Tworzywa metalurgiczne – całość materiałów wsadowych potrzebnych do przeprowadzenia procesow metalurgicznych, min. procesu wielkopiecowego. Produkuje się w nim surowki oraz procesy stalownicze, w których produkuje się rozne rodzaje stali. W procesie WP tworzywami sa: 1surowce metalodajne tj. rudy żelaza, manganu, namiastki rud, zlom, spiek rudny, grudki wypalane, 2topniki – w WP maja znaczenie tylko topniki zasadowe w postaci kamienia wapiennego CaCO3 oraz dolomitu CaCO3*MgCo3, 3paliwa tj. koks, gaz ziemny, pyl weglowy, olej opalowy

Rudy żelaza – nie dopuszcza się ich wiecej niż 20% we wsadzie WP, do mineralow zelazonosnych wchodzących w sklad tych rud zalicza się: 1hematyt – żelaziak czerwony o wzorze Fe2O3, w stanie czystym zawiera 70% Fe, 2magnetyt – żelaziak czarny, magnetyczny o wzorze Fe3O4, w stanie czystym zawiera 72,4% Fe, 3uwodnione tlenki żelaza – postac limonitu 2Fe2O3*3H2O, zawieraja od 52,2-66,1% Fe, 4syderyt – postac syderytu ilastego o wzorze FeCo3=FeO*CO2, zawiera w stanie czystym 48,3% Fe

Rudy manganowe - dziela się na: 1typowo manganowe zawierające ponad 35% Mn, 2manganowo-zelaziste zawierające od 10-35% Mn, 3zelazisto-manganowe zawierające od 5-10% Mn W rudach wystepuja także mineraly nie zawierające Fe i Mn, dzieli się je na 2 grupy: 1domieszki – wprowadzające inne składniki do rud, ich zawartość w rudzie nie przekracza 1-3%, dzielimy je na 3 grupy: pożyteczne, szkodliwe, posrednie 2skala plonna – inne związki nie zawierające Fe i Mn, zlozone z szeregu tlenkow powiazanych miedzy soba

Glownymi paliwami w procesie WP sa: 1koks jako podstawowe paliwo, powinien on zawierac jak najmniej popiolu i H2O, powinien być wytrzymaly na rozkruszanie, 2paliwa gazowe: gaz ziemny, gaz ziemny zaazotowany, gaz koksowniczy, 3paliwa plynne – glownie olej opalowy, 4paliwa stale zastepcze – glownie pyl weglowy

Celem przygotowania wsadu dla WP w postaci spieku lub grudek jest wytworzenie materialu, który spelnia odpowiednie własności fizyczne i chemiczne. Wlasnosci chemiczne: 1Fe w granicach 51-60%, 2minimalne ilości S, P, alkaliow, Zn, Pb, 3wystarczajace ilości MgO i Al2O3, 4stosunek CaO/SiO2 zawiera się w zakresach 1,07-1,3 lub 1,8-2,3. Wlasnosci fizyczne: wysoka odporność na scieranie i kruszenie, wysoka porowatość wyrobu, duza zdolność oddawania tlenu, wysoka temperatura topnienia i maly zakres mięknięcia, duzy stopien utlenienia. Surowce do produkcji spieku: rudy żelaza, koncentraty rud żelaza, rudy manganu, topniki, namiastki rud, paliwa.

Technologia procesu spiekania obejmuje czynności konieczne do wytworzenia spieku, dzieli się ja na wstepne i zasadnicze. Czynności wstepne: 1rozladowanie surowcow w hucie – tanie i szybkie, wypróżnianie wagonu w przeciagu 2 minut, 2skladowanie surowcow – surowce ułożone w oddzielna pryzme lub wytworzona mieszanke, składowisko pelni 3 funkcje: zapasu (aby w okresie mrozow zapewnic ciągłość pracy huty), uśredniania (ma na celu wyrównanie składu chemicznego w zakresie jednej rudy lub topnika) i sezonowania rud (ma na celu skoagulowanie pylastych frakcji, trwa około 14 dni), 3sortowanie i kruszenie surowcow – polega na przesiewaniu i kruszeniu rud, rudy do procesu spiekania powinny być ziarniste, bez frakcji pylastej i grubej. Czynności zasadnicze: 1namiarowanie surowcow – polega na dokładnym dozowaniu poszczególnych składników celem wytworzenia mieszanki spiekalniczej, która zapewni odpowiedni sklad chemiczny produkowanego z mieszanki spieku. Oprocz rud, topnikow i koksiku w sklad mieszanki spiekalniczej wchodza odpady stale procesow hutniczych. Spiekalnia pelni zatem role utylizatora odpadow stalych. 2mieszanie, nawilzanie i podawanie mieszanki na tasme spiekalnicza – czynności te maja na celu wyrównanie składu i związanie drobnych pylastych frakcji w skoagulowane ziarna. 3spiekanie na tasmie spiekalniczej – tasma bez konca zlozona z wozkow posiadających jedynie burty boczne, których dnem jest ruszt posiadajacy szczeliny. Nad tasma za urzadzeniem zasypowym jest palnik obejmujący tasme na calej jej szerokości. Do palnika doprowadzany jest gaz. Pod tasma zainstalowane sa ssawy do przesycania powietrza przez mieszanke. Spaliny przy wysokiej temperaturze nadtapiaja ziarna rud, topnikow i odpadow, które jakby spawaja się ze soba powierzchniowo. Powstaje zatem jednolity material zwany spiekiem o stalych własnościach chemicznych i fizycznych. 4wstepne kruszenie i sortowanie goracego spieku – drobne kawalki powracaja jako spiek zwrotny do urzadzenia zasypowego tasmy, 5chlodzenie i sortowanie goracego spieku – kawalki spieku powyżej 15mm sa podawane na chlodnie spieku. Spiek należy chłodzić wolno aby nie powodowac jego nadmiernego kruszenia. Spiek wychłodzony staje się odporny na kruszenie, scieranie oraz jest porowaty i latwo oddaje tlen ze związków żelaza w procesie WP. Ze spiekalni spiek jest transportowany do zasobnikow WP taśmociągiem gumowym.

Przygotowanie wsadu przez grudkowanie – grudkowanie jest to jedna z najbardziej rozpowszechnionych metod przygotowania wsadu wielkopiecowego. W procesie spiekania spieka się materialy ziarniste, natomiast grudkuje się materialy pylaste (bardzo drobne). Im wiecej drobnych frakcji poniżej 0,06 a nawet 0,05mm jest uzytych do grudkowania tym powstale grudki sa trwalsze i w tym większym stopniu nadaja się do dalszej obrobki majacej na celu zwiekszenie ich wytrzymałości. Urzadzeniami do produkcji grudek surowych sa talerze lub bebny grudkujące. Na ogol wielkość grudek i wydajność urządzeń grudkujących sa do siebie odwrotnie proporcjonalne.

Technologia produkcji grudek – można podzielic na 2 etapy: 1przygotowanie wsadu do procesu produkcji grudek surowych i produkcja grudek surowych – należy najpierw przygotowac mieszanke do grudkowania ktorej podstawowym składnikiem sa koncentraty rudne. Odpowiedni sklad ziarnowy mieszanki uzyskuje się poprzez jej przesiewanie selektywne na sitach. Po uzyskaniu odpowiedniego składu ziarnowego niekiedy stosuje się dodatki, celem dodatkow jest: zwiekszenie napiecia powierzchniowego wody, uzyskanie grudek o odpowiedniem skladzie chemicznym. Po skomponowaniu mieszanki podaje się ja odpowiednimi porcjami do urzadzenia grudkującego. Beben lub talerz ustawione pod wybranym katem, obracając się z regulowana szybkością obrotowa, pokrywaja drobna mieszanke i unosza ku gorze urzadzenia grudkujące. Ilość dodawanej wody musi być odpowiednio dobrana. Grudki surowe sa na ogol przesiewane na koncu urzadzenia grudkującego i dzielone wg wymiarow na odpowiednie frakcje. Dalej transportowane do wypalenia. 2utwardzanie grudek celem zwiekszenia ich wytrzymałości – najczęściej przyjetym sposobem jest utwardzanie grudek przez wypalanie w specjalnie służących do tego celu urzadzeniach. Celem jest nadanie im wytrzymałości zdolnej znieść trudne warunki WP.

Zasada przeciwpradowa PPZ – WP należy do grupy piecow szybowych których proces technologiczny odbywa się w tzw. Przeciwprądzie. PPZ pracy WP sprowadza się do ruchu w przeciwnych kierunkach a to: wsadu – 1z gory pieca w jego dol, 2gazu – z dolu pieca do jego gory.

