1.Spadki w wielkim piecu - w strefie spadków zachodzą reakcje koksu. Żelazo topi się i powstaje żużel
2.Okrężnica - obiega cały piec w obszarze największej średnicy, kształt pierścieniowy, doprowadza do WP gorące powietrze, gaz, paliwo zastępcze). Znajduje się na wysokości spadków.
3.Materiały wsadowe:
Ruda żelaza jest złożem mineralnym zawierającym związki żelaza oraz zanieczyszczenia mineralne czyli tzw. skałę płonną.
Topniki( najczęściej kamień wapienny i dolomitowy) to produkt przyspieszający i ułatwiający proces przetopu złoża rudy, umożliwiający szybkie wydzielenie skały nieużytecznej(płonnej) z rudy. Topniki łącząc się ze skałą płonną tworzą tzw. żużel wielkopiecowy
Koks pełni rolę paliwa i uczestniczy w procesie redukcji zawartych w rudzie tlenków żelaza.
4. Produkty WP:
gazy wielkopiecowe, które uchodzą z pieca w górnej jego części. Gazy te sa wykorzystywane do celów opałowych oraz do podgrzewania powietrza, które stosowane jest do nadmuchu w wielkim piecu.
surówka żelaza, która może być biała,węgiel występuje w postaci cementytu (Fe3C), i przeznaczona głównie do przetopu na stal, lub szara, węgiel występuje w postaci grafitu, i stosowana do wytopu żeliwa.
Surówka w postaci płynnej gromadzi się w najniższej części wielkiego pieca czyli w garze.
żużel wielkopiecowy, który wykorzystywany jest jako materiał w budownictwie drogowym oraz jako produkt do wyrobu materiałów budowlanych(pustaków).
Żużel zbiera się w garze wielkiego pieca i pływa po powierzchni roztopionej surówki.
5. Reakcje redukcji pośredniej i bezpośredniej:
Redukcja bezpośrednia polega na redukcji FeO węglem w stanie stałym zgodnie z równaniem:
FeO + C = Fe + CO - 144,4kJ
Redukcja bezpośrednia jest endotermiczna.
Redukcja tlenkiem węgla CO nosi nazwę redukcji pośredniej:
FeO + CO = Fe + CO2 + 13,6kJ co w połączeniu z reakcją Boudarta:
CO2 + C = 2CO - 158kJ daje taki sam efekt jak w wyniku redukcji bezpośredniej.
Graniczną temperaturą obu reakcji jest 950°C, powyżej której zachodzi redukcja bezpośrednia, a poniżej pośrednia.
Redukcja pośrednia jest egzotermiczna.
6.magnetyt, / hematyt, topniki
Magnetyt - żelaziak magnetyczny, jest tlenkiem żelazowo - żelazowym Fe3O4. Jest on rudą pochodzenia wulkanicznego. W stanie czystym zawiera 71,4% Fe. Ma właściwości magnetyczne. Jest mało porowaty, stąd trudno się redukuje. Szwecja, Rosja, Norwegia, N Afryka, Suwałki.
Hematyt - żelaziak czerwony, jest tlenkiem żelazowym Fe2O3, w stanie czystym zawiera 70% Fe, zwykle 50-60%. Charakteryzuje się dobrą redukcyjnością, wadą jest znaczna zawartość pyłu.
2 odmiany: - błyszcz żelazny
- hematyt czerwony
Ukraina, USA, G. Świętokrzyskie, Brazylia, Włochy.
Topniki - materiały żużlotwórcze: kamień wapienny, wapno, fluoryt, boksyt, piasek. Są stosowane w celu związania niemetalicznych składników wsadu i łatwiejszego ich oddzielenia. Topnik powoduje obniżenie temp. topnienia żużli i ich lepkości. W wielkim piecu stosuje się topniki zasadowe, ponieważ skała płonna w rudach Fe ma charakter kwaśny.
7. Proces konwerterowy Thomasa - proces kwaśny. Do przerobu w konwertorze Bessemera z wyłożeniem kwaśnych nadają się surówki zawierające krzem do 2%, mangan od 1,5%; siarki 0,05% i fosforu 0,1%, zawartość węgla wynosi 3,5÷4,5%. Reakcje utleniania są źródłem ciepła zwłaszcza krzem. W procesie Bessemera nie można przerabiać surówek zawierających znaczniejsze ilości fosforu, gdyż pozostaje on w stali po świeżeniu i powoduje jej kruchość.
8. Proces konwerterowy Bessemera - Proces konwertorowy Bessemerowski realizowany w konwertorze o wyłożeniu ogniotrwałym kwaśnym ( kwarcowo - szamotowym) umożliwia wytapianie stali tylko z surówek o małej zawartości zanieczyszczeń (fosforu i siarki).
Budowa konwertora umożliwia obrót wokół osi poziomej co jest niezbędne przy zalewaniu konwertora surówką i przy spuście stali (pozycja pozioma). W pozycji poziomej wlewa się surówkę. Po włączeniu dmuchu konwerto wraca w położenie pionowe i następuje energiczne przemieszanie powietrza przez kąpiel, powodując świeżenie surówki.
W procesie Bessemera można wyróżnić trzy okresy:
iskrowy (tworzenie żużla) - utleniają się Si, Mn, Fe oraz nieznacznie węgiel. Powstają tlenki SiO2, MnO, FeO, które tworzą żużel.
płomieniowy - intensywne utlenianie węgla.
dymny - intensywne utlenianie żelaza (wydziela się brunatny dym). Jest to moment odpowiedni do zatrzymania dmuchu powietrza i spuszczenia stali z konwertora.
Proces Bessemerowski charakteryzuje się krótkim czasem wytopu.
9. Surówka - surowy metaliczny materiał, który dzięki zabiegom metalicznym na rudach metali lub koncentratach rudnych przyjmuje postać półwyrobu.
Surówki zależnie od przeznaczenia dzielimy na przeróbcze i odlewnicze. Przeróbcze to te, z których wytwarza się stale do przeróbki plastycznej. Surówki odlewnicze po przetworzeniu w płomiennych lub elektrycznych piecach metalurgicznych służą do wytwarzania bardzo wielu stopów odlewniczych.
10. Żużel - Żużel w procesie metalurgicznym powstaje z celowo wprowadzonych do pieca topielnego materiałów żużlotwórczych. W czasie topienia pochłania on usuwane ze stali składniki niepożądane, a także fragmenty uszkodzonego termicznie i mechanicznie wymurowania pieca z materiałów ogniotrwałych, zanieczyszczenia złomu, tlenki kąpieli metalowej FeO, SiO2, MnO.
Podstawowe składniki żużli zasadowych: wapno CaO i magnezyt MgO.
Podstawowe składniki żużli kwaśnych: krzemionka SiO2
Rola żużla w piecu:
-ochrona stali przed atmosferą panującą w czasie topienia,
-przejmowanie niepożądanych domieszek usuwanych ze stali w czasie procesów metalurgicznych,
-regulacja procesów odtleniania i utleniania stali,
-ochrona cieplna i regulacja temperatury stali.
11. Gazy w stali - Ciekła stal wytwarzana w procesie metalurgicznym zawiera znaczne ilości gazów, tj. tlenu, azotu i wodoru, które niekorzystnie oddziałują na jej własności użytkowe. Rozpuszczalność gazów w ciekłej stali jest funkcją temperatury, ciśnienia i składu chemicznego.
12. Wtrącenia niemetaliczne stali - Większość wtrąceń niemetalicznych pochodzi z odtlenienia osadowego stali. Stopień odtleniania stali decyduje o tym, czy stal jest uspokojona czy nie uspokojona. Istotą odtlenienia osadowego jest wprowadzenie do stali znajdującej się jeszcze w piecu lub kadzi po spuście z pieca takich pierwiastków, które łącząc się z tlenem dają produkt w postaci nierozpuszczalnych tlenków.
13. VOD - Proces VOD łączy w sobie zalety stosowania tlenu, argonu i próżni podczas wytapiania stali z wysoką zawartością chromu i niklu. Urządzenie VOD składa się z komory próżniowej, do której wprowadza się kadź z ciekłą stalą, wytopioną np. w piecu łukowym.
Proces VOD jest typowym procesem argonowo-tlenowo-próżniowym, powszechnie stosowanym do produkcji stali z niską zawartością węgla i wyskoką zawartością chromu, niklu, kobaltu i molibdenu.
Proces VOD wymaga użycia pieca elektrycznego łukowego oraz specjalnego urządzenia próżniowo-argonowo-tlenowego.
a) Piec elektryczny łukowy - wytapianie stali,
b) Stal w urządzeniu VOD - wyrabianie stali niklowo chromowej.
14. AOD Proces AOD jest procesem bezpróżniowym typu duplex (wymagającym dwu jednostek piecowych do wytapiania stali)
-pieca elektrycznego łukowego
-konwertora argonowo-tlenowego.
Proces AOD zapewnia jakość stali chromowo niklowych porównywalną z procesem VOD.
Podstawową zaletą procesu AOD jest wysoka wydajność dzięki skróconemu czasu wytapiania w piecu elektrycznym oraz duży odzysk chromu i manganu.