производња гвожђа и челика

ПРОИЗВОДЊА ГВОЖЂА И ЧЕЛИКА

професор Милушка Пршић

Садрж

ај гвожђа

• Гвожђе је доста распрострањено у Земљиној кори (4,7 %)

• Налази се у стенама, иловачи, глини...

• Елементарно гвожђе може се наћи само у ткз.гвозденим метеоритима

Садрж

ај гвожђа

• Ови метеорити садрже око 90 % гвожђа, 9 % никла и 1 % осталих метала

• У људском организму има око 3 g гвожђа, од тога 75 % у хемоглобину

• У индустријске сврхе гвожђе се добија из својих руда

Руде гвожђа

• Најважније руде гвожђа су: хематит Fe₂O₃ лимонит Fe₂O₃ x n H₂O магнетит Fe₃O₄ сидерит FeCO₃

Руде гвожђа

хематит

магнетит

Рудник гвожђа

рудник гвожђа у Бразилу

Добијање гвож

ђа

• Сирово гвожђе производи се у високим пећима

• Руда се прво самеље, а затим јој се додају топитељи који снижавају тачку топљења руде и олакшавају издвајање лако топиве згуре

Висока пећ

висока пећ

Савремене високе пећи висока пећ


ђа

• Топитељи се бирају у зависности од примеса

• Најчешће се користе СаСО₃ и SiO₂

• У високој пећи одвија се низ сложених реакција које се могу свести на три збирне реакције:

Реакције у високој пећи

• Сагоревање кокса: 2 С + О₂ 2СО• Редукција оксида до

елементарног метала: 3СО + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂• Стварање згуре: CaO + SiO₂ CaSiO₃

Шемат

ски приказ реакција у високој пећи


ђа

• Као производи високе пећи добијају се:

СИРОВО ГВОЖЂЕЗГУРАГРОТЛЕНИ ГАСОВИ

Сирово гвож

ђе

• Из пећи излази: растопљен метал-сирово гвожђе које се састоји из:

• Fe+(C, N, P, Si, Mn, S, ….)• Просечно узевши: сирово гвожђе

садржи:• 4-5% C; 1.5% Si; 1.0% Mn; 0.6% P;

0.1% S и остало Fe


ђе

Fe + C + N + P + Si, Mn, S...


ђе

• Сирово гвожђе може бити бело и сиво.

• Бело сирово гвожђе настаје брзим хлађењем када угљеник остаје везан у облику ткз.цементита, Fe₃C.Целокупно се прерађује у челик

Бело сирово гвожђе

• У савременим железарама челичана је у близини високе пећи, па се бело сирово гвожђе преноси у течном стању у пећи за производњу челика

Сиво сирово гвож

ђе

• Сиво сирово гвожђе добија се спорим хлађењем и садржи издвојени угљеник који се издваја током хлађења у облику графита. Користи се за ливене производе, али се и прерађује у челик


ђе

• Сиво сирово гвожђе се обично сипа у ливачке лонце и затим излива у пешчане калупе

• Тако се добијају ливени комади намењени за претапање у циљу израде одливака од ливеног гвожђа


ђе

Згура (троска) ш

љака

• На тону сировог гвожђа долази тона споредног производа (шљака, згура) која служи као подлога за насипање шина, за производњу вештачког камена, вуне, цемента, вештачког ђубрива, као компонента асфалта

Згура (троска) ш

љака

Гротлени гасови

• Гротлени гасови поседују велику топлотну моћ, па се након пречишћавања користе за загревање (котлова, резервоара, високих пећи)

ПРОИЗВОДЊА ЧЕЛИКА

Челик

• Челик је легура гвожђа и угљеника (до 1,7 %)

Челик

• Сирово гвожђе које се добија у високим пећима има већи садржај угљеника (2,5-5 %) и осталих примеса (укупно 5 % - Si, P, Mn, S)

• Да би се добио челик, садржај угљеника се мора смањити а примесе уклонити

Челик

• То подразумева процесе оксидације, односно продувавање кисеоника кроз растип сировог гвожђа

• При томе: Si SiO₂ S SO₂ Mn MnO₂ P P₂O₅ C CO CO₂

Челик

шема процеса производње челика

Челик

шема процеса производње челика

Челик

овако то изгледа споља...

Челик

• Оксидоване примесе се везују са топитељима, изузев CO₂ и SO₂ који одлазе у атмосферу! (и проузрокују киселе кише...)

Челик

• Ткз.обични или угљенични челик добија се у конверторима (Бесемеров и Томасов), ткз. конверторско-кисеоничним поступком (LD поступак), у ткз.Сименс-Мартиновој пећи и електропоступком

Бесемеров конвертор

• Бесемеров поступак се одвија тако д асе у метални суд крушкастог облика обложен ватросталним материјалом сипа течно сирово гвожђе, а кроз решеткасто дно дува струја јаког ваздуха

• Том приликом настаје јако сагоревање C, Si, Mn а делимично и Fe


Овим поступком добија се челик који се користи за израду шипки (без накнадне обраде), ваљаних пљоснатих челика, цеви и жице


Henry Bessemer

LD пост

упак

• У новије време уместо ваздуха користи се кисеоник, то је LD-поступак (назван по аустријским железарима L’inz-Donawitz)

• Овим поступком постиже се висока продуктивност, цена постројења а самим тим и производње је ниска

LD пост

упак

LD пост

упак

Сименс-М

артинова пећ

• Омогућава прераду и старог оксидисаног гвожђа

Wilhelm Siemens

Електропост

упак

Ткз.електропоступком производи се најквалитетнији челик чији се састав одржава у уским границама, поседује изразиту чистоћу и нарочито добра механичка својства (жилавост)

Електропост

упак

Челик

• Поред обичног (угљеничног) челика производе се и ткз.легирани челици

• Легирањем а различитим металима постижу се боље особине челика

Челик

• Легирање се врши са никлом, хромом, молибденом, ванадијумом, титаном

• Хром повећава отпорност према растварању, никал отпорност према корозији, итд

Челик

• Осим легирањем боље особине челика постижу се механичким и топлотним третирањем

• Тако се загревањем челика до усијања и наглим потапањем у хладну воду добија ткз.каљени челик са знатно побољшаним механичким особинама

Челик

• Према намени челици се деле на:

конструкционе челикеалатни челици• Конструкциони се користе за

израду делова машина, конструкција, беле технике у аутомобилској индустрији

Конструкциони челик



Алатни челик

• Алатни челици користе се за производњ алата

Education

производња гвожђа и челика