15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

1

METALURGIA - 3

METALURGIA - 3

Metalurgia stopów

żelaza
PROCES

WIELKOPIECOWY

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

2

PODSTAWOWE STOPY ŻELAZA

PODSTAWOWE STOPY ŻELAZA



SURÓWKA

– stop żelaza z węglem i

innymi domieszkami o zawartości C>2%,



STAL

– stop żelaza z węglem i innymi

domieszkami o zawartości C<2%,



ŻELIWO

– stop żelaza z węglem i innymi

domieszkami o zawartości C>2%

przeznaczony na odlewy kształtowe,



STALIWO

– stop żelaza z węglem i

innymi domieszkami o zawartości C<2%

przeznaczony na odlewy kształtowe,

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

3

KLASYFIKACJA STOPÓW ŻELAZA

KLASYFIKACJA STOPÓW ŻELAZA



WĘGLOWE

( NIESTOPOWE )



STOPOWE

( ZAWIERAJĄ

CELOWO WPROWADZONE

DO STOPU PIERWIASKI W

ILOŚCI NAWET DO 30% )

Podstawowe domieszki stopów żelaza :

Krzem ( Si ) , Mangan ( Mn ) ,

Fosfor ( P ) , Siarka ( S )

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

4

Przebieg procesu wytwarzania stopów żelaza

Przebieg procesu wytwarzania stopów żelaza

RUDA

Wstępna przeróbka

rudy

Koncentrat

Redukcja

bezpośrednia

Proces

wielkopiecowy

Złom

Surówka

Mieszalnik

Metal z

żużlem

Przetop

Proces

stalowniczy

Odlewanie
wlewka

Wlewek

Wytwarzanie
odlewów

Odlewy staliwne

Odlewanie
gąsek

Gąski

Topienia żeliwa

Wytwarzanie
odlewów

Odlewy żeliwne

-
produk
t

- proces

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

5

Podstawowe rudy żelaza

Podstawowe rudy żelaza



Rudy magnetytowe – zawierają głównie

Fe

3

O

4

oraz Fe

2

O

3

( bogactwo rudy od 45 do

70% Fe)



Rudy hematytowe – zawierają Fe

2

O

3

( bogactwo rudy od 40 do 65%Fe )



Rudy limonitowe – zawierają głównie

uwodniony tlenek żelaza– mFe

2

O

3

• nH

2

O

(bogactwo rudy od 25 do 50% Fe ),



Syderyty – zawierają głównie węglan

żelazowy – FeCO

3

( bogactwo rudy od 30

do 40% Fe )

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

6

Przygotowanie rud do procesu

Przygotowanie rud do procesu

metalurgicznego

metalurgicznego



Wstępna przeróbka rudy:
- podwyższenie zawartości Fe w rudzie
- sporządzenie koncentratu rudy o

odpowiednich właściwościach takich

jak temperatura topnienia, porowatość,
wytrzymałość.



Cele te osiąga się przez :
- mieszanie rud o różnych

właściwościach,
- prażenie rud,
- scalanie koncentratu o małej

ziarnistości

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

7

Spiekanie rud żelaza

Spiekanie rud żelaza

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

8

Grudkowanie rud

Grudkowanie rud

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

9

METALURGIA ŻELAZA – 1

METALURGIA ŻELAZA – 1

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

10

METALURGIA ŻELAZA - 2

METALURGIA ŻELAZA - 2

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

11

PROCES WIELKOPIECOWY – BUDOWA WIELKIEGO PIECA

PROCES WIELKOPIECOWY – BUDOWA WIELKIEGO PIECA

GARDZIE
L

SZYB

PRZESTRO
NSPADKI

GAR

PROFIL

WIELKIEG

O

PIECA

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

12

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

13

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

14

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

15

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

16

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

17

WIELKI PIEC

WIELKI PIEC

WIELKI

PIEC

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

18

WIELKI PIEC –BILANS MATERIAŁOWY

WIELKI PIEC –BILANS MATERIAŁOWY

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

19

Wielki piec -nagrzewnica

Wielki piec -nagrzewnica

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

20

Wielki piec –Schemat ogólny

Wielki piec –Schemat ogólny

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

21

PODSTAWOWE PROCESY

PODSTAWOWE PROCESY



REDUKCJA TELNKÓW ŻELAZA

ZAWARTYCH W KONCENTRACIE
- FUNKCJĘ PODSTAWOWEGO

REDUKTORA PEŁNI TLENEK

WĘGLA

( CO),



ODDZIELENIE OTRZYANEGO

ŻELAZA OD SKAŁY PŁONNEJ

POPRZEZ ICH STOPIENIE
- SKŁANIKI SKAŁY PŁONNEJ

ZOSTAJĄ ZMAGAZYNOWANE W

ŻUŻLU

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

22

ELEMENTY SKŁADOWE

ELEMENTY SKŁADOWE

INSTALACJI WIELKIEGO PIECA

INSTALACJI WIELKIEGO PIECA



WIELKI PIEC



NAGRZEWNICE POWIETRZA



URZĄDZENIA ZAŁAOWCZE



INSTALACJA ODPROWADZAJĄCA

GAZY WIELKOPIECOWE



URZĄDZENIA DO ODBIORU

ŻUŻLA



URZĄDZENIA DO ODBIORY

SURÓWKI

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

23

PROCES SPALANIA KOKSU

PROCES SPALANIA KOKSU

•SPALANIE ZUPEŁNE

C + O

2

 CO

2

•SPALANIE NIEZUPEŁNE

C + 0.5 O

2

 CO

•REAKCJA BOUDOUARDA

(400 – 950

o

C)

