon ce iau natere lainterfaa vatr-baie metalic ;

micorarea consumului de energie electric.

2.6. ncrcarea

Prin ncrcare se nelege totalitate operaiilor ce sentreprind pentru ca ncrctura metalic i nemetalic s fieamplasat n cuptor n aa fel nct durata de elaborare n cuptors fie minim iar oelul s se obin cu calitate superioar.

Pentru cuptoarele de capacitate mic (capacitatea mai

mic dect o ton) ncrcarea se face manual, prin ua de lucru,de regul.

La cea mai mare parte dintre cuptoarele utilizate nindustrie ncrcarea se face mecanizat, prin ua de lucru,utilizndu-se jgheabul metalic acionat de podul rulant sauvehicule ce se deplaseaz pe sol i sunt de regul acionateelectric sau pe deasupra cuvei, dup ce bolta a fost rabtut nplan orizontal, cuva fiind imobil sau mobil, n cel de al doileacaz cuva deplasndu-se pe o cale de rulare la baza de arjare. ncazul ncrcrii pe deasupra cuvei, se utilizeaz bene prevzute cumecanisme de descrcare (au fundul format din dou pri mobilece se deschid i se nchid prin acionare de ctre podul rulant sau

din benzi metalice flexibile blocate n vederea ncrcrii de ctreo sfoar, sfoar creia i se d foc n vederea descrcrii benei sfoara ia foc datorit temperaturii mari din cuptori ca urmare aapropierii fundului coului de vatra cuptorului).


23/260


22

ncrcarea trebuie s se fac cu vitez maxim, cu scopulca pierderile de cldur din cuptor s fie minime.

Ordinea de ncrcare a componentelor ncrcturii a fostprezentat la paragraful 2.4.2 i se asigur n ben, la baza dearjare, sau n cuptor.

nainte de ncrcarea cuptorului se verific, vizual, stareazidriei, n ceea ce privete urmtoarele aspecte:

bolta s fie integral (s nu aib crmizi lips); peretele cuvei s nu aib tendin de surpare; vatra s nu prezinte denivelri, gropi, resturi de zgur

sau oel de la arja anterioar ; jgheabul de evacuare s fie vopsit cu vopsea refractar

i s fie uscat cu un usctor mobil etc.nainte de bascularea benei sau de ncrcarea manual, se

amplaseaz pe vatr 25 30% din cantitatea de var necesarformrii zgurii, adic circa 20 kg/t de oel lichid.

2.7. Topirea

Etapa de topire are n vedere trecerea ncrcturii metalice dinstarea de agregare solid n starea de agregare lichid, formarea zguriii defosforarea bii metalice, pe msur ce aceasta se formeaz.

Etapa de topire dureaz mai mult de jumtate din perioada deelaborare n cuptor, n aceast etap consumndu-se 6080% dincantitatea de energie electric necesar elaborrii unei arje, cureferire la partea din fluxul tehnologic de elaborare a oelului care areloc n cuptor (nu i tratamentele metalurgice ce au loc n afaracuptorului).

Durata etapei de topire depinde de gradul de pregtire alncrcturii, aranjamentul spaial al sorturilor din ncrctur, gradulde compactitate al ncrcturii, puterea transformatorului, modul de

folosire a transformatorului, evitarea deranjamentelor, compoziiachimic a ncrcturii metalice, gradul de impurificare al ncrcturii(rugin, oxizi, nisip etc.) etc.

Compoziia chimic a ncrcturii metalice are o influen


24/260


23

semnificativ asupra duratei etapei de topire. Astfel, majoritateaelementelor chimice micoreaz temperatura liniei lichidus tabelul2/O1 , pentru ca un oel cu grad mare de aliere ce conine pn la50% elemente chimice de aliere, s aib temperatura liniei lichidus dindiagrama de echilibru Fe-C mai mic cu circa 1000C dect cea a unuioel nealiat.

Tabelul 2/O1

Influena, n sensul micorrii, a unor elemente chimicedin compoziia chimic a ncrcturii metalice, asupratemperaturii liniei lichidus din diagrama de echilibru Fe-C.

Denumireaelementului

chimic

Micorareatemperaturii linieilichidus, n 0C, dectre 1% elementchimic nsoitor al

fierului

Limita maxim aconcentraiei

elementului chimicconsiderat, pentru care

s-a consideratmicorarea temperaturii

liniei lichidus, n %C 80,0 1Si 14,0 5

Mn 4,0 23Ni 2,6 20Cr 1,4 15Mo 1,2 10Al 3,4 10

S i P 35,0 2

n vederea topirii, se coboar electrozii pn aproape dencrctur, prin comenzi manuale, se nchide ua, i apoi seconecteaz cuptorul la reeaua electric prin intermediul bobinei deoc la cuptoarele de capacitate mic i mijlocie i prin intermediul

ntreruptorului de tensiune mare, la cuptoarele de capacitate mare.Dac arcul electric este stabil chiar de la nceputul topirii, seintroduce n circuit instalaia de reglare automat a electrozilor,utilizndu-se o tensiune mijlocie. Se mrete apoi, treptat, puterea


25/260


24

activ pn la dou treimi din puterea transformatorului.Dac arcul electric nu este stabil la nceputul topirii, se

utilizeaz o tensiune mic, reglndu-se poziia fiecrui electrod prinintermediul comenzilor manuale. Se poate interveni, n acest caz, iprin introducerea cu lopata de strunjitur sau cocs de petrol degranulaie mic se influeneaz pozitiv ionizarea particulelorgazoase din zona arcelor electrice sau var de granulaie mic se

mrete rezistivitatea zgurii. Pe msur ce topirea avanseaz, arceleelectrice devin mai stabile i dup 10 20 min se pune n funciuneinstalaia de reglare automat, mrindu-se tensiunea la valori mijlocii se leag bobinajul primar al transformatorului n triunghi (putereaactiv se mrete treptat).

Dup 1520 min de reglare automat, electrozii ajung la baiametalic ce a prins contur pe vatr, arcele electrice nu se mai nrerup,astfel, putndu-se trece pe treapta de tensiune maxim. Astfel,intensitatea curentului se mrete corespunztor unei puteri activeapropiate de puterea transformatorului, bobina de oc fiind scoas dincircuit. n aceast perioad arcele electrice sunt acoperite.

Atunci cnd nivelul bii metalice ajunge la circa o jumtate

din nivelul final, influena bii metalice asupra topiturii (topirii prindizolvare a bucilor de metal) devine semnificativ.

O dat cu creterea nivelului bii metalice, electrozii se ridicautomat iar arcele electrice devin treptat descoperite. n felul acesta semrete riscul de supranclzire a zidriei cuvei i bolii, acestfenomen contracarndu-se prin amplasarea de var pe zgur, var cemicoreaz capacitatea de radiere de cldur a bii metalice.

Atunci cnd se constat c ncrctura este topit n modavansat, se micoreaz tensiunea la valori de 7580% din ceamaxim (la o tensiune mare, arcul electric este lung i subire iar la otensiune mic, arcul electric este gros i scurt).

Spre finalul topirii, dac este cazul, se deconecteaz cuptorul

de la reeaua electric, se mpinge ncrctura netopit de la margineabii metalice n baia metalic, apoi se reia topirea, apelndu-se i laamestecarea bii metalice cu scule consacrate acestui scop. n ultimaparte a topirii, se recomand s se reduc tensiunea pn la valori ce


26/260


25

reprezint 60% din valoarea maxim, dar nu mai mici de 115 V, dincauza riscului de imersie a electrozilor n zgur, deci de scurtcircuitarea lori, astfel, de mers neuniform.

Durata de topire se micoreaz semnificiativ dac se insufloxigen n baia metalic, ncepnd din perioada n care ncrcturametalic s-a topit n proporie de 75% sau chiar mai devreme.Oxigenul, ce provine de la fabrica de oxigen (dac exist n dotarea

societii comerciale) sau de la baterii de butelii de oxigen, seintroduce n baia metalic prin intermediul evilor cu diametrulinterior de 810 mm, la presiunea de 315 at. Concret, cu oxigenulse taie, la nceput, punile de ncrctur de la marginea ncrcturii idintre electrozi, ulterior, insuflndu-se n baia metalic. De exemplu,utilizndu-se oxigen 1015 m3/t, timp de 10 15 min., la cuptoarecu capacitatea de 1,55 t, se realizeaz o reducere a duratei specificede topire de 35 min./t. Utilizarea oxigenului mai determinmbuntirea caracteristicilor mecanice de rezisten i aproprietilor de plasticitate ale oelului (scade coninutul de gaze i deincluziuni nemetalice), micorarea costului oelului elaborat,micorarea pierderilor de elemente chimice de aliere prin oxidare,

accelerarea vitezei de oxidare a carbonului i, astfel, protejarea contraoxidrii a elementelor chimice de aliere, proporii mai mici de FeO nzgur etc.

Dac masa specific a ncrcturii este foarte mic, dup ces-a topit 8090% din ncrctura metalic, se efectueaz a douancrcare, iar dac este cazul, dup topirea celei de a doua ncrcturi,de asemenea, n proporie de 8090%, se efectueaz a treia ncrcare.

Etapa de topire se conduce n mod diferit, dup cum topirea serealizeaz fr oxidare, cu oxidare complet sau cu oxidare parial.

n cazul topirii fr oxidare se ine seama de particularitileprezentate la paragraful 2.3. ncrctura nu conine minereu de fierinici nu se adaug minereu de fier n timpul topirii, iar adaosul de var

n ncrctur este de 0,51,0%. n timpul etapei de topire, se adaugdin cnd n cnd cocs de petrol de granulaie mic pe suprafaa zgurii,cocs ce s protejeze elementele chimice de aliere de oxidare prinintermediul monooxidului de carbon pe care l genereaz.


27/260


26

n cazul topirii cu oxidare complet, se ine seama departicularitile prezentate la paragraful 2.1. Pe suprafaa vetrei,nainte de ncrcare se amplaseaz 0,51,0% var, dup care,deasupra, urmeaz stratul de sort metalic uor, deasupra acestuiaamplasndu-se 2,53,0% var mpreun cu circa 1% minereu de fier.Cu 2030 min naintea terminrii topirii se adaug pe suprafazgurii 0,51,0% minereu de fieri 0,52,0% var. Se recomand s

se evite utilizarea de var care conine i componente prfoase,deoarece praful de var interacioneaz chimic cu bolta, formeazcompui chimic uor fuzibili ce cad pe zgur, schimbndu-i naturachimic. Dac fosforul s-a aflat n ncrctur n cantitate mare, serecomand, ca pe parcursul topirii, zgura s fie eliminat de cteva ori,o dat cu aceasta eliminndu-se i fosforul sub form de fosfai decalciu. Imediat dup evacuarea zgurii se formeaz o nou zgur cu vari minereu de fier, pstrndu-se proporiile din ncrctur, ns,micorndu-se cantitatea n mod corespunztor cu gradul dedefosforare ce trebuie realizat.

n cazul topirii cu oxidare parial, se ine seama departicularitile prezentate la paragraful 2.2. ncrctura conine

34% var (dac varul este vechi i, n plus, are i o cantitate mare desteril, efectul de defosforare i de separare a zgurii de baia metaliceste mult diminuat i crete nejustificat de mult viscozitatea zgurii) i12% minereu de fier. Dac ncrctura metalic este relativ ruginitse poate elimina minereul de fier din ncrctura metalic solid. Dacncrctura metalic este foarte curat (neruginit), cantitatea de vardin ncrctur poate fi de 2%. Deasupra stratului de sort uor ce s-aamplasat pe vatr, se recomand introducerea a circa 0,5% sprturi decrmizi acide la care se pot aduga bauxiti fluorin (fluorina estemai eficient dect bauxita, ns, are costul de achiziie mai maredect aceasta), scopul fiind mrirea fluiditii zgurii. Zgura nu seevacueaz din cuptor dac ncrctura conine elemente de aliere i se

urmrete recuperarea lor din zgur.Pe msur ce procesul de topire decurge, baia metalic i

mrete volumul nlimea ei crete iar la suprafaa ei se separzgura. Zgura este format din FeO, Fe2O3, Fe3O4, SiO2, MnO, P2O5,


28/260


27

Al2O3, CaO, oxizi ai elementelor de aliere etc.CaO din var zgurific oxizii FeO, MnO, SiO2, P2O5 etc.

Constituienii principali ai zgurii sunt (CaO)2SiO2 i (FeO)2SiO2.Dup topirea ncrcturii, raportul CaO/SiO2 din zgur este de circa 4.

Exist i varianta de topire la care se realizeaz prelevareaunei probe din baia metalic atunci cnd mai sunt de topit doar bucimari de metal. Astfel, se determin compoziia chimic a bii metalice

i se pot estima urmtoarele intervenii: carburarea cu font de afinare,demararea fierberii chiar n timpul topirii dac proporia de carboneste prea mare (se insufl oxigen n baia metalic), schimbareadestinaiei arjei dac nu corespunde compoziia chimic n modsemnificativ etc.

Dup topirea ncrcturii metalice, bazicitatea zgurii este de2,02,5.

Odat topit toat ncrctura metalic, dac nu exist ndotarea cuptorului inductor de amestecare a bii metalice, se amestecbaia metalic cu bare de oel consacrate, dup care se preleveaz oprob pentru determinarea compoziiei chimice (se recomdand s seanalizeze C, Mn, Si, P i S).

n funcie de coninutul de fosfor al ncrcturii metalice sedecide adaosul de minereu de fier pe suprafaa zgurii (dup topireaintegral a ncrcturii metalice). Astfel, dac se cere o defosforareavansat, se adaug pe suprafaa zgurii 35 kg/t de minereu de fiercalcinat i de granulaie mic.

Dup topire, temperatura bii metalice crete intens, oxigenuldizolvat n baia metalic, sub form de FeO, declannd reacia deoxidare a carbonului n toat masa de oel lichid, ceea ce nseamnrezultarea de CO i eliminarea lui din baia metalic. Consecinaoxidrii carbonului cu o vitez mai mare este nceperea spumriizgurii de la topire.

Dac oelul ce se elaboreaz este nealiat, la puin timp dup ce

zgura a nceput s spumeze, se evacueaz zgura din cuptor.Dac oelul ce se elaboreaz este aliat ncrctura conine

deeuri aliate i se urmrete reducerea unor oxizi ai elementelor dealiere la temperaturi mari, nu se mai evacueaz zgura de la topire din


29/260


28

cuptor. n schimb, se va avea n vedere ca fosforul s fie legat n zgursub form de fosfat tetracalcic, cu scopul ca s nu fie posibilrefosforarea bii metalice.

Zgura se evacueaz din cuptor numai dup ce electrozii aufost ridicai din poziiile de lucru.

2.8. Fierberea

Scopul fierberii este micorarea coninuturilor de hidrogen,azot i incluziuni nemetalice i omogenizarea chimico-termic, nprincipal, i desfurarea unor procese de reducere a elementelor dealiere din zgur cu reductori din baia metalic, continuareaprocesului de defosforare nceput n timpul etapei de topire, reglareaconinutului de carbon, demararea procesului de desulfurare etc., nplan secundar.

Pentru ca fierberea s se declaneze trebuie ca temperaturabii metalice s fie de minimum 1.5800C. Dac aceast condiie nueste ndeplinit fenomenul de fierbere (de oxidare a carbonului cuvitez mare) nu demareaz, chiar dac se introduce agentul oxidant n

baia metalic introducerea, de exemplu, de minereu de fier n excesnu declaneaz fierberea, mai mult, existnd pericolul ca atunci cndncepe fenomenul de fierbere, zgura s fie debordat pe ua de lucru is produc accidente.

Dup terminarea topirii se lucreaz cu arc electric scurt i gros(tensiune mic), n felul acesta fiind protejat cptueala cuptorului idizolvndu-se o cantitate mai mic de azot n baia metalic(moleculele de azot se disociaz n zona arcului electric puternic,azotul atomar dizolvndu-se uor n oelul lichid).

Fierberea se conduce n mod diferit, n funcie de metoda deelaborare adoptat cu oxidare complet, cu oxidare parial i froxidare.

2.8.1. Fierberea dup topirea cu oxidare totaln cazul elaborrii cu oxidare total, dup terminarea topirii,

se elimin din cuptor circa jumtate din cantitatea de zgur. Cantitatea


30/260


29

de zgur care rmne n cuptor se corecteaz, astfel ca la finalul etapeide fierbere, zgura s conin 1024% SiO2, 4060% CaO, 68%MgO, maximum 35% oxizi de fier (maximum 20% FeO), maximum5% Al2O3 i maximum 2% P2O5. Raportul %CaO/%SiO2 trebuie saib valoarea de circa 3,4.

n mod normal, deoarece coninutul de carbon la topire este demaximum 0,1%, etapa de fierbere nu exist, ceea ce afecteaz calitatea

oelului gradul de puritate este mic.n realitate, este posibil ca proporia de carbon la topire s fiede pn la 0,35%, ceea ce impune o subperioad de fierbere intens decirca 50 minute i apoi o subperioad de fierbere linitit de 1520minute. n acest fel, coninutul de carbon scade pn la 0,05%.

Agentul oxidant necesar oxidrii carbonului nu se introducentr-o porie ci treptat pentru desfurarea fierberii intense.

La finalul etapei de fierbere, se elimin 6070% dincantitatea de zgur iar dac se impun coninuturi mai mici de fosforimangan se elimin zgura n totalitate.

Dac oelul propus s fie elaborat are un coninut de carbonmai mare, se realizeaz carburarea prin introducerea n baia metalic

de materiale de carburare (deeuri de electrozi de grafit conincantiti mici de sulf, cenu i substane volatile , cocs de petrol,antracit, mangal etc., randamentele de asimilare a carbonuluidepinznd de temperatura oelului 70% pentru deeurile de electrozide grafit i antracit, 60% pentru cocsul de petrol, 50% pentru mangaletc., temperaturile mari determinnd o mrire cu circa 10% arandamentelor de asimilare a carbonului tocmai menionate iartemperaturile mici determinnd o micorare cu circa 10% arespectivelor randamente de asimilare a carbonului. Carburarea se facecu cuptorul decuplat de la reeaua electric, dac temperatura oeluluieste mare, sau cu cuptorul cuplat la reeaua electric, dac temperaturaoelului este mic. Materialul de carburare trebuie s aib granulaia

mic 1...3 mm.Carbonul la oprire este cu 0,05% sub limita inferioar a

coninutului de carbon din oelul propus a fi elaborat, dac oelul estenealiat, i cu mai mult dect 0,05% n cazul n care oelul este aliat,


31/260


30

aceast situaie fiind justificat de carburarea pe care o genereazzgura reductoare, respectiv de carburarea cauzat de materialele dealiere.

2.8.2. Fierberea dup topirea cu oxidare parialn cazul n care se preleveaz o prob din baia de oel nainte

ca bucile mari de metal din ncrctur s fi fost topite i dac se

anun un carbon la topire mare, n circumstanele n caretemperatura este mare, se declaneaz fierberea oelului prinintroducerea de agent oxidant n baia metalic (minereu de fier sauoxigen). Astfel, se micoreaz durata de fierbere. Dac temperaturaeste mic, nu se introduce agent oxidant n baia metalic fiindcfierberea are randament mic se produce i o supraoxidare a oelului.

Dac temperatura i carbonul la topire sunt bune i nu existrestricii severe pentru coninutul de fosfor, se elimin din cuptor circajumtate din zgura existent n cuptor dup topire.

Dac se cere un coninut de fosfor mic, se elimin zgura ntotalitate din cuptor i apoi se formeaz o nou zgur din var ifluorin cu raportul var:fluorin= 4,004,75:1, sau din var, fluorin

i amot (sau silica) cu raportul var:fluorin:amot = 6:1,5:1. Stratulde zgur ce se obine, trebuie s aib grosimea de 30 mm, ceea cecorespunde la un amestec de var, fluorini amot de 2,32,5%.

Ulterior, pe zgura nou se adaug, minereu de fier calcinat, deexemplu, 0,5%, cu scopul accelerrii procesului de defosforare,lucrndu-se cu o tensiune mic (127 V, de exemplu) i intensitate acurentului mare, pentru ca baia metalic s aib temperatur mare.

Dup 1015 min de la adugarea celor 0,5% de minereu defier, baia metalic ncepe s fiarb, timp n care se preleveaz o probpentru determinarea coninuturilor de carbon i oxigen i, deasemenea, se determini temperatura. Dac se constat c proporiade carbon este cea corespunztoare, se adaug agent oxidant n oel cuscopul intensificrii reaciei de oxidare a carbonului cu scopulintensificrii fierberii (nu trebuie s se neglijeze nici temperatura, care,aa cum s-a mai menionat trebuie s fie de minimum 1.5800C). Aancepe oxidarea intens a surplusului de carbon, dar i a fosforului.


32/260


31

Aa se declaneaz subperioada de fierbere intens, care, dac serealizeaz prin adaos de minereu de fire, asigur o vitez de oxidare acarbonului de 0,360,48% C/h, n medie, viteza de oxidare acarbonului avnd iniial valori de 0,50,7% C/h. Minereul de fiercalculat se adaug pe suprafaa zgurii sub form de porii.

Subperioada de fierbere intens dureaz circa 3545 min.Dup subperioada de fierbere intens, nu se mai adaug

minereu de fier sau nu se mai insufl oxigen n baia metalic, vitezade oxidare a carbonului scznd sub 0,27%C/h, influen asuprascderii vitezei de oxidare a carbonului avnd i micorareaconinutului de carbon din baia metalic, n special sub 0,20%. Dacviteza de oxidare a carbonului scade sub 0,12%C/h, fierberea arerandament mic.

Viteza de oxidare a carbonului foarte mare provoaceroziunea vetrei.

n timpul subperioadei de fierbere intens, pe lng carbon seoxideaz i manganul, tehnologiile de elaborare impunnd un raportntre viteza de oxidare a manganului i viteza de oxidare a carbonuluide 1,001,25 ceea ce impune ca baia de oel s aib un coninut de

mangan mai mare de 0,20% ct timp coninutul de carbon este maimare de 0,15%.

Subperioada de fierbere linitit dureaz 1525 min.La finalul fierberii raportul dintre coninuturile de CaO i SiO2

ale zgurii trebuie s se situeze n intervalul 2,02,6.Durata fierberii este n funcie i de calitatea oelului propus a

fi elaborat. Astfel, dac se cere un coninut de azot mai mic n oel,durata etapei de fierbere trebuie s fie de 5565 min. Dac zgura cese formeaz n perioada de fierbere este de la nceput fluid i cubazicitatea de 2,02,6, se realizeaz n mod eficient defosforare, odesulfurare de 50% dac se asigur un coninut mare de MnO n zguri o micorare accentuat a coninutului de hidrogen acesta scade

liniar o dat cu creterea vitezei de oxidare a carbonului (se subliniazimportana calcinrii adaosurilor i a eliminrii umiditii dinncrctura metalic, surse importante de hidrogen n oelul lichid).ns, dac se urmrete eliminarea avansat a incluziunilor nemetalice,


33/260


32

este nevoie de o durat mai mare de fierbere, de o vitez de oxidare acarbonului mai mare i de o cantitate mai mare de carbon care s seoxideze n timpul fierberii 75 minute durat de fierbere,0,20,4%C/h vitez de oxidare a carbonului i o cantitate de carbonoxidat de 0,30,4%., dac proporiile de fosfori mangan la topiresunt relativ mici (dac proporiile de P i Mn sunt mari, durata defierbere trebuie prelungit la 8090 min. iar cantitatea de carbon ce

trebuie oxidat ajunge pn la 0,6%; n plus, pentru a decarbura baiade oel de la 0,55% C la 0,07% C i pentru a se obine n oel unconinut de fosfor de 0,015%, trebuie s se elimine din cuptor de maimulte ori zgura de afinare de fiecare dat, dup evacuare, zgurile serefac). Eficiena mic a fierberii are n vedere obinerea n oel a unorconinuturi mari de gaze i incluziuni nemetalice, afectnd n specialproprietile de plasticitate. Eficiena mic a fierberii este ntlnitiatunci cnd lipsete subetapa de fierbere intens iar n timpulsubperioadei de fierbere linitit, viteza de oxidare a carbonului scadesub valoarea de 0,12%C/h.

Semnificativ pentru eficiena fierberii, n cazul oelurilornealiate, este coninutul de mangan la oprire la finalul fierberii ce

trebuie s fie cu cel puin 0,10% sub limita inferioar a coninutului demangan din oelul propus s fie elaborat, n caz contrar, un coninutmare de mangan mrind viscozitatea oelului lichid i determinnd, noelul lichid, un coninut mare de incluziuni nemetalice i gaze iar noelul solid o austenit cu gruni metalografici de dimensiuni mari,adic oeluri susceptibile de crpturi la cald, de fulgi, cu clibilitateredus etc.

O metod de diminuare a efectelor negative ale unei fierberiintense, ns, cu vitez de oxidare a carbonului mic, este imersareaelectrozilor, deconectai de la tensiune, n baia de oel i meninerea noelul lichid timp de 4590 s. Astfel, se produce o oxidare intens acarbonului de la suprafaa electrozilor, adic o fierbere violent, ceea

ce are ca rezultat degazarea i eliminarea incluziunilor nemetalice ntr-o msur semnificativ, ns, cu consum mare de electrozi.

n momentul n care s-a obinut carbonul de la oprire iarfierberea este linitit i uniform, se elimin zgura din cuptor


34/260


33

6070% sau n totalitate, dup cum se urmresc coninuturi mici defosfori mangan, respectiv foarte mici.

Eliminarea zgurii, n totalitate, din cuptor, se realizeaz prinbascularea cuptorului, nedeconectat de sub tensiune, nspre ua delucru, zgura debordndu-se peste pragul de lucru ntr-o cochilmetalic consacrat pentru manipularea zgurii, debordarea avnd locpn cnd oelul atinge pragul uii de lucru. Urmeaz ntreruperea

alimentrii la tensiune a cuptorului, ridicarea electrozilor i apoieliminarea zgurii prin intermediul sculelor acionate manual.Importan trebuie s se acorde i cantitii de sorturi metalice

aliate din ncrctur. Elemente de aliere precum Cr, W, V, Mn, Nb iSi se oxideaz parial n timpul topirii, oxizii lor din zgur avndposibilitatea s se regenereze parial la temperaturi mari, [3]. n plus,are importan natura oxizilor, care, n cazul Cr2O3, determin mrireaviscozitii zgurii scderea activitii ei metalurgice. Prin urmare, serecomand evitarea utilizrii n ncrctur de deeuri aliate cu crom,de exemplu.

2.8.3. Fierberea dup topire fr oxidare

Dup topirea fr oxidare nu se realizeaz fierbere cu minereude fieri, de asemenea, nu se elimin zgura din cuptor deoarece esterentabil ca s se reduci cantitatea mic de oxizi care se formeazisunt n zgur, n timpul etapei de dezoxidare.

Lipsa etapei de fierbere impune ca proporia de carbon dinncrctur s fie cu circa 0,10% mai mic dect limita inferioar aconinutului de carbon din oelul propus s fie elaborat cele circa0,10% de carbon vor proveni din zgura reductoare, n timpul etapeide dezoxidare i din materialele de aliere. n cazul n care coninutulde carbon din ncrctur este mai mare dect coninutul de carbon dinoelul propus s fie elaborat, trebuie s se fac diluarea cu deeuri deoel cu coninut de carbon foarte mic, iar dac este cu mult mai mic

dect coninutul de carbon din oelul propus s fie elaborat se impunecarburarea cu font de afinare.

Pentru ca proporia de gaze i de incluziuni nemetalice sscad semnificativ, se poate face o fierbere de scurt durat,


35/260


34

utilizndu-se ca agent oxidant oxigenul.

2.8.4. Fierberea oelului cu minereuCantitatea de minereu de fier se calculeaz innd cont de

necesarul de FeO pentru oxidarea elementelor chimice din baiametalic n timpul etapei de fierbere, apoi necesarul de Fe2O3 careinteracioneaz cu fierul din baia metalic i n final innd cont de

concentraia de Fe2O3 din minereul de hematit.Sursa [7] indic pentru elaborarea unui oel nealiat un necesarde minereu de fier de 0,8 kg/t pentru fiecare 0,01% C ce trebuie oxidatn timpul etapei de fierbere i mai precizeaz c necesarul de var dinperioada de afinare este egal cu necesarul de minereu de fier.

n timpul fierberii cu minereu de fier, n baia metalicptrunde se absoarbe oxigen din atmosfera cuptorului datoritprezenei stropilor de oel, are loc un transfer direct de oxigen de labucile mari de minereu de fier la baia de oel, suprafaa de contactdintre zgur i baia metalic crete semnificativ datorit prezeneistropilor de oel iar n baia metalic ajung i stropi de zgur zguraformeaz o emulsie n baia metalic iar arcul electric, prin

temperatura mare, creeaz condiii specifice pentru ca oxigenul dinatmosfera cuptorului s ajung n baia metalic, [7].

La nceputul fierberii, cnd coninutul de carbon este mare,oxidarea carbonului are la baz difuzia oxigenului prin baia metaliciar la finalul fierberii, cnd coninutul de carbon este mic, oxidareacarbonului are la baz difuzia carbonului.

Pentru elaborarea oelurilor aliate se recomand utilizareaminereului de fier mpreun cu insuflarea oxigenului gazos, ceea cedetermin o temperatur mai mic a oelului n cazul fierberiioelului cu oxigen gazos, temperatura maxim a bii metalice ajungepn la 1.9500C (minereu de fier se folosete mpreun cu oxigenul,fie se alterneaz adaosul de minereu de fier cu insuflarea oxigenului

gazos).n cazul utilizrii minereului de fier are loc micorarea

moderat a temperaturii bii metalice i creterea, n aceeai msur aviscozitii ei. De aici rezult i c adaosul de minereu de fier la


36/260


35

temperaturi mai mici de 1.5800C ale bii metalice i, n egal msur,n cantiti mari sub form de porii mari nu determin mrireavitezei de oxidare a carbonului.

n cazul elaborrii oelurilor aliate, la afinarea mixt cuminereu de fier i oxigen gazos se utilizeaz nomograme dedependen a consumului de minereu de fier de intensitatea deinsuflare a oxigenului, temperatura bii metalice, puritatea oxigenului

gazos i valoarea fluxului termic.Minereul de fier se utilizeaz pentru fierbere cu granulaia de40150 mm i calcinat i la temperaturi de 3005000C.

n timpul fierberii se preleveaz cteva probe prin turnareaoelului n cochil metalic, n vederea controlului evoluiei procesuluide oxidare a carbonului.

O determinare relativ a coninutului de carbon se poaterealiza prin turnarea a circa un kilogram de oel lichid, pe o plac deoel, de la nlime mic, obinndu-se o scoar de oel cu grosimeade 35 mm, scoar ce se desprinde imediat de pe plac, se rcete nap i apoi se ndoaie pe muchia unei plci de oel cu ajutorul unuiciocan, manual. n funcie de mrimea unghiului de ndoire nainte de

rupere i de fora cu care se lovete cu ciocanul, se poate apreciaconinutul de carbon din oel. De exemplu, dac unghiul de ndoireeste 00, adic scoara de oel se rupe prin simpla lovire, coninutul decarbon este de circa 0,35%, pentru ca scoara de oel s se ndoaie larupere cu alte unghiuri i n funcie de coninutul de carbon,prezentndu-se n continuare cteva asocieri unghi de ndoirenainte de rupere coninut de carbon: 200 circa 0,30% C ; 450circa 0,25% C ; 600 circa 0,23% C ; 900 circa 0,20% C; 1200circa 0,17% C ; 1350 circa 0,15% C ; 1800 i nceput de ruptur circa 0,12% C ; 1800 i ruptur incomplet circa 0,10% C. Oasemenea metod este relativ, depinde de experiena oelarului,depinde de compoziia chimic a oelului, ns, cu certitudine poate

decide momentul oportun de prelevare a probei din cuptor n vedereadeterminrii compoziiei chimice se elimin prelevrile din timpulperioadei de fierbere (exemplul dat este absolut orientativ i a fost datcu titlu informativ).


37/260


36

2.8.5. Fierberea oelului cu oxigenFolosirea oxigenului determin urmtoarele efecte :

concentraii locale mari de oxigen, temperaturi foarte mari n zona deimpact (maximum 2.5000C) ceea ce protejeaz elementele de aliere deo oxidare puternic, disocierea carburilor din baia metalic, grad marede agitare a bii metalice, ceea ce conduce la creterea suprafeei de

reacie dintre carbon i oxigen (viteza de oxidare a carbonului depindemai puin de difuzia reactanilor spre suprafaa de reacie), micorareatensiunii interfazice oel lichid-aer, creterea fluctuaiilor de energie,accelerearea fenomenului de germinare a bulelor de CO pe suprafaaoxigenului molecular etc.

Viteza de oxidare a carbonului variaz de la 1,82,4%C/h,ct se constat la concentraii mari de carbon, la 0,150,20%C/h, ctse constat la coninuturi foarte mici de carbon sub 0,05%C (cuminereu de fier nu se poate face fierberea oelului pn la coninuturide carbon mai mici de 0,05%).

ncepnd de la temperaturi de 1.5801.5900C, adic de lanceputul insuflrii oxigenului n baia metalic, ncepe procesul de

regenerare a elementelor de aliere din zgur n baia metalic, vitezemari de regenerare constatndu-se n cazul cromului i manganului.

Durata de fierbere a oelului este de circa 10 min.Fierberea oelului cu oxigen determin continuarea procesului

de defosforare care s-a desfurat cu o vitez maxim n timpul topirii.Presiunea de insuflare a oxigenului n baia metalic este

810 at.n timpul insuflrii oxigenului, cuptorul este decuplat de la

reeaua electric, electrozii sunt ridicai iar zgura se menine fluidicu bazicitate mare (se adaug pe suprafaa zgurii vari fluorin).

Oxigenul se insufl prin evi de oel consumabil ce audiametrul interior de 28 mm i grosimea de perete de 4 mm, prin ua

de lucru. eava de oel se fixeaz ntr-un dispozitiv prevzut cu pereidubli, de cupru, printre care circul ap de rcire. n acelai dispozitivse monteazi o eav de cupru care prin intermediul unui furtun estepus n legtur cu sursa de oxigen. Micarea evii de insuflare se face


38/260


37

numai ntr-un plan ce are nclinarea fa de orizontal de 200, n stngai n dreapta, cu scopul evitrii pericolului de formare de gropi nzidria vetrei sau a peretelui cuvei. eava se imerseaz prin zgur nbaia metalic, imersarea n baia metalic fcndu-se o treime dinnlimea bii metalice.

Oxigenul se poate insufla i prin lnci rcite cu ap introdusen cuptor prin bolt, fr ca lancea s fie imersat n baia metalic,

adic oxigenul insuflndu-se de la distan.n perioada de fierbere cu oxigen, se formeaz 2.5005.000m3N de gaze/t de oel, cantitate ce ajunge la 7.50011.000 m3N/t deoel dac se ia n consideraie i aspirarea de ctre gaze a aerului.Gazele degajate conin 5,410,0 g/m3N praf (constituientul de baz alprafului este dat de oxizii de fier). Gazele, de culoare cafenie, ataczidria peretelui cuvei i a bolii, ceea ce impune captarea lor cu unventilator prin intermediul unui orificiu din bolt.

n timpul insuflrii oxigenului, cuptorul este nclinat spre uade lucru, astfel ca zgura fluid, s se poat evacua.

2.8.5.1. Particulariti de fierbere n cazul elaborrii

oelurilor nealiate i slab aliateDup terminarea topirii, cnd temperatura bii metalice a

ajuns n intervalul 1.5801.6000C, ncepe insuflarea oxigenului i sepoate mri raportul (CaO)/(SiO2) din zgur pn la 3,03,5 prinadugarea de circa 2% vari maximum 1% fluorin.

Coninutul de carbon la topire trebuie s fie mai mare dectconinutul de carbon la oprire cu 0,30,4%.

O dat cu oxigenul se poate insufla n baia metalic var iarsur de fier sub form de pulbere.

n timpul insuflrii oxigenului, pe suprafaa zgurii se adaugvar, sub form de porii mici, cu scopul fluidificrii zgurii.

Coninutul de fosfor poate scdea pn la maximum 0,015%

iar cel de carbon pn la minimum 0,03%.Dup terminarea insuflrii oxigenului, oxigenul dizolvat n

baia metalic determin o fierbere intens timp de minimum 6 min,dup care are loc o fierbere linitit din cauza scderii coninutului de


39/260


38

carbon din baia metalic.Se prefer ca oxigenul s se insufle de la distan, adic fr

imersarea lncii n baia metalic.

2.8.5.2. Particularitile de fierbere cu oxigen n cazulelaborrii oelurilor cu grad de aliere mediu i mare

n cazul n care ncrctura metalic conine deeuri aliate (n

mod curent, 3570%), nu se elimin zgura de la topire, n vederearecuperrii semnificative a unor elemente de aliere din zgur n moddeosebit, cromul i manganul.

n vederea recuperrii avansate a unor elemente de aliere, sescurteaz durata de topire, se utilizeaz cuptoare dotate cutransformatoare puternice care s determine atingerea n scurt timp atemperaturii de 1.5800C necesar fierberii, se insufl oxigen cu debitmare pentru ca temperatura s creasc mult i n timp scurt, zguratrebuie s fie n cantitate relativ mic pentru ca s se satureze repeden oxizii elementelor de aliere ce urmeaz a fi recuperate, ncrcturametalic trebuie s aib un coninut mic de fosfor (mai mic dect celdin oelul propus s fie elaborat), trebuie s se evite surplusurile de

carbon la topire mari deoarece aceast situaie conduce la mrireacantitii de oxigen din oel etc.

Dac temperatura n timpul fierberii atinge valoarea maximde 1.9500C, se recomand s se efectueze fierberea i cu minereu defier.

Elementele chimice Si, Al, Ti i Ta se oxideaz complet ntimpul topirii i nu pot fi regenerate din zgur.

Oelurile inoxidabile se elaboreaz n cuptoare electrice cuarc, cu capacitatea de 20 150 t, de tip UHP (Ultra High Power).Topirea se realizeaz ntr-o perioad scurt. Materialele refractare suntde nalt calitate i sunt cromitomagnezitice sau magnezitice, cu unconinut mare de Al2O3. Asemenea oeluluri sunt elaborate prin

conducerea proceselor cu calculatorul de proces. Cuptoarele suntprevzute cu sisteme de amestecare electromagnetic i sisteme dedepresurizare, obinndu-se coninuturi minime de gaze i incluziuninemetalice, [8]. Cuptorul UHP este etanat n mod corespunztor, ceea


40/260


39

ce determin diminuarea accentuat a oxidrii cromului. ncrcturametalic are n componen deeuri de oel cu grad mare de aliere ncrom (1013% Cr) topirea dureaz 1,52 h. Dup afinare,coninutul de crom este de 78%, contndu-se pe recuperareacromului din zgur n perioada de dezoxidare. Astfel, coeficientul descoatere al cromului ajunge pn la 90%, adic pierderile de crom suntde 10%. Surplusul de carbon la topire este de 0,150,30% peste

limita prescris a oelului, n circumstanele n care ncrctura serealizeaz prin amplasarea pe vatr a fierului vechi cu coninut decrom, apoi a materialelor de aliere (nichel, ferocrom cu coninut marede carbon etc.), fierului vechi mijlociu nealiat i apoi a maximumului15% strunjituri. Cantitatea de zgur trebuie s fie mic (se utilizeazmaximum 1% var). ncrctura trebuie s conin minimum 1% Si, cuscopul ca zgura s fie acid. Pentru mrirea aciditii zgurii seintroduce pe suprafaa zgurii i maximum 1,15% sprturi de amot,ns, mcinate. n aceste condiii, cromul se oxideaz mai puin, zguranu este viscoas iar viteza de decarburare n perioada de fierbere estemare. n perioada de fierbere, se insufl oxigen timp de 1520 min,temperatura ajungnd la 1.5001.8500C. n timpul insuflrii

oxigenului, cromul se oxideaz n continuare rezultnd CrO i Cr2O3.CrO este redus de ctre carbonul din baia metalic la temperaturi mariiar Cr2O3 formeaz, n zgur, spineli solizi. n timpul fierberii, atttimp ct coninutul de carbon este mare, carbonul consum oxigen i,astfel, cromul este protejat mpotriva oxidrii. Acum, oxigenul seinsufl cu debit mare 1,002,5 m3N/tmin. Dup ce coninutul decarbon a sczut n baia metalic, exist pericolul de oxidare intens acromului. Acest risc este eliminat prin creterea temperaturii biimetalice pn la 1.8501.9000C, creterea temperaturii obinndu-seprin insuflare de oxigen cu debit relativ mare de exemplu, 1 m3N/tmin, pentru cuptoare cu capacitatea mai mic de 13 t.

n cazul oelurilor cu grad de aliere mare pentru mangan(1214%), carbonul se oxideazi prin intermediul MnO din zgur.n timpul fierberii, are loc i procesul de regenerare a manganului dinzgur. Dac zgura este saturat cu MnO, procesul de reducere a MnO


41/260


40

este accentuat, aceast situaie obinndu-se lucrnd cu o cantitate maimic de zgur.

2.9. Dezoxidarea oelului

Dezoxidarea reprezint micorarea coninutului de oxigen, dinoelul lichid, rmas dup etapa de fierbere, pn la concentraii care s

nu mai permit formarea bulelor de monooxid de carbon n intervalulde solidificare i pn la concentraii ce s confere oelului proprietide plasticitate mari (eliminarea ct mai avansat a oxizilor ce seformeaz n timpul dezoxidrii).

Dezoxidarea se realizeaz n trei subetape, acestea fiindpredezoxidarea, dezoxidarea prin difuzie i dezoxidarea prinprecipitare.

2.9.1. Predezoxidarean momentul n care, n oelul lichid, n timpul etapei de

fierbere, s-a obinut carbonul de la oprire, se frneaz procesul deoxidare a carbonului prin adaos n baia metalic de feromangan. Se

calculeaz cantitatea de feromangan n aa fel nct coninutul demangan din oelul lichid s se apropie de limita inferioar aconinutului de mangan din oelul propus a fi elaborat. Sursa 9 indici utilizarea, ca nlocuitor al feromanganului, fonta aliat cu mangan,cunoscuti cu denumirea de font oglind.

Urmeaz amestecarea bii metalice i prelevarea unei probede oel. Se elimin din cuptor circa 75% din cantitatea de zgurrmas de la afinare.

ntre timp, trebuie s soseasc de la laboratorul de analizechimice rezultatul referitor la compoziia chimic a probei prelevate.Astfel, dac fosforul este n proporie prea mare, se elimin din cuptori celelalte 25% de zgur rmas de la afinare. Dac se impune o

carburare slab, se introduce n baia metalic font de afinare (fontade afinare micoreaz temperatura oelului lichid). Dac se impune ocarburare puternic, se introduce n cuptor cocs de petrol.

Fie c se elimin 75% fie 100% din zgura de la afinare,


42/260


41

trebuie ca zgura s fie refcut, n aa fel nct s aib o grosime de 30mm i s reprezinte 2,02,3% din masa bii metalice. Se va avea nvedere ca s se realizeze un raport var mrunt:fluorin: nisip cuarosde (58):(0,52,0):(0,51,5) sau un raport var mrunt: fluorin de(4,05,5):1, existnd i varianta var mrunt: fluorin: sprturi decrmizi de siliciu sau amot mcinate cu valoarea de 6:1:1.

Aceste materiale de formare a noii zguri se pot introduce

amestecate n prealabil (varul trebuie obligatoriu utilizat n starecalcinat) sau se pot introduce separat, n ordinea prezentat anteriorla rapoarte.

n timpul n care zgura este finalizat 15 20 min selucreaz cu tensiune mic (circa 140 V) i intensitate mare, n aa felnct temperatura bii metalice s ating valori de 1.600..1.6500C.

Dac este nevoie de regenerarea unor elemente chimice dealiere din zgur nu se elimin zgura de la finalul etapei de fierbere,ns, se fac corecturile de rigoare pentru carbon dac este cazul.

n continuare, se face predezoxidarea cu mangan. Concret, seintroduce n baia metalic feromangan, n aa fel calculat nct s seobin n oel un coninut de mangan egal cu coninutul de mangan

mediu al oelului propus s se elaboreze. Astfel, ia natere un produsoxidic de forma mMnO n FeO ce este n stare lichid i care sesepar cu uurin n zgur, astfel, eliminndu-se o parte din oxigenuldin baia metalic. Este obligatoriu ca n momentul introduceriiferomanganului n baia metalic, proporia de oxigen din aceasta s fiemai mare.

Urmeaz predezoxidarea cu siliciu. Siliciul este introdus nbaia metalic sub form de ferosiliciu. Cantitatea de ferosiliciu secalculeaz n aa fel nct n baia metalic s rmn 0,03...0,07% Si.Dac raportul dintre coninuturile de Mn i Si [Mn]/[Si] are valoricuprinse n intervalul 4...8, este permis utilizarea unei cantiti maimari de siliciu ca predezoxidant. Utilizarea predezoxidrii cu siliciudup predezoxidarea cu mangan este justificat de faptul c manganulmrete capacitatea de dezoxidare a siliciului i de faptul c produiiuor fuzibili de tipul mMnO nFeO joac rol de fondant, [3], pentru


43/260


42

SiO2 ce se formeaz ulterior. Aa iau natere produii de dezoxidaredin sistemul MnOSiO2FeO ce sunt uor fuzibili, se afl n starelichid, separndu-se cu uurin n zgur i, astfel, oeluldezoxidndu-se.

Dac predezoxidarea cu siliciu s-ar face nainteapredezoxidrii cu mangan, ar rezulta SiO2 i produse bogate n SiO2care se separ greu n zgur, sunt greu fuzibile, rmn n stare de

suspensie n oel, oelul dezoxidndu-se slab acelai efect se obinedac se face predezoxidarea numai cu siliciu sau dac se ntroduce noel o cantitate prea mare de ferosiliciu sau o cantitate prea mic deferomangan.

Sursa [9] indic obinerea unui grad de dezoxidare superiordac predezoxidarea se face cu silicomangan n care raportul Mn/Sieste de 48 silicaii de mangan compleci ce iau natere se separmai uor n zgur. Aceeai surs bibliografic indici posibilitatea depredezoxidare cu aluminiu, dup predezoxidrile cu mangan i siliciu,n cantitate de circa 0,15 kg/t, rezultnd Al2O3 care se decanteaz nmare msur n zgur datorit tensiunii interfazice Al2O3 - matricemetalic mari.

2.9.2. Dezoxidarea prin difuzie prin extracieDezoxidarea prin difuzie are la baz meninerea oelului sub

un strat de zgur reductoare fr FeO conform principiuluirepartiiei elementelor, asigurndu-se transferul oxidului feros dinbaia metalic n zgur.

Se are n vedere ca materialele utilizate pentru formarea zguriireductoare s ndeplineasc urmtoarele condiii :

varul s fie proaspt, s aib dimensiuni de 2040 mm,nainte de utilizare s fie prenclzit la o temperature de minimum1500C i s conin max. 1% SiO2i min. 3% CO2;

fluorina s fie uscati cu granulaie de maximum 20 mm;

materialele de carburare cocsul de petrol i deeurile deelectrozi de grafit s fie uscate i s aib granulaia de maximum 1mm.

Dac nu sunt ndeplinite condiiile anterioare, se mrete


44/260


43

cantitatea de gaze din oel n special hidrogenul ce provine dinumiditatea materialelor nemetalice de adaos , acestea nemaiputndu-se elimina prin fierbere. Modalitatea de eliminare a gazelor n exceseste, n principal, prin barbotare cu gaze inerte n afara agregatului deelaborare.

Zgura reductoare, necesar dezoxidrii prin difuzie, se obineprin prelucrarea zgurii din perioada de predezoxidare a celei

prezentate la paragraful 2.9.1. Dac elaborarea se face fr oxidare,zgura care se prelucreaz pentru a deveni dezoxidant este aceeaobinut dup etapa de topire.

Dezoxidarea prin difuzie se poate face cu una din urmtoarelevariante: zgur alb, zgur carbidici zgur reductoare cu adaos desiliciu i aluminiu.

2.9.2.1. Dezoxidarea prin difuzie cu zgur albAceast metod de dezoxidare se realizeaz n trei etape,

respectiv formarea zgurii de primire, albirea zgurii i meninerea biimetalice sub zgur alb.

Pe zgura rezultat de la predezoxidare se adaog un amestec

format din var, cocs de petrol i fluorin, n proporie de 5:3:1, ncazul elaborrii oelurilor cu un coninut mai mare de 0,25%, sau seadaug un amestec format din var, cocs de petrol, ferosiliciu ifluorin, n proporiile 5:1,5:1,5:1, n cazul elaborrii oelurilor cu unconinut de carbon mai mic de 0,25% n cazul oelurilor cu unconinut foarte mic de carbon cocsul de petrol se nlocuiete cuferosiliciu sau silicocalciu sau aluminiu sub form de granule.

Cantitatea de amestec var, cocs de petrol i fluorin este de99,5 kg/t pentru oelurile cu un coninut de carbon mai mare de0,25% iar cantitatea de amestec var, cocs de petrol, ferosiliciu ifluorin este de 9,510,5 kg/t.

Dup circa 30 min de la introducerea amestecului de la

aliniatul anterior amestecul se poate introduce n mai multe reprize zgura se deschide la culoare, trecnd prin nuanele cafenie i glbuie, pentruca n final s devin de culoare alb (zgura alb, n contact cu aerul setransform n praf de culoare alb ca urmare a formrii ortosilicatului de


45/260


44

calciu, formare ce are loc cu mrire de volum).Dup formarea zgurii albe se preleveaz o prob de oel

pentru determinarea coninuturilor de carbon i mangan, apoi seamestec baia metalic timp de 10 min, dup care se preleveaz altprob de oel.

Urmeaz adugarea unui amestec reductor n cantitate de7,514 kg/t, format din var, ferosiliciu cu 75% Si i fluorin n

urmtoarele proporii de var:ferosiliciu 75 : fluorin : 6:2:1 pentru oelurile nealiate; 8:2:1 pentru oeluri cu grad de aliere mic; 3:2 :1 pentru oelurile cu un grad de aliere mare.Cantitatea total de zgur reductoare este de 35%.Zgura alb trebuie s conin, n general, 5565% CaO,

1520% SiO2, max. 10% MgO, 1,53,0% Al2O3, max. 1,5% FeO,max. 1% MnO, max. 1% CaS, 710% CaF2i 0,51,0% CaC2.

Sub o asemenea zgur, oelul se menine pn la evacuareadin cuptor.

Durata medie de dezoxidare sub zgur alb este de 5060min, ns se poate prelungi aceast durat pn la 7090 min,

prelungire care, n circumstanele unei temperaturi de1.6001.6500C, asigur scderea coninutului de oxigen din oellichid pn la 0,0040,007%, dar, n schimb, conduce la cretereaconinutului de azot.

Pentru oelurile cu coninut mic de carbon sau cu limitenguste de asemenea, n cazul n care, la nceputul dezoxidrii,coninutul de carbon este prea mare dac exist metoda de elaborarecu eliminarea din cuptor a zgurii de la finalul fierberii existtehnologia de dezoxidare sub zgur alb ce se prezint n continuare.Se formeaz zgur nou, n cantitate de circa 2%, din vari fluorin de exemplu, 20 kg/t var i 3 kg/t fluorin. Ulterior, se micoreaztensiunea sub 140 V i se adaug ferosiliciu, mcinat, n cantitate

de 1,5...2,0 kg/t. Astfel, zgura devine linititi lucioas. Dup 58min se mrete tensiunea de exemplu, la 155 V i se adaug pezgur un amestec format din cocs, ferosiliciu 75% i fluorin. Aa,zgura spumeaz i devine alb n 1020 min. Ulterior, se adaug


46/260


45

periodic ferosiliciu, dup caz, amestecat cu cocs.Sub zgura alb, fierberea bii metalice nceteaz. Monooxidul

de carbon care se mai formeaz n baia metalic sau la interfaa baiemetalic-zgur este redus de siliciul adugat n zgur conform reacieichimice 2[CO]+(Si)=2[C]+(SiO2), conform acestei reaciei chimicebaia metalic carburndu-se, viteza de carburare lundu-se nconsideraie i carburarea cauzat de zgur, fiind de 0,02% C/h.

2.9.2.2. Dezoxidarea prin difuzie cu zgur carbidicDenumirea de carbidic provine de la coninutul de CaC2 al

zgurii 13%.CaC2 provine n urma interaciunii CaO cu carbonul din cocsul de

petrol, sub influena arcului electric. CaC2 este constituientul principal alcarbidului.

Alegerea dezoxidrii cu zgur carbidic trebuie s aib nvedere c o asemenea zgur reflect puternic cldura spre zidrie ouzeaz accentuat , carbureaz baia metalic, viteza de carburare fiind0,030,05%C/h i se separ greu de baia metalic, determinnd, ntimpul amestecrii bii metalice n cuptor i n timpul evacurii,

impurificarea oelului cu incluziuni nemetalice. De asemenea, zguracarbidic, micoreaz pericolul ca n timpul dezoxidrii prinprecipitare produii reaciilor de dezoxidare s fie n cantitate mare is rmn n cantitate mare n oelul lichid.

Dezoxidarea cu zgur carbidic se aplic n cazul elaborriioelurilor ce au coninut de carbon mare i a oelurilor care admitlimite largi pentru coninutul de carbon.

Se are n vedere c zgura carbidic trebuie s asigure i o bundesulfurare, cantitatea de zgur carbidic lund n considerareimpunerea unui coeficient de repartiie al sulfului ntre zgur i baiametalic ce depinde, la rndul su, de gradul de desulfurare al oelului,[10].

Pe zgura rezultat de la predezoxidare se adaug un amesteccompus din var, cocs de petrol i fluorin n proporiile var: cocs de petrol :fluorin de 5:3:1. Cantitatea de amestec menionat se adaug n porii ncantitate de 1115 kg/t (mai mare dect n cazul formrii zgurii albe) i se


47/260


46

distribuie uniform pe toat suprafaa zgurii.Se nchide ua cuptorului cu scopul evitrii ptrunderii aerului

n cuptor.Se lucreaz cu regimul electric de intensitate maxim

consacrat etapei de dezoxidare.Dup 2025 min se deschide ua de lucru a cuptorului i pe

zgura spumant se adaug amestec de var, cocs de petrol i fluorin

(var: cocs de petrol: fluorin cu valoarea de 5:3:1) n cantitate de915 kg/t, astfel ca adaosul total de amestec carburant s fie de23%.

Compoziia chimic a zgurii carbidice are valorile prezentaten tabelul 3/O1, [9].

Tabelul 3/O1Compoziia chimic a zgurii carbidice

Compoziia chimic, n %Varianta

CaO SiO2 MgO Al2O3 FeO MnO CaS CaF2 CaC2

1 5565922

max.10

max.4,0

max.0,8

max.0,8

max.2,0

812

1,03,0

2* 606518

2279 0,3 0,5

max.0,1

0,3 101,0

1,5

* zgur tipicSe pstreaz acelai regim termic intens 2040 min,

zgura devenind linitit pe msur ce se reduc unii oxizi din ea(FeO, MnO, Cr2O3 etc.).

Coninutul minim de oxigen n oelul lichid se obine daczgura carbidic conine maximum 0,5% FeO n majoritateatimpului de dezoxidare prin difuzie.

Pentru diminuarea fenomenului de carburare dar i afenomenului de impurificare a oelului lichid cu incluziuninemetalice, nainte de dezoxidarea prin precipitare i de aliere, seamestec baia metalic, se preleveaz o prob pentru analiza

compoziiei chimice i apoi se transform zgura carbidic nzgur alb, adic se micoreaz concentraia de CaC2 din zgur,fenomen ce mai poart denumirea de spargere. Spargerea serealizeaz practic prin deschiderea uii de lucru a cuptorului timp


48/260


47

de 5 minute sau prin adugarea pe suprafaa zgurii a unei cantitimici de arsur de fier are loc oxidarea carbonului din CaC2.

Dac este cazul, se adaug pe suprafaa zgurii un amestecde var, ferosiliciu cu 75% Si i fluorin n proporiilevar :ferosiliciu 75% : fluorin de 6 :2 :1 pentru oelurile nealiate, de 8 :2 :1 pentru oelurile cu grad de aliere mic i de 3 :2 :1 pentru oelurile cu grad de aliere mare.

Durata de dezoxidare cu zgur carbidic nu trebuie sdepeasc 90100 min, avndu-se n vedere, n afar demotivele prezentate la nceputul acestui paragraf, i faptul c seperturb semnificativ echilibrul dintre oxizii de fier din baiametalic i oxizii de fier din masa de ajustare cptuealarefractar granular. Consecina este c se creeaz un fluxunidirecional de oxizi de fier de la cptueala refractar la baiametalic, ceea ce determin micorarea rezistenei mecanice acptuelii refractare granulare, desprinderea de pri din ea, i,astfel, impurificarea oelului.

n timpul dezoxidrii prin difuzie, indiferent de naturazgurii, se controleaz compoziia chimic a oelului i, n mod

deosebit, coninutul de oxigen.Coninutul de oxigen se controleaz, fie prin prelevare de

probe cu diametrul de 5 mm cu dispozitive consacrate (tuburi desticl depresurizate), probe analizate apoi prin metode fizice, fieprin turnare de oel n cochile metalice cu capacitatea de circa 1kg i cu seciunea longitudinal uor tronconic. Concret, setoarn oelul cu lingura n cochil i apoi se analizeaz vizualoelul turnat. Astfel, oelul este bine dezoxidat aceastexpresie avnd doza de relativism inerent dac oelul turnatnu eman gaze i scntei, iar dup solidificare suprafaa probeieste concav. De asemenea, se poate turna o prob cilindric ncochil de exemplu, f50x60 mm prob ce apoi se forjeazpn la nlimea de 10 mm. Dac pe marginea probei forjate nuapar crpturi, nseamn c oelul este bine dezoxidat.


49/260


48

2.9.2.3. Dezoxidarea prin difuzie cu zgur i adaos desiliciu i aluminiu

Aceast metod de dezoxidare prin difuzie se aplic ncazul elaborrii oelurilor cu coninut de carbon mic, care auconinutul de carbon ntre limite strnse i n cazul elaborriioelurilor aliate cu crom, cu grad de aliere mare, elaborate dinncrcturi ce conin sorturi aliate cu crom i elaborate prin

fierbere cu oxigen.n cazul elaborrii oelurilor cu coninut foarte mic decarbon sau ntre limite strnse, dup ce s-a eliminat zgura de laafinare, se formeaz o zgur nou cu un amestec de var, fluorin,cuarit i sprturi de crmizi de amot, n proporiilevar :fluorin : cuarit : sprturi de crmizi de amot de8 :22,5 :17,51. Dup formarea noii zguri se mretefluiditatea prin adosuri de ferosiliciu cu 75% siliciu i se mretereactivitatea chimic. Siliciul din ferosiliciu i exercit rolul dereductor, n special pentru FeO ce provine din baia metalic.Cantitatea total de zgur trebuie s fie n final de 35%.

n cazul elaborrii oelurilor aliate cu crom sau cu crom i

mangan, cu grad de aliere mare, pe zgura de la afinare se adaugun amestec de 50% ferosiliciu cu 75% siliciu i 50% var. n felulacesta trebuie s se obin n zgur 3035% SiO2. Cu oasemenea zgur, MnO este legat chimic de ctre SiO2 seformeaz silicai de mangan , ceea ce nseamn c se reduce maipuin, iar Cr2O3 se reduce n proporie de 50%, dac adaosul deferosiliciu cu 75% siliciu este de 1,51,8%, i n proporie de76%, dac adaosul de ferosiliciu cu 75% siliciu este de 2,3%(aceste reduceri de Cr2O3 sunt caracteristice oelurilor ce conin0,03%C, iar n cazul oelurilor cu un coninut de carbon mai mare,gradul de recuperare a cromului din zgur este mai mare).Cantitatea total de zgur este de 35%. SiO2, liber din zgur,

sufer procese de reducere, ceea ce nseamn cretereaconinutului de siliciu din baia metalic, adic nu se poate contape o recuperare avansat de crom din zgur. Gradul de recuperareal cromului, ns, crete iar durata de recuperare a cromului scade


50/260


49

(maximum 2 h), dac pe zgura de la afinare se adaog 1,1%amestec de ferosiliciu cu 75% Si, silicocalciu i aluminiu, nproporiile ferosiliciu cu 75% Si: silicocalciu: aluminiu de 8 :2 :1.Zgura dezoxidat cu ferosiliciu este acid CaO/SiO2 = 0,41,2 ceea ce i explic creterea coninutului de siliciu n oelullichid, adic se creeaz circumstanele unei dezoxidri prinprecipitare. Se recomand ca, cu puin timp nainte de evacuarea

oelului, s se adauge pe suprafaa zgurii un amestec de var,aluminiu i mangal, n proporiile var: aluminiu :mangal de10:8:1.

2.9.3. Dezoxidarea prin precipitareSe recomand ca dezoxidarea prin difuzie s fie

completat cu dezoxidarea prin precipitare, n vederea obineriiunui coninut mai mic de oxigen n baia de oel prelungireadezoxidrii prin difuzie nu se justific din motive economice.

Dezoxidanii se introduc n oelul lichid n ordineacresctoare a afinitii chimice fa de oxigen, adic MnSiAlCa etc.

Pe msur ce temperatura scade, capacitatea dedezoxidare a elementelor chimice dezoxidante se mrete.

Ordinea de introducere a dezoxidanilor n baia de oel,cantitatea de dezoxidani dar i temperatura bii metaliceregleaz capacitatea de separare n zgur a produilor procesuluide dezoxidare, adic obinerea de produi uor fuzibili cudensitate mici capacitate mare de coalescen.

n practic se utilizeaz n mod curent Mn, Si i Al ce seintroduc n oel n ordinea enumerrii.

Cantitile de Mn, Si i Al necesare dezoxidrii prinprecipitare se calculeaz n funcie de echilibrele MnO, SiO iAlO, cei trei dezoxidani introducndu-se n oelul lichid sub

form de feromangan, ferosiliciu i aluminiu tehnic.Manganul se introduce n special pentru a crea condiii de

obinere de prod

Documents

Elaborarea otelului