Proizvodnja Č u KK

Istraživanja propuhivanjem metalne taline kisikom odozgo u adaptiranom Bessemerovom

konvertoru kapaciteta od 2 t započela su 1949. g. u Linzu (Austrija). Nastavak istraživanja se

provodio u 15 t konvertoru u Linzu, te 5 t i 10 t konvertorima u Donawitzu. Tako su razvijeni

LD konvertori u Linzu 1952. g., a u Donawitzu 1953. g. Izrada čelika u kisikovim

konvertorima brzo je prihvaćena u cijelom svijetu jer je proces bio jeftiniji i efikasniji od

ostalih. Zbog toga su se gradili LD konvertori kapaciteta od 50 do 500 t. Obično se u čeličani

instaliraju najmanje dva, a često i tri konvertora tako da dok je jedan u remontu, preostala dva

stalno rade. Osnovne sirovine: sirovo željezo, čelični otpad i/ili neki drugi izvor metala (npr.

DRI proizvodi) , Fe-ruda (Fe2O3), talitelji, kisik i ferolegure (dodaju se u lonac).

Tehnologija izrade konvertorskog Č

Primarni cilj pri proizvodnji čelika u kisikovim konvertorima je smanjivanje sadržaja ugljika s

oko 4 mas. % na manje od 1 mas. % (obično manje od 0,1 mas. %). Proizvodnja čelika u

konvertoru odvija se u nekoliko faza koje traju oko 45 min, obično 30-65 minuta. Prije

punjenja konvertora u računalo se unesu podaci bitni za voĎenje procesa izrade čelika

(kemijski sastav i temperatura sirovog željeza, kemijski sastav i temperatura čeličnog otpada).

Čelični pripremljeni otpad se pomoću košara unosi u konvertor. Da bi se izbjeglo špricanje u

konvertor se prvo dodaje pripremljeni čelični otpad (kranom ili obično pomoću dvije korpe).

Tekuće sirovo željezo iz visoke peći se doprema pomoću torpeda na tračnicama. Ako je

potrebno ono se u transfer loncu obradi radi uklanjanja sadržaja sumpora (0,025 - 0,002 mas.

%) u trajanju od 5 do 20 minuta. Nakon odsumporavanja lonac se zarotira kranom i ukloni se

troska koja pliva na rastaljenom željezu. Nakon toga se kranom podiže lonac s rastaljenim

sirovim željezom i nagne se, te se sirovo željezo izlije u nagnuti konvertor.

Upuhivanje kisika u talinu

Nakon što se napuni čeličnim otpadom i rastaljenim sirovim željezom konvertor se uspravlja i

počinje propuhivanje kisikom kroz vodom hlaĎeno koplje. Ovisno o volumenu konvertora i

kapacitetu kolektora i pročistača plina brzina propuhivanja kisikom je 560-1000 Nm3/min.

Potrebno je koristiti što čišći kisik (min. 99,5 %). Danas konvertori rade s kisikovim kopljima

koja imaju 4-5 mlaznica i najčešće s količinama kisika 640-900 Nm3/min za konvertore

kapaciteta 230-300 t. Kod konvertora propuhivanih odozdo, kisik se injektira kroz dno

uporabom brojnih mlaznica ili otvora (14-22 otvora za propuhivanje 4-4,5 Nm3 O2/t čelika u

jednoj minuti). Ti se otvori sastoje od dviju koncentričnih cijevi, pri čemu se kisik injektira

kroz središnju cijev, a ugljikovodici (prirodni plin ili propan) struje kroz prostor izmeĎu cijevi

i služe kao sredstva za hlaĎenje. Nakon završetka propuhivanja kisikom, konvertor se zarotira

u smjeru za punjenje, (gotovo pod 90o) tako da se može uzeti uzorak za kemijsku analizu i

izmjeriti temperatura. Na osnovi laboratorijskih rezultata kemijskog sastava odlučuje se da li

je talina gotova za izlijevanje ili je nužna korekcija. Komercijalni uspjeh proizvodnje čelika u

konvertoru postignut je uglavnom zbog dvije bitne karakteristike: proces ne treba vanjski

izvor topline (reakcije oksidacije za vrijeme propuhivanja osiguravaju potrebnu energiju za

taljenje talitelja i čeličnog otpada) i sposoban je rafinirati čelik velikom brzinom. Reakcije

oksidacije primjesa brzo se odvijaju zbog izrazito velike kontaktne površine. Emulzija

plin/metal/troska emulzija stvara veliku kontaktnu površinu koja povećava brzine reakcija

rafinacije.

Čim se počne s dovodom kisika dodaju se talitelji

(vapno, dolomitno vapno, CaF2 itd.). Dodavanje

talitelja obično se završava pri kraju druge serije

propuhivanja kisikom. Vapno (CaO) se dodaje u

pravilu radi kontrole sadržaja sumpora i fosfora u

čeliku. Dolomitno vapno (MgO) se koristi radi

zasićenja troske s MgO, odnosno da se smanji

otapanje dolomitnog vatrostalnog materijala unutar konvertora (13-36 kg/t čelika). Kod

većine konvertorskih čeličana dodaju se vapnenac (CaCO3) ili dolomitni vapnenac

(CaCO3MgCO3) češće kao hladila nego kao talitelji.Kod visokougljičnih talina ponekad

se dodaje CaF2 zbog otapanja

vapna i smanjenja viskoziteta

troske. Budući je CaF2 veoma

korozivan prema vatrostalnoj

oblozi i stvara HF koja dovodi

do korozije sustava za čišćenje

plina dodaje se u veoma malim

količinama. Silicij, mangan,

željezo i fosfor stvaraju okside

koji u kombinaciji s taliteljima

stvaraju tekuću trosku. Neovisno

o tome da li se konvertor

propuhuje kisikom odozgo ili odozdo nastala troska ima sastav: 40-60 mas. % CaO, 2-10

mas. % MgO, 4-30 mas. % FeO, 3-8 mas. % MnO, 12-26 mas. % SiO2, 1-3 mas. % P2O5,

1-2 mas. % Al2O3, 0,1-0,3 mas. % S. Suma tri osnovna oksida u trosci CaO+FeO+SiO2 je

u području 82-92 % s bazicitetom troske izraženim s CaO/SiO2=2-4. Kod većine

konvertorskih troski sadržaj MgO je manji od 8 mas. %, a P2O5 od 3 mas. %. Nakon

završetka propuhivanja kisikom uzima se uzorak za kemijsku analizu i mjerenje

temperature taline. Ako je talina "pretopla" dodaju se hladila (Fe-ruda ili vapnenac), a ako

je talina "prehladna" ili je sadržaj ugljika, fosfora i sumpora previsok nastavlja se s

dodatnim propuhivanjem (1-3 minute). Ovisno o uvjetima rada i promjeru ispusnog otvora

izlijevanje taline od 300 t traje 4-8 minuta. Budući se može stvoriti vrtlog blizu izlijevnog

otvora treba voditi računa da se ne izlije i dio troske u lonac za čelik (razvijena je različita

oprema uključujući postavljanje elektomagnetskih sezora za detekciju troske).

Vrste kisikovih konvertora

U osnovi postoje tri vrste kisikovih konvertora: propuhivanje kisikom odozgo (LD, BOF

ili BOP-proces), odozdo (OBM ili Q-BOP proces) i kombinirano (K-OBM proces).

