Metalurgia wyklady (spis tresci).doc

(3794 KB) Pobierz
Metalurgia wykłady

 

 

Metalurgia

Wykłady.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kierownik Katedry Odlewnictwa

Prof. zw. dr inż. Józef Gawroński

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Spis Treści:

Hutnictwo.              3

Wsad wielkopiecowy.              5

Rudy i inne materiały żelazonośne.              5

Koks.              5

Topniki.              5

Żużel wiekopiecowy.              6

Wsad wielkopiecowy.              6

Spalanie w wielkim piecu.              7

Bieg wielkopiecowy.              8

Mieszalnik (kadź TORPEDO).              10

Zamknięcia wielkiego pieca.              11

Midrex i Corex.              11

Procesy stalownicze.              13

Składniki stali konwertorowej.              13

Podział stali.              14

Ogólna klasyfikacja stali przy je zamawianiu.              14

Domieszki w stali szkodliwe.              15

Pierwiastki pożądane w stali.              15

Proces konwertorowy.              16

PROCES ,,LD” (LINTZ – DONAWITZ) .              17

Torkretowanie.              17

Cykl wytapiania w procesie ,,LD”.              17

Proces OLP (Oxygen – Lance – Poudre)[tlen – lanca – proszek].              18

Głębokie odsiarczanie.              18

MZR – metale ziem rzadkich (RE – w literaturze zagranicznej).              19

Piec elektryczny łukowy.              19

Podział procesów stalowniczych.              21

Utlenianie czyli świeżenie w piecu metalurgicznym.              21

Przebieg procesu wytapiania stali w piecu elektrycznym łukowym.              22

Dyfuzyjne odtlenianie.              22

Odtlenianie osadowe.              23

Wtrącenia niemetaliczne w stali i staliwie. (WN)              23

Piece elektryczne indukcyjne.              24

Ruch metalu w piecu indukcyjnym.              24

Obróbka pozapiecowa stali.              25

Piece próżniowe.              25

Możliwości i cel odgazowania stali w próżni.              26

Obróbka pozapiecowa stali.              26

Procesy D-H i R-H.              27

Argonowanie stali.              28

Proces VOD (lub LD-Vac) wytwarzania stali kwasoodpornych i odpornych na korozję.              29

Stale  LC-SONK.              30

Proces AOD.              30

Rozlewanie stali sposobem ciągłym, czyli COS (Ciągłe Odlewanie Stali).              32

COS pierwszej generacji.              32

COS drugiej generacji.              33

COS trzeciej generacji.              33

Struktura wlewka.              34

Stopień odtleniania stali.              34

Elektrożużlowe przetapianie stali.              34

Metalurgia miedzi.              35

Rudy miedzi.              35

 

 

 

 

 

 

Zakres przedmiotu metalurgia.

Chemia procesów metalurgicznych.

 

Wykład 1.

Hutnictwo.

Hutnictwo to szerokie pojęcie wytwarzania stopów metali lub czystych metali wraz ze wszystkimi towarzyszącymi im procesami jak:

-          wydobywanie surowców metalonośnych

-          wytwarzanie energii cieplnej

-          wytapianie metali i stopów a także ich przetwórstwo plastyczne.

W tym przedmiocie zajmować się będziemy fragmentem hutnictwa, który nazywa się metalurgią surówki i metalurgią stali.

WP*- przedstawiamy dwa typy procesów wielkopiecowych jako tradycyjny i Midrex* jako nowoczesny – przyszłościowy.

ESP – elektrożużlowe przetapianie stali.

COS – ciągłe odlewanie stali.

 

 

 

Wsad wielkopiecowy.

Wsad wielkopiecowy składa się z rud żelaza odpowiednio przygotowanych jako grudki, spieki, brykiety, z topników służących jako czynniki obniżające temperaturę topnienia zanieczyszczeń rudy zwanych skałą płonną; paliwem w procesie wielkopiecowym mogą być:

Koks wielkopiecowy (tradycyjny), gaz ziemny wzbogacony wodorem, pył węgla kamiennego, mazut i inne paliwa ciekłe.

 

Rudy i inne materiały żelazonośne.

Wśród całej palety rud współczesna metalurgia stosuje tylko te, które zawierają powyżej 50% czystego żelaza. Są to:

1.      Tlenek żelazowo – żelazawy:

Fe3O4 – magnetyt

Zawiera do 70% żelaza, a ruda norweska nawet 90% żelaza; kolor czarny lub szary.

Występują : Szwecja (Kiruna), Kral, Norwegia.

