In natura niciodată nu apare fierul ca material pur, ci doar ca un compus. Acestea sunt in principal oxizii de fier, care sunt amestecati cu constituienti minerali numit steril. Amestecul de oxizi de fier si steril se numeşte minereu de fier.

   Principala sarcină a metalurgiei este separarea de oxizi de fier de steril şi pe de altă parte, reducerea compusului de fier-oxigen. Prin adăugarea de carbon în timpul diferitelor procese, fierul este transformat in oţel, iar prin aliere cu unele elemente se obtine diferite tipuri de otel.
Procesul complet de producere a otelului consta in cateva etape.

   1. Prelucrare minereu – 2. Reducerea de minereu – 3. Rafinare – 4. Piese turnate din otel

   Prelucrarea minereului

   La nivel mondial se estimeaza o cantitate de 500 miliarde de tone.
   Valoarea de minereu extras in ultimul deceniu se estimeaza la 700 milioane tone. Aceasta inseamna ca resursele naturale de minereu va fi suficient pentru mai multe generaţii în continuare. In scoarţa pamantului nostru se gasesc diferiti compusi de minereu de fier.Principalele tipuri sunt:
   Magnetita este un minereu de fier dificil, asigurand o concentraţie mare de fier (50-70%) prin aparitia Fe3O4. Depozite naturale importante de magnetite sunt in Suedia, Norvegia si Rusia.

   Hematitul este un reductibil, care produce o concentratie mare de fier (40-60%), apare Fe2O3.
   Limonita este un reductibil de fier, dar produce o concentratie foarte slaba de fier (20-45%). Apare: apa + Fe2O3.

   Siderita este un minereu de fier reductibil , care produce o concentratie foarte slaba de fier, apare: FeCO3.

   Pentru sinterizarea minereului, se amesteca minereul si este amestecat cu aditivi specifici si incălzit intr-o instalaţie de sinterizare. Temperaturi ridicate, elimina particulele de minereu impreună, formand un conglomerat poros. Acest conglomerat este apoi macinat in masini speciale la dimensiunile necesare.   Separarea minereului primar se face, de obicei, in tarile cu traditie in minerit, inante de export. Acest lucru conduce la cresterea calitatii si reducerea costurilor de transport, deoarece taxele sunt mai mici.
   In activitatile miniere se folosesc pentru separare, proprietatile specifice ale minereului, cum ar fi greutatea specifica si intensitatea magnetizarii . Primul pas in procesul de prelucrare este zdrobirea si macinarea minereurilor. Utilizarea gravitatiei si fortele centrifuge de separare primara, are loc in concentratoare spirala. In timpul procesului de separare, in cadrul coloanelor de flotare, proprietati specifice diferite ale minereului si ale sterilului sunt utilizate pentru separare. Imersarea materialului zdrobit intr-un lichid cu densitate mare si injectarea de aer face ca mineralele de fier sa pluteasca si pot fi descarcate prin partea de sus. Solutia magnetica foloseste fortele de camp magnetic pentru a separa minerale de fier de alte minerale. Ca rezultat al acestor procese de separare a minereului de fier creste concentratia de la 30-35% pana la 60-65%. Dar aceste minereuri fin granulate nu sunt adecvate pentru prelucrarea în continuare.

   In procesele de reducere ulterioara, este necesar sa se sufle gaz prin minereuri. Pentru a spori eficienta, este necesar sa fie o dimensiune mai mare a pieselor de minereu, lucru care se face prin sinterizare sau peletizare a minereurilor fine granulate.

  Prin metoda peletizarii este umezit cu apa si se amesteca cu aditivi speciali. Acest amestec este turnat in forma de bile, cu un diametru de 10-15 mm si se incalzeste la o temperatura de peste 1000 ° C. Dupa aceasta, materialul este folosit pentru producţie de otel in furnal.

   Reducerea minereurilor de fier

   Separarea oxizilor de fier este o reducere chimica.
   Pentru a realiza o reducere de caldura, se folosesc agenti de reducere speciali.
   Exista diferite tipuri de cuptoare :
   Cuptoare de reducere directe
   Cuptoare de topire si reducere
  Tipul cel mai frecvent de cuptor pentru producţie de otel in Germania este furnalul. Prin urmare, se vor mentiona cateva tipuri de furnale. Calcarul si piatra de var sunt incarcate in partea de sus a cuptorului. Apoi amestecul este incalzit treptat. In acelaşi timp, amestecul fierbinte (600-1300 ° C) este suflat din partea de jos a cuptorului. Aceast amestec fierbinte (petrol sau gaze), urca spre partea de sus, trecand prin numeroase reactii chimice.

 Aprinse prin explozie carbonul din cocs-ul care arde este convertit in CO2 dar reconvertinduse cu ajutorul cocs-ului in CO. Gazele ascendente CO elimina oxigenul din oxidul de fier si este convertit in CO2 proces de combustie.

  Acest proces are loc la intervale regulate si se opreşte aproximativ la mijlocul inaltimii cuptorului, din cauza temperaturii prea scazute in zona. Deoarece nu toate gazele de CO sunt folosite in procesul de reducere, gazele fierbinti contin o cantitate suficienta de CO, care poate fi inflamabila.

 

   Fierul lichid si apoi zgura se separa. Avand in vedere ca zgura este mai putin densa decat de fierul, aceasta pluteste la partea de sus a furnalului.
Fierul lichid se varsa in oale, cunoscute sub numele de creuzete, care urmeaza sa fie transportate la mixer.
   Mixerul este din caramida refractara captusit, este un cilindru orizontal, ce pivoteaza pe axa longitudinala.
   Cele trei scopuri principale ale mixerului sunt:
   - container de stocare pentru fabricarea otelului
   - amestecarea metalului fierbinte pentru a realiza materiale omogene
   - reducerea de sulf (convertirea continua din MNs + FeS în MNS + Fe, MNS este mai putin densa decat Fe, si se regaseste în zgură)
   Pentru a accelara acest proces, se adauga carbura de calciu sau magneziu.
   Ca urmare fonta contine:
   3-5% C
   0.2-2% Si
   0.2-3% Mn
   0.1-2% P
   0.02-0.06% S
   Pentru a produce otel, valoarea cestor elemente trebuie sa fie redusa.

  Continuarea tratamentului de la fonta la otel este numit de rafinare. Prin acest proces atat, elemente de carbon cat si cele neferoase trebuie sa fie reduse la o cantitate tipica, si anume cea dorita pentru otel. Toate procesele aplicate se bazeaza mai mult sau mai putin pe faptul ca metalul este incalzit la temperaturi inalte iar oxizi de oxigen, de inalta puritate, injectati oxideaza elementele nedorite. Aceasta se face prin generearea zgurei care are diferite scopuri:

   Formarea de FeO pe partea de sus a metalului fierbinte oxideaza in carbon si elemente accidentale aflate in fier
Prin adaugarea de var se genereaza o forma lichida de elemente oxidate accidental aflate in fier (P, Mn, Si)

   Cele mai cunoscute procese sunt:
  Procesul Thomas (nu se utilizeaza in zilele noastre). Constructiile care au fost facute inainte de 1930, pot contine otel fabricat prin procesul Thomas. Datorita cantitatii mari de fosfor si sulf in material comportarea la sudare este scazuta.
   Procesul Siemens Martin (nu mai este permis in Europa)
   Procesul de suflare cu oxigen
   Procesul cu furnal cu arc electric

   Procesul de suflare a oxigenului

  In acest process deseurile de otel pot fi adaugate fontei in convertor pentru efectul de racire.
  Injectarea de oxigen pur presurizat din varf printr-o lance racita cu apa creaza temperaturi cuprinse intre 2500-3000 °C in zona de reactie numita zona de inpingement.
   Oxidul de carbon CO care se ridica, fluxul de oxigen si diferitele gradiente de temperatura conduc la o baie amestecata. Ca rezultat al oxidarii elementelor aflate accidental si fier se genereaza rapid o zgura reactiva.
   Datorita distantei dintre lance si baie proprietatile zgurei pot fi ajustate. Pe masura ce continua suflarea, exista o scadere continua a elementelor Si, Mn, C, P dizolvate in baia de metal.Este necesar un timp de suflare de 20-30 minute pentru un convertor de 400 tone. In afara de procesul de suflare din varf exista si posibilitatea procesului de suflare din partea de jos sau combinatii ale celor doua.
   Procesul furnalurnalului cu arc electric

  In contrast cu procesele ce utilizeaza reactiile exotermice, furnalul cu arc electric genereaza temperaturi ridicate prin arce electrice sau in cazuri mai rare prin intermediul inductiei.
   Incarcarea materialelor cum ar fi deseuri de otel, fier spongios sau fonta, fluxuri si agenti de reducere, precum si elemente de aliere care pot fi alimentate in proces se face inainte sau in timpul rafinarii.
   In general, procesul cu furnal cu arc electric porneste cu incarcarea cuptorului cu deseuri si/sau fonta/fier spongios solid
   Dupa inchiderea cuptorului procesul de topire porneste cu ajurul a trei electrozi din grafit creand temperature de circa 3500 °C. La aceste temperature se poate obtine dizolvarea elementelor de aliere, care sunt dificil de topit.
   Datorita faptului ca, in general, nu se sulfa nici un gaz in process, caldura de proces se pastreaza. Pe de alta parte se poate sulfa gaz in cuptor, daca este necesara accelerarea procesului.
   In caz contrar, oxigenul pentru rafinare este extras din deseuri si alti agenti suplimentari.   Chiar si in furnalul cu arc electric se formeaza o zgura reactiva, care include toate elementele nedorite.

   Capacitatea furnalului cu arc electric poate atinge 300 tone iar timpul procesului este de circa 40-60 minute cu extinderea posibila pentru alierea speciala. Toate procesele de rafinare mentionate conduc la otelul cald ca produs final.

 

 

   sursa: informatiitehnice.com