34. Na czym polega istota procesów zachodzących w wielkim piecu?

Istota procesu wielkopiecowego polega na:

-redukcji tlenków żelaza zawartych w koncentracie , przede wszystkim za pomocą tlenku węgla, w celu otrzymania metalicznego żelaza.

-oddzieleniu otrzymanego żelaza od skały płonnej przez ich stopienie, co umożliwia rozwarstwienie dwóch otrzymanych produktów ciekłych- surówki i żelaza. Wspomniane dwa procesy, realizowane są w następujący sposób: przez dysze wdmuchiwane jest do wielkiego pieca gorące powietrze. Jego podgrzewanie odbywa się w nagrzewnicach, których wnętrze, zbudowane w formie kratownicy z cegły ogniotrwałej , zostało uprzednio nagrzane przez gazy wielkopiecowe. Nagrzewnice są, zatem instalowane parami i pracują przemiennie. Tlen zawarty w powietrzu, napotykając na koks, reaguje z nim według wzoru:

C+O₂ CO₂

Reakcja ta dostarcza ciepło niezbędne do stopienia wsadu i reakcji redukcji tlenków żelaza. Dwutlenek węgla napotykając dalsze warstwy koksu reaguje z nim powodując wytwarzanie tlenku węgla:

CO₂+C 2CO

Jest on podstawowym reduktorem w procesie wielkopiecowym. Bezpośrednia redukcja węglem oraz wodorem powstałym z węglowodorów lub pary wodnej ma drugorzędne znaczenie. Koncentrat rudy, przesuwając się w szybie gardzieli w kierunku spadków, nagrzewa się, traci wodę, a potem kolejno ulega redukcji. Proces redukcji zachodzi praktycznie w stanie stałym i kończy się na wysokości przestronu. W strefie spadków następuje topnienie powstałego żelaza oraz skały płonnej i popiołów powstałych z koksu. Tworzą się dwie nie mieszające się ciecze: metal i żużel. Zbierają się one w garze, przy czym żużel wypływa na powierzchnie metalu i może być od niego oddzielony przez spuszczenie otworem żużlowym , znajdującym się w górnej części gara.

35. Jaki proces stanowi istotę otrzymywania stali?

Istotę otrzymywania stali stanowi proces stalowniczy, czyli zmniejszenie zawartości węgla w metalu. Dokonuje się tego przez utlenianie węgla za pomocą tlenu wprowadzonego do ciekłego metalu w postaci FeO. Każdy proces stalowniczy składa się z 3 podstawowych etapów:

1)ładowanie i topnienie wsadu metalowego

2)świeżenie metalu

3)odtlenianie stali

36. Jakie warunki muszą być spełnione, aby zmniejszyć zawartość fosforu i siarki w stali?

Zawartość fosforu w metalu ulega zmniejszeniu w wyniku świeżenia, zgodnie z reakcją:

2P+5FeO+4CaO 5Fe+4CaO·P₂O₅

Niezbędne w reakcji tej jest wapno (CaO), które wprowadza się do żużla, nadając mu tym samym charakter chemiczny zasadowy. Żużel taki może współpracować tylko z zasadową wymurówką pieca. Wymurówka taka może być wykonana z materiałów dolomitowych, a więc zawierających CaO lub magnetyzowych ( zawierających MgO).

Odsiarczanie metalu zachodzi podczas odtleniania stali według równania:

FeS+CaO FeO+CaS

MnS+CaO MnO+CaS

Oczywiście, ze względu na obecność CaO, odsiarczanie może zachodzić w procesach zasadowych.

37. Podać cechy charakterystyczne procesu konwertorowego otrzymywania stali.

-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 utlenianie siarki , a częściowo przez reakcję z CaO

38. Za pomocą jakich zabiegów można podwyższyć właściwości żeliwa/

Właściwości żeliwa można polepszyć w procesie modyfikacji i sferoidyzacji.

39. Na czym polega zabieg modyfikacji, a na czym sferoidyzacji żeliwa?

W żeliwie szarym maszynowym węgiel występuje jako grafit w postaci płatków, stanowiących okluzje w osnowie metalowej. Gatunki żeliwa szarego maszynowego o wyższej wytrzymałości muszą mieć rozdrobnione płatki grafitu. Dokonuje się tego przez zabieg modyfikacji, polegający na wprowadzeniu do żeliwa żelazokrzemu na chwilę przed wypełnieniem formy. W żeliwie sferoidalnym wydzielenia grafitu mają kształt kulisty. Sferoidyzację grafitu uzyskuje się przez dodanie do żeliwa magnezu, jego stopów lub metali ziem rzadkich przed wypełnieniem formy.

51. Co jest istotą wstępnego procesu metalurgicznego?

Otrzymywanie metalu w stanie rodzimym

52. Jaki jest cel procesów rafinacyjnych?

Usunięcie zanieczyszczeń z metalu otrzymanego w procesach wstępnych lub przetapianego złomu.

53. Co to są stopy wstępne?

Są to metale wymieszane w pewnym procesie z metalem do którego dodajemy ten stop.

54. Etapy procesu metalurgicznego żelaza?

Wstępna przeróbka rudy, redukcja bezpośrednia, przetop, proces wielkopiecowy, przetrzymanie w mieszalniku, proces stalowniczy, odlewanie gąsek, topienie, wytwarzanie odlewu

64. Wymień etapy procesu metalurgicznego aluminium?

Otrzymywanie Al203 metodą Bayera, elektroliza Al203, rafinacja ogniowa, rafinacja elektrolityczna, odlewanie, wytwarzanie stopów, odlewanie.

30. Schemat podstawowych etapów prowadzących do otrzymania z rud wyrobów z technicznych stopów żelaza

-Ruda żelaza

-Przeróbka rudy

-Koncentrat

-wielki piec

-surówka

-mieszalnik:

a)maszyna rozlewnicza

-gąski surówki

-piec odlewniczy

-odlewy żeliwne

b)piec stalowniczy:

b₁)odlewy staliwne

b₂)wlewki stalowe

-przeróbka plastyczna

-wyroby kute

31. Budowa wielkiego pieca

Wielki piec jest piecem szybowym. W skład instalacji obok właściwego pieca wchodzą nagrzewnice służące do podgrzewania powietrza dostarczanego do pieca, urządzenia załadowcze, instalacja odprowadzająca gazy wielkopiecowe oraz układy odbioru żużlu i surówki. Stalowy płaszcz wielkiego pieca wsparty jest na konstrukcji kratownicowej a wnętrze wymurowane materiałami ogniotrwałymi. Pojemność wielkiego pieca waha się od kilkuset do 5000m³. Dla przykładu wymiary pieca o pojemności 2000m³ wynoszą: średnica garu 9750, średnica przestronu 10900mm, średnica gardzieli 7300mm, wysokość całkowita 41000mm.

Gar wielkiego pieca wypełniony jest gorącym koksem, szyb zawiera wsad składający się z warstw koksu, koncentratu rudy oraz topników ładowanych na przemian. Koks jest paliwem dostarczającym ciepło niezbędne w procesie redukcji rudy. Służy on także do wytwarzania CO, stanowiącego reduktor tlenków żelaza. Topnik, który najczęściej stanowi kamień wapienny CaCO₃, służy do obniżenia temperatury topnienia skały płonnej.

32. Podać schemat reakcji redukcji tlenków w wielkim piecu

Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeO Fe

1) 3Fe₂O₃+CO+2Fe₃O₄+CO₃ +37,2 kJ* mol^-1

2) Fe₃O₄+CO+3FeO+CO₂ -20,9kJ* mol^-1

3) FeO+Co Fe+CO₂ +13,4kJ* mol^-1

33. Dlaczego w wielkim piecu nie otrzymuje się czystego żelaza?

Ponieważ ciekłe żelazo ma stosunek kontaktu z koksem i gazami podlega nawęgleniu i nasiarczaniu. Z tego powodu na dnie gara zbiera się stop żelaza zwany surówką, którego cechą charakterystyczną jest zawartość węgla w granicach 2,5-5%

---