kontaktAktualności » Żeliwo - właściwości
Wielki piec, to jakby wysoka stalowa wieża wyłożona wewnątrz ognioodpornymi cegłami, do której przez otwór w górnej części wsypuje się mieszaninę rudy, koksu i kamienia wapiennego. Koks jest paliwem. Spalając się, podnosi temperaturę wewnątrz wielkiego pieca do 1900°C. Dawniej zamiast koksu używano węgla drzewnego. Żeliwo wytapiane na węglu drzewnym (np. w odlewni żeliwa zbudowanej w latach 1646-1647 w Kaslinie - ZSRR) charakteryzowało się znacznie lepszymi właściwościami odlewniczymi, gdyż nie zawierało siarki, a w zamian zawierało znacznie więcej fosforu. Kamień wapienny jest topnikiem. Topnik reagując chemicznie ze skałą płonną i popiołem tworzy łatwotopliwy żużel. Żużel ten wypływa z wielkiego pieca przez specjalny otwór spustowy usytuowany powyżej otworu do spustu surówki.
Pod wpływem wysokiej temperatury zaczyna się redukcja rudy, która jest mieszaniną tlenków żelaza o różnym stopniu utlenienia. W procesie redukcji węgiel (koks) i powstający w wyniku jego spalania tlenek węgla (CO) „odbierają" od rudy tlen, a wydzielone w ten sposób czyste żelazo nasyca się węglem, przemieniając się w ciekłą surówkę, która spływa na dno pieca. Na powierzchni surówki jako lżejszy, pływa żużel. Współczesne wielkie piece, w ciągu doby wytapiają powyżej 2000 ton surówki, a przy dodatkowym wdmuchiwaniu tlenu ich wydajność wzrasta. Gdy zbierze się odpowiednia ilość ciekłej surówki, przebija się otwór spustowy w dolnej części pieca i ciekły metal wypływa na zewnątrz. W starych hutach ciekły metal wypływał do specjalnych kanałów i form wykonanych w ziemi, w podłożu hali. We współczesnych, surówka zbierana jest w specjalnych urządzeniach rozlewni-czych w kształcie długiego przenośnika z żeliwnymi formami. Na jednym z końców tego przenośnika, do form wlewa się surówkę, a na drugim końcu odbiera się zakrzepłe i ostygnięte już żeliwne gąski. Gdy w pobliżu oddziału wielkopiecowego znajduje się oddział stalowniczy roztopioną surówkę przewozi się w specjalnych przejezdnych zbiornikach bezpośrednio na ten oddział. JWjirocesie wielkopiecowym uzyskuje się trzy odmiany surówki:
1. odlewniczą, czyli szarą,2. przeróbczą, czyli białą,
3. specjalną, czyli ferrostopy.
Surówka odlewnicza, czyli szara zawiera od 3,2 do 4,1% węgla i przekazywana jest do odlewni w celu przetopienia na żeliwo. Żeliwo szare stosuje się powszechnie w odlewnictwie artystycznym oraz w wytwarzaniu dekoracyjnych detali architektonicznych. W żeliwie szarym większość węgla występuje w formie nie związanej, przeważnie w postaci grafitu. Jest to spowodowane zwiększoną zawartością krzemu, który jest pożądanym składnikiem żeliwa szarego, sprzyjającym wydzielaniu się węgla w postaci małych płatków grafitu. Krzem przechodzi do surówki z kwarcu (składnika skały płonnej -przyp. tłum.) w trakcie procesu wielkopiecowego, a jego zawartość waha się od 1,25 do 4,25%. Świeży przełom żeliwa szarego ma szarą barwę i dlatego właśnie używana jest nazwa żeliwo szare. W żeliwach przeznaczonych na odlewy artystyczne dopuszcza się stosunkowo wysoką - do 1,2% zawartości fosforu. Przechodzi on do surówki, podczas topienia, z rudy. Fosfor przyczynia się do zwiększenia rzadkopłynności i doskonałego wypełnienia formy. Równocześnie zwiększona zawartość fosforu powoduje wzrost kruchości odlewów po ich ostygnięciu - tzw. kruchość na zimno, co jednak nie ma znaczenia w przypadku wyrobów artystycznych.