CO

2

+ C  2CO

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

24

REAKCJE REDUKCJI POŚREDNIEJ

REAKCJE REDUKCJI POŚREDNIEJ



REDUKCJA TLENKÓW ŻELAZA W

WIELKIM PIECU PRZEBIEGA

STOPNIOWO OD TLENKÓW

WYŻSZYCH ( O WYŻSZEJ

ZAWARTOŚCI TLENU ) AŻ DO

ŻELAZA METALICZNEGO



DLA T> 573

o

C

Fe

2

O

3

 Fe

3

O

4

 FeO  Fe

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

25

REAKCJE REDUKCJI POŚREDNIEJ

REAKCJE REDUKCJI POŚREDNIEJ

( 450 < T < 950

( 450 < T < 950

o

o

C )

C )

3Fe

2

O

3

+ CO  2Fe

3

O

4

+ CO

2

-

Q

2Fe

3

O

4

+ 2CO  6FeO + 2CO

2

+

Q

6FeO + 6CO  6Fe + 6CO

2

-

Q

3Fe

2

O

3

+ 9CO  6Fe +

9CO

2

- Q

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

26

REAKCJE REDUKCKCJI BEZPOŚREDNIEJ

REAKCJE REDUKCKCJI BEZPOŚREDNIEJ

( T > 950

( T > 950

o

o

C )

C )

Powyżej 950

o

C cały powstały CO

2

przechodzi w

CO

•REAKCJA REDUKCJI BEZPOŚREDNIEJ

– ETAPY SKŁADOWE PROCESU

FeO + CO  Fe + CO

2

+ Q

CO

2

+ C  2CO – Q

_____________________________

FeO + C  Fe + CO -

Q

UWAGA !

Niesłusznie odnosi się wrażenie, że
reduktorem jest węgiel

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

27

Obecność

Obecność

Mn

Mn

,

,

Si

Si

i

i

P

P

w surówce

w surówce



WYNIK REDUKCJI TLENKÓW W

PROCESIE WIELKOPIECOWYM



Si

SiO

2

+ 2C  Si + 2CO + Q



Mn

MnO + C  Mn + CO + Q



P

P

2

O

5

+ 5C  2P + 5CO + Q

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

28

SIARKA W SURÓWCE

SIARKA W SURÓWCE



Podstawowym źródłem siarki ( S )

jest koks ( zawiera do 1,2%S )



Formy występowania siarki

- FeS – rozpuszczony w surówce,
- MnS – tylko częściowo

rozpuszczony w

surówce

- CaS oraz MgS – rozpuszczone w

żużlu

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

29

Proces odsiarczania surówki

Proces odsiarczania surówki



Wymaga istnienia nadmiaru

niezwiązanych tlenków CaO lub

MgO w żużlu ( zasadowość żużla

mierzona stosunkiem CaO/ SiO

2

=

1.2 – 1.3 )



Musi być zapewniona odpowiednia

masa żużla



Odpowiednie warunki termiczne w

dolnej części wielkiego pieca

( reakcja endotermiczna )



Atmosfera w wielkim piecu musi

być redukująca ( obecność CO)

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

30

Reakcja odsiarczania

Reakcja odsiarczania

FeS +CaO + C  Fe + CaS + CO

+Q

MnS +CaO + C Mn +

CaS+CO+ Q



Warunki przebiegu
- żużel zasadowy ( CaO/SiO

2

>1.2 )

- atmosfera redukująca
- wysoka temperatura ( reakcja

endotermiczna )

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

31

Bilans materiałowy(1 t

Bilans materiałowy(1 t

surówki )

surówki )



Materiały

wsadowe



Ruda

- 2.0-2.5 t



Koks

- 1.0 t



Topniki - 0.5 t



Powietrze-

(T=1100

o

C

p=0.2-0.3MPa)



Produkty



Surówka

- 1t



Żużel - 0.6t,



Pyły

- 0.08t



Gaz WP - 3250

Nm

3

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

32

Klasyfikacja surówek

Klasyfikacja surówek



SURÓWKI

ODLEWNICZE

-

HEMATYTOWA (H)

-

NORMALNA (N)

-

FOSFOROWA (F)

-

NA WALCE ( W)



SURÓWKI

PRZERÓBCZE

-

PRZERÓBCZA ( P1)

-

PRZERÓBCZA

( P2 )

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

33

METODY REDUKCJI

METODY REDUKCJI

BEZPOŚREDNIEJ

BEZPOŚREDNIEJ



POZWLAJĄ NA OTRZYMANIE

CZYSTEGO ŻELAZA W STANIE

STAŁYM ( GĄBKA ŻELAZNA ),



REDUKTORAMI TLENKÓW

ŻELAZA W TYCH PROCESACH

SĄ :
- H

2

- CH

4

- CO

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

34

Metoda MIDREX

Metoda MIDREX

15.04.21

ZAKŁAD ODLEWNICTWA ITMat.PP

35

Metoda MIDREX HBI

Metoda MIDREX HBI