 

2.      Tlenek żelazowy:

Fe2O3 – hematyt lub żelaziak czerwony

Zawiera do 60% żelaza; kolor czerwony lub brązowy.

Występuje: Ukraina (Krzywy Róg), Ural, Dolny Śląsk.

 

Wszystkie rudy posiadają zanieczyszczenia tzw. domieszki zwane skałą płonną. Domieszki mogą mieć odczyn kwaśny, jeżeli zawierają krzemionkę (piasek) – SiO2, odczyn obojętny – glin – Al2O3, odczyn zasadowy – kamień wapienny – CaCO3 (węglan wapnia).

Występują również domieszki korzystne, bo skała płonna w procesie wielkopiecowym musi być usunięta jako tzw. żużel. Tymi domieszkami są: mangan (Mu), wanat (V), nikiel (Ni), łączna ich zawartość nie przekracza 1,5%.

Domieszkami szkodliwymi, ale metalicznymi, chodź w innych procesach pożądanymi  są: chrom (Cr), miedz (Cu), ołów, cynk, arsen, siarka, fosfor. Najwięcej jest chromu i miedzi.

Koks.

Koks jako paliwo nosi nazwę koksu hutniczego lub wielkopiecowego. Jego wytrzymałość na ściskanie, wielkość i zawartość węgla i siarki są określone normami. Pożądana jest granulacja koksu hutniczego od 50 do 100 mm. Zawartość siarki poniżej 0,8%, popiołu poniżej 1%, fosforu poniżej 0,5%. Taki koks jest wytwarzany w Koksowni Zdzieszowice (jedyna taka koksownia).

Topniki.

Topniki są to materiały kopalne, np.: kamień wapienny , który pod wpływem temperatury rozkłada się na wapno i dwutlenek węgla.

Tolomit węglan magnezu - .

Topniki muszą w procesie wielkopiecowym obniżyć maksymalnie temperaturę topnienia skały płonnej, która jest bardzo wysoka:

-          piasek -

-          glina -

krzemionka – SiO2 + CaO ® CaSiO3 – krzemian wapnia (ok. 960OC)

Skała płonna składa się z piasku i gliny.

Topniki służą nie tylko do obniżania temperatury skały płonnej, ale również usunięcia siarki (S) zawartej w koksie i ożużlowania popiołu zawartego w koksie.

Żużel wiekopiecowy.

Żużel wielkopiecowy jest bardzo cennym surowcem i jest natychmiast po wypłynięciu z wielkiego pieca chłodzony i przerabiany na:

-          granulaty – drogowe

-          pumeks – do betonów lekkich

-          tłuczeń (autostradowy)

-          cement hutniczy

Żużel zawiera:

-          krzemionka - - 37%

-          glin - - 9%

-          wapno – CaO – 42%

-          magnezyt – MgO – 8%

-          tlenki żelaza – FeO – 0,5%

 

Gaz wielkopiecowy jest ,,chudym gazem” i zawiera składników palnych ok. 25% (tlenek węgla i wodoru) CO, CO2, N2, H2.

Wsad wielkopiecowy.

Wsad wielkopiecowy. Wsad jest w sposób przemysłowy przygotowany. Nigdy nie używa się wolnego koksu, wolnej rudy i wolnych topników (wolny – jaki przyroda nam dała). W tym celu rudy kruszy się, mieli i separuje magnetycznie to znaczy oddziela się na bębnie elektromagnetycznym skałę płonną niemagnetyczną od rudy żelaza magnetycznej. Następnie miesza w odpowiednich proporcjach rudę, koks, topniki i wyżarzamy je, czyli spiekamy w procesie tzw. aglomerowania otrzymując spiek. W hutach niemieckich i amerykańskich stosuje się brykiety lub grudki, które nie są spieczone pod wpływem wysokiej temperatury, lecz sprasowane w niskiej temperaturze.

 

Redukcja pośrednia – redukujemy żelazo z rudy.

Q* – wydajność w czasie

Q*= 500 ¸ 1000 Mg/dobę

500 – piec średni

1000 – piec duży

Huta Katowice Q=1200 ton/dobę

 

 

Spalanie w wielkim piecu.

Jest to proces wytwarzania ciepła służącego do reakcji pośredniej i bezpośredniej żelaza. Każde paliwo czy to będzie węgiel, koks czy gaz wymaga tlenu, który podtrzymuje palenie a sam się nie pali.

W strefie topnienia w górnej jego części mamy dużo świeżego tlenu i tam koks, czyli węgiel spala się według reakcji:

  -reakcja egzotermiczna (wydziela ciepło)

W dolnej strefie topnienia  zachodzi klasyczna reakcja Budouarda:

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin