Zad 1. Wymienić metody odlewania i podać charakterystyczne cechy odlewów: stop,
wielkość odlewu, grubość ścianki odlewu, chropowatość powierzchni.
- formy jednorazowe wilgotne.
Stopy:
- staliwo (5 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- żeliwo szare (3 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- żeliwo białe (3-4 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- aluminium, miedzi, magnezu.
Wielkość odlewu: odlewy średnie
Chropowatość powierzchni: powierzchnia mocno chropowata, niedokładna
wymiarowo.
- formy skorupowe.
Stopy:
- żeliwo (2,5-3 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- staliwo (4-5 mm-najcieńsza grubość ścianki)
Wielkość odlewu: odlewy małe, niewielkie
Chropowatość powierzchni: duża gładkość powierzchni, skomplikowane kształty
- modeli wytapianych.
Stopy:
- staliwo (2,5 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- magnezu(1,3-1,5 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- aluminium(1,3-1,5 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- miedzi (mosiądz)
- żelaza
Minimalna grubość ścianki-0,7mm
Wielkość odlewu: od kilkunastu gramów do kilkudziesięciu kg. Odlewy malutkie,
drobne.
Chropowatość powierzchni: gładka powierzchnia, dokładna.
- kokilowe.
Stopy:
- żeliwo (grubość ścianki do 4,5 mm)
- staliwo (10-12 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- aluminium, magnezu (4 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- miedzi (grubość ścianki do 4,5 mm)
Wielkość odlewu: od kilkunastu gramów do kilkudziesięciu kg. Odlewy średnie, duże
Chropowatość powierzchni: powierzchnia gładka, średnio skomplikowana.
- niskociśnieniowe (nadciśnienie, podciśnienie) 0,05-0,1 MPa
Stopy:
- aluminium
- magnezu
Ścianki do 4 mm
Wielkość odlewu: od kilkunastu gramów do kilkudziesięciu kg. Odlewy średnie, duże
Chropowatość powierzchni: powierzchnia gładka.
- ciśnieniowe.
Stopy:
- cynku (niskotopliwe), cyny, ołowiu (0,6-1 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- miedzi (1,5-2 mm-najcieńsza grubość ścianki)
- magnezu, aluminium (0,8-1,2 mm-najcieńsza grubość ścianki)
Ciśnienie maksymalne 500 MPa
Wielkość odlewu: małe, masa do kilkudziesięciu kg.
Chropowatość powierzchni: odlewy gładkie.
- odśrodkowe.
Stopy:
- aluminium
- żeliwo
Półodśrodkowe: stopy srebra, złota, platyny.
Pod ciśnieniem odśrodkowym,
Wielkość odlewu: odlewy małe, średnie
Chropowatość powierzchni: odlewy gładkie
- ciągłego.
Stopy:
- staliwo
- żeliwo
Wielkość odlewu: odlewy średnie
Chropowatość powierzchni: odlewy dosyć gładkie
- squeeze-casting.
Stopy:
- aluminium
- staliwo
Wielkość odlewu: różna
Chropowatość powierzchni: odlewy gładkie
- tiksotropowa.
Stopy:
- staliwo
- żeliwo
Wielkość odlewu: różna
Chropowatość powierzchni: odlewy gładkie
Zad 2. Opisz metodę wytapianych modeli:
1.
Wykonanie elementu modelu w formie ciśnieniowej.
2.
Zbiór modeli w blok w obszarze wlewu głównego.
3.
Naniesienie masy na blok modelowy w celu uzyskania powłoki formy.
4.
Naniesienie piasku na warstwę masy.
5.
Wytapianie modeli z powłoki formy w gorącej wodzie.
6.
Wyżarzanie powłoki formy w skrzyni formierskiej z oporową masą
wypełniającą.
7.
Zalewanie formy metalem.
8.
Oddzielenie elementów od wlewu głównego.
Zad 3. Podać odmiany maszyn ciśnieniowych i opisać odlewanie ciśnieniowe za pomocą
maszyny z zimną poziomą komorą.
Odlewanie pod ciśnieniem nazywane również odlewaniem ciśnieniowym jest
rozwinięciem odlewania kokilowego i polega na wprowadzeniu do formy metalu na który
wywarte jest ciśnienie 2,0 – 350 MN/m2.
•Zastosowanie – masowa produkcja odlewów małych i średnich (od kilku gramów do ok. 50
kg), o dowolnym kształcie i bardzo dużych dokładnościach wymiarowych oraz o cienkich
ściankach. Najczęściej stosowane jest do odlewania stopów miedzi, ołowiu, aluminium, cyny i
cynku.
•Klasyfikacja maszyn ciśnieniowych:
1) maszyny z gorącą komorą ciśnienia;
a) powietrzne (sprężarkowe) – w których bezpośrednio na metal działa sprężone powietrze lub
gaz ciśnieniu do 4,0 MN/m2.
- z nieruchomą komorą ciśnienia,
- z ruchomą komorą ciśnienia,
b) tłokowe – w których ciśnienie na metal wywiera tłok,
2) maszyny tłokowe z zimną komorą ciśnienia:
a) z poziomą komorą ciśnienia,
b) z pionową komorą ciśnienia.
Podział i schematy maszyn tłokowych do odlewania pod ciśnieniem: a) maszyna gorąco
komorowa, b) maszyna zimno komorowa pozioma, c) maszyna zimno komorowa pionowa
1 – nieruchoma część formy, 2 – ruchoma część formy, 3 – kadłub przedni maszyny, 4 – tłok
prasujący, 5 – komora ciśnienia gorąca lub zimna, 6 – wnęka formy odtwarzająca odlew, 7 –
wlew,8 – gorący zbiornik cylindryczny z przewodem wlewowym, 9 – tygiel pieca grzewczego, 10
– tłok dolny do ucinania wlewu i wyrzucenia nadmiaru metalu w postaci zestalonego krążka
Schemat poszczególnych faz odlewania pod ciśnieniem na maszynie z poziomą komorą:
a) zalewanie komory
b) zapełnianie wnęki formy (przemieszczenie ciekłego metalu za pomocą tłoka)
c) rozwarcie komory i wyjęcie rdzeni
d) wypchnięcie odlewu
1 – tłok prasujący, 2 – komora ciśnienia, 3 – forma, 4 – wypychacze, 5 – odlew, 6 – rdzeń, 7 –
otwór wlewowy
Zad 4. Opisać metodę tiksotropową wykonywania odlewów ?
Odlewanie tiksotropowe składa się z dwóch etapów:
Etap I - Wlewki o strukturze reocast można otrzymać mieszając
mechaniczniekrzepnący w tyglu stop lub w urządzeniu do odlewania
ciągłego. W warunkach przemysłowych wlewki o strukturze reocast
odlewane metodą ciągłą z mieszaniem elektromagnetycznym. Kształt
geometryczny otrzymanej struktury reocast ocenia się za pomocą
współczynnika kształtu W
K
= 4
S/l
2
Etap II - Nagrzewanie półwyrobu i kształtowanie odlewu
a) Nagrzewanie półwyrobu o strukturze reocast
do temperatury odlewania
Temperatura podgrzania i czas wytrzymania ma zapewnić:
- przejście całej eutektyki w stan ciekły,
- sferyczny kształt fazy stałej,
- udział fazy stałej poniżej 50%.
b) Kształtowanie odlewu ze stanu ciekło-stałego
Przyłożone ciśnienie powoduje tzw. „upłynnienie” stopu i wypełnia formę.
Odlew krzepnie w warunkach działania ciśnienia doprasowania.
Wartości parametrów odlewania: T
f
= 200-250 °C,
N
= 0,63-1,6 m/s, p
d
= 86-170 MPa
Zad 14. Opisać w jaki sposób można zmienić kształt geometryczny fazy α (dendrytyczny) i
krzemu (włóknisty) w eutektyce w odlewach ze stopu Al-Si na sferyczny.
