02_Tworzywa_metalurgiczne.pdf

AKADEMIA GìRNICZO Î HUTNICZA

im. Stanisþawa Staszica

w Krakowie

WYDZIAý INņYNIERII METALI

I INFORMATYKI PRZEMYSýOWEJ

Prof. dr hab. inŇ. Andrzej ýħdzki

Dr inŇ. Krzysztof Zieliıski

Dr inŇ. Arkadiusz Klimczyk

PODSTAWY TECHNOLOGII

WYTWARZANIA I PRZETWARZANIA

CZĦĺĘ II

Tworzywa metalurgiczne i ich przygotowanie

/do uŇytku wewnħtrznego AGH/

Kierunek: Metalurgia, Rok: I, Semestr: I

AKADEMIA GìRNICZO Î HUTNICZA

Wydziaþ InŇynierii Metali i Informatyki Przemysþowej

II. Tworzywa metalurgiczne i ich przygotowanie.

Pod tym pojħciem rozumie siħ caþoĻę materiaþw wsadowych, niezbħdnie potrzebnych dla

przeprowadzenia procesw metalurgicznych. W metalurgii Ňelaza te procesy to proces

wielkopiecowy, w ktrym produkuje siħ surwki oraz procesy stalownicze, w ktrych

produkuje siħ rŇne rodzaje stali.

W procesie wielkopiecowym tworzywami sĢ:

1. surowce matalodajne tj: rudy Ňelaza, rudy manganu, namiastki rud, zþom a przede

wszystkim na obecnym poziomie technologii spiek rudny i grudki wypalane. Spiek i grudki

nazywamy wsadem przygotowanym natomiast rudy wsadem surowym.

2. Topniki tj. tworzywa dodawane w celu uzyskania ŇuŇli w iloĻci i o skþadzie niezbħdnym do

prawidþowego przebiegu procesu i otrzymania surwki o odpowiedniej jakoĻci.

3. Paliwo tj koks, gaz ziemny, pyþ wħglowy czy olej opaþowy sþuŇy gþwnie do otrzymania

nieb pħdnej iloĻci ciepþa Î przy jego spalaniu Î dla prawidþowego przebiegu procesu w

odpowiednich temperaturach.

II.1. Rudy Ňelaza.

Obecnie nowoczesna technologia nie dopuszcza we wsadzie wielkopiecowym duŇych iloĻci

(wiħcej niŇ 20%) surowych rud Ňelaza. JeĻli sĢ stosowane w stanie surowym to muszĢ byę

przesiane i mieę odpowiedni skþad chemiczny tj. Fe co najmniej wiħksze niŇ 50%, CaO/SiO 2

od 0,5 do 1,1 oraz znikome iloĻci siarki alkaliw i fosforu. Rudy surowe sĢ aktualnie w

wiħkszej czħĻci uŇywane do produkcji wsadu przygotowanego tj. spisku rudnego i grudek.

Do mineraþw ŇelazonoĻnych wchodzĢcych w skþad rud Ňelaza zalicza siħ:

1. Hematyt Î zwany Ňelaziakiem czerwonym o wzorze Fe 2 O 3 ; jest on niemagnetyczny i

krystalizuje w ukþadzie heksagonalnym; w stanie czystym zawiera 70% Fe.

2. Magnetyt Î zwany Ňelaziakiem magnetycznym o wzorze Fe 3 O 4 ; jest on magnetyczny,

krystalizuje w ukþadzie regularnym a w stanie czystym zawiera 72,4% Fe,

3. Uwodnione tlenki Ňelaza Î wystħpujĢ w postaci limonitu 2Fe 2 O 3 *3H 2 O zwane sĢ

czasami Ňelaziakiem brunatnym lub w postaciach nFe 2 O 3 *mH 2 O. Rudy te zwane sĢ

brunatnymi i zawierajĢ od 52,2 Î 66,1%Fe, krystalizujĢ w ukþadzie rombowym.

4. Syderyt Î o wzorze FeCO 3 =FeO*CO 2 najczħĻciej wystħpuje w postaci syderytu

ilastego; zawiera w stanie czystym ok. 48,3% Fe.

Do celw metalurgii Ňelaza najwiħksze znaczenie majĢ jednak rudy hematytowe i

magnetytowe.

Prof. dr hab. inŇ. Andrzej ýħdzki, Dr inŇ. Krzysztof Zieliıski, Dr inŇ. Arkadiusz Klimczyk

AKADEMIA GìRNICZO Î HUTNICZA

Wydziaþ InŇynierii Metali i Informatyki Przemysþowej

II.2. Rudy manganowe dzielĢ siħ na:

€ Typowo manganowe zawierajĢce ponad 35% Mn wystħpujĢce w Afryce

Poþudniowej, Gabonie, RPA, Ukraina Nikopol, Brazylia, Gruzja,

€ Manganowo-Ňelaziste zawierajĢce od 10-35% Mn wystħpujĢ Gruzja, CZiatura i

Nikopol,

€ Rudy Ňelazistomanganowe (o maþej wartoĻci metalurgicznej) zawierajĢ od 5-

10%Mn i towarzyszĢ rudom Ňelaza.

Poza mineraþami zawierajĢcymi Ňelazo czy mangan w rudach wystħpujĢ mineraþy nie

zawierajĢce Fe i Mn. ZwiĢzki te dzieli siħ na dwie grupy:

a). domieszki Î wprowadzajĢce inne skþadniki do metalu,

b). skaþa pþonna Î sĢ to inne zwiĢzki rud nie zawierajĢce Ňelaza i Mn.

Ad. a). ZawartoĻę domieszek w rudzie nie przekracza 1+3%. StosujĢc kryterium

przydatnoĻci danego pierwiastka dla wytapianej surwki domieszki dzielimy na 3-grupy:

€ poŇyteczne (np. Mn w rudach Ňelaza),

€ szkodliwe Î wprowadzajĢce pierwiastki obniŇajĢce jakoĻę surwki jak: S, As, Zn,

Pb, Na i K,

€ poĻrednie Î np. P., ktry w surwce przerbczej jest szkodliwy (surwka z ktrej

wytwarza siħ stal) a w surwkach odlewniczych poŇyteczny.

Ad. b). SkaþĢ pþonna rud to mineraþy zþoŇone z szeregu tlenkw powiĢzane miħdzy sobĢ oraz

z tlenkami Fe i Mn. Skaþa pþonna rud oceniana jest dodatnio pod wzglħdem metalurgicznym

jeĻli zawierajĢ duŇo CaO, MgO, Al 2 O 3 , a maþo zawiera SiO 2 i alkalii.

Topniki Î w wielkopiecownictwie znaczenie majĢ tylko topniki zasadowe w postaci

kamienia wapiennego CaCO 3 (biaþy do szarego o zawartoĻci CaO powyŇej 50%, minimalnej

zawartoĻci S I SiO 2 poniŇej 1,5 ) oraz dolomitu CaCO 3 *MgCO 3 .

III. Przygotowanie wsadu przez Î Spiekanie rud.

1. Wprowadzenie.

Celem przygotowania wsadu dla wielkiego pieca w postaci spieku (rudnego) lub grudek

jest wytworzenie materiaþu, ktry speþnia odpowiednie wþasnoĻci chemiczne i fizyczne.

Do wþasnoĻci chemicznych naleŇĢ:

Prof. dr hab. inŇ. Andrzej ýħdzki, Dr inŇ. Krzysztof Zieliıski, Dr inŇ. Arkadiusz Klimczyk

AKADEMIA GìRNICZO Î HUTNICZA

Wydziaþ InŇynierii Metali i Informatyki Przemysþowej

€ ņelazo Fe w granicach 51-60%,

€ Stosunek CaO/SiO 2 zwany zasadowoĻciĢ zawiera siħ w zakresach od 1,07-1,3 lub

1,8-2,3

€ Zawiera minimalne iloĻci S, P, alkalii, Zn i PB,

€ Zawiera wystarczajĢce iloĻci MgO i Al 2 O 3 tak aby powstaþy w piecu ŇuŇel

zawieraþ ich w granicach: 6-10% MgO, 6-1-% Al 2 O 3.