Kisikovi konvertori propuhivani odozgo

Plašt konvertora je obično izraĎen u zavarenoj konstrukciji s obzidanom vatrostalnom

oblogom (debljine do 1 m). Zakretanje konvertora postiže se

pomoću elektromotora s brzinom 1-1,1 o/min. Prvi razvijeni

kisikovi konvertori (LD i LD-AC) radili su isključivo

propuhivanjem kisikom odozgo kroz koplje hlaĎeno vodom

koje je smješteno duž osi konvertora. Moderni konvertor ima

cilindrični središnji dio, koncentrični gornji otvor u obliku

odsječenog stošca i okruglo dno.

Pri

propuhivanju kisikom odozgo

dolazi do interakcije kisika i

rastaljene taline pri čemu dolazi do

ubrzanog odvijanja reakcija

oksidacije (Si, Mn, C, P). Pri tome

istodobno raste temperatura taline,

nastaje troska, razvijaju se plinovi

(CO, CO2) itd. U neposrednom

kontaktu kisika i rastaljenog metala

dolazi do oksidacije ugljika pri

čemu nastaju mjehuri CO i CO2 koji izlaze van iz taline. Budući je prvi granični sloj na

meĎufaznoj granici plin/metal razugljičen on pada prema dolje u talinu. Čestice bogatije

ugljikom iz nižih slojeva taline se dižu i dolaze u kontakt s kisikom pri čemu se oksidiraju.

Time se ostvaruje prijenos mase zahvaljujući razlici u gustoći slojeva taline. Istodobno se

prijenos mase ostvaruje zbog gradijenta koncentracije (dc/dx) jer je u dubini taline

koncentracija ugljik (c1) veća od koncentracije na površini (co).

S obzirom na budućnost može se očekivati da će

izrada čelika preko konvertora i nadalje dominirati. Kod

konvertora je 4-6 puta veća brzina oksidacije

ugljika nego kod elektrolučne peći. Na pomolu

nema novih tehnologija koje bi zamijenile kisikov

konvertor i zato se iz ekonomskih i ekoloških

razloga rade brojna poboljšanja na proizvodnji

čelika u postojećim konvertorima.

Kisikovi konvertori propuhivani odozdo

Na temelju suradnje njemačkih i kanadskih stručnjaka početkom 1970-ih godina došlo je

do razvoja kisikovih konvertora propuhivanih odozdo, OBM ili Q-BOP procesi. U

početku se kisik zajedno s praškastim vapnom uvodio kroz središnji dio koncentrične

cijevi, dok su za hlaĎenje korišteni plinoviti ugljikovodici (prirodni plin ili propan)

injektirani kroz prstenasti dio dviju cijevi. Endotermni

raspad ugljikovodika dovodi do lokalnog hlaĎenja. U

usporedbi s propuhivanjem odozgo skraćeno je vrijeme

propuhivanja na 10-12 minuta, povećan je izvadak (92

%) i osigurano je mirno voĎenje taline. Osim što se

kisik koristi kao glavno gorivo (3,5-5,0 Nm3 O2/t čelika

u jednoj minuti) on je i nositelj usitnjenog vapna.

Injektirano vapno osigurava dodatno hlaĎenje i

potpomaže odvijanje rafinacije.

Ovisno o kapacitetu konvertora obično se koristi 12-18 ugraĎenih elemenata za

propuhivanje u vatrostalno obloženu podnicu. Ovisno o brojnim čimbenicima

(temperatura izlijevanja čelika, sadržaj ugljika, temperaturni gradijent u podnici itd.)

podnica može izdržati izradu 800-2500 talina. Bitna prednost procesa propuhivanjem

odozdo je sposobnost rastaljivanja većih i debljih komada čeličnog otpada nego kod BOF

procesa, što snižava cijenu pripreme. Uvjeti za odsumporavanje tijekom propuhivanja

odozdo su povoljniji nego kod propuhivanja odozgo zbog manje oksidativne troske, veće

kontaktne površine na meĎufaznoj granici plin/metal i bržeg nastajanja aktivne bazične

troske (istodobno propuhivanje kisika i praškastog vapna). Konvertori propuhivani

odozdo pružaju brojne prednosti u usporedbi s procesima s propuhivanjem odozgo

uključujući kraće vrijeme izrade taline (zbog većeg stupnja miješanja), manja količina

taline se oksidira, koriste se veći udio čeličnog otpada i bolje je iskorištenje.

Kombinirani proces propuhivanja

Osnovne varijante kombiniranog propuhivanja su: propuhivanje kisikom odozgo uz

miješanje inertnim plinovima odozdo, te propuhivanje kisikom odozgo i odozdo (do 20

%). Različiti oblici kombiniranog propuhivanja razlikuju se jedan od drugoga u

korištenim kopljima, postavljanju dodatnih mlaznica kod grla konvertora, podnim

čepovima, vrsti korištenih vatrostalnih opeka, dodatnim gorivima, inertnim plinovima i

korištenoj količini čeličnog otpada. Najviše korišteni kombinirani proces je K-OBM.

Pojedinačne prednosti kombiniranih procesa mogu se sažeti u slijedećem:

- homogenost taline postiže se kroz brzo otapanje čeličnog otpada,

- ubrzanje ciklusa propuhivanja za oko 25 %,

- veće iskorištenje željeza i legirajućih elemenata,

- povećana točnost u postizanju traženog kemijskog sastava taline,

- povećana čistoća čelika,

- nastaje manja količina troske, manje je prolijevanje i manje je naginjanje konvertora,

- povećan je radni vijek konvertora,

- niža cijena izrade čelika u usporedbi s isključivim propuhivanjem odozgo ili odozdo,

- povoljni uvjeti za primjenu mjernog sustava uključujući uporabu posebnih podkopalja.

Na tržištu postoje brojne varijante koje uzimaju u obzir primarne lokalne uvjete i potrebu

za specifičnim područjem čeličnih proizvoda. Postojeći konvertori propuhivani odozgo

mogu se efikasno preusmjeriti posebice za postavljanje opreme za dodatno miješanje

inertnim plinom. Kombiniranim propuhivanjem zajedno sa sekundarnom metalurgijom

dobivaju se različiti kvaliteti čelika s optimalnom efikasnošću i odličnim odnosom

cijena/efikasnost. Sa stajališta konstrukcije i metalurških reakcija postoji još prostora za

daljnji razvoj kombiniranih procesa.

PROIZVODNJA ELEKTROČELIKA

Elektročelik se uglavnom proizvodi u elektrolučnim i indukcijskim pećima. Više od 90%

elektročelika dobiva se iz elektrolučnih peći (ELP) uporabom električnog luka. Od ukupne

proizvodnje čelika od 950 mil. t u 2003. g. na čelik iz ELP odnosi se oko 34 %. Prva

izvedba današnjeg oblika ELP datira od 1900. g. (P. Héroult). U prvih 50-60 godina rada

elektrolučni postupak proizvodnje čelika služio je isključivo za proizvodnju plemenitih

čelika. U početku se elektročelik primarno koristio za izradu dugih proizvoda (žica,

nosači, cijevi), ali danas proizvodni asortiman je proširen uključujući i neke plosnate

proizvode (lim, traka) uglavnom iz legiranih čelika. Zbog brojnih prednosti izrade čelika

ovaj postupak sve više konkurira postupcima dobivanja čelika u integralnim željezarama.

Uloga ELP je sve veća, posebice kod koncepta rada minivaljaonica, s nekadašnjom

godišnjom proizvodnjom od 0,3 do 0,5 mil. t čeličnih proizvoda, a danas oko 1,5 mil. t. AC-ELP peć ima cilindrični oblik i sastoji se od dna, plašta, svoda, opreme za pomjeranje

i napajanje električnom energijom, pomoćne procesne opreme itd. Dno se peći sastoji od

sferično oblikovane čelične posude s nekoliko slojeva vatrostalnog materijala. Plašt je

cilindričnog, a svod peći sferičnog oblika. Plašt peći iznad razine troske, kao i svod peći,

obično se sastoje od vodom hlaĎenih panela. Paneli podnose visoka toplinska i mehanička

opterećenja (npr. udar čeličnog otpada na panel). Time se za 50-70 % smanjila potrošnja

vatrostalnog materijala, povećala se trajnost svoda peći za 50 %, osigurao se rad s duljim

električnim lukom i skraćeno je vrijeme taljenja za 5-10 minuta. Tijekom izrade čelika u

ELP koriste se hidraulički sustavi za podizanje i rotiranje svoda, podizanje/spuštanje i

njihanje elektroda, nagibanje peći prema naprijed za izlijevanje čelika i prema natrag za

ispuštanje troske itd. Za izlijevanje čelika preko podnice peć se nagiba prema naprijed s

kutom nagiba 15-20°, a za izlijevanje čelika preko žlijeba peć se nagiba do kuta 45° (za

potpuno pražnjenje peći). ELP ima nekoliko gornjih i donjih otvora. U gornje otvore

spadaju tri otvora za uvoĎenje elektroda, četvrti otvor je za ispuštanje izlaznih plinova, a

peti može imati višestruku ulogu: kontinuirano dodavanje DRI/HBI proizvoda,

injektiranje ugljena ili vapna. Donji otvori su otvor za izlijevanje na podnici peći

(napunjen pijeskom) i vrata za trosku (prvo su služila za skidanje troske, a kasnije za

uvoĎenje gorionika O2/gorivo ili kisikovih kopalja). Ponekad su postavljeni i otvori na

bočnoj strani peći (vodom hlaĎena koplja za razugljičenje taline) ili na podnici peći

(injektiranje inertnih plinova, kisika, vapna ili ugljika). Porast produktivnosti ELP

posljedica je primjene inovacija koje uključuju gorionike O2/gorivo, kisikova koplja,

injektiranje ugljik/vapno, rad s pjenušavom troskom, naknadno izgaranje CO u slobodnom

prostoru peći, miješanje taline, DC-pećna

tehnologija, primjena tehnologija

predgrijavanja čeličnog otpada,

kontinuirano punjenje.

Konstrukcija elektrolučne peći na istosmjernu struju

U 1990. g. u svijetu je radilo šest DC peći, a danas ih radi preko 100 u različit im

konstrukcijama. DC peć pruža mogućnost za veći stupanj automatizacije (zbog više

slobodnog prostora na vrhu i unutar peći uslijed rada s jednom grafitnom elektrodom) ali

je skuplja u investiciji za 10-35 % u usporedbi s AC peći. DC peć ima jednu elektrodu. U

usporedbi s AC pećima, DC peći troše manje električne energije, elektroda (1-1,5 kg/t

čelika) i vatrostalnog materijala (manje od 2 kg/t čelika), manja je emisija buke (5-10 dB),

manji je udar na električnu mrežu (za 50-60 %), bolja je raspodjela temperature, bolje je

miješanje taline zbog elektrodinamičkih sila. Današnje DC peći imaju snagu od 80 do 100

MW i koriste elektrodu (katoda) promjera 700-750 mm, a podnica može izdržati izradu

2000-4000 talina.

Tehnologija izrade čelika u ELP

Osnovna sirovina za proizvodnju čelika u elektrolučnoj peći je čelični otpad (stari

procesni ili industrijski te vlastiti ili povratni). Pored čeličnog otpada kao uložak može se

koristiti rastaljeno sirovo željezo, proizvodi direktne redukcije (DRI/HBI) i vrući metal

kao produkt redukcijskog taljenja Corex postupkom. U usporedbi s kisikovim

konvertorima (oko 4 mas. % C je prisutno u tekućem sirovom željezu) sadržaj ugljika iz

sirovina za proizvodnju elektročelika (čelični otpad, neki od proizvoda direktne redukcije)

znatno je niži.Nositelji ugljika u punjenju za ELP su ugljen antracit veličine oraha ili

Napomena 1 Treba samo ove tri krivulje nacrtat (potrošnja energije, elektrodi i vrijeme izljevanja), one gore izdanke ne treba

graška (87-89 mas. % C, 3-8 mas. % vlage, 11-18 mas. % pepela i 0,4-0,7 mas. % S), sitni

metalurški koks (86-88 mas. % C, 1-2 mas. % vlage, 1-3,5 mas. % volatila, 9-12 mas. %

pepela i 0,88-1,2 mas. % S) i petrol koks. Vapno je najčešće korišteni talitelj kod

modernih ELP, a dodaje se prilikom ulaganja ili izravnim injektiranjem u peć (često se

dodaje mješavina MgO+CaO). Pjenjenje troske se postiže injektiranjem kisika i ugljena

(nastaje plinoviti CO u trosci) ili injektiranjem samo ugljika koji reagira sa FeO iz troske i

daje plinoviti CO. Postupkom pjenušanja troske poveća se efikasnost prijenosa energije na

60-90%. Obično se injektira 2-5 kg C/t čelika, a za ELP veće snage i DC-peći dodaje se 5-

10 kg C/t čelika (kod većih peći veća je duljina luka koju mora štititi troska).

Uporaba kisika u elektrolučnoj peći

Danas se grade ELP kapaciteta od nekoliko tona do 200 t. Uglavnom se rade kao

standardne peći kapaciteta 25, 50, 80, 120, 150 i 200 t. Davno je električna energija bila

samo izvor energije za taljenje čeličnog otpada. Za razliku od prije (3-8 sati) danas se

talina čelika dobiva za manje od 60 minuta s potrošnjom električne energije 380-400

kWh/t čelika. ELP u zadnjih 15 godina posljedica je intenzivne uporabe kisika. U početku

je kisik korišten samo za reakciju oksidacije ugljika (3-5 Nm3 O2/t čelika). Današnje

moderne visokoučinske ELP koriste i do 50 Nm3

O2/t, a u slučaju primjene naknadnog

sagorijevanja CO i do 70 Nm3 O2/t čelika. Time se znatno smanjuje potrebna ulazna

električna energija (30 Nm3 O2/t čelika ekvivalentno je ulaznoj snazi električne energije

od 11 MW). Općenito oko 30-40 % ukupne potrebne energije za ELP dolazi od primjene

kisika (gorionici O2/gorivo, kisikova koplja). Injektiranje kisika u količinama većim od

40-50 Nm3/t čelika dovodi do manjeg izvatka zbog prekomjerne oksidacije željeza.

Kisikova koplja mogu biti vodom hlaĎena ili potrošiva koplja. Danas su razvijeni

robotizirani manipulatori koji istovremeno s kisikovim kopljem injektiraju vapno i ugljik

(za pjenušanje troske). Ušteda energije primjenom kisikovih kopalja posljedica je

egzotermnih reakcija oksidacije željeza i ugljika, miješanja taline što povećava

homogenost temperature i sastava taline. Teoretski osloboĎena toplina (energija) za

reakciju oksidacije željeza je 6,0 kWh/Nm3

kisika, a ugljika je 2,8 kWh/Nm3

kisika.

Brzina dodavanja kisika ograničena je sposobnošću sustava za evakuaciju dimne prašine

(obično od 30 do 100 Nm3/min.) i ovisi o kapacitetu peći (0,78-0,85 Nm

3 O2/t kapaciteta

peći). Kod novijih procesa (gdje je uložak bogat ugljikom) koristi se brzina dodatka kisika

koja je ekvivalentna 0, 1% odugljičenja/min (brzine uvoĎenja O2 kopljem su veoma

visoke, čak do 280 Nm3 O2/min., što je slično brzinama O2 koplja kod kisikovih

konvertora).

Tehnološki ciklusi rada ELP

U nekadašnjim ELP su se sve faze proizvodnje čelika (predgrijavanje, taljenje, rafinacija i

legiranje) provodile u istom agregatu. Budući su današnje ELP ustvari agregati za

pretaljivanje, proces se u suštini sastoji od punjenja, taljenja i izlijevanja taline.

Ciklus rada ELP podrazumijeva vrijeme od izlijevanja do izlijevanja taline, a šire gledano

sastoji se od punjenja peći, taljenja, rafinacije, skidanja troske, izlijevanja i popravka. U

skladu s planom podignu se svod i elektrode (zakrenu se u stranu) te se kranom iznad peći

dovede košara pripremljenog čeličnog otpada. Dno košare se otvara (segmenti se razmiču)

i čelični otpad pada u peć. Broj košara čeličnog otpada ovisi o volumenu peći i gustoći

čeličnog otpada (najčešće 2-3 košare). Rastaljeno sirovo željezo ili vrući metal se ulijevaju

nakon podizanja svoda i naginjanja ELP. Do 25 % udjela DRI proizvoda u punjenju

ulaganje se provodi košarom, a iznad 25 % DRI proizvodi se kontinuirano dodaju kroz

peti otvor na svodu peći (33-34 kg/min.). U ELP se može dodavati i vrući DRI proizvodi

(700-1000oC) što dodatno štedi energiju. Punjenje može sadržavati talitelje (vapno, CaF2),

ugljik i ferolegure, Vapno i ugljik se mogu dodavati u peć injektiranjem tijekom

zagrijavanja. Osnovni cilj injektiranja praškastih materijala u ELP je stvaranje povoljnih

uvjeta za odvijanje metalurških reakcija. Nakon punjenja prvo se spušta svod, a onda

elektrode da bi se usmjerio električni luk na čelični otpad. Taljenje je središnja faza rada

ELP. Za taljenje se koristi električna energija (dovodi se putem grafitnih elektroda) i

kemijska energija (primjenom gorionika O2/gorivo i kisikova koplja). Toplina se na

čelični otpad prenosi zračenjem i konvekcijom, a unutar čeličnog otpada kondukcijom.

Dodatno injektiranje kisika ili druge gorive plinovite mješavine ubrzava taljenje. Nastali

metalni oksidi prelaze u trosku, a dobiveni plin CO se evakuira iz peći ili može nastaviti

daljnje njegovo izgaranje (ako je u peći prisutno dovoljno kisika). Reakcija oksidacije

ugljika ima višestruku funkciju: osigurava 30-40 % potrebne energije, pjenušanje troske

(zaštita luka), smanjuje sadržaj plinova (H2, N2) itd. Brzina oksidacije ugljika u ELP

mnogo manja u usporedbi s kisikovim konvertorima. Općenito je ELP slab agregat za

odfosforavanje u usporedbi s kisikovim konvertorima. Stupanj odfosforavanja u ELP je

20-50 %, a u kisikovim konvertorima oko 90 % (zbog višeg baziciteta i višeg sadržaja

FeO u troskama u kisikovom konvertoru). ELP nije efikasan agregat za odsumporavanje.

Odsumporavanje je bolje provesti tijekom izlijevanja (rad s Ca-aluminatnom troskom) i

tijekom metalurgije lonca. Kada se postigne željeni sastav i temperatura taline ELP se

nagne i čelik se izlijeva kroz otvar ili žlijeb u lonac na daljnju obradu. Tijekom izlijevanja

čelik se dezoksidira (aluminijem ili silicijem u obliku Fe-Si ili Si-Mn), a mogu se dodavati

i legirajući elementi. Pri izlijevanju čelika u lonac treba spriječiti da se u lonac ne izlije i

oksidirana troska jer bi to bitno otežalo obradu čelika tijekom naknadnih faza proizvodnje

(sekundarna metalurgija i kontinuirano lijevanje). Nakon završetka lijevanja pa do prvog

ulaganja čeličnog otpada u peć se pregleda i ako treba popravlja se pećna obloga, ognjište,

područja oko razine troske, otvor za izlijev se popuni pijeskom itd. Danas su gorionici

O2/gorivo (prirodni plin) gotovo standardna oprema za ELP. Za male i srednje ELP

Napomena 2 Nacrtat jedan od ova tri ciklusa

gorionik kroz vrata za trosku dostiže sva "hladna mjesta". Za duže ELP koriste se 3-4

gorionika bočno postavljena kroz plašt peći. Kod uobičajenih ELP mali je stupanj

prirodnog miješanja taline (postoje koncentracijski i temperaturni gradijenti, 40-70°C).

Većina ELP koriste plin (Ar, N2) za miješanje odozdo kroz kontaktni (izdrže 300-500

talina) ili bezkontaktni (izdrže čak 4000 talina) porozni čep.

Rad s pjenušavom troskom

Na početku faze taljenja zračenje iz električnog luka na bočne stijenke peći je neznatno

(elektrode su okružene čeličnim otpadom).

Odvijanjem taljenja sve se više topline zrači

iz luka na bočne stijenke peći. Upuhivanjem

kisika ili samo injektiranje ugljika dovodi do

pjenjenja troske uslijed stvorenog plinovitog

CO. Prednosti rada s pjenušavom troskom

su brojne: manji gubitak topline na bočne

stijenke peći, bolji prijenos topline s luka na

talinu, manje oscilacije energije i napona,

veća duljina luka, manja potrošnja elektroda

i vatrostalnog materijala i manja buka.

Primjena naknadnog sagorijevanja

Naknadno sagorijevanje odnosi se na izgaranje pojedinih komponenti (CO i H2) unutar

praznog prostora ELP. Naknadnim sagorijevanjem kod 1600oC oslobaĎa se energija od 3

do 4 kWh/m3 sagorenog plina. Toplina koja se oslobodi izgaranjem COCO2 je tri puta

veća (~ 72 kWh/t čelika) od topline izgaranja CCO unutar taline tijekom rafinacije.

Kada se koristi naknadno sagorijevanje ziĎe i svod peći moraju se hladiti s dovoljnom

količinom vode, te se mora injektirati dodatni ugljik za redukciju FeO u željezo tj. da se

poveća izvadak jer CO i CO2 oksidiraju željezo. Naknadno sagorijevanje veoma je

efikasan način za bolje iskorištenje ELP, ali se za svaku pojedinu peć mora napraviti

temeljita analiza (sadržaj plinova CO, CO2, H2, H2O, N2, NOx, SO2, brzine strujanja

plinova, temperature izlaznih plinova, analiza prašine, potrošnje elektroda itd.) jer nema

univerzalnog rješenja primjenljivog za svaku ELP.

Novi postupci pretaljivanja čeličnog otpada

Predgrijavanje čeličnog otpada (540-650°C) uključuje primjenu vrućeg plina (izlazni plin

iz ELP ili plinovi iz gorionika) za zagrijavanje otpada u košari prije ulaganja u ELP.

Energetski optimalna peć (EOF, engl. Energy Optimizing Furnace) predstavlja agregat za

izradu čelika kisikom s velikim stupnjem naknadnog sagorijevanja i znatnim

predgrijavanjem čeličnog otpada u nizu komora na temperaturama do 800-1200oC. Peć

obično radi s 40-60 % čeličnog otpada, a ostatak je vrući metal (sirovo željezo ili produkt

redukcijskog taljenja). EOF rade u Brazilu (2x30 t), Indiji (80 t) i Italiji (60 t).

K-ES postupak (Kombiniertes Elektrostahlerzuegungsystem) predstavlja modificiranu

elektrolučnu peć, a primjenjeni su osnovni principi kombiniranog propuhivanja kisikovih

konvertora (K-OBM). Stvoreni CO u rastaljenoj talini dijelom sagorijeva u CO2 uz

propuhivanje kisikom odozgo. Postupak je razvijen 1986. g. u Tokiju na ELP kapaciteta

30 t.

Danarc postupak predstavlja kombinaciju visoke tehnologije s velikim iskorištenjem

kemijske energije, a koristi injektiranje kisika i ugljika (kroz podnicu peći), kisikova

koplja na bočnom ziĎu peći te naknadno sagorijevanje CO u slobodnom prostoru peći

(kisik se doprema kroz gorionike).

Tandem elektrolučna peć slična je konvencionalnoj tehnologiji predgrijavanja čeličnog

otpada s izuzetkom da se umjesto predgrijavanja košare čeličnog otpada predgrijavanje

provodi u posebnoj peći. Tandem peći se sastoje od dviju identičnih peći sa zajedničkim

držačima elektroda, sustavom za podizanje i napajanje električnom energijom. Operativni

ciklus rada tandem peći sastoji se od dviju faza (predgrijavanje čeličnog otpada i taljenje).

Postupci proizvodnje čelika u pećima s kontinuiranim punjenjem

Consteel postupak se sastoji od kontinuiranog punjenja čeličnim otpadom i

troskotvorcima, te njihovog taljenja. Najbolji rezultati se postižu taljenjem laganog

čeličnog otpada, ali se mogu koristiti HBI produkti (zajedno sa čeličnim otpadom), hladni

ili topli DRI proizvodi (u redukcijskoj zoni predgrijača), 30-40 % vrućeg metala, a ostatak

je čelični otpad. Postupak je razvijen u SAD gdje se čelični otpad predgrijava u dugom

tunelu primjenom izlaznog plina peći (strujanje plina je suprotno tijeku čeličnog otpada).

Čelični otpad se transportira tunelom na traci i kontinuirano puni ELP.

Contiarc postupak razvijen je u Njemačkoj, a provodi se u fiksnoj prstenastoj šahtnoj peći

sa centralno postavljenim sustavom za grijanje s DC-lukom. Peć se kontinuirano puni

čeličnim otpadom koji se predgrijava u boksovima izlaznim plinovima. PredviĎa se da će

za Contiarc postupak trebati samo oko 60 % ulazne energije u usporedbi s ekvivalentnim

uobičajenim ELP.

Proizvodnja elektročelika u indukcijskim pećima

Uobičajena ELP nije efikasna za dobivanje specijalnih kvaliteta čelika. U tim se

slučajevima čelik velike čistoće i specijalnog kemijskog sastava proizvodi u indukcijskim

pećima i pećima za pretaljivanje uz naknadnu uporabu sekundarne metalurgije.

Sekundarna metalurgija

Danas se talina izlije u lonac - daljnje aktivnosti u loncu. Sekundarna metalurgija-sve

aktivnosti i postupanje s rastaljenom metalnom talinom od izlijevanja u lonac do konti.

lijevanja čelika. ELP- agregati za pretaljivanje i odugljičenje

Sekundarnom metalurgijom:

- smanjeni su troškovi proizvodnje leg. čelika, a

- neki se č. bez sek. rafinacije ne mogu proizvoditi (ekstra niskougljični)

Postupci sekundarne metalurgije mogu biti:

- jednostavni (čelik se obraĎuje jednim postupkom) ili

- kombinirani (obrada čelika različitim procesima).

Osnove seknudarne metalurgije

Danas se metalna talina rafinira u loncu

Lonac je prilagoĎen potrebama sekundarne metalurgije (uglavnom se koristi bazična obloga).

Ciljevi sekundarne metalurgije su: postizanje željenog kemijskog sastava čelika,

homogenizacija temperature i kemijskog sastava, odugljičenje do veoma niskih razina

sadržaja ugljika, odsumporavanje, odfosforavanje, otplinjavanje (vodik i dušik),

dezoksidacija, poboljšanje čistoće čelika (oksidi i sulfidi), kontrola oblika uključaka

(sferoidizacija), podešavanje temperature lijevanja čelika na otimalnu razinu i kontrola

strukture skrućivanja.

Oprema za sekundarnu metalurgiju treba osigurati: vakuumsku obradu, precizno vaganje uz

mala odstupanja, kemijsko ili električno zagrijavanje, miješanje argonom, injektiranje

praškastih materijala (troskotvorci), "upucavanje" legirajućih elemenata i dezoksidanata

(punjena žica), zaštita izlijevnog mlaza, uklanjanje troske, elektromagnetno miješanje tijekom

kontinuiranog lijevanja itd. Miješanje taline najčešće se provodi pomoću argona. Za

izjednačavanje temp. i sastava taline obično je potrebno 3-5 min. Propuhivanje obično

zahlaĎuje čelik (2-4oC/min.) zbog: zagrijavanja argona i otkrivanja pokrivača troske.

Miješanjem se bitno smanjuje sadržaj uključaka (do 30 %). To je posljedica flotacije (čestice

se prilijepe uz mjehurić i koaguliraju).

Osnovne kemijske reakcije tijekom sekundarne metalurgije

Kemijske reakcije: dezoksidacija, odsumporavanje, odfosforavanje, legiranje, modifikaciju

uključaka itd.

Kod sek met. troske imaju veliku ulogu: apsorpcija produkata dezoksidacije, odsumporavanja,

spriječavanje reoksidacije zbog kontakta s okolnim zrakom, izolacije za spriječavanje od

hlaĎenja rastaljenog čelika i zaštita vatrostalne obloge.

Dezoksidacija

- provodi se za vrijeme ili nakon izlijevanja metalne taline u lonac

Zbog velikog afiniteta dezoksidanti reagiraju brzo s kisikom. Produkti dezoksidacije-

apsorbiraju se u trosku ili zaostanu u čeliku

Obično se dezoksidacija provodi u kombinaciji s drugim postupcima: miješanje inertnim

plinom, obrada kalcijem, vakuumiranje itd. Č. se može dezoksidirati u loncu s FeMn i/ili Fe-

Si, a završno Al.

Odsumporavanje

Ultra niski sadržaj S (ispod 0,0002% S) može se postići sek. met. Dodaju se elementi koji

imaju veliki afinitet prema sumporu. Odsumporavanje se provodi u loncu: injektiranjem ili na

drugi način dodatkom sredstva za odsumporavanje. Sredstva za odsumporavanje:

- vapno, kalcij i njegovi spojeva,

- magnezij i njegovi spojeva,

- drugi rijetko zemljanih elementa ili

- sintetičkim troskama na bazi CaO-Al2O3-CaF2

Nakon obrade č. kalcijem i njegovim spojevima zaostali sulfidi poprimaju sferičan oblik

(manje štetan za daljnju pl. preradu). Nizak sadržaj S može se postići odsumporavanjem u

loncu u prisutnosti Ca-aluminatne troske kada je čelik potpuno umiren alumonijem:

Visoki stupanj odsumporavanja postiže se: velikim aktivitetom vapna i niskim aktivitetom

Al2O3. Današnje aktivnosti u izradi čelika usmjerene su na: odsumporavnje vrućeg metala

(prije izrade čelika) i nakon izlijevanja u lonac za obradu sek.m metalurgijom.

Za kontrolu sastava troske lonca primaran je uvjet da što manje troske doĎe iz

primarnih agregata (nužna je ugradnja sustava za zaustavljanje ulaska troske pri

izlijevanju čelika u lonac).

Za taline umirene aluminijem, u cilju odsumporavanja u loncu, odaje se vapno i CaF2 .

Zbog dobivanja ultračistih čelika dodaju se: sintetičke troske u lonac ili se injektiraju talitelji

(smjesa praškaste 70CaO–30CaF2 troske).

Odfosforavanje

Zbog oksidativnih uvjeta ova bi reakcija u velikoj mjeri trebalo biti završena na kraju procesa

izrade čelika. U loncu ili lonac-peći niži sadržaji fosfora postižu se: dodatkom sintet. troske u

komb. s intenzivnim miješanjem inertnim pl. Uklanjanje P iz č. u loncu postiže se obradom

čelika s troskama na bazi vapna koje sadrži Fe-okside (50CaO–30FeOx–20%CaF2). Oko 75%

P se ukloni iz č.kada se obradi sa 12 kg te troske/t čelika.

Legiranje i dodatak troskotvoraca

Metali i legure mogu se dodati u lonac-peć i tijekom vakuumske obrade. Najčešće se dodaju:

ferosilicij (75% FeSi), silikomangan (SiMn), ferokrom (FeCr) itd.

Načini dodavanja: automatski dozeri, "upucavanje" žicom, injektiranje u praškastom obliku

itd.

Obrada kalcijem i modifikacija uključaka

- uobičajen postupak za modifikacije Al-uključaka (kod č. umirenih Al)

Cilj: spriječiti začepljivanje mlaznica tijekom konti. lijevanja čelika. Aluminati, silikati

prelaze u u tekuće i globul. Ca-aluminate ili Ca-silikate. Modifikacijom sulfidnih i oksidnih

uključaka kalcijem se: poboljšava sposobnost kont. lijevanja zbog spriječavanja začepljenja,

smanjujuju se površinske greške u gredicama sa stajališta uključaka, poboljšava se strojna

obradljivost brzoreznih čelika, smanjuje osjetljivost visokočvrstih niskolegiranih č. utjecaju

vodika itd. Kalcij se dodaje: u obliku žice (površinsko "upucavanje" ili kroz uronjeno koplje),

injektiranje plinom nositeljem (obično argon).

Kemijske reakcije: [Ca] + (x+1/3Al2O3) (CaOAl2O3) + 2/3 [Al]

Zadnjih 35 godina dodaje se kalcij za: odsumporavanje čelika, dezoksidaciju, modifikaciju

oblika uključaka. Dodatak kalcija: pojedinačno ili u kombinaciji s aluminijem.

Primarni cilj dodatka kalcija je: osiguranje dobre sposobnosti lijevanja čelika uz kontrolirani

oblik i stanje uključaka. To znači da zaostala količina Al2O3 uključaka mora biti modificirana

u Ca-aluminate koji imaju nižu temperaturu taljenja.

Prednosti dodatka kalcija su: promjena sastava oksidnih i sulfidnih uključaka, poboljšana

sposobnost lijevanja tijekom kont. lijevanja čelika, minimalne površinske greške na odlivenim

poluproizvodima, poboljšana strojna obradljivost kod visokih brz. rezanja, minimalan rizik od

pojave pukotina u ZUT-uminimalna osjetljivost visokočvrstih čelika na vodik, bolja

mehanička svojstva itd.

Vakuumska obrada

- obrada taline pod tlakom nižim od atmosferskog

Time se postiže: duboko odugljičenje (dezoksidacija C i oksidacija C kisikom), uklanjanje

plinova (vodika i dušika), smanjenje sadržaja uključaka, odsumporavanje i visoko iskorištenje

ferolegura. Područje tlaka 0,1-0,5

mbar. Vakuumiranjem se sadržaj

vodika može smanjiti ispod

0,0002%. Vakuumiranjem se

smanji sadržaj dušika na 30-50 %

od polaznog.Osnovni postupci

vakuumske obrade su:

vakuumiranje lonca i

recirkulacijsko vakuumiranje. Kod

vakuumske obrade plinovi iz

metala izlaze mnogo lakše.

Lonac-peć

- zagrijavanje lonca

el. lukom s grafitnim

elektrodama. Lonac-

peć ima: vodom

hlaĎeni svod svod

(sličan ELP),

elektrode, sustave za

dodatak leg.

elemenata, žice i

injek. praškasih tvari,

opremu za uzimanje

uzoraka, mjerenje

temp. i odreĎivanje

aktiviteta O2.

Unutrašnjost

postrojenja obložena je bazičnom v. oblogom. Faze obrade u lonac-peći: ulijevanje talina

neumirenog č. u prethodno zagrijani lonac. lonac se postavlja u položaj za vakuumiranje,

aktivira se propuhivanje argonom odozdo, spušta se svod i sustav za pročišćavanje otpadnih

plinova. Elektrolučno zagrijavanje sastoji se najčešće od dva perioda: U I. periodu (oko 15

min)-homogenizacija temp. i kem. sastava. Za to vrijeme talina se dezoksidira, predlegira i

dodaju se troskotvorci. Nakon drugog perioda zagrijavanja: podižu se elektrode i počinje

odsumporavanje uz snažno miješanje argonom. Osnovna uloga lonac-peći: dogrijavanje taline

pomoću el. luka (3-5 oC/minuta), miješanje iner. plinovima-homogenizacija taline (temp. i

kem. sastav), izdvajanje nemetalnih uključaka odsumporavanje s troskom lonca intenzivnim

miješanjem, duboko odsumporavanje i injektiranje CaSi i CaC2, dezoksidacija i legiranje u

uskim granicama, te modifikacija uključaka "upucavanjem žice".

LIJEVANJE ČELIKA

- završna operacija u metalurgiji čelika. Način lijevanja: klasično (u kokile) ili kontinuirano

lijevanje. Lijevani poluproizvodi – na preradu (valjaonice, kovačnice). Čelici nakon lijevanja

moraju imati: veliku čistoću, minimalan stupanj segregacija, odgovarajući kemijski sastav i

dobru kvalitetu površine.

Lijevanje čelika u ingote

Cilj: dobivanje geometrijski jednostavnih oblika u kokilama. Dobiven poluproizvod (ingot)-

za valjanje, ekstruziju i kovanje. Kokile su izraĎene od lijevanog željeza (sivi lijev). Danas se

lijevanje provodi pod livnim prahom. Lijevanje čelika u kokile može biti odozgo i odozdo.

Lijevanje čelika u ingote

- konvertiranje tekućeg č. u kont.

"žilu" očvrsnutog poluproizvoda.

Poboljšanje je postignuto:

uvoĎenjem zakrivljenih i radijalnih

postrojenja, osciliaranje kokile,

ijevanje s uronjenim izljevnikom, te

sekventnog lijevanja (lijevanje

nekoliko talina uzastopno). Do

1970. godine udio kont. lijevanja je

9,5 % (najviše u vertikalnim

postrojenjima).

Prednosti kont. lijevanja: izvadak

valjanih proizvoda veći je za 8-10

%, značajne uštede u materijalu i

energiji, nema troškova za izradu

skladišta kokila, poluproizvod je

čišći, homogenija struktura s manje segregacija, velike mogućnosti za automatizaciju,

poboljšanje kontrole i uniformnosti odvijanja procesa, lijeva se masa čelika mnogo brže nego

kod klasičnog lijevanja itd. Osnovni parametri kont. lijevanja su: temperatura lijevanja, brzina

lijevanja i intenzitet hlaĎenja. Temp. lijevanja-temp. taline izmjerena u meĎuloncu. Preniska

temperatura može dovesti do: "zamrzavanja taline" u loncu ili meĎuloncu, otežava izdvajanje

uključaka, može dovesti do greške preljeva na površini. Previsoka temp. povećava opasnost

od: proboja (prodora) č. kroz nedovoljno čvrstu koru , pukotina, heterogenosti središnje zone

(segregacije i poroznost),veće topl. opterećenje vatrostalnog materijala. Temp. lijevanja-treba

se tako podesiti da č. u kokili ulazi s blagim pregrijavanjem (temperatura blizu početka

kristalizacije).

Brz. lijevanja (v) odreĎena je omjerom opsega i pop. presjeka "žile":

kp – koeficijent proporcionalnosti (8,33 kg/m·s),

- gustoća tekućeg čelika (oko 7000 kg/m3),

O – opseg "žile" (m), a

S – masa č. izlivenog u jedinici vremena (kg/s).

S povećanjem pop. presjeka brz. se lijevanja smanjuje, ali količina izlivenog čelika raste-

porasta produktivnosti. Praktično se nastoji č. lijevati što brže uz osiguranje kvalitete.

Prevelika brz. lijevanja može dovesti do: prodora, te do pojave površinskih i unutarnjih

grešaka "žile". Brz. lijevanja ograničena je naprezanjima u krutoj kori zbog: trenja,

ferostatičkog tlaka i temp. gradijenta izmeĎu unutarnjih i vanjskih slojeva.

Načini hlaĎenja: Primarno (preko bakrenih stijenki kokile), sekundarno (od pete Cu-kokile do

razine skrutnute "žile"), tercijarno (na zraku). Primarno i sekundarno hlaĎenje: voda.

Potrošnja vode za primarno hlaĎenje: 4-5 l/kg čelika. Što se tiče vode kontrolira se: tlak,

količina i temperatura rashladne vode.

Potrebna količina vode za hlaĎenje (Q) je:

cH2O - specifična toplina vode (4,16 kJ/kg·K),

q – gustoća toplinskog toka kroz stijenku kokile (kW/m2),

Sk – površina unutarnjih stijenki kokile (m2),

T – porast temp. vode (razlika izmeĎu ulazne i izlazne temp.).

Napomena 3 Nacrtati 1,4,6

S

Ok

S

Okv p

Tc

qSQ

OH

k

2

Elektromagnetno miješanje u kokili poboljšava: površinski, podpovršinski i unutarnji kvalitet

lijevanih poluproizvoda. Elektromagnetno miješanje u kokili: usitnjava zrno, smanjuje stupanj

segregiranja i smanjuje poroznost u središnjim dijelovima.

Oblici pop. presjeka kont. lijevanjem su: pravokutni, kvadratni, okrugli ili poligonalni.

Dimenzije "žile" za gredice i blumove:100x100–450x650 mm. Dimenzije za slabove: 225 do

400x2500 mm. Mogu se dobiti i slabovi većih dimenzija, sa širinom do 3000 mm. Kod

manjih pop. presjeka može se nekoliko žila istodobno lijevati (do 8).

Moderno postrojenje za kont. lijevanje ima složenu opremu: lonac, meĎulonac, klizni otvor,

uronjeni izljevnik, propuhivanje č. inertnim plinom, mogućnost stvaranja smjese troske na

pov. metala u kokili, dodatak Al-žice u volumen taline, zaštita mlaza od sek. oksidacije,

elektromagnetno miješanje tekućeg čelika u kokili, mjerenje i rezanje očvrsnutih gredica,

kontrolu procesa lijevanja itd.

Automatski se prate i kontroliraju: temperature čelika, brzine lijevanja, oscilacije kokile,

hlaĎenje, brzine lijevanja, brzina izvlačenja žile, duljine rezanja, vaganje itd.

Osnovne značajke današnjeg kont. lijevanja: sekventno lijevanje (mogućnost lijevanja taline

jedne iza druge), zaštita mlaza čelika (spriječava se reoksidacija), osciliranje kokile, potpuno

autom. dodatak livnih praškova za poboljšanje kvalitete, podešavanje kokila za promjenu

dimenzija "žile", kontrola razine čelika u kokili, konstantna temperatura lijevanja, precizno

voĎenje pop. presjeka "žile" pomoću valjaka u paru, intenzivno sek. hl. "žile" kontroliranim

špricanjem, elektromagnetno miješanje taline u kokili, elektromagnetno miješanje u

djelomično očvrsnutoj "žili" (stvaranje globularne mikrostrure bez segregacija u sredini

"žile“), pridržavanje "žile" odgovarajućim valjcima-ravne "žile" itd. Za nesmetano odvijanje

kon. lijevanja nužni su: uporaba kvalitetog vatrostalnog materijala za ljevački pribor, dobra

organizaciju u čeličani. Sve se više uvodi kombinacija kont. lijevanja i plastične prerade.

Uloga livnog praha tijekom lijevanja čelika

Uloga livnog praha pri kont. lijevanju: toplinska izolacija, zaštita od oksidacije i

podmazivanje. Dodatkom livnog praha na površinu taline nastaje rastaljeni sloj troske iz

livnog praha koji ulazi izmeĎu "žile" i kokile te stvara film koji podmazuje i regulira

odvoĎenje topline sa "žile" na kokilu. Taj film se u blizini meniskusa sastoji od krutog sloja

debljine oko 3 mm i tekućeg sloja debljine oko 0,1 mm. Kruti sloj filma se drži za kokilu i s

Napomena 4 Nacrtati c)

Napomena 5 Garant u kolokviju Gojid rekao

njom oscilira, a tekući se sloj giba zajedno sa "žilom". Uspješnost lijevanja ovisi o prirodi

filma jer od njegovih svojstava ovisi odvoĎenje topline i razina trenja izmeĎu kokile i žile. Ne

postoji univerzalni livni prah koji zadovoljava: sve veličina presjeka i različite kvaliteta

čelika.