Modyfikacja polega na dodaniu do ciekłego stopu tuż przed odlaniem niewielkiej ilości
sproszkowanego modyfikatora. W przypadku żeliwa szarego jest to stop Fe-Si z dodatkiem Ca,
Al, Sr, lub Ba i tworzy on zarodki krystalizacji grafitu
Sferoidyzacja – polega na podwójnej modyfikacji która polega na dodaniu do kadzi granulek
modyfikatora, czyli stop Fe-Si w ilości 1,2 % oraz sferoidyzatorów (którymi są stopy FeSiMg7
(1%) i CuMg17Ce). Kadź zalewa się żeliwem, którego skład jest taki, że po skrzepnięciu bez
modyfikatorów byłby żeliwem białym. Sferoidyzacja zachodzi dzięki oddziaływaniu magnezu na
powierzchnię zarodków grafitu.
Zad.5 Klasyfikacja piasków kwarcowych, frakcja główna, podstawowe składniki
wilgotnej masy formierskiej
Klasyfikacja piasków kwarcowych
piasek 1K o maks. zawartości lepiszcza 0,2%, temperatura spiekania 1400
o
C
piasek 2K o maks. zawartości lepiszcza 0,5%, temperatura spiekania 1400
o
C
piasek 3K o maks. zawartości lepiszcza 1,0%, temperatura spiekania 1350
o
C
piasek 4K o maks. zawartości lepiszcza 2,0%, temperatura spiekania 1350
o
C
Zawiera do1,5 % Fe
2
O
3
i węglanów: CaCO
3
, Na
2
CO
3
Jednorodność piasku:
-
Jednorodny (J) – frakcja główna powyżej 80%
-
mało jednorodny (M) - frakcja główna 60-80%
-
niejednorodny (N) - frakcja główna poniżej 60%
β -kwarc do 573
o
C przemiana alotropowa w α – kwarc, 2,4 % wzrost obj
Średnia wielkość ziarna piasku:
odlewy z żeliwa – 0,1-0,2 mm
odlewy ze staliwa – 0,2-0,4 mm
Inne piaski: cyrkonowy (ZrSiO
4
), oliwinowy (MgO -40-45%+SiO
2
-40-45%+ Fe
2
O
3
do
10%
magnezytowy MgCO
3
Podstawowe składniki wilgotnej masy formierskiej:
-najczęściej piasek kwarcowy w ilości 94 % masy całości
-materiały wiążące ok. 6%
-lepiszcza tj: glina kaolinitowa, bentonitowa
-spoiwa: szkło wodne sodowe, krzemian etylu
-aby związały się materiały wiążące potrzebna jest woda ze względu na
hydrofilny charakter materiałów wiążących
Zad 6. Opisać proces zagęszczania formy metodą impulsu sprężonego powietrza.
Zagęszczenie masy falą sprężonego powietrza wywołana nagłym otwarciem zaworu o
dużym przekroju który łączy 2 przestrzenie: głowice impulsową i skrzynkę formierską z
nadstawką. Otwarcie zaworu powoduje nagły wzrost ciśnienia nad
powierzchnią masy w nadstawce.
Zad 7. Opisać różnicę w konstrukcji i w procesie zagęszczania nadmuchiwarka –
strzelarka
Zasada procesu nadmuchiwania rdzeni polega na tym, że do komory
wypełnionej masą rdzeniową i znajdującej się nad rdzennicą, wprowadza sie nagle
sprężone powietrze, które tworząc zawiesinę z masą rdzeniową – przenosi ja do wnęki
rdzennicy (czyli formy do odtworzenia rdzenia). Ziarna masy rdzeniowej osiadają we
wnęce rdzennicy, a powietrze uchodzi przez otwory odpowietrzające.
Zasada działania strzelarki polega na wyrzucaniu pod naporem nagłego
uderzenia sprężonego powietrza masy rdzeniowej ze zbiornika do rdzennicy. Masa
rdzeniowa zagęszcza się w rdzennicy pod wpływem dużej prędkości strumienia masy
rdzeniowej oraz pod wpływem ciśnienia powietrza.
