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This document provides a comprehensive overview of various steel production processes. The text explains different techniques used in the steel industry and covers essential steps involved. The document includes technical details along with chemical equations and diagrams for better understanding.

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Stahlherstellung Tisztelt Műegyetemi Polgár! Közel másfél év után ismét lehetőségünk nyílik a teljeskörű jelenléti oktatásra, a hallgatók és oktatók személyes találkozására. A személyes jelenléttel történő oktatás biztonságos, alacsony kockázatú lebonyolításának fontos feltétele, hog...

Stahlherstellung Tisztelt Műegyetemi Polgár! Közel másfél év után ismét lehetőségünk nyílik a teljeskörű jelenléti oktatásra, a hallgatók és oktatók személyes találkozására. A személyes jelenléttel történő oktatás biztonságos, alacsony kockázatú lebonyolításának fontos feltétele, hogy minden érintett kellő védettséggel rendelkezzen az új típusú koronavírussal szemben. Az egymás iránti felelősség, az emberi élet és egészség védelme érdekében kérünk mindenkit, hogy éljen a védőoltás felvételének lehetőségével, segítse a biztonságos jelenléti oktatás és munkavégzés feltételeinek megteremtését! Az előrejelzések alapján a negyedik hullám megjelenésével járványügyi szigorítások várhatóak, ezért fontos az oltások mielőbbi felvétele, hogy fennmaradjon és mindenki számára elérhető legyen a jelenléti oktatás. Pfannenmetallurgie Entschwefeln  Außerhalb der Hochofen in separate Pfanne  Rührverfahren  Ziel: S-Gehalt auf 0,005…0,012% zu reduzieren  Mit Schlacke auf Sodabasis Na2CO3 + [FeS] + 2 [C] = (Na2S) + [Fe] + 3 CO Na2CO3 + [FeS] + 0,5 [Si] = (Na2S) + [Fe] + 0,5 SiO2 + CO2  Mit Schlacke auf Kalkbasis CaO + [FeS] + [C] = (CaS) + [Fe] + CO2 CaO + [FeS] + 0,5[Si] = (CaS) + [Fe] + 0,5(SiO2)  Kalciumkarbid CaC2 + [FeS] = (CaS) + [Fe] + 2C  Mit Magnesium (teuer) {Mg} + [FeS] = (MgS) + [Fe] Folie: 2 Reduzierung der Phosphorgehalt Basische Ofenbeschichtung viel CaO und FeO in der Schlacke Schlacke abziehen und neu bilden. 4(CaO) + 5(FeO) + 2[P] + 5C = (CaO)4P2O5 + 5[Fe] + 5{CO} Folie: 3 http://www.youtube.com/watch?v=kPH4dJUVOfc PFANNENMETALLURGIE 2:29 Folie: 4 Stahlherstellung  Der zweck ist die Reduzierung der Menge von C und Schädigungselementen, es verursacht die Erhöhung des Schmelzpunktes  Heizung: mit äußeren Energie (Siemens- Martin- Verfahren, Elektrostahlverfahren)  Ausbrennen der Schädigungselementen ist wirtschaftlich und schnell  Windfrischverfahren - Bessemer (saures), - Thomas (basisches),  Heute LD (Linz/Donau) Sauerstoff-Aufblasverfahren Folie: 6 Hauptschritte der Stahlherstellung Frischverfahren: Reduzierung von C und Verunreinigungselementen Desoxydation: Reduzierung den O Gehlalt Nachbehandlungen:  Legieren  Strukturverbesserungen  Gießen Folie: 7 Thomas – Bessemer Konverterverfahren (1885, Henry Bessemer) Windfrischverfahren Roheisen wird ins kippbare BESSEMER - saueres (Si) Ofen gefüllt, dann wird de THOMAS - basisch (P) Ofen ins horizontale Position gebracht und von Unten mit Luft durchgeblasen. Kein Brennstoff nötig. Viele Elemente brennen aus. Große gelöste Stickstoffgehalt des Stahles Folie: 8 Thomas – Bessemer Konverterverfahren Si  SiO2 Windfrischverfahren – ∆H = -208.3 kcal/gmol – 200 ºC / 1 % BESSEMER - saueres (Si) 2P  P2O5 THOMAS - basisch (P) – ∆H = -369.4 kcal/gmol – 130 ºC / 1 % C  CO – ∆H = -26.6 kcal/gmol – 35 ºC / 1 % Mn  MnO – ∆H = -96.5 kcal/gmol – 46 ºC / 1 % Fe  FeO – ∆H = -64.3 kcal/gmol – 30 ºC / 1 % Folie: 9 Siemens – Martin - Ofen Siemens-Martin-Verfahren (1864) Émile Martin +Pierre Martin  wechselnde Flamme und Abgasrichtung  Roheisen + Schrott  Legierte Stahlherstellung  1. Schritt Frischen (Oxidieren) 2. Schritt Reduktion  Frischezeit länger als beim BT Verfahren Folie: 10 Siemens – Martin - Ofen Folie: 11 Sauerstoff-Aufblasverfahren LD-Verfahren LINZ-Donavitz Dunaferr-Konverter 135 t unverbrannte Gase Schnell, Energiesparend, Schrottverarbeitungsmöglichkeit, (aber Fe ist auch oxidiert) Folie: 12 Einfluss der Blasdauer Gehalt (%) Blasdauer (min) Folie: 13 AOD Verfahren (argon oxygen decarburization) Argon-Sauerstoff-Entkohlung Konverter-Frischverfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl und anderen hochlegierten Stählen Der zu behandelnde Rohstahl wird in der Regel aus Schrott im Lichtbogenofen gewonnen und dann zur Durchführung des AOD-Prozesses in einen sogenannten Konverter gefüllt. Der Prozess ähnelt dem Linz-Donawitz-Verfahren, unterscheidet sich von diesem aber darin, dass kein reiner Sauerstoff, sondern ein Argon-Sauerstoff-Gemisch in die Stahlschmelze eingeblasen wird. Der Sauerstoffanteil im Mischgas wird während des etwa einstündigen Blasens kontinuierlich reduziert (von ~80% auf ~20% Prozent). Folie: 14 AOD Verfahren Die Zufuhr erfolgt über Düsen im Boden und in den Seitenwänden des Konverters. Durch die Zumischung von Argon wird der Partialdruck des Sauerstoffs gesenkt. Das begünstigt die Oxidation des Kohlenstoffs, während die unerwünschte Verschlackung von Legierungsmetallen wie Chrom und Mangan zurückgedrängt wird. Um die dabei oxidierten Metalle zurückzugewinnen, wird die Schlacke nach dem Frischen durch die Zugabe von Kalk und Silikaten reduziert. Anschließend wird die Schmelze mit gebranntem Kalk entschwefelt. Für eine bessere Durchmischung wird die Schmelze während der Reduktion und Entschwefelung mit reinem Argon geblasen. Folie: 15 AOD Verfahren Am Ende des Prozesses beträgt der Kohlenstoffgehalt im Stahl nur noch rund 0,015 Prozent. Etwa zwei Prozent Chrom gehen verloren. Pro Tonne Stahl werden 25 Kubikmeter Sauerstoff und 20 Kubikmeter Argon verbraucht. Um die Kosten zu senken, wird Argon zu Beginn des Prozesses mitunter durch Stickstoff oder Druckluft ersetzt. AOD Verfahren Folie: 16 Sauerstoff-Aufblasverfahren  99% reines Sauerstoff eingeblasen, beginnt die Oxidation von Fe, Mn und Si.  Sauerstofflanze wird schrittweise gesenkt, die Temperatur der Schmelze wird durch die exotherme Reaktionen erhöht.  kontinuierlich wird auch Schlacke gebildet, mit entsprechende Zusammensetzung.  Wenn Temperatur zu hoch, zusätzlich Schrott zugeführt.  S und P Gehalt reduziert - Kalkpulver  Blasdauer 12-20 Minuten.  Am Ende könnte man auch im Konverter legieren, tut man trotzdem meistens in separate Pfanne (Pfannenmetallurgie)  Am Ende wird das Konverter gekippt und entladen. Folie: 16 Elektrostrahlverfahren Hier wird die Wärme durch einen Lichtbogen erzeugt oder durch Induktionsstrom als Widerstandswärme. Es kommt nur Wechselstrom zur Anwendung. Da hier kaum wärmeabführende Verbrennungsgase auftreten, lassen sich hohe Temperaturen erreichen (3500ºC); außerdem ergeben sich geringere Verunreinigungen. Der zum Frischen notwendige Sauerstoff lässt sich durch Erz zuführen. Zu umfangreicher Frischarbeit wird der Elektroofen aber wegen der hohen Strom- und Futterkosten nicht benutzt. Es wird vielmehr vorwiegend Schrott eingesetzt. Hauptarbeitsgebiet: legierte Stähle mit hohem Reinheitsgrad, manchmal benötigt mehrmaliger Schlackenaufbau. Folie: 18 Elektrostrahlverfahren Schritte Einfüllen der Ofenfüllung: Die Bedachung der Ofen kann zusammen mit der Graphitelektroden aufgehoben werden. Ofenfüllung wird mit Kran im Stahlkorb eingebracht. Auf der untere Seite auch karbonisierendes Material und Kalk darauf Schrott wird geladen. Nach der Einfüllen wird der Bedachung geschlossen. Einschmelzen: mit ~80% der maximale Leistung wird Lichtbogen gezündet, und nach deren Stabilisation wird maximale Leistung eingeschaltet. In manchen Ofen kann auch der Ofenfüllung bewegt werden. Folie: 19 Elektrostrahlverfahren Schritte Frischverfahren: erfolgt mit Zugabe von Kalk und Kalziumfluorid (folypát) und in der Schmelze beginnt die Blasenbildung ("Kochen"), einen Teil der Schlacke wird abgeführt. Am Ende ist die Temperatur ~1630ºC. Es gibt Frischverfahren auch mit Sauerstoff, dabei wird der C- Gehalt ein bißchen unter die geplante Menge Reduziert. Kohlenstoffgehalt wird eingestellt. Danach Ferrosilizium und Ferromangan wird zugeben. Neue Schlacke wird aufgebaut, und Legierung wird durchgeführt (aber häufig in der Pfanne) Abstechen: Ofen wird gekippt, und Stahl und schlacke wird ins Pfanne gegossen. Folie: 20 Freie Enthalpieänderung der Oxidbildung CO2 Temperatur Folie: 21 Elektrostrahlverfahren Folie: 22 Desoxidieren Desoxydieren mit Elementen Mn, Si, Al, V, Ti, Zr, Ca deren Affinität zur Sauerstoff größer als die von Fe. Setzende Desoxydieren (kicsapatásos) Desoxydieren durch Diffusion Desoxydieren mit Synthetische Schlacke Vakuum-Kohlenstoff Desoxydieren Unberuhigter Stahl ist nur mit Mn desoxidiert. Beruhigter Stahl ist mit (Mn+Si+Al) desoxidiert. Folie: 23 Desoxidieren Folie: 24 Eigenschaften des unberuhigtes Stahles Gutes Materialausnutzen Neigung zum Altern (Umformen , Wärmebehandlung) Niedrigere Kerbschlagarbeit, hohe TTKV Neigung zur Korrosion Gute Verformbarkeit (nur ”frisch”) Folie: 25 Einfluss des Beruhigens Wasserstoff und Stickstofflöslichkeit Gasblasen und Blocklunker bei; in Abhängigkeit der Temperatur unberuhigter (a) halbberuhigter (b) und beruhigter (c) Stahl Folie: 26 Wirkung der Begleitelemente im Stahl Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff (Im Form von Verbindung, Gas und gelöst) Schwefel: Rotbruchgefahr, Fe-FeS Versprödung, TTKV wächst, Seigerung, (Beim Automatenstahl nützlich) Phosphor: Festigkeit wächst, Versprödung, Schweißrissigkeit Rotbruchgefahr, Seigerung, gute Fließeigenschaften, (nützlich beim Gießen) Folie: 27 Kohlenstoff als Begleitelement im Stahl gehärtet Zugfestigkeit (MPa) Bruchdehnung (%) Zugfestigkeit vergütet geglüht Bruchdehnung geglüht Kohlenstoffgehalt (%) Folie: 28 Kohlenstoff als Begleitelement im Stahl C reduziert die Schmelztemperatur und die γα Umwandlungstemperatur. C erhöht die Zugfestigkeit und die Streckgrenze, erniedrigt die Bruchdehnung und -Einschnürung C ermöglicht das Abschreckhärten von Stahl. C reduziert Wärmeleitfähigkeit und spezifisches Gewicht. C verringert die Schweißbarkeit des Stahls durch Bildung von Härterissen. Folie: 29 Seigerung im Gussblock gerade Seigerung umgekehrte Seigerung Dendrit-Seigerung Seigerung von der spezifischen Dichte S hat starke Neigung zur Seigerung, 200-500% Folie: 30 Seigerung im Gussblock Kohlenstoff Phosphor Schwefel C, P und S Seigerung im Stahlblock Folie: 31 Kristallstruktur des Gussblockes Folie: 32 Vakuummetallurgie (Vakuumverfahren) Behandlung des flüssigen Stahles im Vakuum Folie: 33 Vakuummetallurgie (Vakuumverfahren) Erfolgreiche Gasentfernung (Verteilungsgesetz) {O}/[O]=Konstant (auch andere Elemente) Hamilton’sche Gleichung: C*O= Konstant C (%) p2

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