Nyersvasgyártás.
A vegytiszta vas: Vegyjele: Fe. Sűrűsége: 7.8 kg / dm³. Olvadáspontja: 1536 °C. Rm ~ 200 MPa.
A vas a földkéregben előforduló elemek közül a 4. leggyakoribb elem.
A vegytiszta vas szerkezeti anyagként nem használható, mert lágy, törékeny, kis szilárdságú.
A műszaki gyakorlatban a vasat mindig szénnel (C) és ötvözőelemekkel ötvözve használják.
Ötvözőelemek:
- Króm (Cr),
- Volfrám (W),
- Mangán (Mn),
- Vanádium (V),
- Nikkel (Ni),
- Molibdén (Mo),
- Szilícium (Si),
- Titán (Ti),
- Alumínium (Al),
- Réz (Cu).
- stb.
Ha a vashoz a vasgyártás során csak szenet adnak ötvözetlen vas keletkezik, (Ötvözetlen acél, ötvözetlen öntöttvas.)
Ha a vashoz szenet és ötvöző anyagokat adagolnak, akkor ötvözött vas. (Ötvözött acél, ötvözött öntöttvas keletkezik.)
Ötvözőelemek: Javítják a vas szívósságát, szilárdságát, korrózióállóságát, kopásállóságát, hőállóságát.
Szennyező elemek: Kén (S), Foszfor (P), Hidrogén (H), Oxigén (O), Nitrogén (N), a szennyező elemek rontják az ötvözet tulajdonságait.
oxidáció, törékenység, alakíthatóság, gázzárványok, forgácsolhatóság
A Vasérc:
A vasérc keletkezése során főleg oxigénnel, kénnel, és szénnel kapcsolódik. A feldolgozott vasérc vastartalma 25-70% között van.
Vasércfajták:
- mágnesvasérc. Fe3 O4.
- barnavasérc.
- vörösvasérc.
- pátvasérc.
A nyersvasat kohóban állítják elő. A kohó (nagyolvasztó) kb 30 m magas kb 10 m átmérőjű. Fala hegesztett acéllemez, belül tűzálló borítású samott tégla. Több évig folyamatosan működhet.:
A vaskohó megtöltése:
A kohó tetején vasércet, kokszot, mészkövet adagolnak rétegesen a kohóba.
A koksz a redukcióhoz és az olvasztáshoz kell, a mészkő salakképző anyag.
A kohóban lejátszódó folyamat:
A kohó alján forrólevegőt fújnak be, az felfelé áramlik, a koksz egy része elég, ez biztosítja a hőt az olvasztáshoz. A koksz másik része CO-vá alakul és redukálja a vasoxid oxigéntartalmát. A nyersvas a gravitáció miatt a kohó alján gyűlik össze, tetején a salakkal, ami megvédi az oxidációtól. Folyamatos üzemben a salakot , és a nyersvasat is pár óránként csapolják.
A lecsapolt nyersvas széntartalma 3.5 - 4.5 %
Attól függően hogy a szén milyen formában épül be a vasba, létezik:
- fehér nyersvas ( a szén karbid formában épül be ) ebből fehér öntöttvas, Szén (C)>2 % , és acél Szén (C)<2 %. készül.
- szürkenyersvas ( a szén grafit formában épül be) lemezgrafitos, vagy gömbgrafitos szürke öntöttvas.
Ha a Mangán (Mn)>Szilícium (Si) akkor vaskarbid keletkezik a nyersvasban. Ha a Mangán (Mn)<Szilícium (Si) akkor grafit keletkezik a nyersvasban.
Acélgyártás.
Az acélgyártás a nyersvas további feldolgozása.
Az acélgyártás lényege:
- a vas széntartalmának csökkentése Szén (C)<2 % alá oxidációval.
- a szennyezőanyagok kívánt szint alá csökkentése.
- a vas ötvözőkkel való dúsítása, a kívánt tulajdonságok eléréséhez.
Az acélok minősége:
- alapacélok: általános technológiával előállított. nincsenek minőségi követelmények.
- minőségi acélok: szigorúbb követelmények, szemcsenagyság, alakíthatóság.
- nemesacélok összetétellel szembeni követelmények: nagy tisztaság, kevés szennyezőanyag, nemesítésre, edzésre alkalmasak.
Alap acélgyártó eljárás:
Siemens-Martin eljárás
Az 50-es évekig ez volt a legkorszerűbb acélgyártás. Kamrás kemence, ahol a fűtőgázok és az oxigén előmelegítését a távozó égéstermékek végzik hőcserélő kamrákban. Előnye hogy szilárd állapotú nyersvas dolgozható fel.
Minőségi acélgyártó eljárás:
Linz Donawitz. ( LD) eljárás
A tűzálló bélésű konvertert folyékony nyersvassal, hulladék acél, és égetett mésszel töltik meg. A mész megköti a szennyező anyagokat. Vízhűtéses fúvókán keresztül 12 bar nyomású oxigént fúvatnak a konverterbe, ennek hatására az olvadék heves áramlásba kezd, és a szennyező gázok eltávoznak.
Nemesacélgyártó eljárások:
Ívkemence:
három szénelektróda van beépítve. A kemencében konverteracél van (LD) és hulladék acél. Ív keletkezik az elektróda és az acél között. Akár 3800 °C is elérhető (Volfrám (W), Molibdén (Mo)) Az acél kevésbé szennyeződik mert nincs láng.
Índukciós kemence:
A kemence fala réz (Cu), belül tűzálló bélés van, kívül vízhűtésű elektromos tekercsek veszik körül a kemence külső falát. Az örvényáramok megolvasztják az acélt. Az acél kevésbé szennyeződik.
Sugárvákuumozás:
A folyékony acélsugarat gáztalanítják. Az öntőüstből a vákumkamrába levő kokillába öntik. Közben az acélból felszabaduló gázokat a vákuum eltávolítja. Az acél apró cseppekre bomlik és szétterül, finom szemcsés lesz.
A nemesacélok nagytisztaságú, hibamentes, nagyszívósságú acélok.