Przygotowanie wsadu wielkopiecowego
Celem przygotowania wsadu do wielk.pieca jest wytworzenie materiału
o odpowiednich właściwościach chemicznych i fizycznych:
Chemiczne: -Żelazo Fe w granicach 51-60%
-Stosunek CaO/SiO2 w zakresie 1,07 – 1,3 lub 1,8-2,3
-Zawiera wystarczające ilości MgO i Al2O3 tak aby powstały żużel zawierał ich 6-10%
-Zawiera minimalne ilości S, P, Zn, Pb, alkalii
Fizyczne: - Odporność na ścieranie i kruszenie
-porowatość powierzchni
-Wysoka temp.topnienia i mały zakres mięknięcia
-Duży stopień utleniania czyli O/Fe
Surowcami używanymi do produkcji spieku są:
-rudy żelaza- aglorudy
-koncentraty rud żelaza
-rudy manganu
-namiastki rud
-paliwa
-topniki
Podstawowymi rudami metalodajnymi (od 50-67% Fe) nazywamy:
1.Rudy Hematytowe Fe2O3 – barwy czerwonej
2.Rudy Magnetytowe Fe3O4 – barwy czarnej
Ciągła linia produkcji stali:
Koksownia, spiekalnia lub grudkownia, wielki piec, stalownia tlenowa lub elektryczna, ciągłe odlewanie
stali oraz przetwórstwo stali (przer.plastyczna)
Nieciągła linia:
Cykl rozpoczynający się:
-Od redukcji bezpośredniej i stalowni elektrycznej
-Od stalowni elektrycznej ( wsad to złom)
Paliwa
W procesie spiekania, grudkowania oraz wielkopiecowym głównymi paliwami są:
-koks (powstaje w bateriach koksowniczych przez suchą destylację węgla, powinien zawierać jak najmniej popiołu oraz H2O, być odporny na rozkruszanie i ścieranie.
-paliwa gazowe:
Gaz ziemny 96% CH4, gaz ziemny naazotowany 70% CH4 i 28% N2,
Gaz koksowniczy H2 -50% i CO ok 25%
-paliwa płynne:
Mazut i smoła pogazowa
-paliwa stałe zastępcze
Pył węglowy (zmielony węgiel kamienny)
Węgiel kamienny jest podstawowym surowcem energetycznym wydobywany jest metodami mechanicznymi w kopalniach odkrywkowych i głębinowych. Jeszcze w stanie surowym powinien być wzbogacany w tzw. zakładach wzbogacania ( polega na usunięciu dużej części subt.mineralnych co zmniejszy ilość popiołu a co za tym idzie zwiększy się C.
Przygotowanie wsadu wielkopiecowego metodą spiekania:
-czynności wstępne:
Rozładowanie surowców w hucie
Składowanie surowców
Sortowanie i kruszenie surowców
-czynności zasadnicze:
Namiarowanie surowców
Mieszanie, nawilżanie i podawanie mieszanki na taśmę spiekalniczą
Spiekanie na taśmie spiekalniczej
Wstępne kruszenie i sortowanie gorącego spieku
Chłodzenie i sortowanie gorącego spieku
Przygotowanie wsadu wielkopiecowego metodą grudkowania:
Technologię produkcji grudek najogólniej można podzielić na dwa etapy:
-przygotowanie wsadu do procesu produkcji grudek surowych i produkcji grudek
-utwardzanie grudek celem zwiększenia ich wytrzymałości:
Nie jest to sposób konkurencyjny do metody spiekania ponieważ spieka się materiały ziarniste natomiast grudkuje się materiały pylaste (koncentraty bardzo drobne). Bardzo drobne, pylaste cząsteczki mieszanki powinny być odsiewane przed spiekaniem, gdyż zmniejszają przewiewność mieszanki, a przez to wydajnośc produkcji spieku maleje.
Urządzeniami do produkcji grudek surowych są talerze i bębny grudkujące. Im więcej drobnych frakcji mieszanki (o,o6mm i drobniejsze) zostanie użytych do grudkowanie, tym lepiej wpłynie to na trwałość i wytrzymałość tychże po dalszej obróbce. Na ogół wielkość gródek i wydajność są do siebie odwrotnie proporcjonalne.
Technologia produkcji koksu:
Koks przygotowuje się w bateriach koksowniczych przeprowadzają suchą destylację mieszanki węglowej złożonej z różnych gatunków węgli (33,34,35,36,37).
Sam proces składa się z trzech etapów;
-przygotowania mieszanki węglowej jako wsadu do baterii koksowniczej
-produkcji koksu w bateriach
-gaszenia i segregowania gotowego koksu
W koksowni węgiel (poddany przeróbce mechanicznej już w zakładzie przeróbczym kopalni) wstępnie ulega:
-rozładowaniu u składowaniu
-kruszeniu i sortowaniu
-dawkowaniu poszczególnych gatunków (namiarowaniu)
-mieszaniu, zwilżaniu i przygotowaniu mieszanki ( nawilżoną mieszankę przechowuje się w wieżach węglowych)
Mieszanka węglowa do produkcji koksu musi być:
- wykonana z odpowiednio namiarowanych gatunków węgla i należycie nawilżona (7%)
-nie może być więcej niż 5% ziaren powyżej 3mm grubości, a najwięcej ok 50% powinno być frakcji <0,5
-poszczególne gatunki muszą być dobrze wymieszane
W bateriach koksowniczych znajduje się kilkanaście do kilkudziesięciu komór koksowniczych. Mieszankę do baterii podaje się ubitą w plackach, lub zasypuje się z góry urządzenie zasypowym. Baterie ogrzewa się gazem koksownuczym, wielkopiecowym bądź mieszankami tych gazów.
Proces koksowania – polega na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza do temp ok 1000oC w piecach koksowniczych.
-okres wstępnego odgazowania węgla do temp ok 350o C
-okres plastyczności węgla w zakresie temperatur 350 -520 oC
Okres końcowy, obejmujący zjawiska zachodzące przy wyższych temperaturach
(450-520 i więcej)
Proces wielkopiecowy
W wielkich piecach produkuje się surówki żelaza. Surówką lub żeliwem nazywa się stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Zawartość węgla przekracza 2,11%. Surówki są kruche i mało plastyczne stąd nie nadają się do procesów przeróbki plastycznej w której powstają gotowe wyroby hutnicze.
Urządzenia do procesu wielkopiecowego:
-wielki piec – podstawowe urządzenie
- urządzenia do załadunku wsadu ( w tym urz.zasypowe)
-nagrzewnice wraz z zestawami doprowadzającymi dmuch
-urządzenia hali spustowej
-urządzenia odpylające i oczyszczające gaz w najbardziej nowoczesnych technol.
-urządzenia do wdmuchiwania pyłu węglowego
-urządzenia do odzysku ciepła spalin z nagrzewnic
-turbiny rozprężne do produkcji energii elektrycznej
-urządzenia do transportu surówki
Wielki piec jest urządzeniem w którym poruszając się w przeciwprądzie wsad ( góry na dół) i gaz ( z dołu do góry) wymieniają ciepło i masę
Wsad do procesu wielkopiecowego aktualnie składa się ze:
-spieku rudnego
-grudek
-koksu
-niewielkich dodatków topników w postaci kamienia wapiennego CaCO2 lub
Dolomitu (CaCO3 i MgCO3)
Budowa wielkiego pieca
1 odparowanie wilgoci wsadu (do 200 oC)
2 wydzielenie wody zoolitowej i krystalicznej tworzyw (do 600oC)
3 początek reakcji redukcji pośredniej (ok 600oC)
4 rozwój reakcji redukcji pośredniej (600-1000oC)
5 reakcje pomiędzy H2O , CO i węglem koksu (600-1000oC)
6 rozkład topników ( kamienia wapiennego, dolomitu ( do 950oC)
7 procesy redukcji bezpośredniej w stanie stałym ( od ok 750oC do temp strefy kohezji)
8 strefa kohezji – mięknięcia- miękną tworzywa poza koksem ( 1100 – 1300oC)
9 tworzenie się żużli pierwotnych na dolnej izotermie strefy kohezji
( zawartość-ok 20-30% FeO,ok 3-5%Mn, dużo SiO2 i Al2O3, mało CaO i MgO)
10 strefa podkohezyjna – żużel ścieka pomiędzy kawałkami koksu ( redukcji bezpośrednia pomiędzy składnikami żużla a stałym węglem koksu). Do spodków ścieka już żużel i metal, gazy przemieszczają się w górę pomiędzy kawałkami koksu i wydostają się do szybu przez okna koksowe
-proces redukcji w metalurgii- reakcji odbierania tlenu z tlenków metali
-reduktor – pierwiastek lub związek który w danych warunkach ciśnienia i temp ma większe powinowactwo do tlenu niż metal w tlenku redukowanym
-reduktory wielkopiecowe żelaza CO, H2, C
-redukcja pośrednia – produktem gazowym jest CO2
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
FeO + CO2 Fe + CO2
W wielkim piecu FeO na ogół redukuje się bezpośrednio