Do wþasnoĻci fizycznych naleŇy zaliczyę:

€ WysokĢ odpornoĻę na Ļcieranie i kruszenie,

€ WysokĢ porowatoĻę wyrobu,

€ DuŇĢ redukcyjnoĻę czyli zdolnoĻę do oddawania tlenu,

€ WysokĢ temperaturħ topnienia i maþy zakres miħkniħcia,

€ DuŇy stopieı utleniania czyli

[ ]

kgatO

kgatFe

III.1. Surowce do produkcji spieku, grudek i surwki Ňelaza.

Surowce uŇywane do produkcji spieku to:

€ Rudy Ňelaza zwane aglorudami,

€ Koncentraty rud Ňelaza,

€ Rudy manganu,

€ Topniki,

€ Namiastki rud,

€ Paliwa.

Rudy Ňelaza w zaleŇnoĻci od wystħpujĢcego w nich zwiĢzku Ňelaza nazywamy:

1. Hematytowe Î gdzie podstawowym skþadnikiem jest Fe 2 O 3 , barwy czerwonej.

2. Magnetytowe - gdzie podstawowym skþadnikiem jest Fe 3 O 4 , barwy czarnej i sĢ

magnetyczne.

Te w/w rodzaje rud sĢ podstawowymi tworzywami metalodajnymi w metalurgii Ňelaza,

bowiem zawierajĢ od 50-67% Fe. Oprcz tego istniejĢ : syderyty FeCO 3 , limonity

mFe 2 O 3 *nH 2 O, piryty Fes, ktre obecnie ze wzglħdu na maþĢ zawartoĻę Fe majĢ maþe

znaczenie.

Prof. dr hab. inŇ. Andrzej ýħdzki, Dr inŇ. Krzysztof Zieliıski, Dr inŇ. Arkadiusz Klimczyk

AKADEMIA GìRNICZO Î HUTNICZA

Wydziaþ InŇynierii Metali i Informatyki Przemysþowej

Przygotowanie wsadu wielkopiecowego metodĢ spiekania.

Jest to najbardziej rozpowszechniona metoda przygotowania wsadu dla procesu

wielkopiecowego. Spiekanie wykonuje siħ celem nadania wsadowi wþasnoĻci chemicznych i

fizycznych lepszych niŇ majĢ kopalne rudy surowe.

Technologia ta obejmuje czynnoĻci konieczne do wytworzenia spieku. MoŇna te czynnoĻci

podzielię na wstħpne i zasadnicze.

Do wstħpnych czynnoĻci naleŇĢ:

a). rozþadowanie surowcw w hucie

b). skþadowanie surowcw,

c). sortowanie i kruszenie surowcw.

Do czynnoĻci zasadniczych naleŇĢ:

d). namiarowanie surowcw,

e). mieszanie, nawilŇanie i podawanie mieszanki na taĻmħ spiekalniczĢ,

f). spiekanie na taĻmie spiekalniczej,

g). wstħpne kruszenie i sortowanie gorĢcego spieku,

h). chþodzenie i sortowanie gorĢcego spieku.

Wszystkie ww. czynnoĻci obojħtnie czy zaliczamy je do wstħpnych czy zasadniczych

muszĢ byę prawidþowo wykonane. Praktycznie oznacza to, Ňe kaŇda z nich wpþywa na: jakoĻę

produkcji spieku, ekonomikħ procesu, wielkoĻę produkcji a poĻrednio na emisjħ szkodliwych

skþadnikw do otoczenia.

Ad a).

Rozþadowanie surowcw powinno byę tanie i szybkie. Odbywa siħ wiħc za pomocĢ

wywrotnic wagonw. WyprŇniajĢ caþy wagon w przeciĢgu ok. 2-ch minut. W zimie

zamroŇone surowce przed podaniem na wywrotnice odmraŇa siħ (w wagonach) w tzw.

odmraŇalni wagonw.

Ad.b).

Skþaduje siħ surowce na skþadowisku w taki sposb, Ňe kaŇdy z nich uþoŇony jest w oddzielnĢ

pryzmħ lub wytworzonĢ mieszankħ. Skþadowisko peþni trzy funkcje tj.

€ Zapasu rud,

€ UĻredniania rud,

Prof. dr hab. inŇ. Andrzej ýħdzki, Dr inŇ. Krzysztof Zieliıski, Dr inŇ. Arkadiusz Klimczyk

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: