Elaborarea primara a aliajelor.ppt

8/14/2019 Elaborarea primara a aliajelor.ppt

1/47


2/47

Piese turnatedin font

OEL

Prelucrri

mecanice itermice Turnare

Piese turnate

din oel

Producia de piese pentru construcia de maini

Combustibil Minereu de fier Fondani

PRODUCIA DE FONT DIN FURNAL

FONT BRUTSau de I-afuziune

Font de afinare (alb) Feroaliaje Fonte de turntorie

PRODUCIA DE OEL

De convertizor:

acid; bazicCuptor

Siemens-MartinCuptoare electrice:

Cu arc; cu inducie

Aer


3/47

1.- INTRODUCERE :

Fierul, ca atare, nu este practic niciodat utilizat n aplicaiileindustriale din cauza slabelor sale caracteristici mecanice. n locul lui sepreferaliajele sale : oelurileifontelecare sunt combinaiila scaratomicale fierului cu carbonul ialte elemente (nsoitoaresau de aliere).Domeniul care se ocup cu elaborarea fontelor i oelurilor se numetesiderurgie.

2.- MINEREREURI DE FIER :

Combinaiilechimice frecvent ntlnite n naturale fierului sunt: oxidul feric Fe2O3(anhidru sau hidratat ); Fe2O3nH2O+

oxidul magnetic Fe3O4i carbonatul de fier FeCO3. Sentlneteisun formde sulfurde fier sau pirita , dar din cauza aciuniinocive

a sulfului, aceste combinaiichimice sunt utilizate mai mult la extragerea sulfului iprepararea acidului sulfuric.

Extracia const n separarea fier din gang (steril) i din combinaiile chimice.Coninutulmediu de fier din minereurile exploatate este ntre 30 i45 %.


4/47

Minereul (M) este alctuitdin doucomponente de baz: partea

util(U)care conineelementul chimic ce trebuie extras iparteaneutil (S) (sterilul sau ganga) care conine elementele care nuintereseaz din punct de vedere metalurgic i care trebuiendeprtate:

M = U S Pentru valorificare prezint imteres economic minereurile care conin

30...35%Fe. Cele care conin50...60%Fe se supun direct tratamentuluimetalurgic, dupoprealabilsfrmareiclasare.

Componenii de baz ai mineralelor de steril sunt : oxizii acizi(SiO2, Al2O3) i oxizii bazici (CaO, MgO) care determincaracterul minereului.

Procedeele de separare au ca scop separarea combinaiilorutile de

cele neutile care constituie sterilul. Cum n procesul de elaboraresterilul ar crea dificultimari n separarea elementului util iarreduce considerabil eficiena acetuia, este mult mai raionalndeprtarea preliminar a sterilului prin diferite procedee :mecanice, hidraulice, termice, magnetice, electrostatice etc.


5/47

3.-Prepararea minereurilor de fier:

3.1.- Tratament mecanic preliminar : a)- Concasare : (Grosimea minereului ntre 5 ...10 cm). b)- Mcinare: (Grosimea granulelor de circa 1 mm) c)- Cernere (ciuruire) : (Calasarea dup mrimea particulelor

funcie de mrimea ochiului sitei-ciurului).

Cernere Concasare Mcinare

Moar cu bile


6/47

3.2.- Procedee de separare 3.2.1.- Separarea hidromecanic

Principiul separrii hidromecanice

Sit (ciur)

Alimentator

(ncrctor)

Piston

Partea A servetepentru cernerea minereului mcinat, iar poriuneB are un pistoncare se mic n sens acendent i descendent. Particulele mai grele care conincombinaiileutile trec prin siticad la partea inferioar.


7/47

3.2.2.- Flotaia

Const din separarea sterilului i mbogirea minereului n mineralul util.

Fluidul din cuv este agitat mecanic i barbotat cu aer sub presiune. Particulelede minral util cu suprafaa mai rugoas sunt antrenate de bulele de gaz i seridic la suprafa de unde sunt ndeprtate mai uor, n timp ce sterilul sedupune la fundul cuvei. Fluidul este constituit din ap i un reactiv spumant.

Aer

Spum (minereu mbogit)

Alimentator

cu minereu

Ap + reactiv

Steril

Celul de flotaie


8/47

3.2.3.- Separarea magnetic

Un transportor cu band aduce minereul prin faa unui electromagnet.Elementele feromagnetice sunt reinute de magnet i depuse ntr-o parte, iarsterilul cade la captulbenzii de unde estendeprtat.

Alimentator

Electromagnet

Minereu

mbogitSteril

Principiul separrii magnetice


9/47

Procesul de elaborare :Fonta este obinutpornind dela urmtoarele materii primenaturale care sunt minereurile

de fier:- oxizii de fier :- magnetita Fe3O4,- hematita Fe2O3,- hematita brun

2 Fe2O3, 3H2O,

- Sideroza FeCO3.- ganga : partea mineralsubformde silice, alumin,calcar, ...etc.

Hematita nehidratat Hematita hidratat

FONTA


10/47

Schema obinerii oelurilor .

FONT

Reducereacarbonului in:

- convertizoare,

- Cuptoare S-M

- Cuptoare electrice

-Procedee duplex

sau triplex

OEL

Schema de principiu a obtinerii otelurilor si fontelor

Elaborare

n furnalFONTA

MINEREU DE FIER

FONDANT

COCS

AER

Schema elaborriifontelor n furnal


11/47

CUPTOR ELECTRIC

Electrozi de grafit

CUPTOR

Siemens - Martin

Oxigen

ncrctura(minereu, cocs,fondant)

Gaze Convertizor bazic

cu oxigen

CocsFURNAL

Aer

(oxigen) Font lichid

Fier vechi OEL

Zgur

Metal

lichid

Font lichid

Producerea oelului din fonttopit n oelrii

OTEL

Cuptor electric cu arc

Electrozi din grafit

OEL


12/47

L'laboration de la fonte se fait dans le haut-Fourneau, la charge introduite dans le

gueulard se compose de minerai de fer, de coke mtallurgique et d'un fondant.


13/47

Sous l'action de leur

propre poids, ils descendent peu peu ense rchauffant jusqu'la fusion. Le mtal fonducompos de la fonte et dulaitier scoule dans lecreuset. Par suite d'une

diffrence sensible entreles masses spcifiquesde la fonte et du laitier; cedernier s'accumule lasurface de la fonte, il estvacu travers le trou

de coule du laitier situplus haut que celui de lafonte.


14/47


15/47

BlastFurnace


16/47

Elaborarea fontei brute sau fontei de prima fuziune se face n cuptoare

nalte numite furnale care utilizeaz combustibil solid cocsul metalurgic-, sau mai rar n furnale electrice, n cazul minereurilor bogate n fier,procedeu utilizat de statele care au energie electric suficient i ieftin(SUEDIA, SUA, JAPONIA)..

Cuv

Gura de ncrcare

Pntece

Etalaj

Creuzet

Schema de principiu a

configuraiei constructive afurnalului

Dimensiuni constructive :

Grosimea pereilor : 1...1,5m;Grosimea pereilor la fund: 3 m;nlimea : 15...30 m sau chiar mai mult;Diametrul n zona pntecelui : 4...10 m;Diametrul creuzetului : 2,5... 8,0 m.

Dc

Dp


17/47

Funcionarea furnalului :

ncrctura furnalului se compune din urmtoarele straturi :1- stratul de baz strat de cocs;2.- strat de minereu;3.- strat de fondant;

Fiecare strat de anumite nlimi, dup care se repet acest modde ncrcare pn la partea superioar a furnalului.ncrcarea se face pe la partea superioar (gura de ncrcare).

Reeta de ncrcare exemplu : 3 tone de minereu + 600kg decocs + 4 tone de aer, dau o ton de font.

ncrctura solid are mers descendent (12...18 ore), n timp ceaerul n amestec cu gazele de ardere are mers ascendent.Temperatura variaz de la circa 3000C la nivelul gurii dencrcare, pn la circa 20000C la nivelul etalajului.


18/47

Ieirea gazelor (CO, CO2, N2, etc.)ncrcarea (minereu,

fondant, cocs)

Mersul descendent

al ncrcturii solide

Mersul

ascendent al

gazelor

Zgur

FONTLICHID

Aer cald

C + O2 CO2CO2+ C 2CO

Rolul fondandului (CaCO3) estede a reduce temperatura de topire a

sterilului i de a forma mpreunzgura care fiind mai uoar(greutate specificmai micdect afontei) se ridic la suprafaa biimetalice de font topit adunat n

creuzet, de unde este ndeprtatuor prin jgheabul superior deevacuare.

F + S = ZgCocsul conine carbon care

reduce oxidul de fier. Prin ardere

cocsul furnizeaz cldura necesar

pentru reducerea i topireaminereului de fier.

Reducerea oxizilor de fier:

Fe2O3 Fe3O4 FeO FeReaciade carburare :

3Fe + C = Fe3C


19/47

fonte du haut-fourneau est divisesuivant la destination en troisgroupes :

Fonte d'affinage, Fonte demoulage, Alliage ferromtallique.

Plus de 80% de la production totaleest compose de la fonte blanched'affinage, essentiellementemploye pour la fabrication de

l'acier (le fer est l'tat deCmentite Fe3C). La fonte demoulage grise est employe pourl'obtention des coules faonnes.Les alliages ferro-mtalliques etla fonte de moulage constituent

prsde 20%. Les alliages contiennentbeaucoup de silicium et demanganse.


20/47

Utilisations :Le laitier de haut-fourneau est une matire trs utilise dans l'industrie des M.D.C. :liants, pierres artificielles, matriaux d'isolation thermique (pierre ponce de laitier,laine delaitier).

Le gaz du gueulard de haut-fourneau est employ en qualit de combustible pour l'usinemtallurgique.La fonte grise trouve essentiellement son emploi dans la construction, spcialement pourla fabrication des pices travaillant la compression (gabots, poteaux); ainsi que pourles produits sanitaires (tubes, radiateurs de chauffage).Les alliages ferro-mtalliques sont utiliss comme additions dans la production de l'acierpour amliorer sa qualit.

Elments de construction en fonte

a- semelle dappui despoteaux, b- poteaux,c- radiateursde chauffage, d-tuyaux, pices deraccord pour les tubes


21/47

Fonte de prima fuziune: (Fe + C), (%C de la 2.11 la 6.67 %).

* Fonte cenuii: au n structurcarbon liber cristalizat sub formde grafit. Datoritgrafitului, n casurfontele au aspect gri-cenuiu. Grafitul este ostare alotropic a carbonului cristalizat n sistemul hexagonal. Are rezistenmecanic sczut,duritate mic i este fragil. Prezena lui n structura fontelor leconfer proprieti specifice : acioneaz ca un lubrifiant solid i ca urmareamelioreazcaracteristicile de antifriciune,creterezistenala vibraii,micoreaztemperatura de topire iturnare,mbuntetefluiditatea etc. Reduce rezistenai

face fontele fragile, slab rezistente la ocuri mecanice. Obinerea grafitului estefacilitatde un coninutde siliciu n compoziiafontelor ntre 1,53,0%. Prezenagrafitului amelioreazconsiderabil prelucrabilitatea prin achierea fontelor cenuii. Sunt deci uor de prelucrat prin turnare i achiere. Fontele brute se folosescpentru turnarea pieselor slab solicitate mecanic, dar de dimensiuni mari. n cea maimare parte se folosesc pentru elaborarea fontelor mecanice sau de a doua fuziune ncubilouri sau cuptoare electrice cu inducie.

* Fonte albe : Carbonul se afl combinat cu fierul sub form decementit(Fe3C) care conferfontei n casuro tentalb-strlucitoare. Sunt foartedure, fragile greu de prelucrat prin achiere. Modul principal de prelucrare este celprin turnare. Sunt utilizate n special pentru elaborarea oelurilor.

* Fonte pestrie: sunt fonte intermediare ntre fontele cenuiiifontele albe.


22/47

Fontele de prima fuziune conin C, Si, Mn, P, S i o serie deimpuriti. Acestea din urm imprim fontelor brute slabecaracteristici mecanice. Pentru transformarea fontei(2,11 < C,% < 6,67 ) n oel (C < 2,11 %), trebuie sfie redusparialconinuturilede C, Si, Mn, P, S ial impuritilor,prin

diluare, oxidare, volatilizare, evacuare n gaze, zgur etc.,proces care este definit afinare. Ameliorarea proprietiloroelurilorse poate face iprin aliere.

ELABORAREFontel


23/47


24/47

1., Affinage liquide :Affinage par l'air aux convertisseurs Bessmer et Thomas.

La fonte liquide arrivant du mlangeur est verse dans le convertisseur, traverslequel on souffle un intense courant d'air qui brle les impurets de la fonte. Cettecombustion dgage en mme temps la chaleur ncessaire pour lever latemprature du bain depuis celle de la fonte en fusion (1200 C) jusqu' celle del'acier (1600 C).


25/47

Le convertisseur Thomas diffre de Bessmer par son revtement rfractaire, qui estbasique (chaux) au lieu d'tre acide comme dans le Bessmer (silice). Le procdacide ou Bessmer, permet de traiter les fontes non phosphoreuses riches en silice(1,5 2%). Le procd basique ou Thomas, permet de traiter les fontesphosphoreuses (1,7 2%) avec peu de silice (0,4 0,6%). La dure du traitement

varie entre 15 et 30 minutes.


26/47

Elaborarea oelurilor n convertizoare

Elaborarea n convertizor THOMAS (bazic)

Cptuealrefractar

bazic

Zgur

Ax de rotaie

Font lichid

Canale deinsuflare a aerului

Aer insuflat sub

presiune

Seciune printr-un convertizor

THOMAS (bazic)

Gura de

evacuare Acest procedeu este utilizat pentru

afinarea fontei lichide bogatn fosfor isulf i srace n siliciu. Energianecesar pentru meninerea fontei nstare lichid rezult din reaciilr deoxidare ale elementelor din compoziia

chimic a fontei lichide elaborate nfurnal. Cptueala convertizorului estedin dolomitcare este un compus bazic;i anume ,carbonat dublu de Ca iMg(CaCO3, MgCO3).

Sub aciunea oxigenului din aer sedesfoarurmtoarelereacii:

Si + O2 SiO2C + O2 CO

2P + 5/2O2 P2O53CaO + P2O5 Ca3(PO4)2

FeS + CaO FeO + CaS


27/47

Fazele de funcionare a convertizoruluiTHOMAS :

Fazele de funcionare a convertizorului THOMAS :1ncrcare;2perioada de afinare (scnteiere) (23 min.);;3perioada de ardere intens cu flacr (10..12

min.);4perioada de fumegare (3..5 min.);5descrcarea.

Durata de afinare propriu este de1520 min. n cazul n carecarbonul este oxidat mai multdect este necesar, recarburarease face prin adugare de fero-aliaje (fero-siliciu; fero-mangan

etc.).


28/47

Convertizorul BESSEMER se aseamn cu procedeul

THOMAS. Diferena const n materialul folosit pentrucptueal care este n acest caz silicea (cptueal acid).Acest procedeu se utilizeaz pentru afinarea fontelor bogaten siliciu isracen fosfor.

Afinarea prin insuflarea oxigenului purprocedeul esteasemntorprocedeelor THOMAS iBESSEMER ;Insuflarea oxigenului n baie se face prin intermediul unei lncii . Seobineun oelmai pur.

Procedeul L.D. pus la punct n Austria la Uzinele LINZ-DONAWITZ) cu insuflare de oxigen. Se folosete pentru afinarea fontelor bogate nfosfor. Durata elaborriieste n jur de 40 minute.


29/47


30/47


31/47

Acest procedeu permite afinarea tuturor fontelor. Clduranecesarpentru topire se obineprin combustia gazului

natural sau pcurii. Oxigenul necesar acestei combustii rezultdin aerulprenclzit(12000C) suflat n interiorul cuptorului.

Oxigenul necesar oxidriidiferitelor elemente (Si, C, P, ) vinedin feroaliajele ajuttoare. Operaiade oxidare dureazde la 4 la8 ore, timp care permite evaluareaprecisa compoziieioeluluilichid i efectuarea coreciilor necesare prin adugare deferoaliaje specifice.

Calitatea oelului obinut este superioar celui obinut nconvertizoare. De notat c procedeul Martin permite obinereaoelurolorde calitate, a oelurilorde scule ia oeluriloraliate.

Permite folosirea la elaborare a ferului vechi n proporie depnla 25%.


32/47


33/47

Affinage au four Martin.

Dans le four Martin acide, l'affinage porte uniquement sur le carbone, le silicium et le magnsium; leSouffre et le phosphore restant intacts. En revanche, dans le four Martin basique, l'affinage peut aussiporter sur ces deux derniers lments.En qualit de combustible, on utilise le gaz et parfois les dchets de feret d'acier. La dure de fusion estde 4 8 heures. Pendant ce temps, on prend systmatiquement des chantillons pour analyse chimique.

Quand on obtient la composition requise de l'acier, le mtal estdcharg dans la poche coule et deldans les lingotires.


34/47

Operaia dureaz cteva ore. Dup evacuarea zgurii se pot

introduce elementele de aliere (Cr, Ni, Mo, ).


35/47


36/47

Sursa de cldur este datcurenii Foucault care iaunatere n masa metalic dininteriorul creuzetului. Masametalic este un conductor

care se afl n interiorul uneibobine prin care circul uncurent de nalt frecven(400 la 20 000Hz), , curenii

indui provoac nclzireaprin efect Joule-Lenz.

Se obtin oteluri de calitatesuperioara, nealiate sau

aliate.


37/47

Section through a coreless induction furnace.


38/47

Figure 3.4 Schematic cro ss-sect ion s o f t i l t ing cru cible furn aces: (a)fuel fired, (b) electric. (Courtesy Ramsell Furnaces Ltd, Droitwich.)

Crucible furnacesCrucible furnaces, Fig. 3.4, are widely used as melters, melter/holders and holders. Crucible furnaces are:

simple and robust; widely available in a range of sizes; either fixed or tilting; suitable for heating by differentfuels; capable of low; melting losses; relatively inexpensive.

FLUXUL DE FABRICAIE N SIDERURGIE


39/47

FLUXUL DE FABRICAIE N SIDERURGIE

Aglomerare Minereu de fier

Crbune natural

COCSERIECocsaglomerat

Font lichid

FURNAL

CONVERTIZOR

MELANJOR

Feroaliaje

CUPTOR ELECTRIC

oel lichid

STAIE DE AFINARE

OEL LICHID DE DIFERITE NUANE

TURNARE CONTINU

brame

LAMINOR

rulouri de table

D LA i


40/47

De LAcier .


41/47

la Pice Forge


42/47

la Pice Forge


43/47


44/47

Ce procd utilise ct de la fonte liquide, des dchets de mtallurgie appelsriblons.


45/47

Pig Iron


46/47

Sunt dou faze principale:a.- transformarea bauxitei n alumin Al2O3ct mai pur, dac este posibil;b.- electroliza aluminei la temperaturi nalte, din soluii n care se adaug criolit

(AlF3 , 3NaF) drept fondant, pentru reducerea temperaturii de topire a aluminei.


47/47

1) Preparare mecanic: concasarea i mcinarea bauxitei;2) Tratarea aluminei cu hidroxid de sodiu :

Al2O3+ 2NaOH 2NaAlO2+ H2O

3) Separarea aluminatului de sodiu prin splare i decantare.

4) Hidroliza alumiatului de sodiu :

NaAlO2+ 2H2O Al(OH)3 + NaOH

5) Calcinarea aluminei n cuptoare rotative, la 12000C; se obine aluminaanhidr:

2Al(OH)3 Al2O3+ 3H2O

6) Electroliza la temperaturi ridicate (950 C), la tensiuni de 4V i intensitide curent de 130 000 ... 150 000 A, timp de 2...3 zile.

2Al2O3 4Al + 3O2

Elaborarea primara a aliajelor.ppt

Documents

Transcript of Elaborarea primara a aliajelor.ppt