Różnica między pracą nadmuchiwarki i strzelarki polega na tym, że
w przypadku strzelarki nie powstaje powietrzna zawiesina masy rdzeniowej, a
sprężone powietrze działa jak tłok.
Zad. 8 Obliczanie modułu krzepnięcia węzła cieplnego w odlewnie.
M=V/F
V - objętość węzła cieplnego
F - powierzchnia odprowadzania ciepła węzła
Zad. 9 Zasięgi działania efektu brzegowego, nadlewu i zmiana konstrukcji odlewu w
celu zwiększenia zasięgu nadlewu oraz połączenie ścianek pod kątem w celu
likwidacji obciągnięcia i karbu.
Zasięgi działania efektu brzegowego i nadlewów.
Zmiana konstrukcji nadlewu w celu zwiększenia jego zasięgu:
- konstrukcje można zmodyfikować stosując pogrubienie przekroju odlewu, który
pomoże grawitacyjnie uzupełnić niedobór metalu w odlewie
- zwiększenie wysokości nadlewu, co zwiększy ciśnienie metalostatyczne i pomoże
grawitacyjnie uzupełnić niedobór metalu w odlewie
- można zastosować pogrubienie ścian przylegających do lokalnych węzłów cieplnych
istotnie konstrukcja nadlewu nie zmienia się ale jego zasięg ulega zwiększeniu, wobec
takich zmian moduł węzła cieplnego jest o 15% mniejszy niż moduł ściany i wady
skurczowe w węźle nie powstają.
Połączenie ścianek pod kątem w celu likwidacji obciągnięcia i karbu.
Zad 10. Podać przybliżone warunki, w których nie stosuje się nadlewów
-Istnieją stopy, które w procesie krystalizacji mają skurcz ujemny tzn. ich objętość
wzrasta. Do tego typu metali należą: antymon, bizmut i gal. Taką właściwością cechuje
się również żeliwo eutektyczne i nadeutektyczne.
- Ce>=4,1%
-gdy stop nie krzepnie objętościowo
-żeliwo szare dla scianek o grubości nie większej niż 40mm
Zad 12.Opisać proces krystalizacji odlewu z podeutektycznego stopu Al.-Si na
podstawie krzywej stygnięcia temperatura – czas
1-zarodkowanie fazy α;2-wzrost podeutektycznej fazy α kształt dendrytyczny;3-wzrost
eutektyki (α + Si);4,ΔTre-temperatura równowagi eutektycznej; ΔTe – temperatura
przechłodzenia
Odcinek A-B – wzrost do wielkości krytycznej i większej zarodków roztworu stalego si w
al. (faza α ); odprowadzanie ciepła krystalizacji zarodkowania fazy α do formy przez
otaczającą faze ciekła; zarodkowanie heterogeniczne
Odcinek B-C – wzrost kryształów fazy α ; zmiana zawartości Sido max 1,65% w fazie
Solidus, w fazie L do składu eutektycznego;
Odcinek C-D: zarodkowanie eutektyk (α + β), gdzie α –roztwór stały 1,65% Si w Al., β-Su
jako pierwszy zarodkuje Si; zarodkowanie heterogeniczne; przekroczenie wielkości i
uzyskanie małych wypustek -> zarodkowanie fazy α w eutektyce;zarodkowanie
eutektyki (α +Si) kończy się poniżej puktu D
Odcinek D-E: sprzężony wzrost eutektyki (α +Si), Si – faza wiodąca. Punkt E jest końcem
krzepnięcia odlewu.
Zad. 13 Narysować mikrostrukturę odlewu z podeutektycznego stopu Al-Si widoczną
na wypolerowanej powierzchni.
1.
Z jakich surowców otrzymuje się metale?
Głównym źródłem metali jest skorupa ziemska (rudy żelaza). Innymi źródłami są:
– woda morska,
– konkrecje – to tlenki metali w postaci ziaren, bryłek i brył zalegające dno mórz i
oceanów. Występowanie – Pacyfik, Atlantyk, Ocean Indyjski, Morze Czerwone – złom metali
2.
Co to jest ruda? Przykłady rud żelaza (nazwa, wzór chemiczny).
Rudami nazywa się kopaliny (twory skalne) zawierające związki chemiczne metali. Rudy
(kopaliny) wydobywa się w dużych ilościach i przeznacza do otrzymywania metali.
Oprócz związków metali ruda zawiera składniki bezużyteczne z punktu widzenia
otrzymywanego metalu nazywane skałą płonną. Zwykle stanowią ją tlenki krzemu(SiO
2
) i
aluminium(Al
2
O
3
). Wyróżniamy dwa rodzaje rud monometaliczne i polimetaliczne.
Rudy żelaza:
- tlenkowe - hematyt(Fe
2
O
3
); magnetyt(Fe
3
O
4
); limonit,
- węglanowe - syderyt(FeCO
3
),
- siarczkowe - piryt(FeS
2
).
3.
Schemat kolejnych etapów i procesów prowadzacych do otrzymania
wyrobów metalowych z rud.
4.
W jakim celu poddaje się rudę przeróbce?
a) polepszenie składu chemicznego rudy; b)
ujednorodnienie rudy pod względem składu chemicznego i właściwości fizykochemicznych;
c) zapewnienie odpowiedniej wielkości kawałków rudy.
5.
Podział i charakterystyka wybranych metod rafinacji metali i stopów.
Rafinacja to proces oczyszczania metalu z zanieczyszczeń.
Podział metod rafinacji:
Rafinację metali można przeprowadzać metodą elektrolityczną (rafinacja elektrolityczna), przez
destylację w kolumnach rektyfikacyjnych (np. rafinacja cynku), niekiedy dwustopniowo:
najpierw
metodą
ogniową,
a
następnie
elektrolityczną.
Najczęściej przeprowadza się rafinację metali metodą ogniową, polegającą na wprowadzeniu
do oczyszczanego materiału odpowiednich dodatków (najczęściej utleniaczy), które w wysokiej
temperaturze reagują z domieszkami tworząc związki łatwiejsze do usunięcia (np. w postaci
żużla na powierzchni stopionego metalu).
6.
Prawo podziału Nernsta.
Gdy do układu dwu nie mieszających sie ze sobą cieczy wprowadzimy trzeci składnik,
rozpuszczający sie w obu cieczach, wówczas w danej temperaturze stosunek
aktywności tego składnika w obu fazach pozostaje stały.
Prawo to jest słuszne tylko w tych przypadkach, gdy po doprowadzeniu układu do
stanu równowagi, substancja rozpuszczona nie zmienia swojego stanu
cząsteczkowego, tzn. gdy w obu rozpuszczalnikach nie dysocjuje ani nie asocjuje,
a temperatura pozostaje stała. Jeśli jednak substancja dysocjuje w jednej z faz,
wówczas tak prosta zależność nie sprawdza się. Jest to zrozumiałe ponieważ w
jednej z faz zmieniła sie liczba cząsteczek.
Możliwy jest również taki przypadek, gdy substancja rozpuszczona dysocjuje w fazie
wodnej i asocjuje w fazie węglowodorowej. Wtedy należy dodatkowo uwzględnić
występowanie zjawiska asocjacji i molekuł. Zazwyczaj w pierwszym etapie tworzą się
dimery. W warunkach eksperymentu ustala się równowaga dynamiczna pomiędzy
monomerami i dimerami.
Prawo podziału Nernsta znajduje zastosowanie przy rozwiązywaniu różnych
problemów teoretycznych i praktycznych. W oparciu o to prawo można wyznaczać np.
współczynniki aktywności substancji rozpuszczonej, dobierać odpowiednie
rozpuszczalniki dla procesu ekstrakcji. Zastosowanie ekstrakcji w skali przemysłowej
pozwala odzyskiwać cenne substancje z odpadów np. woski i tłuszcze wytłoków,
niektóre cenne metale z rud, oczyszczać leki, itp.
7.
Za pomocą jakich procesów można wydzielić metal z rudy
tlenkowej?
Związki metali z tlenami: MeO; MeO*n H
2
O, MeCO
3
Redukcja tlenków
Redukcja- proces przyłączenia elektronu, lub elektronów przez drobinę (cząsteczkę,
atom lub jon)
Cu
+2e
Cu
0
CuO + C = Cu +CO
Redukcja chemiczna tlenku
MeO + R = Me + RO, gdzie: Me-metal, O –tlen, R- reduktor
redukcja elektrolityczna tlenku
Me
+2
+ 2e = MeO, gdzie e-elektron
// wykres „procesy wytwarzania”
Redukcja węglanem
Najtańszym i najczęściej stosowanym chemicznym czynnikiem redukującym tlenki
metalu – redukcja bezpośrednia.
Redukcja przy użyciu tlenku węgla – podstawowy reduktor tlenków żelaza
w procesie wielkopiecowym
Redukcja elektrolityczna – proces rozkładu tlenku przy użyciu prądu elektrycznego,
wykorzystuje przepływ prądu przez ciecze.
Zastosowanie: do metali nieżelaznych.
ŁUGOWANIE
ELEKTROLIZA
Elektroliza stopionych soli- wykorzystanie przepływu prądu przez stopione sole
(termoelektroliza).
Otrzymywanie: aluminium (w Koninie z koni ;p ) , sód, wapń, magnez.
Wanna do elektrolizy Al
2
O
3
(wraz z kriolitem- obniża temperatury topnienia)
Elektroliza stopionych stali.
8.
Definicja podstawowych technicznych stopów 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
9.
Podać schemat podstawowych etapów prowadzących do
otrzymywania technicznych stopów żelaza z rud.
ruda
przeróbk
a rudy
koncentr
at
wydzielenie metalu ze
związku chemicznego
metal
surowy
złom
Rafinacja
metalu
surowego
metal
rafinowany
odlewanie
gąsek
gąski
wykonanie
odlewów
odlewy
odlewanie
wlewków
wlewki
obrobka plastyczna : wyroby
kute,walcowane,tłoczone,ciągnione
10.
Budowa i działanie wielkiego pieca (schemat wielkiego pieca).
WIELKI PIEC jest to piec szybowy o wysokości do 30m i średnicy do 8m. Wnętrze pieca
jest wyłożone cegłą ogniotrwałą, na zewnątrz osłonięty jest on płaszczem ze stali.
Wielki piec służy do wytapiania surówki z rud żelaza; rudę, wraz z koksem
i topnikami, wprowadza się od góry przez tzw. gardziel wyposażoną w urządzenia
zasypowe. Poniżej gardzieli znajduje się stożkowa(największa objętościowo) część
zwana szybem, która przechodzi w najszerszą cylindryczną część czyli tzw. przestron.
Poniżej tej przestrzeni znajduje się część stożkowa zwana spadkiem, która przechodzi w
tzw. gar( najniższą część pieca).Na dnie wielkiego pieca zbiera się ciekła surówka oraz -
na jej powierzchni - ciekły żużel, odprowadzane oddzielnymi otworami spustowymi.
Wielki piec powstał przez stopniową zmianę kształtu i wymiarów dymarki; za pierwszy
wielki piec (na węgiel drzewny) uważa się piec do wytopu stali zbudowany w XVI w. w
Nadrenii; udoskonalono go (zastosowanie koksu i gorącego dmuchu) w XVIII-
XIX w. w Wielkiej Brytanii.
11.
Jakie procesy zachodzą w wielkim piecu (podstawowe reakcje
chemiczne)?
Spalanie koksu:
Spalanie zupełne (na poziomie dysz),
C
koksu
+ O
2
CO
2
+ 408 kJ*mol
-1
Spalanie niezupełne (w pewnym oddaleniu od dysz);
C
koksu
+0,5 O
2
CO + 120,8 kJ*mol
-1
w temperaturze ponad950st.- redukcja tlenków węgla
CO
2
=C
koksu
= 2CO – 158 kJ*mol
-1
Procesy wstępne: odparowanie wilgoci, wydzielenie wody krystalicznej, rozkład
węglanów, usunięcie części lotnych z koksu;
Redukcja tlenków żelaza – w piecu powinniśmy otrzymać czyste żelazo;
Nawęglanie żelaza – w wyniku redukcji tlenków żelaza otrzymuje się czyste żelazo,
które ulega nawęgleniu w skutek kontaktu w szybie w.p. z tlenkami węgla CO i CO2
oraz w spadkach, gdzie ciekły metal styka się z rozżarzonym koksem.
Otrzymano: żelazo nawęglone;
Tworzenie się żużla (żużel jest produkt uboczny, w przybliżeniu o masie połowy ilości
rudy; przerabia się go na: granulat, pumeks hutniczy)
Redukcja innych tlenków i siarczków
12.
Podstawowe współczesne procesy otrzymywania stali.
Proces konwertorowo-tlenowy (to było na wykładzie)
Konwertorowy proces otrzymywania stali polega na przedmuchiwaniu ciekłej surówki
tlenem. W wyniku przedmuchiwania domieszki metalu: węgiel, krzem, mangan fosfor i
inne utleniają się, a produkty reakcji utleniania przechodzą do fazy żużlowej lub
gazowej. Ciepło wydzielone podczas przebiegu egzotermicznych reakcji utleniania
pozwala nie tylko na nagrzanie otrzymywanej stali do wymaganej temperatury bez
stosowania paliwa, ale także na wprowadzenie do konwertora materiałów
schładzajacych, np. złomu stalowego.
Cechy charakterystyczne procesu
Konwertorowy proces tlenowy otrzymywania stall polega na przedmuchiwaniu surówki
strumieniem tlenu, wprowadzanym do konwertora od góry za pomocą pionowe] lancy,
chłodzonej wodą.
Konwertor jest wyłożony materiałem ogniotrwałym o charakterze zasadowym.
Wysoka temperatura procesu pozwala na stosowanie wsadu składającego się ze złomu
stalowego (25 %) i ciekle] surówki (75 %),
Zasadowa wykładzina konwertora pozwala na stosowanie żużla o charakterze zasadowym
(wapno palone).
Konwertorowy proces tlenowy otrzymywania stall polega na przedmuchiwaniu surówki
stłumieniem tlenu, wprowadzanym do konwertora od góry za pomocą pionowej lancy,
chłodzonej wodą.
Konwertor test wyłożony materiałem ogniotrwałym o charakterze zasadowym.
Wysoka temperatura procesu pozwala na stosowanie wsadu składającego się ze złomu
stalowego (25 %) I ciekłej surówki (75%)
Zasadowa wykładzina konwertora pozwała na stosowanie żużla o charakterze zasadowym
(wapno palone). W konwertorze skuteczne są procesy obniżenia zawartości fosforu i siarki w
ciekłym metalu (procesy od fosforowania i odsiarczania).
Krótki, około 25 minutowy czas świeżenia surówki pozwala
uzyskiwać w krótkim czasie duże Ilości stali.
Pojemność konwertorów tlenowych wynosi od 30 do 400 ton.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Metoda konwertorowo-tlenowa (LD)
Doprowadzenie dmuchu od góry umożliwia zastosowanie do świeżenia czystego tlenu, dzięki
czemu nie wprowadza się do stali azotu i nie zwiększa zużycia wyłożenia konwertora. Korzyści
te sprawiają, że metody konwertorowe-tlenowe mają obecnie coraz szersze zastosowanie w
przemyśle. Maleje przy tym znaczenie dawnych metod konwertorowych.
W roku 1949 w hutach austriackich Linz-Donawitz zastosowano metodę konwertorowo-
tlenową.
Polega ona na wdmuchiwaniu do konwertora tlenu w celu wykonania świeżenia.
Tlen doprowadza się do konwertora o wyłożeniu zasadowym przez gardziel rurą intensywnie
chłodzoną wodą. Dzięki spalaniu węgla zawartego w surówce w konwertorze
osiąga się temperaturę przekraczającą 1700°C. Umożliwia to przerabianie tą metodą surówek o
dowolnym składzie chemicznym. Proces świeżenia trwa 12÷15 min. Wydajność metody LD jest
znacznie większa niż innych i wynosi do 400 ton na godzinę. W Polsce metodę
konwertorowe-tlenową stosuje się m.in. w Hucie im. Sendzimira oraz Hucie Katowice. Tam też
wprowadza się nowoczesną metodę ciągłego odlewania stali.
Wytwarzanie stali w piecach martenowskich
W piecu martenowskim przerabia się surówkę i złom. Jako materiały pomocnicze są
Jeszcze Używane topniki, ruda oraz Żelazostopy. Surówka Używana do przerobu w
piecu Martenowskim zawiera 3, 8÷4, 2% węgla, ponad 0, 75÷1, 5% krzemu, 1, 5÷2, 5%
manganu, do 0, 5% fosforu oraz do 0, 06% siarki. Można ją dostarczać w stanie
ciekłym lub w stanie stałym w postaci gąsek.
Przebieg wytopu w piecu martenowskim
Zasadowy proces martenowski dzieli się na następujące okresy:
1) naprawa pieca,
2) ładowanie pieca,
3) topienie wsadu,
4) świeżenie, odfosforzanie i odsiarczanie metalu,
5) odtlenianie,
6) spust stali.
Wsad zaczyna się topić jus podczas ładowania pieca i w tym celu spala się największą ilość gazu,
gdyż przejście materiałów w stan ciekły wymaga znacznych ilości ciepła. Podczas świeżenia
zachodzą reakcje utleniania krzemu, manganu i węgla, znane nam z procesów
konwertorowych. Ponadto w piecach o wyłożeniu zasadowym wykonuje się odfosforzanie i
następnie odsiarczanie. Do odfosforzania niezbędne jest wapno tworzące po roztopieniu żużel,
do którego dodaje się następnie rudy w celu wytworzenia atmosfery utleniającej. Tak
przygotowany żużel reaguje z fosforem. Nasycony fosforem żużel usuwa się z pieca
oknem wsadowym, a na jego miejsce wytwarza się nowy przez dorzucenie świeżych porcji
wapna. W dalszym ciągu procesu zachodzą reakcje odsiarczania. Wytworzone w tych reakcjach
siarczki przechodzą do żużla i wraz z nim są usuwane z pieca. Odtlenianie stali następuje dzięki
dodaniu, podobnie jak w procesach konwertorowych, odtleniaczy w postaci surówki
zwierciadlistej, żelazomanganu, żelazokrzemu i aluminium. Utworzone w krótkim
czasie tlenki doprowadzanych składników wypływają do żużla. Po zakończonym wytopie
spuszcza się stal otworem spustowym do kadzi odlewniczej.
Proces martenowski trwa średnio około 8 godzin.
13.
Na czym polega współczesny konwertorowy proces otrzymywania stali i jakie
są jego charakterystyczne cechy?
Cechy:
– czas trwania procesu jest bardzo krótki i wynosi 60 do 70 min,
- sprawność cieplna konwertora jest wysoka i dochodzi do 70%, co pozwala na zastosowanie
około 30% stałego wsadu, np. złomu,
– proces odfosforzania stali jest efektywny w związku ze znaczną koncentracją CaO w żużlu,
– proces odsiarczania częściowo zachodzi bezpośrednio przez utlenienie siarki, a
częściowo przez reakcję z CaO.
Istota procesu konwertorowego:
Konwertorowy proces otrzymywania stali polega na przedmuchiwaniu ciekłej surówki tlenem.
W wyniku przedmuchiwania domieszki metalu: węgiel, krzem, mangan, fosfor i inne utleniają
się, a produkty reakcji utleniania przechodzą do fazy żużlowej lub gazowej
Ciepło wydzielone podczas przebiegu egzotermicznych reakcji utleniania pozwala nie tylko na
nagrzanie otrzymywanej stali do wymaganej temperatury bez stosowania paliwa, ale także na
wprowadzenie do konwertora materiałów schładzających np. złomu stalowego.