Szkodliwym składnikiem żeliwa szarego jest siarka. W przeciwieństwie do fosforu jest przyczyną gęstopłynności roztopionego metalu, a podczas krzepnięcia sprzyja powstawaniu jam skurczowych i pęknięć, wywołując kruchość na gorąco, tj. skłonność metalu do pękania w wysokiej temperaturze. Siarka przechodzi do surówki z koksu, a jej zawartość powinna być mniejsza niż 0,05%.
Mangan w żeliwie szarym z jednej strony osłabia szkodliwe działanie siarki i ułatwia usunięcie tlenków, równocześnie jednak przeciwdziała wydzielaniu się węgla w postaci grafitu, tj. oddziaływuje przeciwnie niż krzem. Z tego względu zawartość manganu w żeliwie szarym powinna wynosić około 1%.
Żeliwo szare łatwo obrabia się metodą skrawania; jest ono mniej kruche i nie tak twarde jak żeliwo białe. Jego barwa po wykańczającej obróbce powierzchni, od ciepłej ciemnoszarej do czarnej z brązowym odcieniem, jest jednakowo dekoracyjna na matowej i na gładkiej, błyszczącej powierzchni. Gęstość żeliwa szarego waha się między 7 a 7,5 - temperatura topnienia 1200° do 1300°C. Charakteryzuje się lepszą niż stal odpornością na korozję i dłuższą żywotnością. Szczególną cechą żeliwa jest wzrost jego odporności na korozję wraz z upływem czasu; w pierwszym roku po odlaniu wyrobów szybkość korozji można określić wartością 160-180 gram na 1 m2 powierzchni w ciągu roku, a po 6 latach zaledwie 2-3 gramy na 1 m2 rocznie. Odlewy żeliwne najlepiej znoszą obciążenia ściskające, około dwukrotnie mniejsza jest ich wytrzymałość na zginanie, a 3 do 4 razy mniejsza na rozciąganie. Własności te należy uwzględniać przy projektowaniu odlewanych elementów artystycznych - kowalstwo artystyczne.
Żeliwo jest szeroko stosowane jako materiał w sztuce użytkowej. Dzięki wysokiej odporności na korozję żeliwo stało się jednym z głównych materiałów do produkcji przeróżnych przedmiotów o charakterze dekoracji zewnętrznych: waz i rzeźb, parkowych figur dekoracyjnych i fontann, ogrodzeń, bram, płyt nagrobnych i krat. Wysoka odporność na ścieranie uzasadniają zastosowanie żeliwa w postaci płyt podłogowych, stopni i poręczy schodów itp.
Wreszcie, wyjątkowo dobre właściwości odlewnicze pozwalają na odlewanie cienkich, ażurowych przedmiotów z piękną czarnobrązową barwą. Żeliwo jest doskonałym materiałem do produkcji wszelkich drobnych przedmiotów ozdobnych codziennego użytku: figurek, puzderek, szkatułek, popielniczek, kołatek i klamek, przyborów toaletowych, a także łańcuszków do zegarków, które z wyjątkową wirtuozerią odlewano w uralskich fabrykach w Kaslińsku i Kusińsku. Tam też odlano w częściach ażurowy pawilon na Światową Wystawę w Paryżu w 1900 r. Na rys. 4 pokazano fragment ażurowej wstawki tego pawilonu.
Na Rusi żeliwo zaczęto odlewać w XVI w. Najstarszymi przykładami odlewów artystycznych z żeliwa, z XVI i XVII w. są ornamentalne płyty podłogowe w starych soborach, drzwi i płyty nagrobne. W okresie panowania Piotra I sztuka odlewania z żeliwa rozwija się bardzo szybko. Powstają odlewnie żeliwa na Uralu. W 1774 r. w Petersburgu (dzisiejszy Leningrad - przyp. tłum.) zbudowano Fabrykę Aleksandrowską, w której po wyposażeniu jej w nowe wielkie piece i piece płomienne zaczęto wytwarzać różnorodne przedmioty artystyczne: wazy, posągi, kolumny, bramy kraty itp. W tej właśnie fabryce odlano żeliwne wrota domu Demiclowa w Moskwie, kraty dla Banku Asygna-cyjnego w Petersburgu i inne.