Bereiding van staal. Bereiding van staal. Bereiding van staal. Van ijzererts tot ruwijzer. Geschiedenis. Enkele definities.

Transcriptie

1 Bereiding van staal Bereiding van staal Staal Geschiedenis Ijzertijd (prehistorie) ijzer maken door verhitting van ijzererts en houtskool => veel insluitsels en verontreiniging => zwakke fysische eigenschappen 18 de eeuw: door lucht inblazen hoge zuiverheid van staal (Fe+C) => aanvang van de industriële revolutie 1 2 Bereiding van staal Enkele definities Ijzer: zuiver element Fe; wordt in techniek niet gebruikt Ruwijzer: komt uit de hoogoven als product (4 5 % koolstof) Gietijzer: ijzer-koolstoflegering met meer dan 2 % koolstof Staal: ijzer-koolstof legering tot max. 2 % koolstof Staal = verzamelnaam meer dan 1000 varianten Ijzererts Ertsen met: - hoog ijzergehalte Economisch om te - laag zwavel- en fosforgehalte zetten tot ruwijzer Soorten: Roodijzersteen Magneetijzersteen Bruinijzersteen Spaatijzersteen Waarde van het ijzererts: % Fe (+30%) % P, S zo laag mogelijk aard van onzuiverheden 3 4

2 Ingangsproduct hoogoven - Ijzererts USA - Oekraïne Zweden Noord Spanje - Frankrijk Oostenrijk Bedoeling is om enkel Fe over te houden Wassen - ontdoen van zand, klei, Breken/sinteren - op gelijke grootte brengen van erts Pelleteren - persen van poederdeeltjes Sorteren - ijzerhoudend / niet ijzerhoudend Roosteren - m.b.v. warme lucht Zuurstof verwijderen van de ijzeroxyde = REDUCIE Water verdampt S en P vergast Erts wordt poreus 5 6 Ingangsproduct hoogoven - Cokes Cokes = steenkool in oven verwarmen en plots afkoelen Cokes worden gebruikt als brandstof Economischer = tot 90% C Minder gewelven aan ovenwand Hard (niet vergruizen in de oven) Ingangsproduct hoogoven - Toeslag Minerale stoffen zoals kalk, dolomiet, silicaten en klei Doet onzuiverheden samensmelten Slak is 3x lichter dan ijzer => drijft boven Moet voldoende vloeibaar blijven => aftappen Ingangsproduct hoogoven - Lucht Verwarmde lucht van minimum 1000 C die via de blaasmonden in de hoogoven geblazen wordt. Dolomiet of magnesiumkalk 7 8

3 HOOGOVEN Staal en gietijzer Ingangsproducten Uitgangsproducten Figuur uit Metaalkunde voor Technici Kenneth G. Budinski (Academic Service) Figuur uit Metaalkunde voor Technici Kenneth G. Budinski (Academic Service) ton erts 1100 ton cokes 800 ton toeslag Schacht 1500 ton ruwijzer/dag 1000 ton slak 100 ton stof (cokes+ijzeroxide) +/- 30 m Waterkoeling om levensduur te vergroten Reductie van ijzeroxide: FeO + C => Fe + CO +/- 20 m +/- 7 m Rust Haard stofvangers Metselwerk (vervangbaar) +staalbanden 11 +/-Geel 9 m- LM Departement TW 12

4 De hoogoven wordt om de 4 á 6 h afgetapt Departement TW Geel - LM Voornaamste chemische reacties in de hoogoven De toegevoerde (voorverwarmde) lucht verbrandt de cokes volgens de reactie: Energierecuperatie van gassen C (cokes) + O 2 (lucht) CO 2 (koolstofdioxide) CO 2 + C (overmaat aan cokes) 2 CO (koolstofmonoxide) = vorming van reducerende gas CO is m.a.w. onstabiel en wil een O-molecule opnemen Fe 2 O 3 (erts) + 3C (cokes) 2Fe + 3CO Fe 2 O 3 (erts) + 3CO 2Fe + 2CO 2 Reductie van ijzererts om Fe te bekomen Afgetapte slakken Ruwijzer in de menger 15 16

5 Ruwijzer - eigenschappen Ruwijzer is niet bruikbaar als constructiemateriaal Fysische eigenschappen zijn onvoldoende! Het teveel aan bijmengselen moet worden verwijderd. Vooral C verwijderen, want een hoger %C doet Treksterkte hardheid elasticiteit => verhogen Taaiheid smeedbaarheid verspaanbaarheid smelttemperatuur lasbaarheid => verminderen Staal Gietijzer Hoe? Convertorprocessen of (haard)ovenprocessen 0,1% tot 0,3% = constructiestaal 0,3% tot 0,6 %= machinestaal 0,6% tot 1,5% = gereedschapstaal 2 % niet te buigen of te smeden %C 17 Departement TW Geel - 18 Convertorprocessen (zuurstof inblazen => oxideren) Bessemerproces (1855) Bessemer en Thomas proces => vrijwel niet meer gebruikt LD (zuurstofblazen) => belangrijkste proces = oxystaal (Haard)ovenprocessen Siemens-Martin Elektroprocessen (vlamboogoven) - Inductieoven Inblazen van lucht (gedurende 0.5h) 19 Oxidatieproces => %C neemt af 20

6 LD- proces (1952) Linz-Dowanitz proces Zuurstofblazen met lans 90% van het huidige staal OXYSTAAL Het Siemens-Martinproces (Siemens-Martinoven) Relatief traag proces Mogelijkheid tot schrootrecuperatie Gasvormige brandstof Departement TW Geel - LM Van staal tot eindproduct Vlamboogoven (héroultoven) Invoer van schroot mogelijk Elektrische energie via beweegbare elektrode Zeer hoge temp (3500 C) Zeer zuiver staal - geen verbrandings(g)assen Duur Vooral RVS en hooggelegeerd gereedschapstaal Verwerking tot ingots Eenmaal het staal kwalitatief in orde is wordt het verder tot een eindproduct gevormd Gieten in blokvormen (coquilles) blokvorm = ingots blokvormen worden opgewarmd in putoven Tijdelijke stockage 23 24

7 Continu-gieten Van staal tot eindproduct Minder materiaalverliezen Homogene gietstructuur Minder walsen nodig Volledige automatisering Walsen Walsen van staal = tussen rollen doorvoeren met afname van afstand Warmwalsen in warme toestand => sterkte en rek wordt verhoogd Koudwalsen in koude toestand mooier oppervlak en nauwkeuriger maten staal wordt harder maar brosser => uitgloeien 25 Departement TW Geel - LM 26 Gietijzer Gietijzer Koolstofgehalte > 1.7 % Bereid door een 2 de smelting in een aparte oven Goede drukvastheid en groot vermogen om trillingen op te vangen Departement TW Geel - LM 27