Przeplyw gazow przez WP, technologia - Wsad ladowany jest urzadzeniem zasypowym do gardzieli (bezstozkowe urzadzenie typu Paula Wurtha). Jego głównym zadaniem jest takie ulozenie wsadu w gardzieli, które pozwala na swobodny i rownomierny przeplyw gazow. Wsad sklada się z materiałów żelazodajnych, spieku rudnego, grudek, koksu i ewentualnie topnikow. Dmuch wdmuchiwany jest do pieca w jego dole przez dysze, przed którymi spala się przemieszczajacy z gory koks. Nastepuje wtedy redukcja powstałego CO2 w CO i powstaly gaz porusza się do gory pieca. Zatem jednoczesnie gaz przepływa do gory pieca, a wsad schodzi w dol. Naturalna tendencja gazow jest ich przeplyw przy scianach. Gaz przekazuje cieplo wsadowi jednoczesnie oziębiając się. Zachodzi tutaj wymiana ciepla. Pod względem wymiany ciepla piec może być podzielony na 3 strefy: 1gorna strefa wymiany, 2strefa rezerwy cieplnej, 3dolna strefa wymiany. Najwieksza ilość ciepla przekazuje się wsadowi w dolnej strefie. W 2 strefie wymiana ciepla prawie nie zachodzi. W strefie 1 nastepuje zanik endotermicznych reakcji i topienia a zatem mniejsze zapotrzebowanie ciepla przez wsad. Dochodzi tez do wymiany masy. Skladniki gazu odbieraja tlen związkom żelaza oraz CO2 z topnikow i H2O z wilgoci. W strefie ponad dyszami gdzie oprocz koksu stalego inne tworzywa sa w postaci plynnego żelazistego zuzla lub kropel metalu przeplyw gazow zalezy od: ziarnistości koksu, lepkości zuzla, ilości zuzla. W strefie tzw. Kohezji – mięknięcia materiałów – warstwa plastyczna jest prawie nieprzeprzepuszczalna dla gazow i gaz może wydobywac się z tej strefy jedynie oknami koksowymi. W strefie materiałów stalych przeplyw gazow uwarunkowany jest skladem ziarnowym i ułożeniem materiałów w gardzieli pieca. Generalna zasada aerodynamiki przepływu gazow przez WP w przeciwprądzie do wsadu jest jego równomierny przeplyw na każdym przekroju i każdej wysokości pieca. Ten równomierny przeplew osiaga się przez: 1urownomiernienie składu ziarnowego wsadu, 2zmniejszenie grubości strefy mięknięcia, 3zmniejszenie lepkości zuzla, 4zmniejszenie ilości zuzla. Intensywnosc i ekonomika pracy pieca zalezy min. od wzajemnego oddziaływania slupa wsadu i strumienia gazu.

Nagrzewanie dmuchu – zimny dmuch jest nagrzewany w urzadzeniach zwanych nagrzewnicami (typu Cowera). Powstające spaliny przechodza przez kratownice zlozona z materialow ogniotrwałych. W kratownicy spaliny oddaja cieplo, nastepnie wychodza do komina. Po nagrzaniu kratownicy do wysokich temp. konczy się opalanie i w drugim cyklu przepuszcza się powietrze zimne przez kratownice. Nastepnie dmuch jest przesylany do okrężnicy, stamtąd jest rozdzielany do zestawow dyszowych, którymi doprowadzony jest do pieca. Zakonczeniem zestawu dyszowego jest miedziana dysza chlodzona intensywnie woda.

Spalanie koksu w WP – jest to glowne źródło ciepla. Nastepuje dopiero po jego zejściu od gardzieli az do strefy dysz i nastepuje wlasnie przed dyszami doprowadzającymi dmuch do pieca. Proces spalania zachodzi w tzw. Komorach spalania. Dmuch przez dysze wprowadzony jest do pieca z duza szybkością. Długość i objętość Komor spalania zalezy od energi kinetycznej dmuchu oraz własności fizycznych koksu. Te własności koksu to: reakcyjność, kawałkowość, porowatość, zawartość wegla. Od długości i objętości komor spalania zalezy wstępny kierunek gazow przez WP. Reakcja spalania koksu przed dyszami przebiega w 2 etapach: 1etap – C + O2 = CO2, 2etap – CO2 + C = 2CO.

W procesie WP uczestnicza: surowka oraz zuzle. W WP produkuje się surowki przeróbcze, odlewnicze oraz żelazomangan. Surowka lub zeliwem nazywamy stop żelaza z weglem i innymi pierwiastkami, w którym zawartość wegla wynosi wiecej od 2,11%. Surowki sa kruche i maloplastyczne. Zuzle sa to ciekle związki krzemianowe tlenkow metali nie redukujących się w WP w ogole lub w ograniczonym stopniu. Lepkoscia zuzli nazywamy te właściwość ciala która sprawia, ze przy zmianie kształtu wystepuja w ciele naprężenia ścinające, wykazujące proporcjonalność do prędkości zmian kształtu. Geste zuzle wolno spływając miedzy kawalkami koksu blokuja droge gazow powodując zawisy i tworzenia narostow. Istotna jest mala lepkość zuzla.

