4
1. Čelik
Čelici su legure željeza sa ugljikom i drugim elementima. Čelici predstavljaju
najčešće korišćenu grupu mašinskih materijala. U novije vrijeme poznato je nekoliko hiljada
raznih vrsta čelika, koje se koriste u gotovo svim oblastima mašinske tehnike.
1.1. Dobijanje čelika
Dobijanje čelika se svodi na rafinaciju gvožđa dobijenog u visokoj peći i dodavanju
ferolegura. Gvožđe za preradu u čelik sadrži do 4% C, 1,4% Si, 1,5% Mn, 0,25% P i 0,12%
S. Stoga se u procesu dobijanje čelika sadržaji ovih elemenata svode na zahtjevane
vrijednosti. Rastopljeno gvožđe prerađuje se u čelike u:
u Simens-Martenovoj peći (plameni postupak);
u elektropeći (pretapanjem) i
u Besemerovom ili Tomasovom konvertoru.
Konvertorski postupak dobijanja čelika:
punjenje metalnim otpadom;
ulivanje rastopljenog metala;
dodavanje pečenog kreča;
uduvavanje kisika;
izlivanje rastopljenog čelika;
izbacivanje šljake
Bitna razlika između Simens-Martenovog postupka i pretapanja u elektropećima,
konvertorskog postupka ogleda se u načinu dobijanja topline potrebne za dobijanje čelika.
Dok se u prvom slučaju radi o spoljašnjim izvorima toplote (sagorijevanje gasa u Simens-
Martenovom postupku ili električni luk kao najčešća varijanta elektropeći), dotle se za
konvertorski postupak potrebna količina topline obezbjeđuje kemijskim reakcijama kojima se
čelik prečišćava, prvenstveno oksidacijom pomoću kisika pod pritiskom.
Izbor postupka za dobijanje čelika zavisi od više faktora, a najvažniji su kvalitet i
cijena dobijenog čelika, kao i kemijski sastav gvožđa, tj. njegova čistoća. Na primjer, za
5
Simens-Martenov postupak i za pretapanje u elektropećima gvožđe, kao polazna sirovina,
treba da ima što manje primjesa, tj. da je što veće čistoće. Pri tome se dobija čelik boljeg
kvaliteta, ali skuplji od konvertorskog čelika. Za primjenu konvertorskih postupaka koriste se
gvožđa sa većim sadržajem silicijuma (Besemerov postupak), odnosno sa većim sadržajem
fosfora (Tomasov postupak), koji pri prečišćavanju gvožđa daju dodatnu količinu toplote.
Oksidacija u procesu dobijanja čelika biće objašnjena na primjeru konvertorskog
postupka. Kod konvertorskog postupka gvožđe (sa čeličnim otpacima i do 30%) se ubacuje u
konvertor bačvastog oblika, koji je iznutra obložen odgovarajućom vatrostalnom oblogom,
Neposredno prije početka reakcije sa kisikom dodaje se topitelj, koji pomaže izdvajanje
troske na površini rastopljenog čelika. U konvertor se spušta cijev sa kisikom (zrakom). Čist
kisik reaguje sa željezom iz gvožđa:
2Fe + O2 = 2FeO,
Oksid FeO reaguje sa ugljikom i primjesama:
FeO + C = Fe + CO
2FeO + Si = SiO2 + Fe
FeO + Mn = MnO + Fe
5FeO + 2P = P2O5 +Fe.
Ove reakcije prati oslobađanje topline, koja je dovoljna da čelik ostane u tečnom
stanju, a produkti oksidacije (CO, SiO2, MnO, P2O5) odlaze u trosku ili u zrak. Na taj način
se sadržaj C, Si, Mn i P dovodi na potrebnu mjeru, dok se za smanjenje sadržaja sumpora
koristi kalcijum iz topitelja koji gradi kemijsko jedinjenje CaS, koje takođe odlazi u trosku.
Pred izlivanje, čelicima se dodaju mangan, silicijum i aluminijum kao dezoksidatori.
Dezoksidacija se odvija prema sljedećim kemijskim jednači-nama:
FeO + Mn → MnO + Fe
2FeO + Si → SiO2 + 2Fe
3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe.
