STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM-SURÓWKA ŻELAZA

Definicja surówki żelaza

SURÓWKA ŻELAZA jest to stop żelaza z węglem,w którym zawartość pierwiaska węgla wynosi od 3,2% do około 5,5%. W surówce występują także inne pierwiastki np. siarka, forsfor, krzem,mangan, które mogą wpływać szkodliwie na jakość surówki. Zawartość siarki powoduje kruchość stopu na gorąco, a zawartość fosforu kruchość na zimno oraz pogorszenie własności plastycznych i udarności.

Domieszki, w ilości ok. 3-5%, są pozostałością z procesów chemicznych jakie zachodzą w wielkim piecu między składnikami wsadu wielkopiecowego.

W zależności od warunków wytopu możemy otrzymać dwa rodzaje surówki:
     BIAŁĄ, w której węgiel występuje w postaci cementytu (Fe₃C)
     SZARĄ, w której węgiel występuje w postaci grafitu.

Budowa wielkiego pieca i proces wielkopiecowy

PROCESEM WIELKOPIECOWYM nazywa się zespół zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych zachodzących w wielkim piecu, w wyniku których z rudy żelaza i innych składników powstaje surówka żelaza.
Do wytopu surówki żelaza używa się trzech podstawowych produktów, które stanowią tzw. WSAD WIELKOPIECOWY. Są to;
     1-ruda żelaza
     2-topniki
     3-koks
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.

Do wielkiego pieca wtłaczane jest również gorące powietrze, które ułatwia rozgrzanie wsadu i dostarcza tlenu do procesów chemicznych w wielkim piecu (spalanie koksu).

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.

Przebieg procesu wielkopiecowego

Wielki piec wypełnia się do połowy gardzieli materiałami wsadowymi ułożonymi warstwami w kolejności: warstwa koksu, warstwa rudy i warstwa topników. W gardzieli następuje stopniowe nagrzewanie wsadu i odparowanie z niego wody. W środkowej części szybu w temperaturze 600 - 900°C z rudy powstaje żelazo gąbczaste, które w okolicach przestronu nasyca się węglem w temperaturze ok. 1500°C. W spadkach, gdzie panuje temperatura ok. 1600°C, następuje topnienie nawęglonego żelaza oraz tworzenie się żużlu. Najwyższa temperatura ok. 1900°C -2200°C panuje w garze z powodu silnego nadmuchu ciepłego powietrza i intensywnego spalania koksu. W garze następuje dalsze nawęglanie żelaza i przyłączenie domieszek, powstaje ciekła surówka. Co pewien czas otwiera się otwór żużlowy, przez który z powierzchni surówki spływa żużel, a następnie przebija się niżej położony otwór, dokonując spustu surówki.

Produkty procesu wielkopiecowego

W WYNIKU PRZETOPU MATERIAŁU WSADOWEGO OTRZYMUJEMY Z WIELKIEGO PIECA NASTĘPUJĄCE PRODUKTY:

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.