Reakcje zachodzące pomiedzy zuzlem a metalem - 1Żelazo w cieklej fazie zuzlowej znajduje się w postaci krzemianow zaleza lub eutektyk tych związków. Bogate w żelazo sa powstające zuzle pierwotne które ściekają w dol przesączając się pomiedzy kawalkami koksu. Redukcja tlenkow żelaza w tej strefie z fazy cieklej zachodzi wiec weglem koksu. Obecność tlenku wpania ulatwia przebieg redukcji poprzez rozklad soli krzemianowych. 2Zrodlem krzemu w surowce jest krzemionka. W fazie stalej przebieg redukcji krzemionki jest minimalny z uwagi na maly kontakt rud z koksem. Reakcja redukcji Si w WP wymaga dla swojego przebiegu wysokiej temperatury i duzych ilości ciepla. Wahania zawartości Si w surowce na spuscie stanowia wskaźnik mówiący o stanie cieplnym garu. Ilość zredukowanego Si zalezy również od zasadowości zuzla, im wieksza zasadowość zuzla tym trudneij zredukowac SiO2, a tym samym zawartość Si w metalu jest mniejsza. 3Redukcja tlenku manganowego z zuzla zachodzi w garze WP weglem koksu i metalu. Reakcja przebiega ze znacznym pochłonięciem ciepla. 4Redukcja fosforu zachodzi stopniowo w miare obnizania się FeO w zuzlu i praktycznie jest zakonczona na poziomie dysz. Caly fosfor przechodzi z zuzla do metalu. 5Reakcja odsiarczania jest jedna z najważniejszych reakcji wpływających na jakość surowki. Zachodzi już wstępnie przy sciekaniu zuzla w spadkach a największy jej rozwoj nastepuje w garze wielkiego pieca.

Warunki najlepszego przebiegu technologicznego i ekonomicznego: dobra cieplota garu, zasadowość zuzla rzedu 1,05-1,15. Wtedy również jest niska lepkość zuzla.

Intensyfikacja procesu WP – obecnie stosuje się szereg elementow intensyfikujących proces WP, poprawiających jego ekonomike przez obniżenie zuzycia koksu. Do 1 grupy należy zaliczyc podwyższenie cisnienia w gardzieli oraz dodatek pary wodnej i tlenu do dmuchu. Czynnikami obniżającymi zuzycie koksu sa wysoka temperatura dmuchu i dodatek paliw zastępczych. Zespol warunkow wsadowych oraz parametrow technologicznych okresla maksymalna przewiewność, to jest maksymalna ilość gazow przepływających przez piec ebz naruszenia płynności schodzenia wsadu. Przekroczenie tej granicznej wartości powoduje zawisanie wsadu i zarywkowy bieg pieca z tendencja do tworzenia się kanałów. Dodatkowym czynnikiem utrudniającym prace pieca w warunkach wysokiej temperatury dmuchu jest obniżenie zuzycia koksu na tone surowki, podniesienie obciążenia, a wiec niekorzystne obniżenie przewiewności w wyniku zastapienia czesci dobrze przewiewnego kosku ruda lub spiekiem o znacznie gorszej przewiewności.

Budowa WP - Podstawowym agregatem jest WP. Urzadzeniami towarzyszącymi sa: urzadzenia do załadunku wsadu, nagrzewnice dmuchu wraz z zestawami doprowadzającymi dmuch, urzadzenia hali spustowej, urzadzenia odpylające i oczyszczające gaz, urzadzenia do wdmuchiwania pylu weglowego, urzadzenia do odzysku ciepla spalin z nagrzewnic, turbiny rozprężne do produkcji energi elektrycznej, kadzie do transportu surowki. Czesciami WP w jego zamknietej objętości sa gardziel, szyb, przestron, spadki i gar (dno garu stanowi trzon). Gardziel ma kształt walca, kształt ten sprzyja symetryczności ułożenia wsadu przy załadunku. Szyb ma kształt ściętego stozka, uwzglednia to zwiekszenie objętości materiałów wsadowych wskutek ich nagrzewania podczas schodzenia w dol pieca. Przestron ma kształt walca, ponieważ materialy się nie rozszerzaja przechodząc w stan plastyczny i plynny. Spadki maja kształt odwróconego stozka ściętego, ulatwia to splywanie plynnych produktow do garu. Gar ma kształt walca, sluzy do magazynowania plynnych produktow wytopu w okresach pomiedzy kolejnymi spustami.