Utjecaj kontinuiranog lijevanja čelika na zaštitu okoliša

Polutanti emisije tijekom kont. lijevanja čelika: plinovi (SO2, NOx i CO), prašina koja sadrži

Fe, Ni, Zn, Cr, Cd, Pb, para i otpadna ulja. Izvori emisija: livni prah, obrada čelika u

meĎuloncu, rezanja lijevanih poluproizvoda itd.

Skrućivanje i struktura kontinuirano lijevanih poluproizvoda

Kont. lijevani poluproizvodi uglavnom skrućuju u dendritnu strukturu. Mogu nastajati

segregacije u središnjoj liniji i poroznost. Struktura kontinuirano lijevanih poluproizvoda se

sastoji od: zone slučajno orijentiranih finih kristala (debljina: 10-20mm, ovisno o uvjetima

lijevanja i intenzitetu hlaĎenja), zone stubičastih kristala i ravnoosne zone slučajno

orijentiranih kristala s povećanom konc. segregirajućih elemenata i tragovima pojave stezanja

lijevanih poluproizv.

Greške kontinuirano lijevanih poluproizvoda

Kvaliteta kont. lijevanih poluproizvoda odreĎena je: kemijskim sastavom čelika, površinskim

i unutarnjim greškama, te greškama u dimenzijama. Kem. sastav treba biti u propisanim

granicama.

Odstupanja od kem. sastava čelika može biti posljedica: prekida u tehnologiji izrade čelika

(taljenja), preveliki sadržaj nekog od oligoelemenata (Cu, As, Sn itd.), dodatka ferolegura i

dezoksidanata neodgovarajućeg sastava i količine (pogrešan proračun, sadržaj nepoželjnih

primjesa, npr. Cu, Pb) itd.

IZRADA ČELIKA POSTUPCIMA PRETALJIVANJA

Čelici specijalnih svojstava, posebice za avionsku i nuklearnu industriju, medicinu, energetskih

objekata (turbinske i generatorske osovine, posude pod tlakom), strojne dijelove i alate itd. trebaju

imati nizak sadržaj sumpora, plinova i uključaka, te moraju biti homogeni.

Zato su se razvili postupci pretaljivanja (pod troskom i pod vakuumom) i taljenja (elektronskim

snopom, plazmom, vakuum indukcijsko taljenje).

Zajedničko za navedene postupke je da se uložak sastoji od "potrošne" elektrode (lijevana, valjana ili

kovana gredica) koja se pretaljuje i dodatno rafinira bez kontakta s vatrostalnim materijalom.

Elektroda se progresivno pretaljuje, a rastaljene kapljice prolaze kroz trosku ili vakuum. Zbog velike

kontaktne površine postiže se efikasno uklanjanje plinova i nečistoća.

Elektropretaljivanje pod troskom

Postupak elektropretaljivanja pod troskom je postupak kod kojeg se taljenje, rafinacija i skrućivanje

odvijaju istodobno. Kod EPT postupka se lijevana gredica ili očvrsnuti ingot podvrgava pretaljivanju

kroz sloj troske bez bitne promjene polaznog kemijskog sastava. Čelična gredica (lijevana, valjana ili

kovana) elektično je spojena s pretaljenim blokom preko sloja rastaljene troske (CaF2+Al2O3+CaO s

omjerima npr. 65:30:5). Elektroda uronjena u trosku se rastaljuje. Budući da rastaljeni čelik ima veću

gustoću od troske, on prolazi kroz sloj troske, pri čemu se rafinira i skuplja na dno kokile gdje se brzo

skrućuje u kristalizatoru. Nemetalne nečistoće isplivaju na površinu. Relativno spori dolazak kapljica

rastaljenog čelika u kupku rezultira nastankom plitke tekuće zone (dubina je obično jednaka promjeru

elektrode). Kemijski sastav novog ingota je gotovo homogen kroz poprečni presjek ingota.

Zbog visoke cijene EPT postupak se koristi za relativno male ingote i za čelik najviših kvalitetnih

zahtjeva (specijalni i alatni čelici, specijalne legure). Ovaj postupak daje čelik gotovo bez grešaka,

pukotina, makrosegregacija, nemetalnih uključaka (sulfidi, oksidi). Postiže se stupanj odsumporavanja

i do 90 % (sadržaj sumpora je manji od 0,003 mas. %).

Pretaljivanje u vakuumskoj lučnoj peći

Oprema za VLP postrojenje obično se radi u dvije izvedbe (za proizvodnju čelika, posebice alatnih

čelika i super legura, te za proizvodnju reaktivnih materijala).

Kod ovog se postupka izmeĎu elektrode (katoda) u vodom hlaĎenom Cu-kristalizatoru (anoda)

uspostavlja električni luk koji pretaljuje elektrodu. Za napajanje postrojenja koristi se istosmjerna

električna struja (napona oko 26 V i jakosti struje do 11 kA). Tijekom odvijanja taljenja održava se

vakuum od oko 1 Pa. Intenzivnom toplinom (do 2000oC) rastaljuje se vrh elektrode i progresivno

nastaje novi ingot u Cu-kokili. Brzina taljenja kontrolirana je plitkom rastaljenom zonom tekućeg

čelika koja se održava tijekom cijelog vremena odvijanja procesa. Brzina pretaljivanja manja od 500

kg/h osigurava nastajanje ingota s rafiniranom strukturom

Shematski prikaz pretaljivanja u vakuumskoj lučnoj peći

Budući se proces odvija pod vakuumom, električni je luk stabilan i spriječena je oksidacija

pretaljivanog čelika. Zbog utjecaja vakuuma iz čelika se uklanja do 80 % vodika, 50 % dušika i 50-70

% kisika. Vakuum takoĎer uklanja i volatilne nemetalne sastojke, a mirna i stabilna kontrola taline

osigurava isplivavanje nečistoća.

Shematski prikaz pretaljivanja u vakuumskoj lučnoj peći

Prednosti VLP u odnosu na EPT postupak su:

- minimalan sadržaj plinova,

- niži sadržaj volatilnih elemenata (Pb, Bi, Te),

- niži sadržaj mikrosegregacija kod središnjeg dijela ingota, te

- mogućnost točnijeg podešavanja kemijskog sasrtava (Ti i Al).

Osnovna razlika izmeĎu VLP i EPT procesa pod atmosferskim tlakom je u bitno nižim brzinama

taljenja kod VLP procesa (za oko 60 %) nego kod EPT procesa. Sporije taljenje potpomaže nastajanje

gotovo ravnih rastaljenih zona i ravne prelazne zone. To dovodi do kraćih lokalnih vremena

skrućivanja što rezultira gušćim meĎudendritnim razmakom i nižim sadržajem mikrosegregacija.

Pretaljivanje elektronskim mlazom i plazmom

Gredica se zagrijava i rastaljuje strujom brzih elektrona koji regiraju s atomima iz elektrode pri čemu

se ona zagrijava i tali. Njihova namjena uglavnom je za taljenje teškotaljivih metala (W, Mo, Zr), ali

se koriste i za izradu visokolegiranih i ultračistih čelika. Dobiveni čelik ima viši kvalitet u usporedbi s

čelikom iz VLP. Peć za pretaljivanje plazmom slična je pećima za pretaljivanje elektronskim mlazom,

ali se umjesto elektronskih topova koriste plazmatroni. Ionizirani plin (plazma) s temperaturom od

3000 do 5000oC se koristi za taljenje elektrode. Kao plazmeni plin najčešće se koristi argon. Velika

gustoća snage osigurava brzo taljenje elektrode.